Космический мусор вокруг Земли: проблемы экологии

Понятие космического мусора

Первые сведения о космическом мусоре относятся к середине двадцатого века, с того времени, когда первые спутники были выведены на околоземную орбиту. Со временем их количество стремительно растет.

Объекты отслеживаются с Земли, из которых только 6% являются работоспособными. Остальное образует загрязнение космоса. Их размеры начинаются от 1 см в диаметре. Но наличие постоянного движения на большой скорости приводит к тому, что они становятся потенциально опасными для космических кораблей.

Кроме того, велика вероятность того, что крупные элементы упадут на Землю под действием силы тяжести.

Сколько мусора в космосе?

Точные данные о количестве дрейфующих вокруг планеты обломков неизвестны. Предположительно, количество затонувших кораблей достигает 100 тысяч при весе 5 тысяч тонн.

В каталогах, которые хранятся в странах, не более 15 000 фрагментов, которые не соответствуют действительности. Длительный период освоения космоса вкупе с отсутствием утилизации привели к накоплению огромного количества летающих фрагментов в космосе. Одна из возможных причин занижения объема — невозможность зафиксировать все частицы из-за их небольшого размера.

Карта космического мусора

Для оценки загрязнения космоса была создана 3D-визуализация известного и контролируемого мусора. Цветовая индексация позволяет различать активные и неактивные объекты:

1. Зеленым цветом обозначены активные космические спутники.
2. Серый — жизнеспособен, но пока не активен.
3. Красным цветом — космический мусор вокруг Земли, который не может функционировать.

Первый взгляд на предложенную визуализацию создает ложное впечатление о свалке вокруг Земли. Следует понимать, что каждая точка на карте определяет местоположение элемента вне зависимости от его размера и удаленности от соседнего места крушения.

С другой стороны, ущерб от повреждения 1000 спутников составляет 130 миллиардов долларов. Поэтому космические агентства внимательно следят за концентрацией мусора.

Проект «Вестфорд»

У естественной ионосферы нет надежды, а это значит, что нам нужно не ждать милостей природы, а создавать условия самостоятельно. Тогда умницы из Массачусетского технологического института под руководством Уолтера Э. Морроу предложили нечто совершенно странное и безумное. Допустим, мы создаем собственную искусственную ионосферу со спутниками и дипольными антеннами. И это сработало. Деньги выделили, все довольны, гуляют, поздравляют друг друга.
Проект получил название Westford».
Суть такова: в космос был запущен спутник, рассыпавший миллионы крошечных медных иголок на высокой орбите на высоте от 3500 до 3800 километров. Каждая из этих игл представляла собой дипольную микроантенну, способную отражать сигнал с Земли. В спутнике провода были разделены на несколько частей и упакованы в нафталиновый гель: предполагалось, что на орбите гель испарится и равномерно высвободит все иглы, образуя гигантскую антенну на орбите Земли.

Длина каждой из этих игл составляла 17,8 миллиметра (половина длины волны на частоте 8 ГГц), но толщина составляла всего 25,4 микрометра. То есть медная проволока была в десять раз тоньше человеческого волоса (ее толщина — 0,1 миллиметра). Поэтому для создания таких «иголок» было использовано очень мало материала. На создание 480 миллионов медных игл было израсходовано всего около 20 кг меди.

Чей мусор

Одним из самых серьезных загрязнений околоземной орбиты стал американский проект Вестфорд. В 1961-1963 годах с помощью трех ракет-носителей на орбиту было выведено 480 миллионов медных игл. Военные США намеревались создать вокруг нашей планеты искусственную ионосферу, чтобы обеспечить большую надежность систем военной связи. К тому же первые два пуска закончились неудачно, и только с третьего раза военным удалось «посеять» почти полмиллиарда мелких ниток на орбиту нашей планеты.

Иглы для ниток были очень тонкими, всего 1,78 см в длину и около 20 мкм в толщину. Чтобы сделать полмиллиарда этих проводов, потребовалось всего около 20 кг меди. В результате третьего, успешного запуска вокруг Земли на высоте 3500 км образовалось кольцо, своеобразный «бублик» толщиной около 30 км.

