Кесслер синдромы: Ғарыш кеңістігіндегі сынықтардың тізбектей соқтығысу қаупі
Kessler syndrome
Кесслер синдромы: ғарыш кеңістігіндегі қалдықтардың тізбектей соқтығысуы жер серіктері үшін қауіпті. Орбиталық ластану, соқтығысу каскады туралы ақпарат.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Теориялық түрде спутниктік соқтығысу каскады, Жер орбитасының бөліктерін пайдалануға жарамсыз ете алатын құбылыс
Theoretical runaway satellite collision cascade that could render parts of Earth orbit unusable
Кесслер синдромы (Кесслер эффектісі, соқтығысу каскады немесе абляция каскады деп те аталады), 1978 жылы НАСА ғалымы Дональд Дж. Кесслер ұсынған, ғарыш ластануына байланысты Жердің төменгі орбитасындағы (LEO) объектілердің тығыздығы соншалық, объектілер арасындағы соқтығысулар тізбектеп келетін каскадты тудыруы мүмкін, онда әрбір соқтығысу одан әрі соқтығысулар ықтималдығын арттыратын ғарыш қалдықтарын жасайды. 2009 жылы Кесслер модельдеу нәтижелері қалдықтар ортасының қазірдің өзінде тұрақсыз екенін көрсеткенін жазды, "өткен қалдықтардың көздерін жою арқылы шағын қалдықтар ортасының өсуін тоқтатуға жасалған кез келген әрекет сәтсіз аяқталады, себебі болашақ соқтығыстардан пайда болатын сынықтар атмосфералық кедергі оларды алып тастаудан гөрі жылдам пайда болады". 1957 жылы "Спутник-1" ұшырылғаннан кейін Солтүстік Американың ғарыш қорғаныс команделеуі (NORAD) барлық белгілі ракеталардың ұшырылымдары мен орбитаға жеткен объектілердің дерекқорын (ғарыштық объектілер каталогын) құрастыруды бастады: спутниктер, қорғаныш қалқандары және жоғарғы және төменгі сатыдағы күшейткіш ракеталар. Кейіннен НАСА дерекқордың өңделген нұсқаларын екі жолды элементтер жиынтығы түрінде жариялады, ал 1980-ші жылдардың басында CelesTrak хабарландыру тақтасы оларды қайта жариялады. Дерекқорға мәліметтер енгізген іздеушілер орбитадағы басқа да нысандарды білген, олардың көпшілігі орбитадағы жарылыстардың нәтижесінде пайда болған. Кейбіреулері 1960-шы жылдардағы спутникке қарсы қаруды (ASAT) сынау кезінде әдейі жасалған, ал қалғандары орбитадағы ракета сатыларының жарылуынан қалған жанар май кеңейіп, олардың бактарын жарып тастағаннан туындаған. Байқауды жақсарту үшін NORAD қызметкері Джон Габбард жеке дерекқор жүргізді. Жарылыстарды зерттей отырып, Габбард олардың туындыларының орбиталық жолдарын болжау әдісін жасады, ал Габбард диаграммалары (немесе графиктер) қазір кеңінен қолданылады. Бұл зерттеулер орбиталық эволюция мен ыдырауды модельдеуді жақсарту үшін пайдаланылды. 1970-ші жылдары NORAD дерекқоры көпшілікке қолжетімді болғанда, НАСА ғалымы Дональд Дж. Кесслер астероид белдеуін зерттеу үшін жасалған әдісті белгілі объектілердің дерекқорына қолданды. 1978 жылдың маусымында Кесслер мен Бертон Кур Пале "Жартылай жиілігі жасанды спутниктер: қалдық белдеуін құру" атты мақаланы бірлесіп жазды.
