Московский экономический журнал 11/2021

Posted by redaktor
image_pdfimage_print

Научная статья

Original article

УДК 330.15

doi: 10.24412/2413-046Х-2021-10663

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РИСКОВ ПРИ ЗАПУСКЕ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ОРБИТУ

ECONOMIC RISK ASSESSMENT WHEN LAUNCHING SPACECRAFT INTO ORBIT

Синяк Ирина Васильевна, старший преподаватель, кафедры ДП-1 «Русский язык», «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)», ir-sin@mail.ru 

Sinyak Irina Vasilievna, senior teacher, Department DP-1 “Russian language”, Moscow Aviation Institute (National Research University), ir-sin@mail.ru

Аннотация. С начала космической эры человечество запускает на орбиту летательные объекты и число действующих спутников возрастает. Этот факт приносит значимую пользу, развивая технические возможности человека. Размышляя над этими достижениями, мало кто задумывается о том, что осталось после эксплуатации спутников в космическом пространстве. Для уменьшения риска бесконтрольного увеличения количества обломков объектов, крупные объекты должны быть сняты с орбит.

Abstract. Since the beginning of the space era, mankind has been launching flying objects into orbit, and the number of operating satellites has been increasing. This fact brings significant benefits in developing the technical capabilities of a person. Reflecting on these achievements, few people think about what is left after the operation of satellites in outer space. To reduce the risk of an uncontrolled increase in the amount of debris, large objects should be removed from orbits.

Ключевые слова: мусор в космосе, космическое пространство, экономическая эффективность, оценка рисков, страхование космической деятельности

Key words: debris in space, outer space, economic efficiency, risk assessment, insurance of space activities

Космическое пространство играет важную роль в жизни человека, а современная мировая экономика зависит от исследований в космосе и влияет на безопасность, здравоохранение, сельское хозяйство, инновационные исследования. Факторы, которые способствуют увеличению мусора в космическом пространстве, связаны с естественным распадом технических систем, воздействием радиации, столкновениями с искусственными и природными объектами на орбите, повреждениями, а также преднамеренным разрушением. Это процессы соответствуют синдрому Кесслера – значимая теория, которая предполагает, что обломки будут продолжать распадаться и сталкиваться друг с другом, создавая, таким образом, неуправляемое поле космического мусора, которое будет окружать Землю [1, 2]. Борьба с космическим мусором является актуальной проблемой.

Более 60 стран участвуют в различных уровнях космической деятельности, и ожидается, что это число будет неуклонно расти. Содружество Независимых Государств, Соединенные Штаты Америки и Китай несут ответственность за 93% всего орбитального мусора, который был образован в космическом пространстве. На основании существующей проблемы, был проведен анализ 350 искусственных спутников по следующим факторам: дата пуска, название космодрома, страна носитель, страна оператор, тип спутника, тип орбиты, описание спутника, технические характеристики и стоимость аппарата. Страны, которые являются производителями этих спутников: Япония, Соединенные Штаты Америки, Россия, Испания, Франция, Италия, Турция, Германия, Китай, Финляндия.

Используемый тип орбиты – низкая околоземная орбита (НОО) — космическая орбита вокруг Земли, имеющая высоту над поверхностью планеты в диапазоне от 160 км (период обращения около 88 минут) до 2000 км (период около 127 минут), на НОО сосредоточена большая часть космического мусора. Технические характеристики искусственных спутников Земли (КА связи): среднее значение массы изделий в каталоге составляет 3298 (кг). Среднее значение стоимости в каталоге составляет 153 млн. долл. США. Лидирующую позицию по количеству представленных спутников занимают Соединенные Штаты Америки и Россия. Технические характеристики космических аппаратов дистанционного зондирования Земли (КА ДЗЗ): среднее значение массы изделий в каталоге составляет 1218 (кг). Среднее значение стоимости в каталоге составляет 153 млн. долл. США. Технические характеристики определяют стоимостные показатели аппаратов по борьбе с космическим мусором. Для построения экономико-математических моделей предлагается использовать многофакторные корреляционные функции линейного и мультипликативного типа, в которых в качестве аргументов выбираются наиболее значимые технические характеристики исследуемых спутников. Построение моделей осуществляется по анализируемой статистике, выведенных на орбиту космических спутников различного назначения.

Орбитальный мусор или космический мусор — это любой искусственный объект на орбите вокруг Земли, который больше не приносит пользы. Ступени ракет и космические аппараты часто остаются на орбите, где естественный процесс со временем возвращает их обратно на Землю. Это приводит к тому, что сегодня количество действующих спутников составляет лишь малую долю от общего количества объектов на орбите, и каждый месяц в космическое пространство вновь поступает несколько тонн мусора.