Роскосмос рассчитывает монетизировать сбор космических отходов в будущем

Каждый провод этого бублика функционировал как дипольная антенна. На четвертый день после запуска американские военные провели сеанс связи между военными базами в Калифорнии и Массачусетсе. Искусственная космическая ионосфера обеспечивала прием и передачу данных со скоростью около 20 килобит в секунду, что примерно равно мощности модема в 1990-х годах.

Однако через несколько недель иглы начали отделяться друг от друга, и качество связи стало ухудшаться. Во многом из-за этого проект был заброшен и закрыт. По словам военных, большая часть правильно направленных кусков проволоки вернулась на Землю в течение 10 лет и сгорела в плотных слоях атмосферы. Однако нет точных данных о том, сколько возвращается и сколько остается на орбите.

Таким образом, человечество организовало одно из самых серьезных загрязнений орбитального пространства. К счастью, большинство из них потерялись в отдельных кластерах, за которыми наблюдают с Земли. В настоящее время таких скоплений 46, но технология их удаления с орбиты также пока недоступна.

СМИ назвали страны, которые оставляют больше всего мусора в космосе

Стоит отметить, что американцам удалось убедить многие страны в безопасности этого проекта. Советский Союз был против, но ничего не поделаешь.

Причины возникновения и основные источники

Большая часть космического мусора зафиксирована на территории Китая, США и России. Сосредоточен на высоте от 300 км до 1,5 тысячи километров от Земли. При выводе на орбиту все объекты подчиняются гравитации и притягиваются к поверхности планеты. Следовательно, вероятность самопроизвольного падения присутствует всегда.

Если посмотреть на композицию, она крайне неоднородна. Источниками загрязнения околоземного космического пространства являются:

• 55% — отходы космической деятельности, последствия взрывов, столкновений;
• 20% — нефункционирующие спутники;
• 17% — разгонные блоки, ступени ракеты, отключенные при взлете;
• и только 6% — действующие станции.

Накапливаясь в космосе, обломки повреждают корпуса станций, ракет и нарушают их герметичность. В результате образуется порочный круг, когда мусор вызывает образование новых загрязнителей. Так произошло столкновение российского спутника «Космос-2251» и американского «Иридиум-33». В результате они потеряли работоспособность, рассыпавшись на 600 крупных обломков, заполнивших космическую свалку.

Немножко профилактики

Прежде чем приступить к собственно чистке, стоит поговорить о профилактике и ремонте. Например, мы можем начать делать спутники и космические станции более долговечными. Усилить защиту от ударов (как космического мусора, так и метеорных тел). Спутники также должны быть более маневренными.

При этом мы должны сделать все возможное, чтобы не допустить появления космического мусора. Например, чтобы избежать столкновений, необходимо заранее знать орбиты всех обломков и возможных целей. К счастью, эта информация предоставляется из справочника Стратегического командования США (USSSTRATCOM). Управление космического мусора Европейского космического агентства предоставляет прогнозы событий и оценку риска столкновений в качестве услуги для миссий ЕКА и третьих сторон.

Профилактические меры

Таким образом, сегодня нет реальной возможности массового активного удаления космического мусора с орбиты. Поэтому не менее важно устранить первопричину: найти решение, как продлить срок службы существующих спутников и, таким образом, уменьшить необходимость вывода новых аппаратов на орбиту.

Уже есть несколько инициатив по эффективному использованию ресурсов в космосе. Например, широкополосные спутники OneWeb имеют встроенные стыковочные площадки для пылесоса ELSA-d. В будущем это поможет не только убирать с орбиты изношенные аппараты, но и ремонтировать их. Американская военно-промышленная компания Lockheed Martin также работает над продлением срока службы спутников: у них есть проект по их дозаправке.

Не только крупные игроки, но и малый бизнес работают над устойчивым освоением космоса. Американский стартап с русскими корнями Momentus уже показал себя в этом смысле. Компания разрабатывает различные варианты космических буксиров для микроспутников и предлагает экономичные плазменные двигатели.

Другой проект, Success Rockets, работает над собственными сверхлегкими ракетами-носителями, спутниковыми платформами для малых космических кораблей и космическими буксирами для низких околоземных орбит. Все эти решения для межорбитальных маневров помогут продлить жизнь космических машин и замедлить рост «мусорного кольца» вокруг Земли.

