космически боклук
Наука

Учените отговарят: Какво е космически боклук?

Вероятно мнозина от Вас, уважаеми читатели, разглеждат проблемите с отпадъците като нещо банално, с което ние, земните жители се сблъскваме постоянно. Наистина това е много значим социален проблем, особено в големите градове. Но все пак, боклуците могат да бъдат не само на Земята, като дори произходът им не винаги е земен. В тази статия ще разкажем за проблемите с отпадъците там горе – в орбита около нашата планета. Те съставят т.нар. космически боклук.

Първо нека да се опитаме да дадем определение за това какво е той. Това са всички онези тела, обикалящи около Земята, които са създадени от нас хората и които вече не се използват. Всъщност, космическият боклук (или по – правилно отпадък), не винаги има антропогенен произход. Както ще се убедим по-нататък в статията, той може да бъде и много по – опасен от земния. В края на статията ще разкажем на кратко и за справянето с космическите отпадъци.

Нека започнем нашата статия от момента в който се появяват първите космически боклуци. Всъщност, това е началото на космическата ера от развитието на човечеството. Това се случва на датата 4-ти октомври 1957г. Тогава в 19:28 универсално време от космодрума Байконур (намиращ се на територията на днешен Казахстан) е изстрелян първият изкуствен спътник на Земята – Спутник 1. Той излъчва радиосигнали, които радиолюбители от цял свят следят с небивал интерес. Това продължава 22 дни, като на 26-ти октомври батериите на Спутник 1 се изтощават и той спира да излъчва. На 4-ти януари 1958г., след като прекарва 92 дни в земна орбита и изминава сумарно около 60 милиона километра, той изгаря в земната атмосфера. Така е поставено началото на овладяването на Космоса. Струва си да споменем и четвъртия поред изстрелян изкуствен спътник на Земята – Vanguard 1. Той е американски, изпратен е в орбита на 17-ти март 1958г. и е първият спътник, който използва слънчева енергия, за да се самозахранва с нея. За този спътник може да се каже, че той е първият трайно задържал се в орбита космически боклук. Връзката с Vanguard – 1 е изгубена през 1964г., но и до ден днешен той продължава да обикаля около Земята по своята елиптична орбита. Изчисленията показват, че спътникът е направил около двеста хиляди обиколки около планетата ни и ще остане в орбита около сумарно около 240 години.

През следващите години, се изстрелват и други спътници, които вече са достатъчно големи, за да могат да бъдат видени дори с невъоръжено око. Тяхното появяване се следи с огромен интерес от милиони хора по света, които излизат от домовете си и вдигат погледи към нощното небе, за зърнат нещо сътворено от човешка ръка, намиращо се в Космоса. Но, трябва да признаем, че изследвайки Космоса, ние хората всъщност го замърсяваме…

Веднъж изстреляни с подходящата скорост, и поставени на подходящата височина, спътниците могат да останат неограничено дълго време на орбитата си. Те се движат под действие на гравитацията от Земята и движението им се описва от законите на Нютон и Кеплер.

Днес вече около Земята обикалят десетки хиляди изкуствени спътници и изстрелването на поредния такъв не прави впечатление на никого. Предназначенията на изкуствените спътници са най – разнообразни. Общоизвестно е, че част от тях се използват за навигация (като например спътниците от серията GPS). Почти всички междуконтинентални комуникации също минават през спътници. Интересен е фактът, че околоземното пространство се използва дори и за наблюдение на небето. Космическите телескопи, намиращи се в орбита около нашата планета не изпитват влиянието на земната атмосфера. Поради това изображенията, които те получават са значително по – добри. Може би най – яркият пример за това е космическият телескоп Хъбъл. Макар, той да има диаметър само около 2.4м, с него бяха получени изображения, надминаващи по качество дори и тези получени с наземните 10-метрови телескопи. Също така, различни части от електромагнитния спектър се поглъщат напълно от земната атмосфера (което е добре за нас хората, особено що се касае до рентгеновия и гама диапазона!). Поради това, единственото „спасение” за тяхното наблюдение е телескопите да бъдат изведени извън Земята. Също с научни цели се изстрелват и метеорологическите спътници. На тях дължим прецизните снимки на облачните системи на нашата планета. Също благодарение на тях е възможно да се правят прогнози за времето с висока точност. Друг вид изкуствени спътници се използват за военни цели, като най – често от Космоса се извършва шпиониране.

