Kosmose lähedalt puhastamine on palju keerulisem, kui esmapilgul paistab
Kosmosereostuse probleem on mures kogu kosmosetööstuse kogukonna jaoks. Sellised hüpoteetilised arengud madalal Maa orbiidil, näiteks Kessleri sündroom, mis ennustab kontrollimatult kosmoseprügi teket, on seganud isegi populaarset meediat. On selge, et fundamentaaluuringuid on vaja teha, et mõista, millist ohtu kujutab endast isegi väike fragment, ja arvutada, kui palju oleme valmis maksma kosmose koristamise eest.
Täna on poliitikud, teadlased, tehnikud ja laiem avalikkus sügavalt teadlikud kosmoseprügi levikust. Tänu J-K fundamentaalsele tööle. Liouville ja Nicholas Johnson, avaldatud 2006. aastal, mõistame, et prahi määr tõuseb tõenäoliselt ka tulevikus, isegi kui kõik stardid peatatakse. Selle püsiva kasvu põhjuseks on kokkupõrked, mis eeldatavasti toimuvad satelliitide ja juba orbiidil olevate raketiastmete vahel. See valmistab suurt muret paljudele satelliitoperaatoritele, kes on sunnitud oma vara kaitsmiseks võtma asjakohaseid meetmeid.
Mõned eksperdid usuvad, et need juhtumid on alles algus mitmele kokkupõrkele, mis muudavad Maa madalale orbiidile juurdepääsu peaaegu võimatuks. Seda nähtust, mida esmakordselt kirjeldas üksikasjalikult NASA konsultant Donald Kessler, nimetatakse tavaliselt Kessleri sündroomiks. Kuid tegelikkus on tõenäoliselt väga erinev mängufilmis "Gravity" näidatud sarnastest ennustustest või sündmustest. Tõepoolest, kuuendal teemakohasel Euroopa konverentsil ametitevahelisele kosmoseprügi koordineerimiskomiteele (IADC) esitatud tulemused osutasid prügi eeldatavale kasvule vaid 30 protsenti 200 aasta jooksul koos pideva käivitamisega.
Kokkupõrkeid tuleb ikka ette, kuid tegelikkus on kaugel katastroofilisest stsenaariumist, mida mõned kardavad. Kosmoseprügi koguse kasvu saab vähendada üsna tagasihoidlikule tasemele. IADC ettepanek on laialdaselt levitada ja rangelt järgida kosmoseprügi leevendamise suuniseid, eriti seoses energiaallikate neutraliseerimisega, mis peaks olema täielikult välja töötatud lennu lõpuks, ja kõrvaldamise pärast lennu lõppu. Sellegipoolest nõuab IADC seisukohast eeldatav jäätmekoguse kasv vaatamata käimasolevatele jõupingutustele siiski lisameetmete kasutuselevõtmist olemasolevate riskitegurite vastu võitlemiseks.
Edusamme pole?
Märkimisväärset huvi kosmose keskkonna taastamise vastu täheldati üheksa aastat pärast Liouville'i ja Johnsoni töö avaldamist. Eelkõige on kogu maailmas astutud samme, et töötada välja meetodid objektide eemaldamiseks madalalt Maa orbiidilt. Näiteks Euroopa Kosmoseagentuur teatas hiljuti kavatsusest tagada järgmisel kümnendil valitsuse toetus Euroopa kosmoselaeva käivitamiseks. Agentuur on viinud läbi mitmeid uuringuid, et teha kindlaks ratsionaalsed ja usaldusväärsed viisid eesmärgi saavutamiseks. Planeerimise võtmeelemendiks olid prügiruumi arvutimudelid, mis näitasid, et prahi kasvu saab vältida spetsiifiliste kosmoseaparaatide või raketi etappide eemaldamisega. Arvutisimulatsioonides tuvastatakse need objektid kõige tõenäolisemalt kokkupõrgeteks, nii et pärast nende orbiidilt eemaldamist peaks kokkupõrgete arv järsult vähenema, mis hoiab ära prahi hajumise tagajärjel uute prahtide ilmumise.
Liouville’i ja Johnsoni töö avaldamisest on möödas peaaegu kümme aastat ja on üllatav, et rahvusvahelisel või riiklikul tasandil puuduvad metoodilised põhimõtted, mis määratleksid selgelt meetmed, mille abil kõrvaldada Maa-lähedase ruumi reostuse tagajärjed. Tundub, et prügi kõrvaldamise korra väljatöötamise suhtes on mõningane apaatia, hoolimata üleskutsetest tegutseda. Aga kas see on tõesti nii?