The Kessler syndrome (also called the Kessler effect, collisional cascading, or ablation cascade), proposed by NASA scientist Donald J. Kessler in 1978, is a scenario in which the density of objects in low Earth orbit (LEO) due to space pollution is numerous enough that collisions between objects could cause a cascade in which each collision generates space debris that increases the likelihood of further collisions. In 2009, Kessler wrote that modeling results had concluded that the debris environment was already unstable, "such that any attempt to achieve a growth free small debris environment by eliminating sources of past debris will likely fail because fragments from future collisions will be generated faster than atmospheric drag will remove them". After the launch of Sputnik 1 in 1957, the North American Aerospace Defense Command (NORAD) began compiling a database (the Space Object Catalog) of all known rocket launches and objects reaching orbit: satellites, protective shields and upper and lower stage booster rockets. NASA later published modified versions of the database in two line element set, and during the early 1980s the CelesTrak bulletin board system re published them. The trackers who fed the database were aware of other objects in orbit, many of which were the result of in orbit explosions. Some were deliberately caused during the 1960s anti satellite weapon (ASAT) testing, and others were the result of rocket stages blowing up in orbit as leftover propellant expanded and ruptured their tanks. To improve tracking, NORAD employee John Gabbard kept a separate database. Studying the explosions, Gabbard developed a technique for predicting the orbital paths of their products, and Gabbard diagrams (or plots) are now widely used. These studies were used to improve the modeling of orbital evolution and decay. When the NORAD database became publicly available during the 1970s, NASA scientist Donald J. Kessler applied the technique developed for the asteroid belt study to the database of known objects. In June 1978, Kessler and Burton Cour Palais co authored "Collision Frequency of Artificial Satellites: The Creation of a Debris Belt",
Сол кезде атмосфераның жоғарғы қабатынан келетін кедергі қалдықтарды орбитадан жылдам шығарады деп ойлаған. Алайда Габбард ғарыштағы нысандардың саны мен түрі NORAD деректерінде толық көрсетілмегенін және олардың мінез-құлқымен таныс екенін білген. 1978 жылғы мақала жарияланғаннан кейін берген сұхбатында Габбард қалдықтардың жиналуын атау үшін Кесслер синдромы терминін қолданды; орбитадағы көптеген басқа Delta компоненттері (Delta АҚШ ғарыш бағдарламасының негізгі құралы болды) әлі жарылмаған еді.
At the time, it was widely thought that drag from the upper atmosphere would de orbit debris faster than it was created. However, Gabbard was aware that the number and type of objects in space were under represented in the NORAD data and was familiar with their behavior. In an interview shortly after the publication of the 1978 paper, Gabbard coined the term Kessler syndrome to refer to the accumulation of debris; A number of other Delta components in orbit (Delta was a workhorse of the US space program) had not yet exploded.
Жаңа Кесслер синдромы
1980 жылдары АҚШ Әуе күштері (АҚШӘ) сынықтардың спутниктермен немесе басқа сынықтармен соқтығысқан жағдайда не болатынын анықтау үшін тәжірибелік бағдарлама жүргізді. Зерттеу процестің микрометеориттермен соқтығысудан ерекшеленетінін көрсетті, нәтижесінде соқтығысу қаупі тудыратын үлкен сынықтар пайда болды. 2007 жылдың 11 қаңтарында Қытай жерсерікке қарсы зымыран сынағын өткізді, онда олардың FY 1C метеорологиялық спутнігі нысана ретінде таңдалды. Соқтығысу 865 километр биіктікте болды, мұнда 750 килограмм салмақты спутник 8 км/с (18 000 миль/сағат) жылдамдықпен қарсы бағытта келе жатқан кинетикалық зарядпен тікелей соқтығысты. Соның салдарынан пайда болған сынықтар Жерді 850 километрден жоғары орташа биіктікте айналып өтеді және ондаған немесе ғасырлар бойы орбитада қалуы мүмкін. 2021 жылдың 15 қарашасында Ресейдің ASAT зымыранымен Космос 1408 спутнігінің жойылғандығы үлкен сынық бұлтын құрады, 1500 сынық қадағалануда, ал тағы жүздеген мыңдары тым кішкентай болғандықтан қадағалау мүмкін емес. Спутник полярлық орбитада болғандықтан және оның сынықтары 300 км мен 1000 км биіктікте тарағандықтан, ол Халықаралық ғарыш станциясы және Қытай ғарыш станциясы (Тяньгун) сияқты кез келген LEO спутнігімен соқтығысуы мүмкін.
