ОСНОВНІ ПРОБЛЕМИ СТВОРЕННЯ КОСМІЧНИХ СИСТЕМ ДЛЯ ЗМЕНШЕННЯ ПОТОКУ СОНЯЧНОЇ РАДІАЦІЇ НА ПОВЕРХНЮ ЗЕМЛІ

Анотація

Проблема розробки і створення космічних систем для зменшення потоку сонячної радіації на поверхню Землі є однією із ключових при вирішенні задачі протидії глобальному потеплінню. Такі системи мають певну перевагу у порівнянні з іншими системами геоінженірингу та глобального клімат-контролю, що полягає в мінімальному шкідливому впливі на екологію атмосфери планети під час функціонування.   Однак, науково-методичне опрацювання особливостей створення таких систем в космосі має певний ряд і невирішених задач, що, у разі негайної потреби, ускладнює їх практичну реалізацію. Враховуючи це, в роботі розглянуто можливі проблемні аспекти, що можуть виникнути при розробці і створенні таких систем на навколоземних орбітах.

Метою роботи є визначення проблемних аспектів розробки і створення систем для зменшення потоку сонячної радіації на поверхню Землі. З огляду на це, в роботі проведено критичний аналіз підходів щодо розробки і створення космічних систем для зменшення потоку сонячної радіації на поверхню Землі та визначено переваги і недоліки кожного. Визначено проблемні аспекти розробки і створення таких систем на низьких навколоземних орбітах в діапазоні висот від 300 км до 3000 км. Проведено оцінки ефективності систем зменшення потоку сонячної радіації на поверхню Землі з огляду періодичності руху по освітленій і тіньовій стороні орбіти. З урахуванням цих оцінок запропоновано застосування коефіцієнту ефективності розподілених космічних систем для зменшення потоку сонячної радіації на поверхню Землі. Запропоновано один із можливих варіантів раціональної реалізації системи зменшення потоку сонячної радіації на поверхню Землі з огляду визначення оптимальної форми елементарних модулів, що є складовими таких систем. Окреслено коло проблем, що мають бути вирішені при практичній реалізації систем зменшення потоку сонячної радіації на поверхню Землі в майбутньому, а також визначено основні напрями щодо їх рішення.

ПОСИЛАННЯ

1. Gardner G. Many climate change scientists do not agree that global warming is happening. BMJ. 1998. Vol. 316. P. 1164–1171. https://doi.org/10.1136/bmj.316.7138.1164

2. Perry M. J. Six Facts About the Non-problem of Global Warming. American Enterprise Institute. 2020. URL: https://www.aei.org/carpe-diem/six-facts-about-the-non-problem-of-global-warming/

3. There is unequivocal evidence that Earth is warming at an unprecedented rate. Human activity is the principal cause. URL: https://science.nasa.gov/climate-change/evidence/ (дата звернення 27.02.2025)

4. IPCC, 2023: Summary for Policymakers. In: Climate Change 2023: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, H. Lee and J. Romero (eds.)]. IPCC, Geneva, Switzerland. 2023. P. 1–34.

5. Pfenning-Butterworth A., Buckley L. B., Drake J. M., Farner J. E., Farrell M. J., Gehman A.-L. M., Mordecai E. A., Stephens P. R., Gittleman J. L., Davies T. J. Interconnecting global threats: climate change, biodiversity loss, and infectious diseases. The Lancet Planetary Health. 2024. Vol. 8. Iss. 4. P. 270–283. https://doi.org/10.1016/S2542-5196(24)00021-4

6. McInnes C. R. Space-based geoengineering: Challenges and requirements. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 2009. Vol. 224(3). P. 571–580. https://doi.org/10.1243/09544062JMES1439

7. National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2021. Reflecting Sunlight: Recommendations for Solar Geoengineering Research and Research Governance. Washington, DC: The National Academies Press.

8. Bingaman D. C., Rice C. V., Smith W., Vogel P. G. A Stratospheric Aerosol Injection Lofter Aircraft Concept: Brimstone Angel. AIAA SciTech Forum, 6-10 January 2020, Orlando, FL. 2020. P. 1–22 https://doi.org/10.2514/6.2020-0618

9. Smith W., Bhattarai U., MacMartin D. G., Lee W. R., Visioni D., Kravitz B. and Rice C. V. A subpolar-focused stratospheric aerosol injection deployment scenario. Environmental Research Communications. 2022. Vol. 4, No. 9. P. 1–15. https://doi.org/10.1088/2515-7620/ac8cd3

10. Zubrin R. Moving the Earth. The Space Review. 2014. URL: https://www.thespacereview.com/article/2547/1 (last accessed 18.02.2025).

