Офис программы НАСА по орбитальному мусору

Офис программы НАСА по орбитальному мусору расположен в Космическом центре Джонсона и является ведущим центром НАСА по исследованию орбитального мусора . Во всем мире она признана за свое лидерство в решении проблем орбитального мусора. Управление программы НАСА по орбитальному мусору взяло на себя ведущую роль в проведении измерений окружающей среды и разработке технического консенсуса для принятия мер по смягчению последствий для защиты пользователей орбитальной среды. Работа в центре продолжается по улучшению понимания среды орбитального мусора и мер, которые можно принять для контроля его роста.

Исследования орбитального мусора в НАСА разделены на несколько широких исследовательских работ, включающих моделирование, измерения, защиту, смягчение последствий и возвращение орбитального мусора.

Моделирование

Ученые НАСА продолжают разрабатывать и совершенствовать модели орбитального мусора, чтобы описать и охарактеризовать нынешнюю и будущую среду мусора. Инженерные модели, такие как ORDEM2000 , могут использоваться для оценки риска воздействия мусора на космические корабли и спутники, включая Международную космическую станцию и космический челнок . Эволюционные модели, такие как EVOLVE и LEGEND , предназначены для прогнозирования будущей среды мусора. Они являются надежными инструментами для изучения того, как будущая среда мусора реагирует на различные методы смягчения последствий.

ORDEM2000 был заменен в 2010 году на ORDEM2010 . Эта версия представляет собой значительное усовершенствование программы моделирования оценки мусора НАСА ODPO, основанной на эмпирических данных. Эта версия долгосрочной серии включает в себя дополнительные данные за десять лет, новые проверенные высокоточные модели окружающей среды, новые статистические процессы для анализа данных и моделей, расширение моделирования за счет ГЕО, включение плотности материала обломков и новый пакет анализа иглу, охватывающий космический корабль, с расширенным сопутствующим графическим интерфейсом. ^{[ 1 ]}

Измерения

Измерения околоземного орбитального мусора осуществляются путем проведения наземных и космических наблюдений за орбитальным мусором. Данные собираются с помощью наземных радаров и оптических телескопов [1] , космических телескопов и анализа поверхностей космических кораблей, возвращенных из космоса. Некоторыми важными источниками данных были сеть космического наблюдения США , радар Haystack X-диапазона , а также поверхности, полученные от Solar Max, установки длительного воздействия (LDEF) и космического корабля "Спейс Шаттл". Данные обеспечивают проверку моделей окружающей среды и определяют наличие новых источников.

Защита

Защита от орбитального мусора включает в себя проведение измерений удара на сверхскорости для оценки риска, который орбитальный мусор представляет для действующих космических кораблей, а также разработку новых материалов и новых конструкций для обеспечения лучшей защиты от окружающей среды с меньшими потерями веса. Данные этой работы обеспечивают связь между средой, определенной моделями, и риском, который эта среда представляет для эксплуатируемого космического корабля, а также дают рекомендации по процедурам проектирования и эксплуатации для снижения риска по мере необходимости. Эти данные также помогают в анализе и интерпретации особенностей воздействия на поверхности возвращенного космического корабля. Основным объектом для этого исследования является Центр технологии гиперскоростного удара (HIT-F) в АО НАСА в Хьюстоне, хотя есть и другие объекты в АО, Нью-Мексико, и в различных лабораториях Министерства обороны.

смягчение последствий

Контроль над ростом количества орбитального мусора является первоочередной задачей НАСА, США и крупнейших космических держав мира, чтобы сохранить околоземное пространство для будущих поколений. Меры по смягчению последствий могут принимать форму сокращения или предотвращения образования нового мусора, разработки спутников, способных противостоять воздействиям мелкого мусора, и реализации эксплуатационных процедур, начиная от использования орбитальных режимов с меньшим количеством мусора, принятия определенных положений космического корабля и даже маневрирования во избежание столкновений с обломки.