На вопрос RB.RU, пополнят ли буксиры, платформы и авианосцы и без того внушительную армию мусора, генеральный директор Success Rockets Олег Мансуров ответил:

«Во-первых, мы проектируем наши ракеты для многоразового использования, чтобы никакие части отходов не падали на землю или в воду. Во-вторых, мы используем экологическое топливо, которое не загрязняет атмосферу. В-третьих, все наши группы предназначены для работы на низкой орбите, поэтому по окончании срока службы они сами попадают в плотные слои атмосферы и там сгорают. В-четвертых, космические буксиры, которые мы проектируем, после запуска полезной нагрузки следует использовать для удаления космического мусора с высоких орбит, что также позволит им сгореть в атмосфере».

Уже был принят ряд юридических мер для предотвращения появления новых космических обломков. Таким образом, новые спутники подчиняются требованиям, изложенным в международных соглашениях и национальных законах о космической деятельности — например, в ISO ISO 24113: 2011 Космические системы — Требования по предотвращению образования космического мусора.
Они заявляют, что после завершения его работы любое устройство должно быть утилизировано тем или иным способом: спущено с орбиты или отправлено на орбиту захоронения.

Особое внимание уделяется «истечению срока службы» спутников, то есть их сокращению с орбиты: для малых аппаратов предусмотрены пассивные средства торможения в верхних слоях атмосферы — как правило, они там горят, а для больших спутников и Кораблям предписано тормозить собственными моторами — чтобы контролируемо попасть в специальный могильник в южной части Тихого океана.

Однако и этого недостаточно. «Несмотря на то, что законы теперь требуют, чтобы спутники имели сбрасываемые механизмы, угроза увеличения количества опасных объектов растет. Поэтому мы утверждаем, что решения о массовом производстве спутников-мусорщиков и их доставке на орбиту путём прохождения грузов принимаются на уровне космических агентств и регулирующих органов », — говорит Владилен Ситников.

Бублик на орбите

Диффузор игольчатый «Вестфорд-2»

Первый спутник, получивший название Westford 1, был запущен 21 октября 1961 года с помощью ракеты-носителя Atlas-Agena. Увы, отлетела только часть иголок. Плотным ровным слоем не получилось. Второй пуск состоялся 9 апреля 1962 года и также закончился неудачей.
Исследователям повезло только с третьего раза. Запущенный 9 мая 1963 года Westford 2 (нет, не будем ошибаться, просто предыдущий назывался Westford Drag) засорял еще 480 миллионов медных игл, даже меньше, чем раньше. Длина осталась прежней, но толщина уменьшилась до 17,8 мкм. Иглы образовывали кольцо (точнее, бублик или тор) гигантской орбитальной антенны.

Всего через четыре дня после запуска американские военные на обоих концах страны цеплялись за радиостанции, чтобы проверить функциональность искусственной ионосферы. Все отлично работало: транслировалось в Калифорнии, принималось в Массачусетсе.
Фактически, это был первый астроинженерный объект в истории человечества.

Передачи было достаточно для нормальной голосовой связи. В общем, все было готово, чтобы при необходимости донести до человечества самые важные слова. «Жители Земли, Скайнет потеряли контроль и начали глобальную войну. Меня зовут Джон Коннор, и я буду сопротивляться…»
Однако через несколько дней иглы оторвались друг от друга, и связь сильно ухудшилась, и через пару недель проект был закрыт.

Проблема засорения космоса мусором

С момента запуска первого спутника прошло более 60 лет. За этот период в космос было отправлено 6000 станций. Из них около 1000 являются активными. Генеральный секретарь ООН говорил о проблеме космического мусора в 1993 году. В своем докладе он показал важность проблемы в планетарном масштабе.

На основе передовых теорий о последствиях засорения орбитального пространства становится понятна необходимость управления космическими объектами в свободном полете. В противном случае исследование космоса в ближайшее время будет обсуждаться.

В чем состоит опасность?

