Свалка на орбите: почему космический мусор становится все опаснее

Миллионы рукотворных обломков угрожают работе спутников и МКС, но за последние годы появились технологии, которые позволят провести генеральную уборку околоземного пространства

ФОТО: pixabay.com

29 апреля ракета-носитель «Чанчжэн-5B» (она же Long March 5B) вывела на орбиту базовый блок новой китайской орбитальной станции. Но затем произошло непредвиденное. Вторая ступень ракеты массой в несколько сотен килограммов стала снижаться по нерасчетной траектории. Управлять ею было невозможно — на борту просто не было подходящих систем, пишет Forbes.ru. 

Специалисты могли только предполагать, где объект войдет в атмосферу и долетят ли раскаленные обломки до поверхности Земли. Радары «Роскосмоса» и NASA непрерывно следили за падающим блоком ракеты, но никакой возможности повлиять на ситуацию не было. 9 мая злополучная ступень сгорела над Индийским океаном. Но всегда ли будет так везти?

Замусоренная Вселенная

В учебниках географии середины XX века писалось, что ресурсы Мирового океана практически неисчерпаемы. Вряд ли кому-то приходило в голову, что пластиковые бутылки или одноразовые зажигалки могут стать проблемой для необозримых водных просторов. А сегодня в северной части Тихого океана можно полюбоваться целым континентом мусора, раскинувшимся на сотни тысяч квадратных километров. Осваивая безграничные, казалось бы, орбитальные пространства, человечество снова недооценило свою способность пачкать и засорять.

Космическим мусором считаются любые рукотворные космические объекты, уже не служащие никакой полезной цели. Самые большие из них — отслужившие свой срок многотонные спутники. Самые миниатюрные — кусочки краски, отколотые от космических аппаратов микрометеоритами.

Все фрагменты космического мусора в околоземном пространстве размером более 10 сантиметров отслеживаются и заносятся в каталоги. Объекты с габаритами в несколько сантиметров или хотя бы миллиметров тоже могут быть замечены радарами, но полного их перечня не существует, только статистические оценки.

По подсчетам экспертов NASA, у нас над головой кружит 23 000 фрагментов космического мусора размером более десяти сантиметров, 500 000 — от одного до десяти сантиметров и 100 млн — от одного миллиметра до сантиметра. Общая масса этой космической свалки превышает 8000 тонн.

 

Под ударом из космоса

Уже полвека фрагменты космического мусора размером более 10 см входят в атмосферу Земли каждый день. Почти всегда они при этом полностью сгорают. Лишь крупные спутники, космические корабли и орбитальные станции достаточно массивны, чтобы часть раскаленных обломков достигла поверхности планеты. Их траектории просчитывают заранее, чтобы эти рукотворные метеориты падали на так называемом кладбище космических кораблей. Оно находится в удаленном от берегов и закрытом для судоходства районе Тихого океана. Именно там нашли свой последний приют многие орбитальные станции, в том числе прославленный «Мир» и космические грузовики, загруженные отходами жизнедеятельности космонавтов. Здесь же в свое время упокоятся и остатки МКС.

Правда, иногда возникает нештатная ситуация, и аппарат снижается по нерасчетной траектории. Так и случилось с верхней ступенью «Чанчжэн-5B», а до этого — с первой китайской орбитальной станцией «Тяньгун-1». В этом случае обломки теоретически могут упасть куда угодно.

Остатки «Тяньгун-1» в 2018 году рухнули в океан, но такие инциденты случались и над сушей. В 1979 году в Австралии упали фрагменты принадлежащей США орбитальной станции Skylab, в 1991 году в Аргентине — советской станции «Салют-7». Однако и тогда человечество отделалось легким испугом.

Дело в том, что большая часть поверхности планеты совершенно безлюдна: 70% ее покрыто водой, более 20% составляют пустыни, включая полярные, а есть еще тундра, горы, тайга... Крайне маловероятно, чтобы космический гость, будь он творением человека или природы, упал так неудачно, чтобы причинить кому-либо вред. Поэтому неудивительно, что космический мусор еще ни разу не привел к человеческим жертвам.

Правда, в 2007 году обломок сошедшего с орбиты российского спутника едва разминулся с самолетом. Впрочем, авиакомпания была предупреждена о месте и времени предполагаемого падения еще за две недели до этого происшествия.