Трябва да отбележим факта, че някои изкуствени спътници, стават толкова ярки, че могат да бъдат видени много лесно с невъоръжено око, дори от големите градове. Всъщност, те светят, защото подобно на Луната отразяват слънчевата светлина. Подробна информация за тях може да се намери на следната web-страница: www.heаvens-above.com. След въвеждане на точните си географски координати, всеки потребител получава информация кои ярки спътници ще преминат по небето за неговото местоположение. Струва си да споменем, най – големия изкуствен спътник, който можем да бъде видян на земното небе – Международната Космическа станция (МКС). Тя се вижда като изключително ярка звезда, която се движи бавно по небето. Когато блясъкът й е максимален тя е по – ярка от всяка звезда по небето. Поради това, че се движи, тя моментално привлича погледите ни нагоре. С бинокъл могат да бъдат забелязани и нейните слънчеви панели. Истински вълнуващо е, когато човек осъзнае, че тази малка движеща се точка, всъщност е населена с хора! Най – ярките спътници, които можем да видим на нашето небе са сателитите от серията Иридиум. Те се използват за предаване на телефонни разговори и обикалят около Земята на височина около 780 км. Движат се по орбити, преминаващи почти над двата полюса, поради които стават видими за цялото земно кълбо. Иридиум-ите показват изключително ярки проблясъци на небето, защото по тях има полирани антени, които много добре отразяват слънчевата светлина. Така те формират „слънчеви зайчета”, които пробягват по земната повърхност. Едно такова „избухване” продължава няколко секунди.

И така… убедихме се, че изкуствените спътници на Земята могат да бъдат не само полезни, но и красиви за наблюдение. Но техните „срокове на годност” също изтичат и след това всеки от тях се превръща в част от космическия боклук. По данни на различни космически агенции, бройката на изстреляните спътници от Земята е около 30 000, като в момента от тях се използват едва около 10%. Ако можехме да погледнем към нашата планета отстрани щяхме да видим, че около нея буквално гъмжи от изкуствени сателити, по – голямата част от които не се използват и единственото, което правят е да задръстват близкото до нас космическо пространство. Това задръстване силно затруднява изстрелването на нови спътници, тъй, като техните орбити трябва да бъдат пресметнати много прецизно така че да не се сблъскват с вече неизползваните. Освен това, при сблъсъка между два неизползваеми спътника се получават парчета от тях, които са невъзможни за локализиране в пространството. Последното явление се нарича синдром на Кеслер и води до лавионообразно нарастване на космическия боклук на ниска орбита. Друг съществен проблем е огромното струпване на спътници в някои „апетитни” зони по височина. Такива са, например, зоната около геостационарната орбита, имаща височина около 36 000км над земната повърхност. Там периодът на обикаляне на спътника около Земята е точно равен на периода на въртене на Земята около оста и така той остава неподвижен относно земния наблюдател. Тази орбита се използва активно от редица метеорологични и комуникационни спътници. Също голямо струпване на спътници има на височини между 800 и 1 200 км, където също се изстрелват много спътници предназначени за комуникация.

Важно е да се отбележи, че проблемите с космическия боклук, намиращ се на ниски и на високи орбити са доста различни. На малки височини над земната повърхност (около 1 000 – 2 000км) съществен проблем е високата орбитална скорост. Тук спътниците се движат със скорости около 7 км/с, поради което сблъсъците между тях могат да са наистина опасни. Съвсем наскоро се наложи  целият екипаж на МКС да бъде евакуиран, защото в опасна близост до нея премина огромна отломка. Предимство на ниските орбити е близостта на земната атмосфера. В нея много често неизползваемите спътници изгарят. Всъщност, редица сателити, обикалящи на ниска орбита, изпитват влиянието на атмосферата, като например МКС. Затова периодично се налага да се правят корекции на височината й. При високите орбити също има много проблеми. Главният от тях е, че далеч от Земята, космическите отпадъци са силно податливи на всякакви гравитационни смущения от преминаващи космически тела. Поради това, е доста трудно тяхното местоположение да бъде точно локализирано. Освен това, както вече казахме, там се намира изключително използваната геостационарна орбита.

Космическите боклуци са опасни не само за спътниците, обикалящи около планетата ни. Те могат да са много опасни и за нас самите. Известни са вече много случаи в които остатъци от сонди, степени на космически совалки, които вече не се използват, започват да падат към земната повърхност и не успяват да изгорят в земната атмосфера. Така те падат върху повърхността на Земята с много голяма скорост и са способни да причинят огромни разрушения. Известен е случаят в който през януари месец 2001 година на Земята пада модул от ракетата PAM-D. За щастие, тя пада в пустинята в Саудитска Арабия, където не причинява нито разрушения, нито жертви. През месец март 2007 година, пътнически самолет превозващ 270 пътника се разминава на само на 8 км от отломка от руски спътник.

Както виждаме, космическият боклук е все по–значим проблем в овладяването на Космоса. За това следва да се запитаме как бихме могли да се справим с него. Всъщност по темата се провеждат все повече дискусии, в които участие взимат водещи космически агенции като НАСА и Европейската космическа агенция (ЕСА). За съжаление, все още няма изработени общоприети правила за справяне с проблема. През 2007-ма година Комитетът на обединените нации за мирно използване на космическото пространство е приел декларация в която са включени някои препоръчителни етични правила, отнасящи се до изстрелването на нови спътници.