11. Angel R. Feasibility of cooling the Earth with a cloud of small spacecraft near the inner Lagrange point (L1). PNAS. 2006. Vol. 103. No. 46. P. 17184–17189. https://doi.org/10.1073/pnas.0608163103

12. Sánchez J-P, McInnes C. R. Optimal Sunshade Configurations for Space-Based Geoengineering near the Sun-Earth L1 Point. PLoS ONE. 2015. Vol.10, No. 8: e0136648. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0136648

13. Fuglesang C., Miciano M. Realistic sunshade system at L1 for global temperature control. Acta Astronautica. 2021. No. 186. P. 269–279. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2021.04.035

14. Jehle A., Scott E., Centers R. A Planetary Sunshade Built From Space Resources. AIAA 2020-4077 Session: Deep Space Exploration. 2020. https://doi.org/10.2514/6.2020-4077

15. Sonty S., Chesley B. The case to build a new ISS: the International Solar Sunshade. SpaceNews. 2024. URL: https://spacenews.com/the-case-to-build-a-new-iss-the-international-solar-sunshade/ (дата звернення 27.02.2025).

16. Borgue O., Hein A. M. Transparent occulters: A nearly zero-radiation pressure sunshade to support climate change mitigation. Acta Astronautica. 2023. Vol. 203. P. 308–318. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2022.12.006

17. Beech M. Geoengineering and Climate Change: Methods, Risks, and Governance. Scrivener Publishing LLC. 2025. 480 p. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9781394204847

18. Pearson, J., Oldson, J., Levin, E. Earth rings for planetary environment control. Acta Astronautica. 2006. Vol. 58. Iss. 1. P. 44–57. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2005.03.071

19. Alpatov A. P., Lapkhanov E. O. Features of the development of space-based shading and lighting systems for the Earth’s surface. Technical mechanics. 2023. No. 1. P. 25–39. https://doi.org/10.15407/itm2023.01.025

20. Alpatov A., Lapkhanov E. The general issues of space sunshade system creation. 2025. UNOSA Presentation. URL: https://www.unoosa.org/documents/pdf/copuos/stsc/2025/ListOfTechnicalPresentations/3_%20Wednesday5th%20/6b_-_UKRAINE_The_general_issues_of_space_sunshade_system_creation_ppt.pdf (дата звернення 27.02.2025).

21. Palii O. S. State of the art in the development of orbital industrial platforms. Technical mechanics. 2021. No. 3. P. 70–82. https://doi.org/10.15407/itm2021.03.070

22. Алпатов А. П., Палій О. С., Сюткіна-Дороніна С. В. Концептуальне проєктування космічної індустріальної платформи. Постановка задачі. Космічна наука і технологія. 2023. Т. 29. № 6 (145). С. 13—25. https://doi.org/10.15407/knit2023.06.013

23. Goldshtein Yu. M. Orbital structure optimization technique of the low-orbit complex of on-orbit service. Space Science and Technology. 2023. Т. 29, № 4 (143). P. 3-11. https://doi.org/10.15407/knit2023.04.003

24. Алпатов А. П., Гольдштейн Ю. М. Методика балістичного планування місійнизькоорбітального сервісного обслуговування з малоюпостійною тягою рушійних систем. Технічна механіка. 2024. №2. С. 3–12. https://doi.org/10.15407/itm2024.02.003

25. Fortescue P., Stark J., Swinerd G. Spacecraft systems engineering. John Wiley & Sons Ltd. Chichester, 2011. 724 p. https://doi.org/10.1002/9781119971009

26. Збруцкий А. В., Ганжа А. П. Навигация космического аппарата дистанционного зондирования Земли по съемке земной поверхности/Учебное пособие, НТУУ «КПІ». 2011. 165 с.

27. Emmert J. T., Drob D. P., Picone J. M., Siskind D. E., Jones M. Jr., Mlynczak M. G., et al. NRLMSIS 2.0: Awhole‐atmosphere empirical model oftemperature and neutral speciesdensities. Earth and Space Science. 2020. Vol. 8. Iss. 3. https://doi.org/10.1029/2020EA001321

28. Заявка на патент на винахід України № a202500184, МПК B64G 1/00, B64G 1/64, B23K 9/04. Розподілена космічна система затемнення землі від сонячного випромінювання для зміни її альбедо / Алпатов А. П., Лапханов Е. О., Палій О. С. – a202500184; заявл. 16.01.2025.