Опасность вращения обломков на околоземной орбите заключается не в самом мусоре, а в вероятности столкновения с ракетами при взлете. В то время как космонавты могут избегать больших осколков, маленькие часто прячутся и прокалывают кожу. Это не сценарий фантастического фильма, а реальность.

Скорость объекта в космосе — 8 км / с (пуля из автомата Калашникова вылетает со скоростью 1 км / с). В 2006 году связь со спутником «Экспресс-АМ11» была потеряна, а причиной отказа космического корабля стало повреждение системы терморегулирования, вызванное микрочастицей обломков. С такими датчиками скорости быстро движущиеся обломки неизбежно повредят спутники. В фильме «Гравитация» наглядно показана похожая ситуация.

Примеры из реальной жизни опасного воздействия космического мусора:

1. Шаттл Челленджер. Трещина в лобовом стекле из-за удара осколка диаметром менее 1 мм.
2. Шаттл Endeav. Выломайте панель радиатора.
3. МКС. Множественные отметины, трещины на корпусе станции.

Еще одна не менее серьезная проблема — падающие осколки, похожие на метеоритный дождь. Движение по орбите происходит под действием силы тяжести; без него весь мусор улетел бы в далекий космос. Крупные объекты проходят через слои атмосферы, частично сгорают и падают на Землю. Ущерб может быть катастрофическим, если он попадет в населенный пункт.

Эффект Кесслера

Одна из версий загрязнения космоса основана на цепной реакции или эффекте Кесслера. Эту гипотезу выдвинул консультант НАСА Дональд Кесслер. Когда два больших объекта сталкиваются, образуется множество фрагментов. Каждая из вновь образованных частиц может распадаться на еще более мелкие фрагменты. Эта лавинообразная тенденция делает орбиту Земли непригодной для полета.

Согласно его прогнозам, количество космического мусора растет в геометрической прогрессии. Если закрыть глаза на проблему, теория сбудется к 2055 году.

Покончить с расточительностью

Есть еще один аспект проблемы. Спутники приходится запускать так часто, потому что пока на орбите невозможны ни дозаправка, ни мелкий ремонт. Немыслимо бросить машину и купить новую, если у нее закончился бензин или проколото колесо. Но именно так они поступают с космическими кораблями стоимостью в сотни миллионов долларов. Конечно, эти заброшенные спутники превращаются в космический мусор и приходят новые, так что через 10-15 лет они тоже заполнят космическую свалку.

Ситуация начала меняться с запуском проекта Mission Extension Vehicle (MEV) корпорацией Northrop Grumman Corporation и ее дочерней компанией SpaceLogistics LLC. Обычно спутники отключаются не из-за выхода из строя бортовых систем, а после восполнения запасов топлива: невозможно скорректировать орбиту и сохранить желаемую ориентацию в космосе. Устройство MEV подключается к этому спутнику и берет на себя эти функции, фактически играя роль буксира.

Это позволяет спутнику проработать несколько лет, задерживая его превращение в космический мусор. А после завершения миссии MEV может отнести подопечного на орбитальное кладбище, где его разрушение никому не грозит.

Northrop Grumman имеет контракт с телекоммуникационным гигантом Intelsat, который управляет 50 спутниками связи на геостационарной орбите. На сегодняшний день аппараты серии MEV успешно продлили работу двух спутников. Первая стыковка состоялась 25 февраля 2020 года. Это не только первый случай продления срока службы малотопливного спутника, но и вообще первая стыковка коммерческих космических аппаратов. Вторая «спасательная операция» прошла 12 апреля 2021 года.

MEV не позиционирует себя как сборщик мусора, его задача — продлить работу существующих устройств. Но, по словам разработчиков, он может состыковываться со спутниками всех основных типов. Так что теоретически его можно использовать как очиститель.

Продление срока действия существующих спутников, их ранний вывод с орбиты и очистка существующего мусора — это три кита, на которых следует положиться при очистке околоземного пространства. На этом пути еще многое предстоит сделать. Но шаг за шагом в космос входит земной подход к экологии и логистике. Возможно, именно в этом и заключается истинное исследование космоса.

Космическая пена-паутина, магниты для мусора и электрогарпуны

Следующим логическим шагом после наблюдения является чистка. Правда, впервые искусственный космический мусор на низкой околоземной орбите был зафиксирован только в 2019 году британским спутником RemoveDebris с помощью усовершенствованного гарпуна и сети.