Tegelikult pole olukord nii lihtne, kui tundub. Seoses kosmoseprügi eemaldamise protseduuriga on mõned põhimõttelised küsimused, millele tuleb veel vastata. Eriti murettekitavad on omandiõiguse, vastutuse ja läbipaistvusega seotud küsimused. Näiteks saab paljusid prügi eemaldamiseks pakutavaid tehnoloogiaid kasutada ka aktiivse kosmoselaeva eemaldamiseks või keelamiseks. Seetõttu võib oodata süüdistusi, et need tehnoloogiad on relvad. Samuti on küsimusi järjepideva prügiveoprogrammi maksumuse kohta. Mõned tehnikud on hinnanud seda kümnetele triljonitele dollaritele.
Ent võib -olla kõige olulisem põhjus adekvaatsete metoodiliste põhimõtete puudumisel peitub selles, et me ei tea veel, kuidas teostada melioratsiooni, mille all peame praktikas silmas kosmose puhastamist. Kuid see ei tähenda, et me ei tea, milliseid tehnoloogiaid me vajame.
Algoritmid ühekordseks kasutamiseks on juba praktiliselt välja töötatud. Tegelik probleem tuleneb pealtnäha lihtsast ülesandest: määrata "õige" praht, mis tuleb orbiidilt eemaldada. Ja kuni me ei suuda seda probleemi lahendada, tundub, et me ei saa ruumi tagasi võtta.
Vraki mängimine
Et mõista sellise näiliselt lihtsa ülesande lahendamise problemaatilisust nagu eemaldatava prügi tuvastamine, kasutame mängu analoogiat 52 tavalise mängukaardi tekiga. Selles analoogias tähistab iga kaart objekti kosmoses, mille võiksime kokkupõrke vältimiseks eemaldada. Pärast kaartide jagamist asetame iga kaardi lauale eraldi, tagurpidi. Meie eesmärk on praegu ässade tuvastamine ja laualt eemaldamine, kuna need kaardid kujutavad satelliite või muid suuri kosmoseprügi objekte, mis võivad tulevikus mingil hetkel kokkupõrkes osalejateks saada. Võime laualt eemaldada nii palju kaarte kui tahame, kuid kui ühe kaardi eemaldame, peame maksma 10 dollarit. Lisaks ei ole meil eemaldudes õigust kaarti vaadata (kui satelliit orbiidilt eemaldatakse, ei saa me kindlalt öelda, milline see täpselt võiks olla kokkupõrke osaline). Lõpuks peame iga lauale jäänud ässa eest maksma 100 dollarit, mis kujutab endast meie satelliitidega seotud kokkupõrgetest tulenevat võimalikku kahju (tegelikkuses võib satelliidi asendamise hind ulatuda 100 000 dollarist 2 miljardi dollarini).
Noh, kuidas me saame selle probleemi lahendada? Tagaküljel on kõik kaardid ühesugused, nii et ässade asukohta pole võimalik kuidagi öelda ja ainus viis veenduda, et oleme kõik ässad tühjendanud, on kõik kaardid laualt ära koristada. Meie näites maksab see maksimaalselt 520 dollarit. Avakosmoses seisame silmitsi sama probleemiga: me ei tea täpselt, millised objektid võivad kokkupõrgetes osaleda, kuid kõigi eemaldamine on liiga kallis, seega peame valima. Oletame, et oleme teinud valiku: kui suur on tõenäosus, et eemaldasime ässa, et eemaldada üks kaart väärtuses 10 dollarit. Tõenäosus, et kaart on äss, jagub neljaga 52 -ga, teisisõnu umbes 0, 08 või 8 protsendiga. Seega on tõenäosus, et kaart pole äss, 92 protsenti. See on tõenäosus, et raiskasime oma 10 dollarit.
Mis juhtub, kui seekord võtame teise kaardi (mis maksab meile veel 10 dollarit)? Tõenäosus, et teine kaart on äss, sõltub sellest, kas esimene kaart oli äss. Kui see nii oleks, siis tõenäosus, et ka teine kaart on äss, jagatakse kolmega 51 -ga (sest nüüd on tekis vaid kolm ässa, mis on vähenenud ühe kaardi võrra). Kui esimene kaart ei ole äss, siis tõenäosus, et teine kaart on äss, jagatakse neljaga jagatuna 51 -ga (sest väiksemas tekis on veel neli ässa).
Selle meetodi abil saame kindlaks teha tõenäosuse, et oleme mõlemad ässad eemaldanud - vastuse leidmiseks korrutame lihtsalt tõenäosused: 4/52 korda 3/51, mis annab meile tõenäosuse 0,0045 või 0,45 protsenti väärtuses 20 dollarit kahe kaardi kohta eemaldatud. Mitte eriti julgustav.
