Свалка на орбите. Чем грозит космический мусор и как с ним хотят бороться
Недавно NASA пришлось отменить выход в открытый космос за час до его начала, а несколькими неделями ранее астронавты на Международной космической станции экстренно прятались в своих кораблях из-за риска критического повреждения. Причина всех этих инцидентов – космический мусор. Что это, откуда он берется и какую угрозу несет – в материале РБК-Украина.
Сегодня сателлиты играют значительную роль в нашей жизни. Благодаря спутникам мы можем пользоваться мобильной связью, интернетом, навигаторами, а также прогнозировать погоду, появление катаклизмов или даже урожай. Однако эти аппараты не вечны и после окончания срока эксплуатации или выхода из строя превращаются в космический мусор.
"Свалку" образуют и части космических ракет, обломки уничтоженных спутников, элементы обшивки, инструменты, выпавшие из рук астронавтов, и другие объекты. По данным Стратегического командования США (USSTRATCOM), в околоземном пространстве вращаются более 20000 крупных объектов. Среди них более 2000 сателлитов, и каждый год их становится больше. Одних лишь ступеней ракет на низких орбитах насчитывается около 900. А если речь идет об объектах меньше одного сантиметра, то их миллионы.
По словам координатора космических программ группы Noosphere Натальи Боротканич, в общем сегодня вокруг Земли вращается около 130 млн небольших объектов, размером до 1 сантиметра, которые превратились в мусор. Несмотря на свой небольшой размер, они представляют значительную угрозу как для космических аппаратов, так и для астронавтов, поскольку движутся хаотично и с высокой скоростью – около 8 километров в секунду.
Крупнейшим "создателем" мусора в космосе является Россия, за ней следуют США и Китай. Именно эти три государства ответственны за почти 90% неуправляемых космических объектов вокруг Земли. Недавно Россия создала еще более полутора тысяч обломков, уничтожив в ходе испытаний космического оружия свой старый спутник "Космос-1408", находившийся на низкой орбите.
Маленькие обломки – большие проблемы
Даже самая маленькая частица может привести к серьезным проблемам в космосе. Например, в 1983 году мельчайшая песчинка, размером менее одного миллиметра, столкнулась с иллюминатором американского космического шаттла "Челенджер", образовав на нем серьезную трещину. В июле 1996 года французский спутник пересекся с фрагментом третьей ступени тоже французской ракеты Arian, а в 2009 году сателлит американской компании Iridium – с "мертвым" российским аппаратом "Космос-2251".
Недавнее уничтожение российского спутника также наделало шума, ведь в результате образовалось облако обломков, которое каждые 90 минут пролетает мимо Международной космической станции, угрожая жизни астронавтов. В опасности и китайская космическая станция и тайконавты, которые находятся на ней.
"Россия продемонстрировала сознательное пренебрежение безопасностью и стабильностью космического пространства для всех стран. Обломки, созданные российским DA-ASAT, будут представлять угрозу для деятельности в космическом пространстве в течение следующих лет, подвергая риску спутники и космические миссии, а также заставляя делать больше маневров для избежания столкновений. Космическая деятельность лежит в основе нашего образа жизни, и такое поведение просто безответственно", – заявил командующий Космических войск США, генерал Джеймс Дикинсон, комментируя российские испытания.
Избежать столкновения космического мусора с МКС возможно, потому что она периодически маневрирует и меняет свою орбиту, но с другими космическими аппаратами все гораздо сложнее. Большинство сателлитов не оборудованы средствами, которые позволяют маневрировать. А столкновения спутников с космическим мусором будут порождать новые обломки.
"Самое страшное, что так называемый "эффект Кесслера" вполне возможен. Это произойдет тогда, когда маленький обломок космического мусора попадет в другой, тот расколется на несколько частиц, которые, в свою очередь, спровоцируют еще несколько десятков столкновений. Эти десятки – сотни. Сотни – тысячи, и, наконец, по низкой околоземной орбите пронесется смерч из мелкого космического мусора, который, как шрапнелью, уничтожит если не все, то большую часть сателлитов, которые обеспечивают нам интернет и связь 24/7. Тогда об освоении космоса придется забыть", – рассказал РБК-Украина бывший сотрудник NASA Дорж Бату.