Что до материального ущерба, то самый серьезный инцидент был связан с советским спутником «Космос-954». В 1978 году контроль над аппаратом был внезапно потерян, и операторы не смогли предотвратить падение. Дождь обломков над безлюдными просторами Северной Канады обошелся бы без последствий, не будь «Космос-954» оборудован ядерным реактором. Операция по ликвидации радиоактивного загрязнения растянулась на много месяцев. Канада предъявила СССР счет на более чем 6 млн канадских долларов, из которых было выплачено 3 млн.

Итак, опасности получить удар по голове каким-нибудь болтом от спутника практически нет. И даже если произойдет инцидент, он вряд ли затронет населенные территории.

Выжить на орбите

А вот ситуация с безопасностью самих космических аппаратов далеко не так безоблачна. Известно как минимум о трех случаях столкновения спутников с космическим мусором, после чего они были выведены из строя. Поскольку количество запускаемых спутников непрерывно растет, эти происшествия вряд ли были последними.

Самое нашумевшее орбитальное ДТП произошло в 2009 году, когда в действовавший спутник связи Iridium 33 врезался нефункционирующий аппарат «Космос-2251». В результате оба объекта разлетелись на множество обломков.

Дело в том, что как действующие спутники, так и космический мусор движутся по низкой околоземной орбите со скоростью 7–8 км/с, то есть в несколько раз быстрее пули. При этом даже миллиметровый обломок металла превращается в убийственный снаряд.

Подобные происшествия угрожают и космонавтам. Примерно раз в год орбиту МКС приходится менять, чтобы избежать столкновения с очередным фрагментом мусора.

Там, где не сорят

Сегодня космические агентства России, США, Китая, Японии и Франции, а также Европейское космическое агентство (ЕSА) официально придерживаются принципов, которые кратко можно выразить так: «Мы больше не будем захламлять космос». При ООН существует Межагентский координационный комитет по космическому мусору — своего рода площадка для координации усилий разных игроков.

Правда, реальные действия некоторых космических держав не всегда соответствуют благозвучным декларациям. Так, в 2007 году Китай испытал противоспутниковое оружие на собственном выведенном из эксплуатации метеоспутнике Fengyun-1C. Аппарат разрушился на тысячи фрагментов, пополнивших собой «орбитальную свалку».

Как же человечество борется с превращением в космический мусор спутников, которые, кстати, запускаются сотнями в год? Есть две стратегии — для низкой околоземной орбиты и для высокой геостационарной.

Околоземные спутники после окончания эксплуатации переводятся на низкие «самоубийственные» орбиты. Заметим, что даже на высоте 600 км остатки воздуха достаточно сильно тормозят аппарат, чтобы всего через несколько лет он вошел в плотные слои атмосферы и сгорел. Такая судьба давно постигла бы и МКС, находящуюся в 400 км над Землей, если бы ее орбиту регулярно не поднимали. Однако большая часть обломков кружит на высоте 750–1000 км, а здесь объект может существовать веками и тысячелетиями. Так что важно вовремя спустить спутник пониже, чтобы он не провел эти века в качестве мусора.

Совсем по-другому борются с засорением геостационарной орбиты, расположенной в 36 000 км над Землей. Это слишком далеко, чтобы аппараты проделывали обратный путь до Земли ради очистительного огня атмосферы. Поэтому обычно их просто уводят на так называемую орбиту-кладбище. Она неудобна для работающих спутников, поэтому на ней и складируют будущий космический мусор.

В космос со шваброй

Однако перестать сорить — только полдела. Многие эксперты уверены, что количество космического мусора будет расти как снежный ком, даже если человечество больше не выведет на орбиту ни одного аппарата. Ведь каждый новый обломок, порожденный очередным космическим столкновением, в свою очередь превращается в «пушечное ядро» и может стать участником новых столкновений.

Это значит, что в космосе необходима уборка. И чем раньше мы сведем с востребованных орбит отслужившие свое спутники, тем меньше у нас будет проблем с нарастающей лавиной обломков.

Разрабатывается множество проектов по уборке космического мусора. Впрочем, основных подходов к устройству космического веника всего два. Во-первых, можно тормозить фрагменты мусора лучом лазера или струей плазмы. Тогда они потеряют скорость, перейдут на более низкую орбиту и сгорят в атмосфере. Правда, подобные технологии пока испытывались только в земных лабораториях. Во-вторых, аппарат-уборщик может прикрепляться к отработавшим спутникам и сходить с орбиты вместе с ними. Этакое самопожертвование ради чистоты космоса.

