Возможны ли какие-либо неудачи при выводе с орбиты более крупного космического мусора и сгорании его при входе в атмосферу?

Повторный вход может быть опасным по нескольким причинам:

• Обломки могут не сгореть полностью. Будет ли данный объект поглощен верхними слоями атмосферы, во многом зависит от его материалов, формы, скорости, траектории входа и даже направления (возьмем крайний пример: у космического корабля « Джемини » с одной стороны был теплозащитный экран, так что путь Корабль был направлен на то, чтобы сделать всю разницу между безопасной посадкой и барбекю космонавта). Не сгоревший мусор может нанести некоторый ущерб на суше. Похоже, что обломки неудавшегося запуска ракеты «Тор» 30 ноября 1960 года убили корову на Кубе (ссылка здесь , но ссылка кажется мертвой); конечно, это не был обломок «с орбиты», но это все еще подчеркивает проблему.

  Более свежий пример: в конце 2011 года в поле в Намибии упал металлический, явно рукотворный объект , скорее всего, с орбиты. Похоже, это был бак с гидразином со старого спутника, который пережил вход в атмосферу.

• Если обломки сгорают, то то, из чего они были сделаны, рассеивается в верхних слоях атмосферы. Это может быть проблематично, особенно если среди обломков есть РИТЭГ . Людям, вообще говоря, не очень нравится идея разбрасывать над головой радиоактивный материал; собственно, именно это и послужило причиной запрета ядерных испытаний в атмосфере.

• Страна, которая разрабатывает способ сбрасывать мусор на Землю, — это страна, которая может сбрасывать «мусор» на «Землю», где «мусор» может быть «тяжелым куском твердого материала с большой кинетической энергией», а «Земля» может быть конкретнее, типа "Кремль". Это не обязательно та технология, которую мы хотим видеть развернутой и используемой. Возможны дипломатические последствия.

Однако более важным моментом может быть то, что крупные обломки не представляют большой проблемы, поскольку их положение и траектория известны и прогнозируются. По-настоящему страшными являются обломки размером в 1 см, потому что на орбитальной скорости они обладают достаточной кинетической энергией, чтобы уничтожить спутник или космический корабль, и при этом они достаточно малы, чтобы избежать обнаружения. А их много; гораздо больше, чем крупный мусор.

Если финансовые и технические аспекты «не проблема», то вместо того, чтобы сбрасывать обломки, мы должны вытолкнуть их за пределы околоземной орбиты, а затем сбросить на Солнце. В долгосрочной перспективе это было бы намного безопаснее.

Во-первых, вещи, которые мы запускаем в космос, даже те вещи, которые мы используем, чтобы отправлять людей и другие вещи в космос, не очень дружелюбны, когда вы подходите близко. Имейте в виду, что для того, чтобы космические шаттлы были выведены из эксплуатации и превращены в экспонаты аэрокосмического музея, они должны были пройти обширный процесс дезактивации, чтобы удалить все летучие токсичные химические вещества, используемые в качестве топлива, топлива и даже смазочных материалов на орбитальном аппарате, заменив их веществами, которые должны хорошо работать только в атмосфере Земли и при температуре окружающей среды, а не при +-200°С в вакууме.

Одним из примеров, распространенным топливом, используемым для подъемных, спускаемых с орбиты и ракет-носителей/модификаций орбиты, является гидразин , N ₂ H ₄ . В идеале одна молекула гидразина и одна молекула двухатомного кислорода объединяются, чтобы произвести две молекулы водяного пара, одну молекулу двухатомного азота и около 592 кДж/моль .. Для размера задействованных молекул выделяется много тепла, поэтому оно используется в ракетном топливе; фунт за фунт, это лучше, чем хорошо известное взрывчатое вещество C4 (основной активный ингредиент C4, RDX, дает вам чуть более чем в два раза больше энергии на моль при 1120 кДж / моль, но весит почти в 4 раза больше при 222 г / моль). до гидразина и кислорода вместе взятых 64 г/моль). Поскольку ракета представляет собой нечто большее, чем продолжительный управляемый взрыв, топливный бак ракеты — это не то, что я хотел бы видеть входящим в богатую кислородом атмосферу на гиперзвуковых скоростях; это билет в один конец к короткому, неконтролируемому взрыву, причем мощному (особенно с учетом того, что бак LOX входит прямо рядом с ним, принося на вечеринку много концентрированного кислорода).

