Fragen Sie Ethan: Warum schicken wir keinen Müll in die Sonne?

Der Solar Orbiter-Satellit ist eine großartige Möglichkeit, die Sonne zu untersuchen, aber mit dem Starten gefährlicher Abfälle auf der Sonne sind viele Risiken und Kosten verbunden.

Seit Zehntausenden von Jahren haben Menschen praktisch keine Auswirkungen auf unseren Planeten und die Umwelt. Nur wenige Millionen Menschen auf der ganzen Welt, selbst unter Berücksichtigung von Bränden, Kriegen und Müll, können nur einen kleinen Teil der Welt für kurze Zeit vergiften. Aber mit der Zunahme der Anzahl der Menschen und unserer technischen Fähigkeiten wuchs auch unsere Fähigkeit, die Biosphäre zu beschädigen und zu zerstören. Jetzt haben wir mehr als 7 Milliarden, und das Management der Umwelt ist heute schwieriger als je zuvor - und genauso wichtig. Und da wir ins All gegangen sind, sollten wir nicht die gefährlichsten und langfristigsten Schadstoffe senden - Atommüll, gefährliche Abfälle, unzerstörbarer Kunststoff usw. - in der Sonne? Dies ist, was unser Leser fragt:

Ich habe jahrelang mit Menschen gestritten und argumentiert, dass es zu teuer und unmöglich wäre, radioaktive Abfälle oder Weltraummüll zur Sonne zu schicken. Nach meinem unprofessionellen Verständnis der Orbitalmechanik scheint es mir, dass wir zuerst den Abfall beschleunigen müssen, damit er die Erdumlaufbahn verlässt, und ihn dann verlangsamen müssen, damit er "auf die Sonne fällt". Ich weiß, dass dies möglich ist, weil wir Sonden an Venus geschickt haben, aber ich kann es mir nicht vorstellen. Könnten Sie helfen?

Erstens ist es natürlich physikalisch möglich. Aber ob wir es schaffen und ob wir es schaffen sollen, sind zwei verschiedene Fragen. Beginnen wir mit dem, was für die Implementierung eines solchen Unternehmens erforderlich ist.


Die Sojus-Rakete wurde am 24. März 2009 im Kosmodrom Baikonur eingesetzt

Wir fallen nicht von der Erde und fliegen nicht in den Weltraum, weil die Anziehungskraft der Erde uns in einem solchen Abstand vom Mittelpunkt zum Erdmittelpunkt zieht, dass wir uns an der Oberfläche befinden. Es gibt eine bestimmte Energiemenge, die uns an der Leine unserer Welt hält (potentielle Gravitationsenergie), und für unsere Position bei Ihnen können wir zwei wichtige Schlüsselgeschwindigkeiten berechnen. Die Geschwindigkeit einer stabilen Kreisbahn für unsere Entfernung vom Erdmittelpunkt, mit der wir uns um den Planeten bewegen können, ohne die Oberfläche zu berühren, und die Fluchtgeschwindigkeit, die es uns ermöglicht, der Anziehungskraft der Erde zu entkommen und in den interplanetaren Raum zu gelangen. Im Falle der Erde müssen wir uns mit einer Geschwindigkeit von 7,9 km / s bewegen, um in die Umlaufbahn zu gelangen, und mit einer Geschwindigkeit von 11,2 km / s, um aus der Anziehungskraft auszubrechen. Damit Sie etwas zu vergleichen haben, beträgt die Rotationsgeschwindigkeit unseres Planeten am Äquator nur 0,47 km / s, damit wir uns nicht in der Umlaufbahn befinden.


Um eine Rakete in die Erdumlaufbahn zu bringen, müssen wir daher so viel Energie in sie investieren, wie nötig ist, um auf diese Geschwindigkeit zu beschleunigen, und das ist sehr viel. Dennoch tut die Menschheit dies seit den 1950er Jahren, und wenn Sie in die Umlaufbahn eintreten, werden Sie etwas Überraschendes finden, das im Allgemeinen im Voraus bekannt war: Sie sind Teil eines Systems, das sich mit enormer Geschwindigkeit in der Umlaufbahn um die Sonne bewegt . Die Erde bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 30 km / s um die Sonne, sodass sich alles, was Sie in die Umlaufbahn bringen, auch mit ungefähr derselben Geschwindigkeit um die Sonne bewegt. Wenn Sie etwas in der Sonne starten müssen, müssen Sie irgendwie 30 km / s Geschwindigkeit verlieren. Andererseits sind wir bereits 150 Millionen km von der Sonne entfernt. Wenn wir vollständig aus dem Sonnensystem herauskommen wollten, müssten wir nur 12 km / s zusätzliche Geschwindigkeit aufnehmen (und schließlich eine Geschwindigkeit von 42 km / s erreichen)!



