Почему коробка, полная 1-сантиметровых шаров, выпущенных на НОО, может так напугать инженера, обслуживающего МКС?

Что ж, на этом вопросе можно прямо написать мое имя!

Защита космического корабля от угрозы орбитального мусора осуществляется двумя способами:

• Защищай и выдерживай
• Обнаружить и избежать

Для начала, на странице 5 этого документа НАСА представлено хорошее приближение первого порядка общей угрозы орбитального мусора на НОО. Вы увидите некоторые изменения в зависимости от высоты и наклона, но по большей части форма графика в целом одинакова. Линия представляет обратный кумулятивный поток, то есть количество частиц на квадратный метр в год данного размера или больше со всех направлений вместе взятых. Важно отметить, что этот поток имеет логарифмическую шкалу. Текст рядом с толстыми стрелками обозначает источник данных, который информирует модель об указанных диапазонах размеров.

В крайнем левом конце графика у нас очень большое количество очень маленьких частиц. Большинство из них практически не имеют значения, если только у вас нет особенно чувствительных поверхностей, таких как телескоп или оптика камеры. Большинство поверхностей не требуют или требуют минимального экранирования, чтобы противостоять ударам в этих диапазонах размеров.

По мере того, как размер ваших частиц становится больше, вам начинает требоваться специальное экранирование для защиты вашего оборудования. Эти щиты обычно защищают вас от типичных ударов до максимального размера. Большие возможности защиты означают большую массу, и она не масштабируется линейно, поэтому необходимо сделать отсечку, чтобы данный космический корабль был достаточно легким для полета.

Достаточно большие объекты можно обнаружить и избежать. Обнаружение и уклонение требуют времени на планирование и выполнение — несколько витков. Это совсем не то, что вы увидите в кино. Особое значение имеет тот факт, что все возможности обнаружения и уклонения связаны с использованием наземных средств слежения. В США это обычно происходит в форме уведомлений о соединении от JSpOC/USSTRATCOM (дополнительную информацию см. здесь ). Эта информация поступает в основном из сети космического наблюдения, а типичные размеры «отслеживаемых объектов» обозначены «SSN» на графике, выделенном выше.

Ниже определенного критического размера объекты в космосе не могут быть надежно отслежены. Их присутствие можно наблюдать с помощью радара и телескопов в режиме «пристального взгляда» («Голдстоун», «HAX» и «Стог сена»), но это просто дает вам подсчет населения, а не отслеживание. Эти объекты, как правило, невозможно обнаружить и избежать, и они находятся в диапазонах размеров, для которых эффективное экранирование непрактично массивно для всех, кроме наиболее важных поверхностей оборудования.

Как и в случае почти любого применения космического корабля, невозможно свести риск потери миссии или корабля к нулю. (Действительно, самый безопасный космический корабль — это тот, который не летает!) Необходимо принимать тщательно обдуманные решения о том, какой уровень риска принять. Эти решения основаны на базовых данных, которые используются для расчетов рисков, и будут действительными в будущем.

Неожиданный высвобождение большого количества объектов прямо в середине области, «слишком маленькой, чтобы ее можно было обнаружить, и слишком большой, чтобы практически защититься от нее» на высоте, на которой они могут падать дождем с орбиты критически важных объектов в течение месяцев или лет. было бы огромным расстройством в процессе принятия решений, основанных на риске. Для оборудования, уже находящегося на орбите, это значительно увеличило бы риск катастрофических потерь сверх допустимого уровня. На достаточно высоких уровнях он может сделать НОО слишком опасным для жизни в течение многих лет или десятилетий.

Есть несколько фрагментов информации, которые необходимы, чтобы объяснить, почему можно с осторожностью относиться к объектам размером 1 см:

Объекты размером от 4 дюймов (около 10 см) можно увидеть с помощью радаров или оптических телескопов на Земле.

Упс, их не видно.

Есть также миллионы осколков размером менее трети дюйма (1 см). На низкой околоземной орбите объекты движутся со скоростью 4 мили (7 километров) в секунду. На такой скорости крошечное пятнышко краски обладает такой же силой, что и объект весом 550 фунтов, движущийся со скоростью 60 миль в час. Такое столкновение может не только повредить важные компоненты, такие как предметы под давлением, солнечные батареи или тросы, но и создать новые фрагменты потенциально опасного мусора.

Даже крупинка размером с соль, попадая в космический шаттл, создает орбитальный мусор.

Ой, умножается.

^{Кредит изображения: ЕКА/НАСА}

Чип, который вы видите на изображении выше, имеет диаметр 7 мм и вращается над нами, встроенный в одно из окон Международной космической станции. Это крошечный и определенно скол, а не трещина, но в космическом вакууме вы должны смертельно серьезно относиться даже к малейшим ударам.

К счастью, окна, используемые на космической станции, сделаны из довольно прочного материала — боросиликатного стекла, плавленого кварца и имеют четырехслойное остекление для дополнительной защиты. Скол был вызван космическим мусором размером всего в несколько тысячных миллиметра . Это могла быть просто чешуйка краски или крошечный кусок металла.

