O processo de exploração espacial, que praticamente começou em meados do século XX, costuma ser apresentado pelo lado positivo como uma nova etapa no desenvolvimento do conhecimento científico e tecnológico. No entanto, já após o lançamento do primeiro satélite, iniciou-se em paralelo um processo negativo completamente diferente, associado ao entupimento de órbitas próximas à Terra. Detritos feitos pelo homem no espaço representam uma série de ameaças tanto para naves espaciais quanto para a Terra.
Fontes de detritos espaciais
Lixo, neste caso, refere-se a derivados de natureza humana, que são muito diversos, mas estão associados à atividade humana direta. Por exemplo, os meteoróides naturais não representam uma ameaça, ao contrário dos resíduos produzidos pelo homem, que representam ameaças devido à sua longa permanência em órbita baixa da Terra.
Então, de onde vêm os detritos perigosos no espaço? A maior parte égerado durante lançamentos de satélites e lançamentos de outros veículos em órbita. Nesses processos estão necessariamente envolvidos navios acompanhantes tripulados ou automáticos, que deixam para trás objetos técnicos e consumíveis. A fonte mais perigosa de poluição deste tipo é a destruição de satélites e navios em órbita, o que faz com que equipamentos não gerenciados e peças estruturais de aeronaves permaneçam no espaço. Por si só, os fragmentos após as falhas de equipamentos ou no processo de liberação planejada de resíduos não representam uma ameaça séria em um único número. No entanto, com a acumulação a longo prazo, formam-se grandes objetos, muitas vezes com alto potencial radioativo, o que dificulta a sua destruição.
Um papel significativo nos processos de formação de detritos perigosos é desempenhado pelo efeito da "idade" da degradação de detritos de objetos espaciais em um ambiente agressivo. As mesmas acumulações de detritos são afetadas negativamente pela poeira cósmica, radiação, temperaturas extremas, oxidação do oxigênio, etc. de desastres.
Monitoramento de detritos espaciais
Os perigos existentes associados à presença de detritos espaciais também exigem pesquisa constante em órbitas próximas à Terra. Dispositivos especiais escaneiam resíduos produzidos pelo homem de acordo com várias características, incluindo tamanho, massa, forma, velocidade,trajetória, composição, etc. Dependendo da distância da Terra, determinados equipamentos são usados. Por exemplo, a órbita terrestre baixa do sistema LEO cobre convencionalmente uma distância de 100 a 2000 km. Engenharia de rádio, radar, óptica, optoeletrônica, laser e outros dispositivos para observar detritos espaciais operam neste espectro. Ao mesmo tempo, algoritmos especiais estão sendo desenvolvidos para analisar as informações recebidas nesses dispositivos. Para combinar um conjunto de dados fragmentados, são usados modelos computacionais matemáticos complexos, que fornecem uma imagem relativamente completa do que está acontecendo em uma determinada área de observação.
Apesar do uso de métodos de monitoramento de alta tecnologia, ainda há problemas para rastrear pequenas partículas tão pequenas quanto alguns milímetros. Tais fragmentos podem ser estudados apenas parcialmente por sensores de bordo, mas isso não é suficiente para obter informações abrangentes, por exemplo, sobre a composição química do objeto. Uma das direções para monitorar tais partículas é a chamada medição passiva. Ao mesmo tempo, de acordo com esse princípio, os componentes da estação espacial Mir retornados à Terra foram estudados. A essência dessa tecnologia é registrar os impactos das partículas estudadas na superfície do aparelho em espaço aberto. Em laboratórios, foram analisados vários tipos de danos, o que possibilitou a obtenção de informações adicionais sobre detritos espaciais. Hoje, equipes de cosmonautas estão trabalhando nesse caminho de pesquisa diretamente em órbita, inspecionando as superfícies das naves espaciais em operação.
Distribuição de detritos no espaço próximo à Terra
O monitoramento do espaço sideral indica uma distribuição desigual de detritos de diferentes tipos em órbitas. Os maiores aglomerados são observados na região de órbita baixa - em particular, em comparação com órbitas altas, a diferença de densidade pode ser mil vezes maior. Ao mesmo tempo, existe uma relação entre a densidade dos aglomerados e o tamanho das partículas. A densidade espacial de detritos de tamanho médio é geralmente menor em órbitas altas do que em órbitas baixas em uma proporção menor em comparação com elementos de granulação grossa.
