Принимают ли космические агентства меры, чтобы отработавшие верхние ступени не превратились в космический мусор?

В последнее время я много играю в Kerbal Space Program . Я запустил довольно много «полупроваленных» миссий, в которых мой корабль попадет туда, куда он идет, или очень близко к нему, только для того, чтобы понять, что у него недостаточно энергии, чтобы вернуться. Большинство этих миссий в настоящее время примерно аналогичны реальной проблеме неисправных или выведенных из эксплуатации спутников, которые остаются на орбите в виде космического мусора.

Однако я обнаружил, что большая часть моей проблемы с космическим мусором (на самом деле пока не проблема, но я уверен, что в конечном итоге она будет) связана не с этими миссиями. Большая часть моего космического мусора состоит из отработавших ступеней ракеты, которые были выброшены и теперь остаются на орбите или на траекториях выхода из Кербина (аналог Земли в KSP).

Вот снимок Кербина, смотрящего на южный полюс, на котором видны многие из 65 отслеживаемых объектов, которые в настоящее время классифицируются как «мусор». Все это верхние ступени, которые были исключены из предыдущих миссий — настоящие летающие (хотя, возможно, и не заправленные) космические корабли и зонды классифицируются отдельно.

введите описание изображения здесь

Размышляя над тем, как бы я разобрался с этим беспорядком, теперь, когда я получил «Усовершенствованное устройство для захвата» (по сути, большой коготь, который я могу надеть на космический корабль, чтобы захватывать вещи, например, чтобы я мог сбрасывать вещи с орбиты или возвращать их обратно). направлять его, когда ему не хватает собственной силы) Я понял, что любые миссии, которые я запустил бы, чтобы очистить этот хлам, вероятно, просто в конечном итоге создадут больше в процессе. В конце концов, мне понадобится много топлива и энергии, чтобы вернуться туда в первую очередь и передвигаться, когда я там, и в конечном итоге я снова захочу сбрасывать пустые компоненты на орбиту. Это заставило меня меньше думать об очистке и больше о профилактике.

Итак, мне интересно, является ли это важным соображением при проектировании реальных космических кораблей. Прилагают ли реальные космические агентства и коммерческие поставщики какие-либо специальные усилия при проектировании своих ракет, чтобы убедиться, что большинство одноразовых ступеней (не только многоразовые, как SRB космических челноков) возвращаются на Землю, а не остаются на орбите? Уделяется ли вообще какое-либо внимание этапам, которые будут отброшены на траектории ухода с Земли? (например: попытайтесь захватить их солнцем или другим небесным объектом на Солнце, вместо того, чтобы оставлять их летать, где они могут в конечном итоге повлиять на какую-то далекую цивилизацию.) Существуют ли какие-либо общие методы проектирования или технологии, которые специально предназначены для решения проблем? Эта проблема?

SpaceX сводит с орбиты многие из своих верхних ступеней, но я уверен, что есть и другие...
Выведенные из эксплуатации спутники на геостационарной орбите переводятся на « орбиту кладбища » чуть дальше от Земли. Но я не знаю, сделано ли это также для верхних ступеней, которые ставят спутники на ГЕО.
Тогда это не совсем ответ на вопрос. Кроме того, хотя об этом интересно знать, я бы по-прежнему считал объекты на «кладбищной орбите» «космическим мусором». Хотя это может избежать проблемы воздействия на работающие устройства, вращающиеся вокруг Земли на более распространенных высотах, это не решает проблему загромождения пространства вокруг Земли в целом. Эти объекты по-прежнему необходимо будет отслеживать и учитывать всякий раз, когда космический корабль отправляется на миссию, требующую прохождения через кладбище.
На самом деле, маловероятно, что у вас возникнет реальная проблема с мусором в KSP. В KSP при столкновении двух объектов они взрываются и исчезают. В реальной жизни они разбиваются/и/или взрываются и создают гораздо больше мусора.
@Antzi: KSP еще менее реалистичен. Как демонстрирует Скотт Мэнли в этом видео, физическая система такова, что объекты в основном проходят друг через друга: youtube.com/watch?v=i0I-wFTMBCk
Еще менее реалистично: я почти уверен, что вещи вообще не будут сталкиваться, когда они «на рельсах» (например, когда они находятся далеко от камеры). Но точность физического моделирования KSP (или, скорее, его отсутствие) не должна быть частью этого обсуждения.