Da es so viel Energie und Kraft braucht, um in den Weltraum zu gelangen, versuchen wir, dem Universum zu ermöglichen, so viel Arbeit wie möglich für uns zu leisten. Dies bedeutet, dass Gravitationsmanöver erforderlich sind, um die Gravitationseigenschaften des Planeten zu nutzen und zu den Planeten des Sonnensystems zu gelangen, die sowohl innerhalb als auch außerhalb der Erdumlaufbahn liegen. Während sich jeder Planet um die Sonne bewegt, nehmen zwei wichtige Körper an unserem Experiment teil, und das Raumschiff wird das dritte sein. Ein Raumschiff kann ein Gravitationsmanöver auf zwei Arten ausführen:

1. Sie können das Schiff so lenken, dass es über den Planeten hinausgeht, dann davor fliegt und dank des Schleudereffekts wieder dahinter ist.
2. Sie können das Schiff so lenken, dass es in seiner Umlaufbahn vor dem Planeten vorbeifährt, dann hinter ihm fliegt und dank des Schleudereffekts wieder vor ihm steht.



Im ersten Fall schleppt der Planet das Schiff und das Schiff schleppt den Planeten so, dass der Planet in Bezug auf die Sonne leicht beschleunigt, seine Gravitationsverbindung mit ihm schwächer wird und das Schiff viel an Geschwindigkeit verliert (aufgrund der Tatsache, dass seine Masse viel geringer ist). und stärkt die Gravitationsverbindung mit der Sonne und bewegt sich in eine Umlaufbahn mit niedriger Energie. Im zweiten Fall funktioniert alles umgekehrt: Der Planet verliert an Geschwindigkeit, ist stärker mit der Sonne verbunden, das Schiff nimmt deutlich an Geschwindigkeit zu und betritt eine Umlaufbahn mit hoher Energie.



Im ersten Szenario besuchen wir den inneren Teil des Sonnensystems: Venus, Merkur und sogar die Sonne selbst, und im zweiten erreichen wir die äußeren Planeten. So kamen New Horizons zu Pluto und Voyager-Sonden verließen das Sonnensystem vollständig!


Es ist also technisch möglich, Müll in die Sonne zu schicken. Diese Idee hat jedoch viele Nachteile:

• Die Wahrscheinlichkeit eines fehlgeschlagenen Starts.
• Extrem hohe Kosten.
• Es ist einfacher, es aus dem Sonnensystem herauszubringen, als es in Richtung Sonne zu lenken.

Die Sojus-Trägerrakete hat die erfolgreichste Startgeschichte der Welt: 97% der 1000 Starts waren erfolgreich. Aber selbst ein Indikator von 2-3% kann katastrophal sein, wenn wir über das Laden der Rakete mit gefährlichem Abfall sprechen, den Sie vom Planeten entfernen möchten. Stellen Sie sich vor, sie sind im Ozean, in der Atmosphäre, auf besiedeltem Land, in Gewerbe-, Industrie- oder Wohnvierteln verteilt. Dies wird nicht mit etwas Gutem für die Menschheit enden.


Trennung der Sojus-2.1a-Rakete am 19. April 2013 mit dem Raumschiff Bion-M Nr. 1

Die maximale Ladung der Union beträgt 7 Tonnen. Nehmen wir an, wir wollen alle Atommüllfälle loswerden. In den USA werden derzeit rund 60.000 Tonnen gefährlicher Abfälle gelagert, und ein Viertel aller weltweiten Kernkraftwerke ist im Land in Betrieb. Dies sind ungefähr 34.000 mit Raketen gefüllte Raketen, obwohl ein kostengünstiger Raketenstart 100 Millionen US-Dollar kostet. Selbst wenn wir die Ausfallrate auf einen unrealistischen Wert von 0,1% reduzieren, bedeutet dies ungefähr 34 Raketen oder eine Viertelmillion Kilogramm Der Abfall wird zufällig über die Erde verteilt und in die Umwelt freigesetzt.


2014 Antares unbemannte Raketenexplosion

Wenn wir einen zuverlässigen Aufzug mit Arbeitsraum haben, ist diese Option möglicherweise eine Überlegung wert. Aber bis dahin bedeuten die Kosten und das Vertrauen, dass eines Tages sicherlich eine Katastrophe eintreten wird, dass die Einführung von Abfällen in der Sonne am besten der Science-Fiction überlassen bleibt. Und wir müssen unseren eigenen Weg finden, um mit unseren Abfällen umzugehen.