RemoveDebris захватывает обломки спутника на орбите

Продвигается в этом направлении и японская компания Astroscale: в марте на орбиту был выведен ее новый спутник ELSA-d. В течение следующих нескольких месяцев он начнет борьбу с обломками: с помощью мощного магнита он будет захватывать другие спутники и сбрасывать их на более низкую орбиту, где они сгорают при входе в атмосферу. Правда, пока ELSA-d может захватывать только спутники с совместимыми стыковочными пластинами (сейчас они установлены на спутники OneWeb).

В интервью RB.RU Элисон Хоулетт, специалист по связям с общественностью Astroscale, отметила, что компания планирует еще много миссий. Следующий, по данным мониторинга разгонного блока ракеты, начнется через пару лет в сотрудничестве с японским агентством аэрокосмических исследований JAXA. Кроме того, офисы компании в США и Израиле работают над профилактическими мерами, продлевающими жизнь спутников на геостационарной орбите.

ЕКА также довольно близко к реализации проекта по сбору отходов: спонсируемый им швейцарский проект ClearSpace разрабатывает устройство, которое, как ожидается, в 2025 году захватит старый адаптер полезной нагрузки, оставленный на орбите европейской ракетой Vega с манипуляторами земная атмосфера для разрушения.

У российских космических системотехников тоже есть перспективный проект, но пока он реализован только на бумаге. Сотрудница холдинга, инженер-исследователь Мария Баркова изобрела концепт орбитального разрушителя мусора в 2012 году. Как и следовало ожидать, для улавливания отходов используется специальная титановая сетка: фрагменты улова дробятся внутри, затем с помощью химической реакции переводятся в жидкое состояние и используются в качестве топлива для реактивных двигателей. Этот цикл позволит очистителю проработать до 10 лет.

«Я получила патент на дизайн только в 2020 году. Если бы я решила запатентовать систему раньше, она стала бы первой в мире, и поэтому в 2015 году нас обогнала команда профессоров из Пекинского университета Цинхуа», — сказала Мария.

Еще один громкий российский проект — StartRocket. Они планируют уменьшить количество космического мусора с помощью ловушки из липкой пены. Теоретически это выглядит так: несколько небольших самонаводящихся спутников захватывают фрагменты космического мусора и сбрасывают их с орбиты с помощью клеящей пены на полимерной основе, после чего обломки сжигаются в атмосфере. StartRocket в настоящее время проводит серию экспериментов, первое орбитальное испытание запланировано на 2023 год. Параллельно стартап работает над использованием солнечного света для отображения рекламы из космоса.

Это только часть проектов по уборке помещений: большое количество идей остаются неудовлетворенными или ждут финансирования. Но есть действительно много способов противодействовать космическому мусору: от обычных, таких как разрушение крупных осколков и уход с орбиты, до оригинальных, таких как сбивание лазером и превращение в топливо.

Как отметил Владилен Ситников, основатель StartRocket, все концепции можно разделить на два основных формата: ударные (например, гарпунный, лазерный и т.д.) и захват (магниты, пена, манипуляторы, сети и т.д.). По словам Марии Барковой, причина разнообразия в том, что невозможно использовать контрастный метод для всех типов космического мусора. Например, небольшой (менее 5 мм) космический мусор невозможно поймать сеткой, а большой (более 10 см) космический мусор бесполезно останавливать газом.

Отвечая на вопрос об экологичности способов обращения с космическим балластом, Владилен Ситников подчеркнул, что самый безопасный метод — тот, который не приведет к дальнейшему воспроизведению обломков: «Физический контакт на орбите, особенно с металлическими предметами, может спровоцировать появление новые осколки. Например, лазерный луч или рукоять-коготь генерируют более мелкие обломки. Учитывая, что пена, например, не имеет значительной массы, а следовательно, разрушительной силы, к тому же со временем она исчезает сама по себе под воздействием космического излучения».