As características da distribuição dos detritos espaciais ao redor da Terra são influenciadas por uma série de fatores, entre os quais as características de origem. Por exemplo, pequenos fragmentos formados como resultado da destruição de partes da estação ou satélites têm vetores de velocidade instáveis. Quanto aos grandes detritos, devido à sua alta dinâmica é capaz de atingir grandes altitudes de até 20.000 km, e também se espalhar no anel geoestacionário. No nível de 2.000 km, há uma distribuição desigual com pontos de aumento de densidade em 1.000 e 1.500 km em particular. A propósito, a órbita geoestacionária é a mais obstruída, e em sua área registra-se uma alta tendência de detritos à deriva.
Tendências de desenvolvimento de detritos espaciais
Os cientistas espaciais estão mais preocupados com as ameaças potenciais do que com as atuaisdetritos nas órbitas da Terra. No momento, estudos sugerem um aumento na taxa de poluição em 4-5% ao ano. Além disso, o papel dos lançamentos de naves espaciais ainda não foi avaliado de forma confiável em termos de crescimento da população de corpos estranhos em diferentes órbitas. Grandes objetos são passíveis de previsão, mas, como já observado, as informações limitadas sobre pequenos detritos, mesmo no espaço próximo, não nos permitem falar com alto grau de objetividade sobre as características dos detritos de massa. Apesar disso, os cientistas tiram duas conclusões inequívocas sobre pequenos detritos:
- O volume de pequenas partículas que são formadas como resultado da destruição aumenta constantemente com o aumento do número de colisões. Tanto em condições de laboratório quanto em estudos teóricos, foi demonstrado que pequenos fragmentos compõem uma proporção significativa de elementos que são separados de objetos de destruição.
- Partículas muito pequenas na forma dos mesmos produtos de colisão são mais suscetíveis aos efeitos negativos das forças externas. O efeito da degradação quando os detritos estão em condições agressivas por muito tempo reduz a probabilidade de uma avaliação confiável do futuro de tais acumulações.
Obviamente, os problemas de encontrar detritos no espaço só vão piorar, o que exige a adoção de medidas adequadas. Mas mesmo com o desligamento completo dos projetos relacionados ao espaço, a órbita da Terra continuará obstruída como resultado da colisão de elementos de poluição existentes com partículas naturais. Por inércia, esse processo continuará por pelo menos mais 100anos.
Tipos de efeitos da poluição espacial
As consequências negativas mais perigosas da influência de detritos espaciais incluem o seguinte:
- Danos ecológicos à Terra. Por si só, a presença de detritos tecnogênicos na órbita próxima à Terra acarreta uma mudança no contexto ecológico e viola a pureza original do meio ambiente. Segundo os astrônomos-observadores, o processo de redução da transparência do espaço próximo à Terra já está em andamento, o que também explica a presença de interferências no funcionamento dos equipamentos de rádio. Diretamente para a Terra, nota-se o perigo de queda de componentes com materiais combustíveis que garantem o funcionamento dos motores a jato.
- Detritos caindo na Terra. Mesmo sem um efeito radioativo, a queda de resíduos produzidos pelo homem do espaço próximo pode levar a consequências catastróficas. Até o momento, os maiores objetos pousados tinham uma massa não superior a 100 toneladas, mas isso não representava uma ameaça séria ao planeta. Por outro lado, à medida que a intensidade da obstrução da órbita da Terra aumenta, esse cenário se tornará cada vez mais sombrio.
- Perigo de colisão espacial. Não subestime o dano dos detritos espaciais para o equipamento usado no apoio ao voo. Os mesmos impactos de partículas grandes e pequenas podem levar a interrupções significativas na operação dos dispositivos, e grandes acidentes comprometem as perspectivas de implementação de projetos ambiciosos e caros.