Стандарты, которые предупреждают образование космического мусора, внедрены многими космическими агентствами во всем мире, они также определяют верхний предел допустимой продолжительности возвращения обломков из космоса на Землю. Во время возвращения большая часть космических аппаратов сгорает, но некоторые компоненты (например, топливные баки, реактивные колеса, приводные механизмы солнечных батарей), остаются.

Затраты на разработку, запуск и обеспечение надежности системы управляемого входа в атмосферу велики, поэтому необходима экономическая оценка рисков при запуске космических аппаратов на орбиту, описывающая возможные случаи при потере или выхода из строя летательных аппаратов на орбите, анализ возможных потерь, учитывая международные стандарты при запуске летательного аппарата в космос. Классификация видов страхования космической деятельности представлена в таблице 1.

При решении комплексных задач может возникнуть проблемная ситуация, которая заключается в том, что разумные технические решения, рекомендуемые на некоторых уровнях, могут быть неэффективными или неприемлемыми.

Решение основных задач должно предусматривать:

  1. Создание обобщенного показателя безопасности космического аппарата, а также системы критериев безопасности отдельных объектов на разных уровнях иерархии;
  2. Уточнение приоритетов обеспечения безопасности космического аппарата в рамках комплексной системы;
  3. Проведение комплексного анализа всех факторов влияющих на безопасность полетов в том числе их влияния друг на друга;
  4. Проведение анализа возможных нештатных ситуаций и создание возможных путей выхода из них (возвращение их в номинальное состояние).

При создании индикатора безопасности с запуском, а также требований безопасности рекомендуется учитывать следующие нормативные акты:

  1. Федеральный закон Российской Федерации № 184 «О техническом регулировании»; [1]
  2. Международный стандарт ISO 14620 Космические системы. Требования безопасности. Части 1-3. [2]
  3. Государственный стандарт ГОСТ Р 54317-2011 Пусковые и технические комплексы ракетно-космических комплексов. Требования безопасности. [3]

В соответствии с политикой безопасности ISO 14620-1 предусматривается разработка программы системы безопасности на основе оценки риска. Концепция программы системы безопасности ориентирована на следующее [3]:

  1. Системные и экологические риски в номинальных и не номинальных режимах (включая аварии) выявляются и оцениваются путем проведения анализа безопасности;
  2. Выявленные потенциальные риски в построении и процессах функционирования системы должны быть по возможности устранены;
  3. Остаточные риски должны быть сведены к минимуму;
  4. Необходимо определить, использовать и контролировать возможности контроля остаточных рисков.

Остаточные риски после их устранения и снижения подлежат оценке с целью: подтвердить соответствие требованиям безопасности; внести вклад в проектные работы; выявление и ранжирование источников рисков; оценка результатов мероприятий, направленных на снижение рисков; способствовать обеспечению безопасности и процессу принятия решений по проекту.

Принципы количественной безопасности, регулируемые настоящим стандартом, предусматривают следующие положения: основной целью правил безопасности является гарантия того, что безопасность на земле и в полете во время опасных видов деятельности, во-первых, обеспечивает выживание человека; любое опасное устройство (операция) должно быть проанализировано с целью выявления рисков и опасных ситуаций, а также оценки соответствующих рисков безопасности; для предотвращения отказов в опасных системах должны быть предусмотрены управляемые цепи торможения; в опасных системах, управляемых в пределах космодрома или из него, ни один сбой (отказ оборудования, программная ошибка и т. д.) не должен создавать опасной или опасной ситуации, приводящей к катастрофическим или критическим последствиям.

Поиск оптимального решения из совокупности сценариев, сформированных с использованием этой методологии, включает в себя:

  1. Целевую функцию. Целевая функция стоимости и эффективности для генерации сценариев основана на факторе веса конструкции. Метод динамической вероятностной оптимизации позволяет генерировать и сортировать сценарии отказов всех возможных альтернативных вариантов поведения. В данном исследовании целевая функция оптимизационной модели определяет наиболее вероятный сценарий. Однако целевая функция может быть обновлена в соответствии с целью исследования, например получение наименее вероятных случаев поведения или сценариев с высоким уровнем риска.
  2. Ограничения. В качестве ограничений предлагается использовать технико-экономические и эксплуатационные показатели работы системы с учетом риска. По мере увеличения числа ограничений область возможных сценариев будет ограничена интервалом неопределенности поведения технической системы. Между тем, увеличение числа ограничений может привести к увеличению нелинейности задачи, в результате чего возникает множество локальных оптимальных решений, что требует использования эволюционных алгоритмов оптимизации. Следует определить и упростить системные ограничения для уменьшения нелинейности модели, отражая при этом поведение сложной системы с заданной точностью.
  3. Алгоритм решения. Алгоритм решения зависит от линейности уравнения и типа переменной решения. Поскольку большинство оценок риска проводится на сложных системах, которые включают высокие уровни нелинейности, эволюционные алгоритмы являются лучшими методами поиска оптимального решения.