^{добавлен акцент}

Yikes, немного может сделать много вреда!

Что еще нужно знать?

Источники:

• Космический мусор: отслеживание и удаление орбитального мусора - Space.com
• Космический мусор, попавший в окно МКС, создал 7-миллиметровый чип geek.com

Исходный вопрос не имеет исчерпывающего ответа. Как инженер, проработавший на МКС в течение семи лет во время критического проектирования, ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ИНЖЕНЕРА, РАБОТАЮЩЕГО НА МКС, включает: (1) проектирование открытого оборудования таким образом, чтобы оно безопасно выдерживало удар с использованием проверенных методов, (2) или перемещение оборудования в более защищенное место, (3) или в сложных случаях попросите главного инженера внести ваш проект в список оборудования, настолько чувствительного, что всю МКС придется перемещать по орбите, чтобы избежать попадания обломков (4), или для оборудования, уже находящегося на МКС, провести оценку повреждений и опасностей.

Другие удары, особенно опасные для шарикоподшипников, заключаются в следующем: (а) вся МКС спроектирована так, чтобы выдерживать удар 1-сантиметрового объекта, поэтому удар от этих шарикоподшипников переводит всю станцию ​​точно в наихудшее расчетное состояние, так что большая часть оборудования должна выжить. , (b) стальные шарикоподшипники особенно плохи, потому что они очень прочные и, вероятно, выдержат большинство первоначальных ударов и продолжат работу.

Другие приведенные выше ответы верны в отношении опасности на НОО для МКС или любого другого космического корабля на орбите с другим наклоном или высотой от мусора. МКС имеет наклон 51°, в то время как большинство запусков с мыса - 28°, а с Байконура - 45°, плюс есть много космических аппаратов, которые меняют свой наклон после старта, так что шансов на попадание предостаточно. до лобового столкновения включительно.

Наконец, просто чтобы прояснить вопрос анимации TESS выше об интерфейсном адаптере бустера и зажиме Marmon, выпущенном на неопределенную орбиту, существуют международные договоры и требования к лицензиям на запуск и лицензиям на эксплуатацию космических аппаратов, которые ЗАПРЕЩАЮТ ВЫПУСК ВСЕГО, что не вернется обратно. и сгореть, или сделать что-нибудь на орбите, что приведет к выбросу какого-либо мусора.

Это информация об обломках - https://www.orbitaldebris.jsc.nasa.gov/faq.html

Это информация о проектировании для среды мусора — https://www.nap.edu/read/5532/chapter/6 .

Очевидно, они прочитали ответ @Tristan . Насколько мощной силой является Stack Exchange!

Я только что увидел это в Buzzfeed (гугл прислал меня туда, обычно я его не читаю): «Богатые люди скоро смогут покупать фальшивые метеоритные дожди по запросу» .

ALE намеренно понизила орбиту своего спутника ниже 250-мильной высоты Международной космической станции, чтобы избежать риска столкновения. Только около 40 спутников путешествуют на высоте ниже 220 миль, сказал Роденбо, и фирма планирует трижды проверять перед запуском любой падающей звезды каталог траекторий спутников Стратегического командования США. Любой шанс, что искусственный метеор приблизится на 124 мили к спутнику, отменит событие.

«Мы провели симуляцию высвобождения частиц каждый час в течение года по каталогу и не нашли ни одного случая, когда мы приблизились к этому», — сказал Роденбо.

Это здорово на данный момент. Но в следующем десятилетии SpaceX Илона Маска планирует вывести 7500 новых широкополосных интернет-спутников на орбиты высотой около 210 миль, чуть ниже спутников ALE. По словам Зейцера, другие фирмы планируют создать аналогичные спутниковые парки.

и позже:

Более того, некоторые спутники национальной безопасности намеренно не указаны в спутниковом каталоге, на который будет опираться ALE, отметил подполковник ВВС в отставке Чарльз Филлипс. Он указал на опубликованные отчеты о спутниках-шпионах Национального разведывательного управления, которые падают на своей траектории на высоте до 158 миль . (выделение добавлено)

«Если спутник Sky Canvas случайно столкнется со [спутником-шпионом], могут быть разгневанные люди», — сказал Филлипс BuzzFeed News по электронной почте. «Конечно, все хотят поощрять инновации и коммерческое использование космоса, но это использование требует экстраординарных шагов, чтобы не допустить воздействия на другие космические корабли — буквально».

Первый запуск ALE был одобрен Японским агентством аэрокосмических исследований, сообщил Роденбо BuzzFeed News. По его словам, фирма также консультировалась с НАСА, Европейским космическим агентством и Министерством обороны США, а неофициально с китайскими и российскими космическими агентствами.

«Мы более чем рады обратиться к любому и обсудить любые опасения, которые могут возникнуть у них по поводу всего, что у них есть на орбите», — сказал Роденбо. «Мы хотим, чтобы это работало для всех».

Джош Роденбо: член группы спутниковых операций ALE.

Патрик Зейцер : астроном Мичиганского университета