Что такое синдром Кесслера и при чем он здесь

Ученые предполагают, что в какой-то момент мы больше не сможем выводить на орбиту новые спутники, поскольку они будут полностью заняты космическим мусором. Это может произойти из-за каскадного эффекта, называемого синдромом Кесслера:

быстро растущий объем космического мусора будет производить больше мусора, а это, в свою очередь, в результате цепной реакции приведет к образованию нового мусора.

Общая природа каскадного эффекта такая же, как и у цепной ядерной реакции. Следовательно, орбиты будут заняты, и люди больше не смогут запускать самолеты из-за неконтролируемых столкновений.

Вероятность столкновения на любой орбите растет примерно пропорционально квадрату количества космических объектов. Есть ученые, которые считают, что каскадный эффект уже начался в некоторых областях орбиты и для некоторых классов космического мусора (на высотах 900–1000 км и 1500 км).

Наиль Бахтигараев, старший научный сотрудник Института астрономии РАН:

«Лет десять назад вокруг эффекта Кесслера был шум. Считалось, что он вот-вот начнется, но потом его отложили. Когда он начнется, зависит от уровня развития науки и техники. Но даже если мы примем технические меры по уничтожению мусора, это время все равно наступит. А теперь давайте просто притормози и оттолкнем его»

10 февраля 2009 года на расстоянии 790 км над уровнем моря столкнулись два спутника: американский Иридиум-33 и российский «Космос-2251». В результате самолет разлетелся на 600 осколков размером более 5 см и несколько тысяч осколков меньшего размера.

Однако на сегодняшний день столкновения работающих самолетов с космическим мусором на орбите происходят довольно редко из-за функционирующих систем слежения. Есть еще одна проблема: взрывы старых спутников, у которых на борту закончилось топливо и батареи. При различных типах ударов они могут повредить функционирующие спутники больше, чем обычные столкновения.

Методы удаления космического мусора

Космические специалисты предлагают различные методы борьбы с космическим мусором. Большинство методов в настоящее время находятся в стадии разработки:

• огромные металлические сетки;
• буксир, вывозящий обломки станций, спутников;
• солнечный парус для дезориентации предметов;
• воздушные шары, окутывающие обломки, чтобы ускорить возвращение на Землю истощенных спутников;
• лазерное воздействие для изменения траектории движения обломков;
• путем распыления вольфрамового порошка по контуру орбиты, что предотвратит прохождение осколков мусора по земной поверхности.

Как убрать за собой?

На сегодняшний день не существует официально утвержденного международного соглашения о сокращении количества отходов на орбите Земли. Каждая страна в этих вопросах руководствуется своими принципами (например, уничтожение китайского спутника ракетой, прибывшей в январе 2007 года). Общие правила включают следующие положения:

• спуск мусоросборников на сушу с последующей переработкой и захоронением;
• вывод неработающих аппаратов с орбиты.

Космическое агентство предложило несколько альтернативных решений проблемы загрязнения космоса:

1. Перемещение мусора от реактивной струи. Для реализации проекта требуются мощные космические установки, поскольку реализация с поверхности Земли невозможна.
2. Улавливает и перемещает обломки с геостационарной орбиты на место захоронения (с помощью сети или солнечного паруса). Он расположен на 235 км выше приземного. Технология была протестирована японскими учеными в 2016 году, но эксперимент не удался.
3. Подключение одного двигателя к каждому крупному объекту и запуск в ручном режиме.

Полезные изобретения

Несколько дней назад космический грузовик Dragon был запущен на орбиту с помощью ракеты-носителя Falcon 9. На борту находится экспериментальный сборщик мусора RemoveDebris. Есть система поиска и отлова мусора с помощью гарпуна и сети.

У космических аппаратов этого типа огромное поле деятельности, ведь количество 10-сантиметровых объектов на орбите превышает 20 тысяч, а масса приближается к 8 тысячам тонн.