During the 1980s, the United States Air Force (USAF) conducted an experimental program to determine what would happen if debris collided with satellites or other debris. The study demonstrated that the process differed from micrometeoroid collisions, with large chunks of debris created which would become collision threats. On 11 January 2007, China conducted an anti satellite missile test in which one of their FY 1C weather satellites was chosen as the target. The collision occurred at an altitude of 865 kilometres, when the satellite with a mass of 750 kilograms was struck in a head on collision by a kinetic payload traveling with a speed of 8 km/s (18,000 mph) in the opposite direction. The resulting debris orbits the Earth with a mean altitude above 850 kilometres, and will likely remain in orbit for decades or centuries. The destruction of the Kosmos 1408 satellite by a Russian ASAT missile on November 15, 2021, has created a large debris cloud, with 1500 pieces of debris being tracked and an estimated hundreds of thousands of pieces too small to track. Since the satellite was in a polar orbit, and its debris has spread out between the altitudes of 300 km and 1000 km, it could potentially collide with any LEO satellite, including the International Space Station and the Chinese Space Station (Tiangong).
Қалдықтар өндірісі мен жою
Әрбір спутник, ғарыш зонды және экипаждық миссия ғарыш қалдықтарын тудыруы мүмкін. Орбитадағы спутниктердің саны артаған сайын теориялық каскадтық Кесслер синдромының пайда болу ықтималдығы артады. 2014 жылы Жерді айналып жүрген 2000 коммерциялық және мемлекеттік спутник болды, ал 2021 жылы 4000-нан асты. Шамамен 600 000 ғарыш қиқымы бар, олардың ішінде 23 000-нан астамы үлкен. 2009 жылға дейін каталогталған объектілер арасында төрт соқтығысу тіркелді, оның ішінде 2009 жылы екі спутник арасындағы соқтығысу болды.
Every satellite, space probe, and crewed mission has the potential to produce space debris. The theoretical cascading Kessler syndrome becomes more likely as satellites in orbit increase in number. As of 2014, there were about 2,000 commercial and government satellites orbiting the Earth, and as of 2021 more than 4000. It is estimated that there are 600,000 pieces of space junk ranging from , and 23,000 larger than that. as of 2009, there had been four collisions between catalogued objects, including a collision between two satellites in 2009.
Салдары
Кесслер синдромы домино эффектісі және кері байланыс арқылы туындайтын қиындықтарға байланысты, онда үлкен массасы бар объектілердің арасындағы соқтығыстар соқтығысу күшінен сынықтарды жасайды. Бұл сынықтар басқа объектілерге шағылысып, одан да көп ғарыш қалдықтарын тудырады: егер ғарыш станциясы мен істен шыққан спутник арасында немесе ғарыштағы қастандық әрекеттер нәтижесінде үлкен соқтығысу немесе жарылыс болса, онда туындайтын қалдықтар тізбегі, әсіресе төмен Жер орбитасындағы (LEO) спутниктердің ұзақ мерзімді қолданылу мүмкіндігін өте төмендетеді. Дегенмен, тіпті LEO-дағы апатты Кесслер сценарийі LEO-дан тысқары ұшыруларға немесе орта Жер орбитасында (MEO) немесе геостационарлық орбитада (GEO) қозғалатын спутниктерге минималды қауіп төндіреді. Апатты сценарийлер жоғары орбиталардағы ғарыш зерттеулеріне физикалық кедергіл келтіретін жағдайға қарағанда, жыл сайынғы соқтығысу санының артуын болжайды.
The Kessler syndrome is troublesome because of the domino effect and feedback runaway wherein impacts between objects of sizable mass spall off debris from the force of the collision. The fragments can then hit other objects, producing even more space debris: if a large enough collision or explosion were to occur, such as between a space station and a defunct satellite, or as the result of hostile actions in space, then the resulting debris cascade could make prospects for long term viability of satellites in particular low Earth orbits extremely low. However, even a catastrophic Kessler scenario at LEO would pose minimal risk for launches continuing past LEO, or satellites travelling at medium Earth orbit (MEO) or geosynchronous orbit (GEO). The catastrophic scenarios predict an increase in the number of collisions per year, as opposed to a physically impassable barrier to space exploration that occurs in higher orbits.