Частично это и произошло в результате российских испытаний. Поскольку полторы тысячи неконтролируемых обломков спутника уже закрыли для человечества часть космического пространства. По мнению экспертов, масштабная цепная реакция может произойти не сразу, а постепенно, и в конце концов человечество, привыкшее к благам, которые обеспечивают спутники, погрузится в темноту. Придется возвращаться к проводным телефонам, бумажным картам, о прогнозе погоды на несколько дней вперед вообще можно будет забыть, а моряки снова будут ориентироваться по звездам.
"Эффект Кесслера" также сделает невозможным полеты космических кораблей и запуск новых спутников. Как пояснила Боротканич, сегодня для того, чтобы лететь в космос или вывести на орбиту спутник, проверяется вся навигация, чтобы в это время на пути ракеты и самого сателлита не пролетал ни один объект в космосе. Если орбита будет засоренной, то об освоении Луны и Марса, и вообще любых космических путешествиях придется забыть.
"Нужен абсолютно чистый путь, а если такой возможности не будет из-за тонн обломков на орбите, то, конечно, космос мы просто потеряем", – отметила эксперт, добавив, что такой ситуации можно избежать, если уже сегодня начать борьбу с космическим мусором.
Кладбище мертвых спутников
Отработанные спутники и другие относительно небольшие объекты, которые находятся на низкой орбите, под влиянием земного притяжения сходят со своего маршрута и сгорают в слоях атмосферы. Но не все. Вокруг нашей планеты до сих пор вращаются аппараты, запущенные еще в 60-х годах прошлого века, которые стали космическим мусором.
Существует и другая орбита – геостационарная, расположенная на высоте около 36,5 тысяч километров над землей. На ней находятся спутники связи, которые, по сути, "застыли" над одной территорией.
"В тех местах, которые густонаселенные, например, США и Европа, там уже нет места на геостационарной орбите, поскольку спутников вывели много. Поэтому в последнее время в мире складывается устойчивая тенденция, что спутник, отработавший свой ресурс на этой орбите, должен освободить место для следующего. Он должен быть сведен с этой орбиты", – рассказал РБК-Украина начальник отделения информационного обеспечения КБ "Южное" Сергей Полуян.
Спутники, которые выводятся на геостационарную орбиту, обычно оборудованы двигателем, который позволяет поднять аппарат еще выше, на так называемую "орбиту захоронения", и освободить место для нового сателлита. Кроме двигателей, некоторые сателлиты также имеют солнечный парус, который с помощью импульса позволяет аппарату свободно перемещаться в космосе. Однако убирают свои спутники с орбит далеко не все.
В начале следующего года на солнечно синхронную орбиту отправится украинский спутник "Сич-2-30". Поскольку к таким аппаратам как "Сич" требований по сведению с орбиты нет, то по истечении своего срока эксплуатации украинский сателлит превратится в мусор, а со временем под действием притяжения сойдет с орбиты и сгорит в верхних слоях атмосферы.
По словам Боротканич, на сегодняшний день существует два пути решения проблемы космического мусора: уборка и предупреждение появления нового. По ее мнению, должен появиться космический закон, который заставит компании комплектовать спутники двигателем, который бы сводил аппараты в атмосферу или поднимал на орбиту захоронения. Чтобы они ничего не оставляли за собой на орбите.
Определенную роль в уменьшении количества космического мусора играют и многоразовые ступени ракет. Самый яркий пример – Falcon 9 компании американского миллиардера Илона Маска. Первая ступень ракеты возвращается на Землю, приземляется на платформу, и может использоваться еще раз, тогда как вторая ступень после выведения полезного груза на орбиту возвращается в атмосферу и сгорает. Кроме того, SpaceX научилась успешно возвращать на Землю обтекатели полезной нагрузки, снабдив их двигателями.