Что мешает делать космос чище: мнение Astroscale

Судя по тому, что проектов всего несколько, а не тысячи, уборка прилегающего пространства — очень сложное дело. RB.RU узнал от Astroscale, как крупного игрока на рынке, что именно мешает решению проблемы с орбитальным мусором. Как оказалось, основных причин несколько:

• Большая сложность разработки. Создание спутника, не говоря уже о поиске, сборе и уничтожении мусора, по-прежнему является чрезвычайно сложной задачей с инженерной точки зрения.
• Несвязная международная политика. Нет единого отдела, который бы контролировал деятельность в космосе, поэтому установить общие правила по-прежнему сложно.
• Отсутствие бюджета. Правительственные миссии выводят на орбиту большую часть существующего мусора, поэтому финансирование кампаний по удалению особо опасных фрагментов, таких как ракеты-носители, должно ложиться на плечи государств. Это уже реализовано ESA и JAXA, но этому принципу следует следовать большему количеству стран.
• Сложность с привлечением деловых партнеров. Компании, особенно операторы коммерческих спутников, должны понимать, что очистка орбит — это не только проблема окружающей среды, но и проблема устойчивости бизнеса.

«Постепенно люди начинают понимать, что если они хотят продолжать работать с пространством, они должны начать заботиться о нем. По словам Элисон Хоулетт, специалиста по коммуникациям Astroscale, в 2019 году Организация Объединенных Наций приняла 21 руководящий принцип долгосрочной устойчивости деятельности в космическом пространстве, что, возможно, более наглядно проиллюстрировано.

Затем, в 2020 году, был разработан рейтинг устойчивости в космосе.

Ключевую роль в этом сыграл Нобу Окада, основатель Astroscale. Растущее число организаций пропагандируют ответственное поведение в космосе, например, пару лет назад была создана Коалиция космической безопасности».

Чисто там, где не сорят

Для начала было бы неплохо убедиться, что космический мусор не растет, и для этого не нужно взрывать космический корабль. Основным источником мелких осколков на орбите сегодня являются не столкновения спутников друг с другом (пока мы знаем только одно из этих событий: столкновение Иридиума с Космосом, о котором шла речь выше), а так называемые «события фрагментации». «, уничтожение техники по разным внутренним причинам.

Согласно расчетам НАСА, по состоянию на август 2007 г было зарегистрировано 194 случая взрывного разрушения спутников, разгонных и верхних ступеней ракет и еще 51 аномальное событие — отрыв каких-либо фрагментов (солнечных батарей, кусков теплоизоляции, деталей конструктивных элементов).) от остального всего аппарата. В то же время взрывы с орбитальных космических кораблей являются источником примерно 47 процентов от общего количества объектов космического мусора.

Взрывы космических аппаратов происходят в основном из-за перегрева остаточного топлива в их баках: по этой причине взрывное разрушение происходит более чем в 45% случаев. Один из таких широко известных инцидентов произошел 19 октября 2012 года, когда разгонный блок «Бриз-М» вылетел на орбиту, образовав облако из более чем 100 обломков. Совсем недавно, полтора месяца назад, взорвался дополнительный топливный бак от разгонного блока «Фрегат», использованный для запуска спутника Angosat-1, после чего в каталоге космических объектов появилось еще 25 обломков.

«Эту проблему решить довольно просто: необходимо обеспечить пассивацию изношенных автомобилей, то есть встроить в баки клапаны, которые будут выпускать пары топлива, или гарантировать работу двигателей до его полного истощения, желательно за счет снижения орбиты транспортных средств », — говорит Михаил Захваткин.

Однако он отмечает, что при сохранении нынешней частоты запусков новых космических аппаратов на низких орбитах и ​​принятии значительных мер по выводу истощенных спутников и пассивации общее количество объектов размером более 10 сантиметров все равно увеличится на 30% в течение следующих 200 лет. «В этом случае основную роль в росте этого числа будут играть столкновения спутников в густонаселенном регионе на высотах 700–1000 километров, самое крупное из которых будет происходить раз в 5–9 лет», — сказал он ученый объясняет.

Проблемы и угрозы

Уровень опасности космического мусора в основном определяется тремя факторами:

1. как долго космический мусор находится на орбите;
2. какова скорость передвижения;
3. если сложность утилизации космического мусора велика.

Основная проблема с кризисом космического мусора — это неспособность работающих спутников столкнуться с космическим мусором. Из-за высоких скоростей опасны даже частицы размером менее 1 см, они могут пробить антиметеоритную защиту орбитальной станции. В случае столкновения с объектом более 10 см любой космический корабль или станция гарантированно будет уничтожен.

