Исследования космического мусора и астероидной опасности

Рис.5.6 Общий вид телескопа JWST

 

Научное оборудование JWST :

- прибор для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения (Mid-Infrared Instrument, или MIRI);

- камера ближнего инфракрасного диапазона (Near-Infrared Camera, или NIRCam);

- спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (Near-Infrared Spectrograph, или NIRSpec);

- датчик точного наведения (на объект наблюдения) с настраиваемыми фильтрами (Fine Guidance Sensor/Tuneable Filter Imager, или FGS/TFI).

 

В начальном проекте JWST был предусмотрен «звездный зонтик» - щит, предназначенный для защиты планетных систем, на которые наводится телескоп от излучения центральных звезд. Пластиковая пластина в форме цветка (маргаритки) размером по диаметру 45м должна была затмевать свет звезд, у которых возможно наличие планеты. Таким способом устранялась засветка от главного светила, и было бы доступным изучение планеты. Ожидалось, что расположенные приблизительно в 25 тыс. км от телескопа JWST лепестки «маргаритки» позволят рассмотреть на планетах земного типа детали поверхности – океаны, материки, полярные шапки и облака – и даже определить наличие молекул-биомаркеров: метана, кислорода и воды, если они наличествуют в атмосфере таких планет. Однако этот проект был исключен из-за недостатка средств в последующем проекте.

Телескоп JWST будет размещён во второй точке Лагранжа L2 системы Солнце - Земля на расстоянии 1,5 млн. км. в постоянной тени Земли (Рис. 5.6). Точки Лагранжа (точки либрации (от лат. libratio - качание, колебание) или L-точки - это такие точки в системе из двух массивных тел, в которых третье тело с пренебрежимо малой массой, на которое не действуют никакие другие силы, кроме гравитационных сил со стороны этих двух массивных тел, может оставаться неподвижным относительно этих тел.

 

Основными задачами JWST являются: обнаружение света первых звёзд и галактик, сформированных после Большого взрыва, изучение формирования и развития галактик, звёзд, планетных систем и происхождения жизни, рассмотрение Вселенной в инфракрасной области спектра. На этой длине волны, можно через пыль и газовые облака с наиболее высоким разрешением наблюдать процессы зарождения звезд и галактик. Это даст возможность видеть Вселенную еще дальше, углубляясь в пространство и время.

Телескоп позволит обнаруживать экзопланеты с температурой поверхности до 300К (что практически равно температуре поверхности Земли), находящиеся дальше 12 а. е. от своих звёзд, и удаленные от Земли на расстояние до 15 световых лет. В зону подробного наблюдения попадут более двух десятков ближайших к Солнцу звезд. Благодаря JWST ожидается настоящий прорыв в экзопланетологии - возможностей телескопа будет достаточно не только для того, чтобы обнаруживать сами экзопланеты, но даже сами спутники этих планет (что до ввода JWST в строй будет являться недостижимым показателем ни для одного наземного и орбитального телескопа). Однако обнаружение спутников экзопланет будет возможным лишь в случае, если их размер будет составлять не менее одного диаметра Земли.

(экология ближнего космоса)

С развитием программ США, России, Японии, Европейского и Китайского космических агенств по эксплуатации космического пространства, резко возрос интерес к малым телам солнечной системы и обьектов в околоземном пространстве как естественного, так и исскуственного происхождения. Заселенность ближнего космоса искусственными спутниками Земли, отработанными деталями ракет и космических аппаратов, естественными небесными телами (метеориты, астероиды, кометы) настолько высока, что возникла проблема так называемого космического мусора.

Космический мусор – это искусственные обьекты и их фрагменты на околоземных орбитах (от 100 до 40 тысяч километров), которые уже не работают и не могут служить конкретным целям. Число обьектов, размеры которых £ 1/см² оценивается величиной в несколько миллионов. При скорости ³ 8км/сек наличие такого количества ненужных обьектов на околоземных орбитах представляет большую опасность для действующих космических аппаратов и станций, особенно на высотах 0.8 - 3.0 тыс.км и на высотах 40.0 тыс.км. (геостационарные орбиты). Имеются зарегистрированные факты столкновения (взрывов) космических аппаратов с фрагментами космического мусора и разрушения КА.