Однако, по мнению Доржа Бату, многоразовые ракеты не могут спасти ситуацию, а лишь тормозят ее ухудшение. Да и не все компании идут по стопам Илона Маска. Причина, как пояснил Полуян, заключается в том, что использование многократных степеней неэффективно с финансовой точки зрения.
"Давайте будем честны, успех SpaceX – это прежде всего демонстрация очень правильной национальной космической политики США. SpaceX получает серьезное финансирование от NASA и она может себе позволить заниматься первыми ступенями, которые спасают, в том числе благодаря этой помощи. Кроме SpaceX, никто этим особо не занимается сейчас", – сказал представитель конструкторского бюро.
В то же время, по словам Полуяна, в КБ "Южном" есть наработки собственных многоразовых ракет, например, развитие проекта "Циклон-4М" под названием "Циклон-5". Однако сегодня задача создать ракету с многократными степенями перед конструкторским бюро не стоит. "Мы готовы, у нас есть наработки, но нам нужно, чтобы кто-то эту задачу поставил", – отметил он.
Космический клининг-сервис
А что же делать с тем мусором, который уже находится на орбите? Идей по этому вопросу сегодня в мире множество. Например, технология заправки спутников на орбите. Яркий пример – миссия MEV от Northrop Grumman. В 2020 году космический заправщик MEV-1 заправил "мертвый" спутник Intelsat 901, продлив его "жизнь" до 2025 года. Через несколько месяцев после этого в космос отправился аппарат MEV-2, чтобы "спасти" спутник Intelsat 10-02.
Украинцы также не остаются в стороне. В начале этого года украинская команда FireWay победила в международном космическом хакатоне NASA, предложив идею универсального коннектора для спутников, который позволил бы любому аппарату дозаправить сателлит или подцепить для транспортировки.
"Но все эти меры не решают конкретную проблему – уменьшение количества уже имеющегося мусора. Существует множество стартапов и разработок, целью которых, собственно, является захват мусора и вывод его в атмосферу или затопление в безопасном участке Мирового океана, или же выталкивание его как можно дальше от Земли", – пояснил Бату.
Самая действенная из предложенных сегодня технологий, которая бы позволила "утилизировать" уже "мертвые" спутники и собирать мусор, – это идея космических "эвакуаторов". Представьте себе аппарат, который мог бы подлететь к нужному спутнику, присоединиться к нему, дозаправить или же свести с орбиты. Разработкой такого "эвакуатора" занимаются в Украине. КБ "Южное" в кооперации с компанией "Курс" работают над проектом "Орбитальный сервис".
"Мы предлагаем рынку космический аппарат, который может на геостационаре выполнять дополнительные функции, например, сведение отработанного спутника с орбиты, продление срока эксплуатации сателлита путем дозаправки. Есть такой у нас инвестиционный проект, мы сейчас ищем партнеров, которые могли бы вместе с нами принять участие в его реализации", – рассказал Полуян.
Компании по всему миру предлагают различные варианты захвата космического мусора, будь то специальная сетка, либо же фал, предложенный в Японии, которым можно захватывать спутники, чтобы сводить их с орбиты. Но все эти идеи существуют только в теории и еще не испытывались в космосе. Недавно Новая Зеландия подписала с частной компанией Astroscale договор на создание аппарата, который мог бы утилизировать по три объекта космического мусора за один полет.
Еще один контракт с Astroscale подписала Япония. В рамках этого договора планируется сведение с орбиты второй ступени ракеты, которая осталась после одного из прошлых запусков. Бизнес проявляет все больше интереса к космическому мусору. Осенью этого года соучредитель Apple Стив Возняк заявил о создании компании, которая будет заниматься мусором вокруг Земли.
Однако сегодня нет ответа на основной вопрос: кто же должен заплатить за эту уборку? Космические государства? Частные компании? Либо же все "скинутся" и проведут совместный "субботник"?