Все пак, вече има разработени няколко техники за отстраняване на неизползваемите спътници от техните орбити. Една от тях е след края на техния период на експлоатация, те да бъдат изтласквани на високи орбити, където гъстотата на спътници е много малка. За тази цел в спътника трябва да има някакво количество гориво, предвидено за тази маневра. Също, ако спътникът е на сравнително ниска орбита, е възможно неговата височина да бъде снижавана, докато той не навлезе в гъстите части на земната атмосфера и не изгори. Това, разбира се, крие риска, спътникът да не изгори целият и да се блъсне в земната повърхност, особено когато има големи размери. Именно заради това, през 2001-ва година потапянето на станцията Мир в Тихия океан беше рисковано. Друга възможна техника за справянето с отломките е те да бъдат отстранявани с помощта на други сателити.

Сериозно внимание заслужава един от актуалните проекти за отстраняване на космическите боклуци – EDDE (ElectroDynamic Debris Eliminator). Той е предназначен за малки космически отпадъци, намиращи се на ниски орбити около Земята. Проектът се състои от 12 спътника (тук думата на английски е vehicle, но не мога да се сетя как по-удачно да я преведа на български), които обикалят около Земята на височина около 580км, но могат много бързо да се изкачват или спускат. Тези спътници съдържат в себе си един много дълъг проводник, по който, под действие на земното магнитно поле започва да тече електрически ток с определена големина. Както знаем, носителите на електрическия ток, при проводниците, са електрони. Спътниците EDDE запазва ориентацията си така, че електроните се натрупват в единия край на спътника. Там има разположен излъчвател, който ги „изстрелва” към съответния космически боклук така, че от силата, която се оказва върху него, той губи енергия и понижава височината на която обикаля около Земята. Целта е тази височина да бъде толкова понижена, че отпадъкът да навлезе в по – гъстите част на земната атмосфера, където да изгори като метеор. Поставената пред този проект цел е в рамките на 7 години да бъдат отстранени всички неизползваеми спътници с маса по – голяма от 2 кг. Огромно предимство на този метод за отстраняване на космическите отпадъци е, че тази технология на практика не се нуждае от захранване. Недостатък е фактът, че спътниците EDDE не биха могли да функционират на много големи височини (например около геостационарната орбита), защото там земното магнитно поле е вече много слабо.

Друг начин за справянето с космическия боклук е използването на лазери. В тази насока, водещо място има проектът  на НАСА Orion. Той е насочен предимно към отстраняването на космически отломки с размери между 1 и 10 см. Макар и малки, те могат да са доста опасни при сблъсък с друг спътник, например МКС. Това, което се извършва е, тези малки космически отпадъци да се облъчват с мощен лазер, като по този начин се постигат малки корекции в орбитите им и съответно се избягват сблъсъци. Тази корекция се дължи на т.нар. светлинно налягане, което всяка една падаща върху някаква повърхност светлина оказва.

Струва си да споменем и приносът на България в изследването на изкуствените спътници на Земята. Още от началото на космическата ера към БАН функционира Централната лаборатория за визша геодезия (ЦЛВГ). Нейното основно съоръжение, телескоп за наблюдение на изкуствени спътници, се намира в обсерваторията, разположена близо до село Плана. Целта на тези наблюдения е да се следи за изменението на различните орбитални параметри на спътниците, а също и да се уточнят някои характеристики на Земята.

Накрая трябва да споменем, че космическият боклук може да произхожда не само от Земята. Както знаем, в Слънчевата система орбитират огромно количество малки тела. Едно от тях са кометите, от чиито опашки, под действие на слънчевото греене, се откъсват прашинки. Те могат да навлязат в земната атмосфера, където поради малките си размери изгарят. Тогава от Земята наблюдаваме метеорен поток. Всъщност, тук е мястото да изясним каква е разликата между метеор, метеороид и метеорит. Метеороидът е твърдо тяло, обикалящо в Слънчевата система, с размери много по – малки от размерите на астероид. Най – често размерите им са от 0.1 мм до 10 м. При навлизането си в земната атмосфера, метеороидът започва да изгаря и предизвиква светлинно явление, наречено метеор. Ако тялото е достатъчно голямо, то не успява да изгори, достига земната повърхност и се нарича метеорит. Опасни за Земята могат да бъдат космически тела с размери по – големи от 100 м, които са способни да причинят значителни щети и жертви. Все пак, подобни катаклизми за изключителна рядкост. Всъщност, ако възприемем потенциалните метеорити, то бихме могли да наречем планетата Юпитер космическа прахосмукачка. С огромната си гравитация, той засмуква голяма част от малките тела, навлизащи към вътрешността на Слънчевата система.

В заключение, можем да кажем, че вдействителност проблемът с космическия боклук е вече много значим в усвояването на околоземното пространство. Според експерти, през следващите 10 години количеството на космическия боклук ще нарастне с 50%, а през следващите 50 години ще с учетвори. Това налага в най – скоро време да бъдат въведени правила за използването му. Дотогава, всяка институция, изстрелваща спътници трябва да подхожда отговорно към това. Все пак, убедихме се, че космическият боклук може да бъде и красив. От него се получават т.нар. падащи звезди, които ние астрономите наричаме метеори.

 

Никола Каравасилев

Никола Каравасилев

Никола Каравасилев е бивш състезател и настоящ ръководител на българските олимпийски отбори по астрономия и астрофизика. Той е и докторант във Физическия факултет на СУ. „Св. Климент Охридски“.