В настоящее время (2013г.) на орбите находится около 19 тысяч обломков размером больше 10 см. Встреча действующих космических аппаратов с подобным мусором весьма опасна. В феврале текущего года столкнулись два спутника — американский коммерческий спутник системы связи Iridium и нефункционирующий российский аппарат «Космос-2251». Напомним, что первый в истории случай столкновения мусора и космического аппарата произошел в 1996 году: от французского спутника отлетела крупная деталь, которая ударила другой французский спутник.

Одним из методов исключения или ослабления этой опасности (угрозы) является выявление элементов космического мусора оптическими способами, определение параметров их движения, также каталогизация обьектов в околоземном космическом пространстве (действующие КА, космический мусор искусственного и естественного происхождения), постоянное слежение за ними с уведомлением соответствующих служб. Не вдаваясь в достаточно сложные проблемы предотвращения столкновения фрагментов с действующими спутниками, необходимо отметить большое значение своевременных опережающих наблюдений и вычислений их точных положений, а также и орбит путем наземных астрономических наблюдений. Оперативное выполнение указанных действий по наиболее раннему выявлению опасных обьектов предельно слабой яркости (20-25 звездной величины), оперативному определению с необходимой точностью их координат и орбитальных параметров целесообразно проводить в рамках международного сотрудничества по контролю околоземного пространства.

Среди реальных методов устранения космического мусора в околоземном пространстве представляет интерес разработка в Швейцарии системы “Clean Space One”: микроспутник размером 30х10х10 см будет приспособлен для захвата «цели» и ее последующего сопровождения до полного сгорания в атмосфере. Первый запуск планируется на 2015 год.

Рис. 5.8 Карта космического мусора
(Зелёные точки - околоземные спутники, зелёная линия - орбита МКС, красные точки - космические обломки с диаметром свыше 10 см. Концентрация красных точек на обоих полюсах - это обломки китайского спутника, сбитого китайцами 11 января 2007 года (примерно 2400 обломков с диаметром свыше 10 см).

 

Каждую неделю происходит примерно 3000 случаев, когда эти обломки пролетают близко (менее 5 км) от спутников. В августе 2007 года в панель американского "Шаттла" всё же попал титановый обломок диаметром 2 мм (в результате - отверстие 8 на 14 мм). Распределение космического мусора по странам: 40% обломков - китайские, 27,5% - США, 25,5% - РФ, 7% - других стран. По данным НАСА (4.04.09), на околоземных орбитах находятся более 28000 объектов космического мусора. Первым мусором, оставшимся в ближнем космосе, стал неработающий американский спутник Vanguard 1, выведенный на орбиту в 1958 году. Примерно 42% мусора составляют детали спутников (например, батареи, антенны и пр.), 22% - сами неработающие спутники и иные космические аппараты, 19% - мусор, который выбросили в космос космонавты и астронавты, 17% -обломки ракет. Ежедневно на поверхность Земли падает один объект космического мусора. Даже ничтожно малый кусок мусора, диаметром в 0.1 см, способен повредить космический корабль.

Космический мусор заставил МКС изменить траекторию (23.03.2009). Траектория движения МКС была изменена с тем, чтобы орбитальный комплекс не столкнулся с фрагментом космического мусора - угроза столкновения была с обломком китайской ракеты-носителя, диаметр которого составляет около 10 см.. Небольшую корректировку курса МКС пришлось провести накануне за счет включения двигателей пристыкованного к ней Шаттла Discovery. О возможности столкновения экипажи МКС и Discovery предупредили из Центра управления полетом в Хьюстоне. На измененном курсе "связка" МКС и Шаттл провела около трех часов. Космический мусор уже не первый раз угрожает МКС. Так, 13 марта экипаж МКС был вынужден эвакуироваться в пилотируемый корабль "Союз" и подготовиться к возможной отстыковке в связи с тем, что информация о вероятности столкновения с космическим мусором поступила слишком поздно для осуществления маневра самой станции.

 

 

 

Рис. 5.9 Космический мусор представляет серьезную опасность для МКС и многочисленных спутников связи.