Есть ли на самом деле способ создать полное отрицание орбиты?

Ах, синдром Кесслера . Всегда фаворит, когда дело доходит до орбитальных катастроф. Я писал о похожей ситуации , когда человеку становится невозможным безопасно выйти на околоземную орбиту, основываясь на данных космических агентств. Я использовал уравнение ( Eq. 2 ):

$$N=vAn\Delta t$$ куда $N$- количество столкновений за период времени, $A$площадь космического корабля или космической станции, $v$- относительная скорость корабля и обломка, а $\Delta t$это период времени, в течение которого происходят встречи. скажем $A=500\text{ m}^2$(большой корабль/маленькая космическая станция), $\Delta t=5600\text{ s}$(примерный период МКС), и $v=15\text{ km/s}$, в два раза больше орбитальной скорости МКС (помните, что это относительная скорость, поэтому каждый объект может двигаться с этой скоростью, но в противоположных направлениях).

Если мы установим$N=1$(одно столкновение на орбиту), мы находим числовую плотность

$$n=\frac{N}{vA\Delta t}=\frac{1}{15000\cdot500\cdot5600}=2.38 \times10^{-11}\text{ m}^{-3}$$ Однако рассмотрим кольцо с центром на орбитальном радиусе МКС (около $400\text{ km}$). Если кольцо имеет радиус $10\text{ km}$- достаточно, чтобы поразить такую ​​цель даже с некруговой орбиты - тогда ее объем примерно $\sim10^{13}\text{ m}^3$. Это означает, что нам потребуется около 200 объектов со случайными, неконтролируемыми путями только в этой области, чтобы сделать столкновение вероятным. И это только одна орбитальная зона!

Тем не менее, вам нужно, чтобы число было еще выше по нескольким причинам:

• 200 объектов, безусловно, достаточно для отслеживания. Только в США отслеживается почти 18 000 штук ; 200 будет легко.
• Объекты должны быть большими, чтобы нанести какой-либо ущерб должным образом защищенному космическому кораблю — и чем больше объект, тем легче за ним следить.
• Даже если вы охватите эту тороидальную область, любой корабль может просто выбрать другую орбиту (в разумных пределах). Так что, возможно, вы можете перекрыть пару орбитальных полос, но их гораздо больше.

Таким образом, орбитальное отрицание не так просто изготовить таким образом, чтобы оно могло повлиять на всю планету . Это довольно сложно.

Взрыв одной станции создал бы большую головную боль для тех, кто планирует выход на орбиту, но на МКС недостаточно материала или чего-либо разумного, чтобы построить и запустить, чтобы покрыть более чем небольшую площадь.

Во-первых, вам придется измельчить его в конфетти, чтобы покрыть большую площадь. Удачи с этим. В большинстве взрывов большая часть материала будет состоять из довольно крупных кусков, поскольку взрыв представляет собой расширяющийся газ или плазму в контейнере, который препятствует его выходу наружу. Контейнер обычно выходит из строя из-за своих слабых мест, и газ или плазма тратят большую часть своей силы на выход через это отверстие. Единственный способ получить конфетти — это сделать взрыв достаточно сильным и распространиться по контейнеру достаточно равномерно, чтобы оно, по сути, вырвалось из контейнера повсюду.

Сказав это, орбитальное отрицание легко. Иметь 3 или более спутников (для прикрытия), которые запускают ракеты (или управляемые ломы) во все, что пытается запустить с земли. Для запуска требуется много топлива, и большинство запускаемых ракет, как правило, большие и медленные. Они достаточно тяжелые, поэтому, вероятно, не будут достаточно маневренными, чтобы уклоняться. Это было бы похоже на стрельбу по глиняным голубям. Запуск был бы похож на крик "тяни".

Вот почему так много договоров об ограничении вооружений в космосе. Не потому, что они боятся, что мы там друг друга поубиваем. Это потому, что их можно использовать для запрета любого доступа к космосу.