В 1995 году НАСА стало первым космическим агентством в мире, выпустившим всеобъемлющий набор руководящих принципов по предотвращению образования орбитального мусора. Два года спустя правительство США разработало набор Стандартных практик по предотвращению образования орбитального мусора , основанных на руководящих принципах НАСА. Другие страны и организации, в том числе Япония , Франция , Россия и Европейское космическое агентство (ЕКА), последовали этому примеру и разработали свои собственные рекомендации по предотвращению образования орбитального мусора. В 2002 году после многолетних усилий Межагентский координационный комитет по космическому мусору (МККМ), в состав которого входят космические агентства 10 стран, а также ЕКА, принял консенсусный набор руководящих принципов, призванных смягчить рост количества орбитального мусора. Эти руководящие принципы были официально представлены Научно-техническому подкомитету Комитета ООН по использованию космического пространства в мирных целях в феврале 2003 года.

Возвращение в атмосферу

Из-за увеличения количества объектов в космосе НАСА приняло руководящие принципы и процедуры оценки, чтобы сократить количество неработающих космических кораблей и отработанных верхних ступеней ракет, вращающихся вокруг Земли. Один из методов утилизации после полета - разрешить повторный вход этих космических кораблей либо с распада на орбите (неконтролируемый вход), либо с контролируемым входом. Спад орбиты может быть достигнут за счет включения двигателей для снижения высоты перигея, так что атмосферное сопротивление в конечном итоге приведет к входу космического корабля. Однако нельзя гарантировать, что следы уцелевших обломков минуют обитаемые массивы суши. Управляемый вход обычно происходит за счет использования большего количества топлива и более крупной двигательной установки, чтобы заставить космический корабль войти в атмосферу под более крутым углом траектории полета. Затем он войдет с более точной широтой, долготой и зоной воздействия в почти необитаемый регион воздействия, обычно расположенный в океане.

Космические аппараты, которые возвращаются либо в результате распада орбиты, либо в результате контролируемого входа, обычно разбиваются на высотах 84–72 км из-за аэродинамических сил, вызывающих превышение допустимых структурных нагрузок. Номинальной высотой распада космических аппаратов считается 78 км. Более крупные, прочные и плотные спутники обычно распадаются на меньших высотах. Солнечные батареи часто отрываются от родительского корпуса космического корабля на расстоянии около 90-95 км из-за аэродинамических сил, вызывающих превышение допустимого изгибающего момента в точке крепления батареи к космическому аппарату.

После распада космического корабля (или родительского тела) отдельные компоненты или фрагменты будут продолжать терять высоту и нагреваться от воздуха до тех пор, пока они либо не погибнут, либо не выживут и не столкнутся с Землей. Многие компоненты космических кораблей изготовлены из алюминия, имеющего низкую температуру плавления. В результате эти компоненты обычно погибают на большей высоте. С другой стороны, если объект изготовлен из материала с высокой температурой плавления (например, титана, нержавеющей стали, бериллия, углерод-углерода), объект погибнет на более низкой высоте и во многих случаях выживет. Кроме того, если объект содержится внутри корпуса, корпус должен разрушиться до того, как внутренний объект получит значительный аэронагрев. Некоторые объекты могут иметь очень высокую температуру плавления, поэтому они никогда не могут погибнуть, но они настолько легкие (например, вольфрамовые прокладки), что ударяются с очень низкой скоростью. В результате кинетическая энергия при ударе иногда оказывается ниже 15 Дж — порога, ниже которого вероятность человеческих жертв очень мала. Таким образом, рассчитанные для этих объектов площади поражения обломками не учитываются в общей площади поражения обломками при анализе живучести при входе в атмосферу.

Выживаемость компонентов космического корабля при входе в атмосферу рассчитывается одним из двух методов НАСА. Одним из них является программное обеспечение для оценки мусора (DAS), консервативный программный инструмент с более низкой точностью, который можно найти в разделе «Митигация», а второй — более точный и более точный программный инструмент, называемый инструментом анализа выживания при повторном входе в объект (ORSAT).

Ссылки

^ Криско, Паула Х. (19 мая 2010 г.). Новая инженерная модель орбитального мусора НАСА, ORDEM2010 . Международная ассоциация содействия развитию космической безопасности. Сервер технических отчетов НАСА . hdl : 2060/20100001666 .

Внешние ссылки

Официальный сайт программы НАСА по орбитальному мусору

[NTRS-1] Криско, Паула Х. (19 мая 2010 г.). Новая инженерная модель орбитального мусора НАСА, ORDEM2010 . Международная ассоциация содействия развитию космической безопасности. Сервер технических отчетов НАСА . hdl : 2060/20100001666 .

[ 1 ]