Sistemas de avaliação de danos por colisãolixo
Em primeiro lugar, a prática já estabelecida de analisar os efeitos na superfície de naves espaciais é aplicada por exame externo pelos próprios cosmonautas. Como mencionado acima, os resultados de tais estudos podem ser usados para determinar as características do lixo. No entanto, as informações analíticas mais precisas são fornecidas apenas por testes de laboratório nos quais os materiais alvo são afetados artificialmente. Uma imitação de uma colisão de equipamentos com detritos no espaço é realizada através de impactos de ultra- alta velocidade. Além disso, por meio de modelagem computacional e digital, os dados obtidos são processados com uma análise das características do dano e da mecânica do impacto no objeto alvo. Entre os principais indicadores estão propriedades como força, preservação da funcionalidade, capacidade de sobrevivência de componentes individuais, grau de fragmentação, etc.
Determinando o nível de ameaça de detritos espaciais
Mesmo nas fases de projeto de estações orbitais e complexos espaciais, a possibilidade de colisão com vários tipos de detritos é levada em consideração. Para calcular a confiabilidade ideal do projeto, são usados dados sobre o ambiente específico onde o dispositivo será usado. Ao mesmo tempo, a imprecisão dos métodos experimentais e analíticos para avaliar as ameaças ainda é um problema significativo. Os detritos no espaço só podem ser examinados até certo grau de suposições, tornando difícil para os projetistas preparar adequadamente os veículos para colisões em alta velocidade. PorPara uma avaliação aproximada da ameaça, é usado o conceito de fluxos gerais de detritos espaciais, que podem ser encontrados no caminho da espaçonave. Mais dados são exibidos sobre a densidade de fluxo, velocidade, ângulos de ataque e o número de impactos esperados.
Formas de reduzir as ameaças de detritos no espaço
O nível relativamente baixo de monitoramento e caracterização de detritos espaciais com sua previsão é apenas parte do problema. No estágio atual, os especialistas se deparam com uma série de questões relacionadas à redução dos riscos do impacto negativo dos resíduos produzidos pelo homem no espaço sideral. Hoje, duas direções estão sendo consideradas para resolver este problema. Em primeiro lugar, trata-se de uma redução geral dos voos, bem como a minimização de processos tecnológicos que levam ao entupimento de órbitas em diferentes níveis. Em segundo lugar, podemos falar da otimização estrutural dos veículos com a redução de peças que potencialmente poderiam se tornar detritos espaciais. Atenção especial nos sistemas de controle espacial hoje é dedicada à contaminação com substâncias radioativas. Isso diz respeito à minimização dos produtos de exaustão do motor até a transição para recursos de combustível fundamentalmente novos.
Perspectivas para a luta contra detritos no espaço próximo
O trabalho ativo para a regulação das atividades espaciais em nível global dá motivos para otimismo na avaliação da evolução da situação no futuro. Atitude cuidadosa com a limpeza dos ambientes orbitais está inserida nos conceitos dos programas estratégicos dos maiores estados, que contribuema maior contribuição para a luta contra os detritos no espaço. A limpeza e remoção de partículas pequenas e grandes para órbitas poligonais é uma das áreas-chave na limpeza do espaço da poluição causada pelo homem, mas ainda não existem métodos eficazes para implementar esse conceito. Esta é uma tarefa tecnologicamente difícil, então a ênfase principal no momento ainda está em maneiras de otimizar as atividades humanas no espaço.
Conclusão
Uma das maneiras radicais de resolver problemas de detritos espaciais é parar completamente o lançamento de estações orbitais e satélites até que surjam meios novos e mais acessíveis de limpeza do ambiente próximo à Terra. Mas essa direção também é utópica devido a uma série de razões econômicas e tecnológicas. No entanto, existem pré-requisitos para mudar a situação para melhor. Mesmo se você olhar para trás várias décadas, poderá notar mudanças fundamentais na atitude da própria pessoa em relação a esse problema. Então, se durante a operação da estação espacial Mir, a prática usual era a liberação direta dos resíduos da tripulação, hoje isso é impossível de imaginar. Regras cada vez mais rigorosas estão sendo introduzidas para regular os processos de estar no espaço sideral. Isso também é evidenciado por convenções internacionais, segundo as quais os países que participam de atividades espaciais são obrigados a aderir aos princípios de redução do impacto negativo sobre a situação ecológica no ambiente próximo à Terra.