Я думаю, что это имеет большое значение, если это случайность, импровизированное нападение или преднамеренное нападение. В худшем случае преднамеренной атаки это вполне возможно. Например:

Используя большую ракету-носитель (например, Saturn V для аргументов), выведите полезную нагрузку на околоземную орбиту и отправьте ее на Луну. Сделайте круг вокруг Луны и вернитесь в виде восьмерки, выйдя на ретроградную орбиту вокруг Земли на необходимой высоте. В этот момент высвободите полезную нагрузку с помощью небольшого заряда взрывчатого вещества. Полезная нагрузка составляет 40 тонн стальных шарикоподшипников массой 1 г. 40 миллионов из них на предполагаемой орбите и вокруг нее должны эффективно уничтожить все на этой орбите.

Я сомневаюсь, что такие маленькие объекты можно было бы легко отследить, и я уверен, что одного удара было бы достаточно, чтобы вызвать катастрофические повреждения из-за вовлеченной энергии, особенно на ретроградной орбите. Если вдова космического челнока была повреждена ударом чешуи краски, шарикоподшипник массой 1 г должен быть достаточно большим и иметь достаточную энергию, чтобы сделать отверстие хорошего размера во всем, что может находиться на орбите.

Это удивительно легко. Просто бросьте песок. Кинетическая энергия пропорциональна$v^2$оказывается на удивление удобным для такого рода вещей.

Допустим, нам нужно покрытие 1 м ^ 2 на орбиту, подобную МКС. (То есть одно столкновение в среднем на орбиту на площадь 1 м x 1 м.) Используя то же уравнение, что и @ShadoCat , т.е.

$$N=vAn\Delta t$$

$\Delta t=5600\text{ s}$(период МКС), и$v=15\text{ km/s}$(относительная орбитальная скорость, учитывая, что орбиты ретроградны друг к другу).

Тогда плотность

$$n=\frac{N}{vA\Delta t}=\frac{1}{15 \frac{km}{s}\cdot1 m^2\cdot5600s}=1.19 \times10^{-8}\text{ m}^{-3}$$

Если рассматривать объем сферической оболочки вокруг Земли, скажем, в 350 - 450 км, получается объем примерно$2\cdot10^{17}m^3$. Так что нам нужно$~2.4\cdot10^{9}$частицы.

Это звучит как много, но на удивление мало. Маленькая песчинка может весить 10 мг, и в этом случае вам нужно будет поднять на орбиту около 24 000 кг. Одиночный тяжелый дельта IV мог сделать это.

Частицы массой 10 мг на скорости 15 км/с ни в коем случае не являются катастрофическими (~1100 Дж, примерно на уровне пистолетного выстрела), но на них тоже не стоит чихать. (Антенны, высотные самолеты, солнечные батареи и т. д., скорее всего, будут повреждены относительно быстро. То же самое касается выходов в открытый космос и т. д.)

Скорее всего, это «орбитальное отрицание» только с точки зрения «никто не может оставаться рядом, выставлять солнечные батареи и т. д.». Одиночный запуск вряд ли будет затронут.

Обратите внимание, что это вряд ли навсегда засорит небо. Время повторного входа будет исчисляться месяцами, а не годами. (Возвращение с 450 км намного дольше, чем с 350, примечание.) (Обломки, вызванные упомянутым облаком, однако...)

(На практике вы бы сделали это с помощью нескольких небольших запусков. Чтобы изменить орбитальные плоскости, требуется много времени).

(Я также умалчиваю здесь о некоторых вещах — орбитальная скорость здесь на самом деле в среднем не удваивается (хотя она и необъективна) и т. д. Но мои расчеты здесь в значительной степени противоречат этому, предполагая, что вам нужно земной шар, тогда как на практике вам нужно покрыть гораздо меньше.)

Быстрый расчет .

Вдохновение .

---

Теперь, если бы вы могли сделать это с управляемым взрывом одной космической станции? Нет. Орбитальная механика этого не позволяет. Для начала он должен быть ретроградным, и даже в этом случае спреда будет недостаточно. Хотя, если бы вы могли... МКС составляет где-то около полумиллиона кг, или ~ 500 см ^ 2 охват сам по себе.