Қауіпсіздік пен азайту
Жаңа көлік құралын немесе спутникті жобалаушылар ITU-дан оның қызмет мерзімі аяқталғанда қауіпсіз түрде жойылатынын, мысалы, бақыланатын атмосфераға қайта кіру жүйесін немесе "көрімдік" орбитаға көтерілуді қолдану арқылы дәлелдеуді жиі талап етеді. АҚШ-та телекоммуникациялық қызметтер көрсетуге лицензия алу үшін, АҚШ аумақтарына хабар тарататын АҚШ-тан ұшырылған немесе спутниктер үшін Федералды байланыс комиссиясы (FCC) 2002 жылғы 18 наурыздан кейін ұшырылған барлық геостационарлық спутниктердің қызмет мерзімі біткеннен кейін "көрімдік" орбитаға көшуге міндеттеді. Орташа орбитадан ғарыш кемесін орбитадан шығарудың ұсынылып отырған энергияны үнемдейтін тәсілі – оны орбиталық ыдырауды жылдамдататын, Күн немесе Аймен тұрақсыз резонанстағы орбитаға ауыстыру. шамасындағы сынықтармен күресуге ұсынылған технологиялардың бірі – лазерлік "шүбір", қуатты құрлықта орналасқан лазер, ол сынықтарды орбитадан шығаруға мүмкіндік береді: лазер сәулесі тиген сынықтың беті буланып, қалдықтардың эксцентриситеті орбитаға қайта кіріп, зиянсыз жойылғанша өзгеретін итеру күшін тудырады.
Designers of a new vehicle or satellite are frequently required by the ITU to demonstrate that it can be safely disposed of at the end of its life, for example by use of a controlled atmospheric reentry system or a boost into a graveyard orbit. For US launches or satellites that will have broadcast to US territories—in order to obtain a license to provide telecommunications services in the United States—the Federal Communications Commission (FCC) required all geostationary satellites launched after 18 March 2002 to commit to moving to a graveyard orbit at the end of their operational life. A proposed energy efficient means of deorbiting a spacecraft from MEO is to shift it to an orbit in an unstable resonance with the Sun or Moon that speeds up orbital decay. One technology proposed to help deal with fragments from in size is the laser broom, a proposed multimegawatt land based laser that could deorbit debris: the side of the debris hit by the laser would ablate and create a thrust that would change the eccentricity of the remains of the fragment until it would re enter and be destroyed harmlessly.
Көркем шығармаларда
2013 жылғы "Гравитация" фильмінде оқиғаның бастауы ретінде Кесслер синдромы апаты бейнеленген, осы кезде Ресей ескі спутникті жоқ етеді. Нейл Стивенсонның 2015 жылғы "Жеті есім" романы Айдың түсіндіріле алмайтын жарылуынан жеті үлкен бөлікке бөлінуімен, Кесслер синдромының салдарынан пайда болған қалдықтар бұлтының құрылуымен және соңында Жер бетіне ай метеориттерімен бомбалаумен басталады. "Planetes" – Макото Юкимура жазған және салған жапондық ғылыми фантастика мангасы, онда жақын болашақта Жер мен Айдың төңірегіндегі ғарыш қалдықтарын жоюға келісімшарт жасалған корпорация үшін жұмыс істейтін экипаждың оқиғасы баяндалады. Bandai Namco компаниясының 2019 жылғы "Ace Combat 7: Skies Unknown" видео ойынында Кесслер синдромы сценарийі бейнеленген, ол Осея мен Эрузеяның бір-бірінің орбиталық активтеріне қарсы А SAT қаруын қолдануынан туындайды.
The 2013 film Gravity features a Kessler syndrome catastrophe as the inciting incident of the story, when Russia shoots down an old satellite. Neal Stephenson's 2015 novel Seveneves begins with the unexplained explosion of the Moon into seven large pieces, the subsequent creation of a cloud of debris by Kessler syndrome collisions, and the eventual bombardment of Earth's surface by lunar meteoroids. Planetes is a Japanese hard science fiction manga written and illustrated by Makoto Yukimura that details the story of a crew working for a corporation contracted to remove space debris from around the Earth and Moon in the near future. Bandai Namco's 2019 video game Ace Combat 7: Skies Unknown features a Kessler syndrome scenario, caused by both Osea and Erusea using A SAT weapons against each other's orbital assets.