Между прочим, некоторые технологии механического захвата мусора уже прошли первые испытания на орбите. В 2018 году спутник RemoveDEBRIS, разработанный в Университете Суррея и запущенный астронавтами с МКС, поочередно опробовал два способа ловли космического мусора. Он успешно зацепил его гарпуном и поймал сетью. Правда, в этих тестах использовались специально выпущенные в космос объекты. Испытания на реальном космическом мусоре — дело будущего.

RemoveDEBRIS — это исследовательский проект, но космическая уборка уже стала предметом коммерции. Первым в истории контрактом на удаление космического мусора стал договор между Европейским космическим агентством и швейцарским стартапом ClearSpace. Исполнитель обязался разработать и построить робота-уборщика ClearSpace-1, который должен быть запущен в 2025 году. Цель этой пробной миссии — сжечь в атмосфере Земли один-единственный фрагмент космического мусора. Эта честь выпала отработанному элементу ракеты Vega, запущенной в 2013 году. Он представляет собой стокилограммовый полый конус, обращающийся вокруг Земли на высоте около 800 км.

Планируется, что ClearSpace-1 захватит «жертву» четырьмя манипуляторами. Крепко сцепившись с ней, чистильщик-камикадзе возьмет курс на самоуничтожение в атмосфере Земли.

Заметим, что ЕSА собирается заплатить за эту услугу €86,2 млн. Эта сумма сравнима со стоимостью запуска на орбиту нового спутника. Вот уж поистине королевский гонорар для любой уборщицы.

Покончить с расточительностью

Есть и еще один аспект проблемы. Спутники приходится запускать так часто, потому что до сих пор на орбите невозможны ни их дозаправка, ни сколь угодно мелкий ремонт. Немыслимо бросить автомобиль и купить новый, если у него просто закончился бензин или пробита шина. Но с космическими аппаратами стоимостью в сотни миллионов долларов поступают именно так. Само собой, эти брошенные спутники превращаются в космический мусор, а вслед за ними приходят новые, чтобы уже через 10–15 лет тоже пополнить собой космическую свалку.

Ситуация начала меняться с запуском проекта Mission extension vehicle (MEV), реализуемого Northrop Grumman Corporation и ее дочерней компанией SpaceLogistics LLC. Обычно спутники выводятся из эксплуатации не потому, что бортовые системы вышли из строя, а после завершения запасов топлива — нельзя корректировать орбиту и поддерживать нужную ориентацию в пространстве. Аппарат MEV стыкуется с таким спутником и берет эти функции на себя, фактически играя роль буксира. Это позволяет эксплуатировать спутник еще несколько лет, отсрочив его превращение в космический мусор. А после завершения миссии MEV может увести подопечного на орбиту-кладбище, где его разрушение не будет никому угрожать.

У Northrop Grumman есть контракт с телекоммуникационным гигантом Intelsat, под управлением которого находится 50 спутников связи на геостационарной орбите. На сегодняшний день аппараты серии MEV успешно продлили эксплуатацию уже двух спутников. Первая стыковка состоялась 25 февраля 2020 года. Она стала не только первым случаем продления жизни спутника, исчерпавшего топливо, но и вообще первой стыковкой коммерческих космических аппаратов. Вторая «спасательная операция» состоялась 12 апреля 2021-го.

MEV не позиционируется как уборщик мусора, его дело — продлевать эксплуатацию действующих аппаратов. Но, по заявлениям разработчиков, он может стыковаться со спутниками всех основных типов. А значит, теоретически его можно использовать и в качестве чистильщика.

Продление работы существующих спутников, заблаговременное сведение их с орбиты и уборка уже существующего мусора — три кита, на которых должна опираться чистота околоземного пространства. На этом пути еще многое предстоит сделать. Но шаг за шагом в космос приходит земной подход к экологии и логистике. Возможно, именно в этом и состоит настоящее освоение космического пространства.

Мнение редакции может не совпадать с позицией автора

: Если вы обнаружили ошибку или опечатку, выделите фрагмент текста с ошибкой и нажмите CTRL+Enter
4020 просмотров
Поделиться этой публикацией в соцсетях:
Об авторе:
Загрузка...
29 июля родились
Именинников сегодня нет
Самые Интересные

Орфографическая ошибка в тексте:

Отмена Отправить