Ответы (2)

Некоторые ранние верхние ступени сохраняли остаточное топливо / окислитель в баках после их завершения. Со временем они взрывались, вызывая большие поля обломков.

Большинство стран, которые могут запускать, соглашаются выпускать топливо из верхних ступеней, которые остаются на орбите, или пытаются вывести их с орбиты, когда это практически возможно.

Как вы можете себе представить, разгонный блок, используемый для запуска в GeoSync, гораздо сложнее вывести с орбиты, чем разгонный блок LEO. Но верхние ступени на ГСО часто имеют очень высокий апогей с низким перигеем, поэтому перигей часто может вернуть их через атмосферу для входа в атмосферу.

Почему они взрываются? Разве водород не испаряется медленно через баки?
@LocalFluff См. здесь: space.stackexchange.com/questions/2304/…
Лично я задаюсь вопросом, почему они осушают баки, а не выполняют почти ретроградный прожиг в AP. Для низкой и средней орбиты это приведет к сходу с орбиты, если останется достаточно топлива, и если не ускорить естественный уход с орбиты.

В настоящее время существуют международные требования НАСА по захоронению околоземных и межпланетных/лунных разгонных блоков. Я не могу найти базу данных для всех околоземных верхних ступеней, но Stratcom (ВВС США) отслеживает весь космический мусор около Земли и предупреждает операторов космических кораблей о надвигающихся соединениях. Вот статья от ULA (пусковые установки атласа и дельты) по теме http://www.ulalaunch.com/uploads/docs/Published_Papers/Supporting_Technologies/Orbital_Disposal_of_Launch_Vehicle_Upper_Stages_final.pdf .

Для более высоких энергетических орбит разгонный блок располагается на гелиоцентрической орбите (вокруг Солнца). Существуют международные соглашения о «планетарной защите», чтобы не загрязнять планеты/луны, на которых может быть жизнь. В более поздних миссиях Аполлона они намеренно ударили по Луне отработавшими верхними ступенями, чтобы вызвать лунные землетрясения, которые были измерены сейсмографами, установленными астронавтами. Разгонный блок «Аполлона-12» не попал в цель для утилизации и спустя десятилетия снова появился вблизи Земли ( https://en.wikipedia.org/wiki/J002E3 ).

Действительно ли он описан как « находящийся на гелиоцентрической орбите»? Я просто думаю - что посеешь, то и пожнешь. Когда спутники GEO больше не могут удерживать станцию, их переводят, например, на «кладбищные орбиты». Это не считается утилизацией, не так ли?
Ситуация с J002E3 — довольно интересная история — спасибо за добавление. Это напоминает мне " мини-луны ".
«Кладбищенские орбиты» для спутников GEO считаются постоянным местом отдыха (захоронения), поскольку там нет атмосферы, которая могла бы ухудшить их орбиту, и это убирает их с пути замены спутников. Термин «гелиоцентрическое захоронение» является неправильным, он действительно опорожняет резервуары и должен навсегда убрать сцену с Земли / Луны, и они должны избегать других планет, но, учитывая достаточно большие временные рамки, кто знает.
На самом деле я просто спрашиваю про "выведение на орбиту", и это может быть больше семантика, чем техническая. Использование «удалено» может создать у некоторых впечатление, что оно исчезло, в то время как «хранится» может быть лучшим термином. На самом деле распоряжаться (распоряжаться) активом вовсе не означает, что он пропал безвозвратно. В любом случае, очень хороший ответ!