Гидразин также остро токсичен; NFPA, которая оценивает химическую опасность для использования в промышленных условиях, дает ему максимальную оценку 4 как опасность для здоровья, помещая его в ту же категорию, что и вещества, которые мы разработали специально для уничтожения друг друга, такие как цианистый водород, зарин и VX. нервно-паралитический газ. Вещество также будет самовозгораться при температуре окружающей Земли и в присутствии кислорода (еще одна причина, по которой оно используется в качестве топлива; источник воспламенения не требуется), и оно самопроизвольно взорвется.учитывая хороший физический шок (например, удар о землю после повторного входа в атмосферу, если он зайдет так далеко). С этим общим рейтингом NFPA 704 4-4-3 это одно из самых неприятных веществ, которые наша химическая промышленность производит оптом (есть и более неприятные вещества, но они обычно не продаются и не отправляются танкерами).

Наконец, идеальная реакция между гидразином и кислородом — не единственная возможность; учитывая различные смеси этих двух веществ, вы получите газообразный аммиак, различные оксиды азота и другие неприятные вещи (хотя почти все лучше, чем сам гидразин). И это если LOX используется в качестве окислителя; есть вещи, известные современной науке, которые лучше окисляютсячем жидкий кислород, такие как гало-тригалогениды (трифторид хлора, трибромид хлора и трифторид брома), перхлораты, пероксиды и т. д., все из которых могут находиться в резервуаре с окислителем спутника и будут сочетаться с гидразином новыми и интересными способами. Распространенной является азотная кислота (в ее белой дымящейся форме, часто «ингибируемая» добавлением плавиковой кислоты, которая создает защитный слой из фторида металла, чтобы предотвратить проедание азотной кислотой резервуара), потому что она не требует криогенная обработка; идеальной реакцией была бы одна часть топлива на две части окислителя с образованием газообразного азота, воды и кислорода, но азотная кислота не любит действовать «идеально», и у вас гораздо больше шансов получить (не)здоровую дозу токсичности. диоксид азота вместо чистого азота и кислорода.

Это все только из одного примера с «интересными» последствиями с точки зрения химии. Более очевидна простая физика; космический корабль на геостационарной орбите движется со скоростью около 11 068 км/ч, или около 3 074 м/с. Это интересное противоречие в физике снарядов и орбитальном движении: «вы ускоряетесь, чтобы замедлиться». Обратное верно; замедляя угловую скорость этого космического корабля до схода с орбиты, вы в конечном итоге двигаетесь быстрее относительно земной поверхности. К тому времени, когда вы начнете возвращаться в атмосферу, вы на самом деле движетесь со скоростью более 8000 м/с или быстрее 25 Маха; В 10 раз быстрее, чем патрон .223 Remington, выпущенный из М-16. А спутник весит чертовски больше, чем пуля 223-го калибра.

В качестве грубой оценки скажем, что космический корабль весил скромные 5 тонн (~ 22000 кг), что является средним показателем для спутника связи. При скорости выхода (или входа в атмосферу) корабль будет иметь кинетическую энергию 0,5 * 22000 * (8000) ^ 2 = 7,04E11 Дж. В перспективе это немного больше энергии, чем вы получите, взорвав 10 МОАБ одновременно . . Возвращаясь к гидразину, скажем, 400 кг веса корабля составляло гидразиновое топливо. При 32 г/моль и 592 кДж/моль потенциальная химическая энергия гидразинового топлива составляет 7,4E9 Дж, что составляет одну сотую от энергии самого космического корабля, но все же примерно соответствует энергии, присущей среднему разряду молнии.

Все цифры из Википедии.

Верхние слои атмосферы являются чувствительной средой. В отличие от соединений, выбрасываемых в тропосферу, соединения, попадающие в стратосферу или мезосферу, имеют долгую жизнь, поэтому там накапливаются вещества. Эта проблема особо не рассматривалась, но, в отличие от ответа @JeremyKemball, я не думаю, что можно с уверенностью предполагать, что все это не имеет значения.

При этом истинная причина того, что это не делается регулярно, не связана с окружающей средой. Многое сводится с орбиты специально, и пока воздействие на верхние слои атмосферы никогда не было поводом для поиска иных решений. Так что возможные экологические неудачи — да. Но на практике нас останавливают не возможные экологические неудачи, а скорее технические и финансовые проблемы.

Самые большие проблемы — финансовые и технические. Крупный космический мусор, превышающий определенный размер, может упасть на людей, но я думаю, что это более или менее единственная опасность. Каждый день в атмосфере сгорает около сотни тонн космической пыли (большая ее часть микроскопическая, поэтому оценки сильно разнятся), поэтому можно с уверенностью предположить, что добавление еще нескольких тонн спутников не слишком сильно повлияет на химию верхних слоев атмосферы. .

По-видимому, одна из проблем старения спутников заключается в том, что гораздо дешевле (с финансовой точки зрения, с точки зрения ракетного топлива, с точки зрения времени) оставить мертвый спутник на «кладбищной орбите», чем стянуть его на распадную орбиту.