Насколько дорого будет создать космический корабль, который сможет выжить, покинув Землю, страдающую от синдрома Кесслера?

Стоит прочитать http://webpages.charter.net/dkessler/files/KesSym.html , и некоторые из связанных статей в этой статье также очень информативны, хотя и могут быть довольно техническими.

Во-первых, каскад не происходит за считанные дни или даже месяцы. Вместо этого происходит то, что увеличение плотности мусора сокращает ожидаемый срок службы спутника.

Не все орбиты затронуты. Основной проблемной орбитой является низкая околоземная орбита. Очень низкие орбиты, где значительное атмосферное сопротивление, не будут сильно затронуты, потому что атмосфера быстро удалит мусор. Ниже 800 км атмосферное сопротивление будет достаточно эффективным, поскольку орбиты обломков разрушатся в течение десятилетий.

Особенно проблематичны низкие околоземные орбиты в диапазоне 800-2000 км, на этих высотах атмосферное сопротивление удаляет мусор веками, мусор на этих орбитах остается. Поскольку ничто не удаляет обломки, плотность может свободно увеличиваться в результате столкновений. Низкая скорость затухания орбиты и тот факт, что они находятся ниже пояса Ван Аллена, являются факторами, которые делают эти высоты привлекательными для спутников.

Даже в наихудшем сценарии низкая околоземная орбита останется достаточно приемлемой, поскольку атмосфера быстро удаляет мусор, а сама стабильность более высоких орбит означает, что поток мусора с более высоких орбит будет достаточно низким. Во время наихудшего каскада синдрома Кесслера даже на очень низкой околоземной орбите будет значительный дополнительный мусор, но через несколько лет ситуация улучшится.

На более высоких орбитах сама по себе орбита не становится непригодной для использования. Вместо этого у вас есть вероятности. Имея в виду желаемый срок службы миссии, требуется уровень защиты для определенной вероятности достижения этого срока службы. Свыше определенной массы снаряда (~100 г) экранирование становится нецелесообразным. Однако те же самые обломки, которые слишком велики, чтобы от них можно было защититься, также достаточно велики, чтобы их можно было эффективно отслеживать, поэтому можно использовать активное предотвращение столкновений. И экранирование, и средства активного уклонения добавляют спутнику массы и сложности.

Орбиты Средиземья не будут сильно затронуты, потому что плотность спутников намного ниже. Плотность спутников намного ниже, потому что эти орбиты не так полезны (также пояса Ван Аллена находятся на СОО и проблематичны для спутников на определенных высотах). Спутнику по-прежнему необходимо пройти через полосу обломков LEO, но все сводится к вероятностям, существует вероятность столкновения, которое повреждает спутник, и вы можете добавить экранирование, чтобы снизить вероятность повреждения до уровня, который считается приемлемым. Кроме того, можно проложить путь, избегающий отслеживаемого мусора.

Подводя итог, можно сказать, что даже в случае очень тяжелого синдрома Кесслера очень низкие околоземные орбиты, где орбитальный распад измеряется количеством лет, останутся вполне пригодными для использования. Предотвращение столкновений и экранирование могут использоваться для снижения вероятности разрушения спутника до приемлемого уровня. Может случиться так, что определенные диапазоны высот станут фактически непригодными для использования, потому что затраты на создание спутника, который может выжить в поясе обломков, будут больше, чем затраты либо на нахождение спутника на более низкой орбите (требующей частого разгона), либо на более высокой. орбите (требуется более мощная ракета и опасный проход через самые опасные обломки). Я думаю, что влияние синдрома Кесслера иногда преувеличивают,

Если вы говорите о прохождении через обломки, а не о пребывании в них (т. е. о траектории ухода или переходе Хомана на более чистую орбиту), то корабль будет находиться на НОО только от нескольких минут до часов. Только самый тяжелый синдром Кесслера может вызвать проблему.

Синдром Кесслера описывает каскадный эффект столкновения обломков с обломками. Одно катастрофическое воздействие может вызвать множество более мелких объектов, каждый из которых способен вызвать дальнейшее катастрофическое воздействие, отсюда и каскад.

Чтобы было ясно, если в 2050 году все спутники будут уничтожены, это не строго синдром Кесслера. Это также зависит от того, насколько все спутники уничтожены. Хорошей мерой для этого является медианная площадь поперечного сечения полученного облака материала. Если площадь поперечного сечения очень маленькая, то масса еще меньше ! Если вы предполагаете, что все объекты являются сферами, то вы можете видеть сквозь площадь круга ($\pi r^2$) и объем сферы ($\frac{4}{3} \pi r^3$) поскольку вы получаете в 2 раза меньше по радиусу, вы получаете в 4 раза меньше по площади и в 8 раз меньше по объему (и, следовательно, по массе). Так что очень маленькие частицы довольно быстро сходят с орбиты, потому что у них гораздо более низкий баллистический коэффициент.