Siiski saame määrata ka vähemalt ühe ässa eemaldamise tõenäosuse. Pärast kahe kaardi joonistamist on 15 protsendi tõenäosus, et oleme vähemalt ühe ässa edukalt eemaldanud. See kõlab paljutõotavamalt, kuid koefitsiendid pole ka praegu väga head.
Selgub, et selleks, et suurendada vähemalt ühe ässa joonistamise võimalust, peame 90 protsenti kindlad olema, eemaldades rohkem kui üheksa kaarti (väärtusega 90 dollarit) või üle 22 kaardi (väärtusega 220 dollarit). et oleme eemaldanud ühe ässa. Isegi kui see õnnestub, on kolm ässa endiselt laual, nii et kokku peame ikkagi maksma 520 dollarit, mis on juhuslikult sama summa, mille pidime maksma, kui oleksime eemaldamise korral valinud kõik kaardid.
Mängud on läbi
Tulles meie analoogiast tagasi reaalse kosmosekeskkonna juurde, tundub olukord murettekitavam. Praegu jälgitakse USA kosmoseseirejaamade võrgustiku abil orbiidil ligikaudu 20 000 objekti, kusjuures umbes kuus protsenti neist objektidest kaalub üle ühe tonni, mis võivad hüpoteetiliselt osaleda kokkupõrkes ja mille me võiksime eemaldada. Kaardianaloogias on meie probleemiks see, et kõigi kaartide tagakülg on sama ja tõenäosus, et üks on labidaäss, on sama, mis tõenäosus, et teine on ka äss. Soovitud kaarte ei ole võimalik tuvastada ja laualt eemaldada. Tegelikkuses on meie võimalused kokkupõrget vältida palju suuremad kui kaardimängus, sest orbiidil näeme tõenäosust, et mõned objektid on kokkupõrgetes osalenud ja saame keskenduda neile. Näiteks on tihedalt asustatud orbiitidel olevad objektid, näiteks heliosünkroonsed 600–900 kilomeetri kõrgusel, kõige tõenäolisemalt seotud kokkupõrgetega selles tsoonis ummikute tõttu. Kui keskendume oma tähelepanu sarnastele objektidele (ja teised sarnaselt ülekoormatud orbiitidele) ja võtame arvesse nende kokkupõrke võimalikkuse prognoose, selgub, et peame eemaldama umbes 50 objekti, et vähendada katastroofiliste kokkupõrgete eeldatavat arvu. ainult üks üksus, mis tuleneb IADC kosmoseagentuuri liikmete uurimistulemustest.
Ja selgub, et isegi kui ühe puhtama kosmoselaevaga saab eemaldada mitu objekti (ja viis sihtmärki tundub olevat mitmekülgne alternatiiv), tuleb paljud lennud - sageli väljakutsuvad ja ambitsioonikad - ette võtta ainult ühe kokkupõrke vältimiseks.
Miks me ei suuda kokkupõrgete tõenäosust täpsemalt ennustada ja eemaldada ainult need objektid, mille kohta me teame, et need on ohtlikud? On palju parameetreid, mis võivad mõjutada satelliidi trajektoori, sealhulgas satelliidi orientatsiooni, olgu see siis ebakorrapärane liikumine või kosmoseilm (mis võib mõjutada satelliitide tõmmet). Isegi väikesed vead algväärtustes võivad põhjustada suuri lahknevusi satelliidi asukoha arvutamisel tegelikkusega võrreldes ja suhteliselt lühikese aja jooksul. Tegelikult kasutame sama tehnikat nagu ennustajad: konkreetsete tulemuste tõenäosuse genereerimiseks kasutame mudeleid, kuid mitte asjaolu, et neid tulemusi kunagi saadakse.
Seega on meil tehnoloogiad, mida saab aeg -ajalt kosmoseprügi eemaldamiseks kasutada. See on Euroopa Kosmoseagentuuri seisukoht oma kavandatava missiooniga e. Deorbit, kuid eemaldamiseks sobivaimate objektide väljaselgitamiseks tuleb veel lahendada probleeme. Nende probleemidega tuleb tegeleda enne, kui vajalikud suunised ja metoodilised põhimõtted on kättesaadavad kõigile, kes on huvitatud pikaajalise kosmoseprügi eemaldamise programmi koostamisest, mis on oluline keskkonna tõhusa heastamise jaoks.
Metoodilised põhimõtted konkreetsete alade, nende arvu, nõuete ja piirangute osas on olulised, et suurendada tõenäosust, et jõupingutused keskkonna parandamiseks on tõhusad ja tasuvad. Selliste metoodiliste põhimõtete väljatöötamiseks peame uuesti kaaluma oma põhjendamatuid ootusi soodsa tulemuse suhtes.