Как известно, причинами возникновения нештатных ситуаций и их переход в столкновения и катастрофы являются сбои в технических системах, которые могут быть порождены проектированием неисправностей, нарушением технологией изготовления, нарушением условий и режимов работы, в том числе и из-за «человеческого фактора». Процессы старения, износа конструкций и оборудования объектов несут в себе именно такие причины для объектов, эксплуатируемых длительное время. Вышеперечисленные процессы проявляются в изменениях характеристик функционирования объектов, снижение их несущей способности.

В целях поддержания работоспособности этих объектов проводятся следующие мероприятия: диагностический неразрушающий контроль технического состояния их оборудования и сооружений; расширение заданных индексов ресурса и срока службы; разработка мероприятий по восстановлению эксплуатационных мощностей.

Заключение

Орбитальный мусор, создаваемый одним экономическим субъектом, накладывает издержки на других экономических субъектов. Без принятия политических мер как теоретические модели, так и практические предсказывают, что количество мусора будет продолжать увеличиваться из-за несогласованности всех участников космического пространства.

Со временем, орбитальный мусор самораспространяется из-за столкновений со спутниками и другими обломками, новые столкновения сведут экономическую ценность некоторых околоземных орбит к нулю и подтвердят экономический синдром Кесслера.

Моделирование ситуаций предполагает, что повышение уровня соблюдения добровольных руководящих принципов по предотвращению образования мусора и налогов на мусор может снизить уровень накопления космических отходов. С другой стороны, снижение уровня мусора достигается только за счет активного удаления.

Активное удаление мусора совместно с политикой смягчения его воздействия может эффективно «очистить» орбитальное пространство от мусора размером 10 см и более, несмотря на ожидаемый резкий рост экономической активности в космосе. 

Список источников 

  1. Вениаминов С. С. Космический мусор угроза человечеству – Москва.: ИКИ РАН. – 2013
  2. Государственный стандарт ГОСТ Р 54317-2011.
  3. Государственный стандарт ГОСТ Р ИСО 11231-2013.
  4. Куренков В.И. Основы устройства и моделирования целевого функционирования космических аппаратов наблюдения: учебн. пособие / В.И. Куренков, В.В. Салмин, Б.А. Абрамов.- Самара: Изд-во СГАУ, – 296 с.
  5. Латышенко Г.И., Сычева Е.М., Анищенко Ю.А. Оценка и мониторинг рисков космических проектов // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 7-2. – С. 403-407.
  6. Международный стандарт ISO 14620 Космические системы. Требования безопасности. Части 1–3, 2002–2011 гг.
  7. Федеральный закон Российской Федерации от 2002 г. № 184 «О техническом регулировании».
  8. Европейское космическое агентство (ЕSА) [Электронный ресурс] URL: https://www.esa.int/
  9. NASA: space debris [Электронный ресурс] URL:https://earthobservatory.nasa.gov/images/40173/space-debris

References

  1. Veniaminov S. S. Kosmicheskij musor ugroza chelovechestvu – Moskva.: IKI RAN. – 2013
  2. Gosudarstvenny`j standart GOST R 54317-2011.
  3. Gosudarstvenny`j standart GOST R ISO 11231-2013.
  4. Kurenkov V.I. Osnovy` ustrojstva i modelirovaniya celevogo funkcionirovaniya kosmicheskix apparatov nablyudeniya: uchebn. posobie / V.I. Kurenkov, V.V. Salmin, B.A. Abramov.- Samara: Izd-vo SGAU, 2006. – 296 s.
  5. Laty`shenko G.I., Sy`cheva E.M., Anishhenko Yu.A. Ocenka i monitoring riskov kosmicheskix proektov // Fundamental`ny`e issledovaniya. – 2015. – № 7-2. – S. 403-407.
  6. Mezhdunarodny`j standart ISO 14620 Kosmicheskie sistemy`. Trebovaniya bezopasnosti. Chasti 1–3, 2002–2011 gg.
  7. Federal`ny`j zakon Rossijskoj Federacii ot 2002 g. № 184 «O texnicheskom regulirovanii».
  8. Evropejskoe kosmicheskoe agentstvo (ESA) [E`lektronny`j resurs] URL: https://www.esa.int/
  9. NASA: space debris [E`lektronny`j resurs] URL:https://earthobservatory.nasa.gov/images/40173/space-debris

Для цитирования: Синяк И.В. Экономическая оценка рисков при запуске космических аппаратов на орбиту // Московский экономический журнал. 2021. № 11. URL: https://qje.su/ekonomicheskaya-teoriya/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-11-2021-21/

© Синяк И.В, 2021. Московский экономический журнал, 2021, № 11.