В мае 2016 года одна сотая миллиметра частицы космического мусора влетела в Международную космическую станцию ​​(МКС) и оставила на МКС осколок диаметром около 7 мм. Чтобы предотвратить более разрушительные последствия МКС, необходимо регулярно менять ее орбиту, уворачиваясь от обломков.

Чип на окне МКС, 2016 г.

Хотя мелкий мусор не несет катастрофических последствий, его опасность заключается в его гигантском объеме, неконтролируемом распределении в пространстве, огромной скорости и полной непредсказуемости столкновений.

Сейчас около 99% потенциально опасных объектов вообще не контролируются из-за их малых размеров и высоких скоростей.

Выжить на орбите

Но ситуация с безопасностью самого космического корабля далеко не такая безоблачная. Известно как минимум три случая столкновения спутников с космическим мусором, после чего они были выведены из строя. Учитывая количество запускаемых постоянно спутников, эти инциденты, конечно же, не были последними.

Самый известный орбитальный инцидент произошел в 2009 году, когда нефункционирующий аппарат Космос-2251 врезался в работающий спутник связи Иридиум 33. В результате оба объекта были разбросаны среди множества обломков.

Дело в том, что и активные спутники, и космический мусор движутся по низкой околоземной орбите со скоростью 7-8 км / с, то есть во много раз быстрее снаряда. В этом случае даже кусок металла размером с миллиметр превращается в смертельную пулю.

Космонавтам также угрожают подобные инциденты. Орбиту МКС необходимо менять примерно раз в год, чтобы избежать столкновения с другим осколком.

Беззащитный перед космосом: десятиметровый астероид незаметно миновал Землю под МКС

Чисто там, где не сорят…

Для предотвращения увеличения концентрации космического мусора следует создавать транспортные средства с минимальным риском самовзрыва («события фрагментации» по внутренним причинам). По данным НАСА на август 2007 г:

• 194 эпизода разрушения взрывами спутников, ступеней ракет, разгонных блоков;
• 51 случай разделения фрагментов — солнечные панели, элементы конструкции, детали теплоизоляции.

Взрывы космических аппаратов происходят из-за перегрева остатков топлива в баках. Примеры подобной ситуации:

• взрыв разгонного блока «Бриз-М» в октябре 2012 г;
• зажигание бака «Фрегат» спутника Angosat-1».

Для решения проблемы необходимо провести модернизацию в виде встроенных клапанов, обеспечивающих выпуск паров топлива. Или гарантия работы двигателей до их полного исчерпания при снижении орбиты аппаратов.

Опасность космического мусора

Долгое время проблема засорения космоса вокруг нашей планеты казалась чисто теоретической. Серьезно заниматься мусором в космосе начали только в 80-х годах прошлого века.

Угроза для работающих спутников

Метеорологический спутник

Наибольшую опасность для действующих транспортных средств представляют обломки спутников и ракет. В космосе нет силы трения, и тела движутся по орбите планеты с огромной и постоянной скоростью.

Даже небольшой фрагмент может повредить большой аппарат, разрушить спутник или убить космонавта.

Худший сценарий развития событий в конце 1970-х описал американский инженер Дональд Кесслер. По его словам, неконтролируемое увеличение количества транспортных средств в космосе может привести к каскадному эффекту. При взрыве или разрушении одного из них будут образованы тысячи осколков, которые поразят близлежащие объекты. Они, в свою очередь, станут источником нового мусора.

Пока вероятность столкновений не слишком велика, но неприятные аварии уже произошли:

• В 1996 году спутник CERISE столкнулся с частью ракеты-носителя «Ариан-5».
• В 2006 году после столкновения российский автомобиль «Экспресс-АМ11» был выведен из эксплуатации».
• В 2009 году спутник «Иридиум» совершил посадку на неработающий российский спутник «Космос-2251».

Шаттл Челленджер

Пилотируемые корабли получили повреждения от столкновений с обломками. В 1983 году, после возвращения шаттла Challenger, в его окне был обнаружен след от удара микрочастиц краски. В 1999 году МКС увернулась от старого разгонного блока.

Читайте также: Переработка древесных отходов: прием и утилизация опилок