Теперь к вашему вопросу:

Если объект маленький, скажем, 1 мм или меньше, мы можем легко справиться с его воздействием с помощью существующих технологий, таких как экраны вибраций. Что-нибудь больше, и у вас больше проблем. Предполагая, что вы не хотите сначала исправлять ситуацию с мусором, у вас остается несколько вариантов:

• построить очень толстый корпус, это увеличит размер удара, который вы можете выдержать, но это увеличит ваши затраты на топливо.
• ищите брешь в облаке, взорванные обломки будут следовать по тому же пути, что и когда они были спутниками, поэтому, если вам повезет, вы сможете запуститься ночью, например, с северного полюса и устремиться прямо вверх через хороший разрыв в облаке.
• ядерный импульсный двигатель — АЭС можно использовать для приведения в движение вашего космического корабля (он никогда не тестировался, но больше по социальным/политическим причинам и технологической готовности), и, поскольку у вас уже есть ядерное оружие на борту, бросьте ядерное оружие половинной мощности впереди вашего космического корабля, чтобы взорвать его. фрагменты обломков убираются с пути (уступайте наполовину, чтобы вы продолжали двигаться вперед). Сейчас мы действительно движемся к научной фантастике, но...
• вы можете использовать лазерную абляцию, чтобы изменить траекторию любой потенциальной угрозы в режиме реального времени (это было бы чрезвычайно сложно для наведения и отслеживания).
• привод Алькубьерре сжимает пространство перед космическим кораблем и расширяет его позади космического корабля (позволяя двигаться со скоростью выше скорости света из внешней системы отсчета). Такая технология может использоваться для создания окна запуска, пропуская часть мусора впереди того места, где он должен был бы быть. , но TRL на этом около 1.
• червоточины. Я думаю, что это достаточно очевидный метод, если у нас есть технология; хотя, если вы достаточно смотрели звездные врата, вы, по крайней мере, будете знать, как избежать червоточины, проходящей через звезду, которая может испустить солнечную вспышку. Нет, подождите! Пройди сквозь эти звезды и верни технологии в сегодняшнее время, и мы сможем остановить создание облака обломков. Хотя тогда вам не нужно было бы возвращать его обратно - хорошо, новое правило: пожалуйста, позаботьтесь о парадоксах, прежде чем определять свой план полета.

Таким образом, с точки зрения расходов вы смотрите на увеличение стоимости по мере продвижения вниз по списку. Будь то затраты на запуск (скажем, 10 000 долларов за кг) из-за дополнительной массы или затраты на разработку технологии червоточин (скажем, 1 млрд долларов ). Указать точное число будет сложно без более узкого вопроса (пространственная плотность объектов, медианный размер объекта и т. д.).

Я предполагаю, что было бы дешевле очистить космический мусор, чем построить и запустить сверхпрочный щит для всего, что вы отправляете в космос. Я также не уверен, что на данный момент у нас есть технология для создания такого щита.

Как указано в другом ответе, орбиты распадаются, поэтому вы также можете просто подождать. Орбиты, как правило, распадаются быстрее для объектов на более низких орбитах, поэтому, вероятно, было бы лучше сначала сосредоточить усилия на очистке от мусора с более высокой орбиты и более крупных предметов.

Далее следует приблизительный расчет того, сколько будет стоить использование малых спутников с ионным двигателем для вывода с орбиты всего мусора размером более 5 см на земной орбите в данный момент (обратите внимание, что это по-прежнему оставляет огромное количество мусора меньшего размера). чем 5 см, что также может легко нанести большой урон):

• НАСА оценивает 14000 штук на орбите по состоянию на 2009 год.
• Буксир 3U cubesat с ионным двигателем может стоить около 65000 долларов
• Вы можете удалить по крайней мере один предмет мусора с каждого буксира, используя буксиры 3U cubesat (никакой ссылки нет)
• Предполагая геостационарную орбиту для всех объектов (наихудший случай)
• SpaceX запустит 4850 кг на GTO за 61,2 млн долларов
• Кубсат высотой 3U весит 3 кг (думаю, это указано в спецификации кубсата, но может варьироваться).
• Это значит, что за один пуск можно развернуть около 1600 буксиров (4850/3... не учитывая массу других существенных факторов)
• С учетом пуска стоимость буксира тогда около 103000 $ (65000+61200000/1600)
• Таким образом, общая стоимость очистки составляет около 1,4 млрд долларов (103 000 * 14 000).
• Подобные проекты требуют оперативного и инженерного персонала, а также администратора, поэтому вы можете удвоить указанное выше число, чтобы быть более реалистичным.

Описанный выше сценарий, вероятно, наименее эффективный способ сделать это, но он может дать вам представление о верхнем пределе операций очистки.

Синдром Кесслера не заканчивается освоением космоса. В худшем случае задерживает. Количество спутников на НОО самокорректируется через несколько десятилетий, см. Период полураспада космического мусора .

Если количество объектов на НОО-орбите станет достаточно большим, они могут стать ресурсом топлива/реактивной массы. Могу ли я получить больше с космическим мусором?

При достаточной технологии это не проблема, рассмотрим щит типа «Звездный путь», вы просто включите его и будете двигаться, как мусор в космосе. (Я думаю, что у нас есть вопрос/ответ и по этому поводу, но мы его не видим)