Звалище на орбіті. Чим загрожує космічне сміття та як з ним хочуть боротися
Нещодавно NASA довелося скасувати вихід у відкритий космос за годину до його початку, а кількома тижнями раніше астронавти на Міжнародній космічній станції екстрено ховалися у своїх кораблях через ризик критичного ушкодження. Причина всіх цих інцидентів – космічне сміття. Що це, звідки воно береться та яку загрозу несе – в матеріалі РБК-Україна.
Сьогодні сателіти відіграють значну роль в нашому житті. Завдяки супутникам ми можемо користуватися мобільним зв’язком, інтернетом, навігаторами, прогнозувати погоду, появу катаклізмів чи навіть урожай. Однак ці апарати не вічні та після закінчення терміну експлуатації чи виходу з ладу перетворюються на космічне сміття.
"Звалище" утворюють і частини космічних ракет, уламки знищених супутників, елементи обшивки, інструменти, які випали з рук астронавтів та інші об'єкти. За даними Стратегічного командування США (USSTRATCOM), у навколоземному просторі обертаються понад 20000 великих об’єктів. Серед них понад 2000 сателітів, і щороку їх стає більше. Одних лише ступенів ракет на низьких орбітах нараховується близько 900. А якщо йдеться про об’єкти менше одного сантиметра, то їх мільйони.
За словами координатора космічних програм групи Noosphere Наталії Боротканич, загалом сьогодні довкола Землі обертається близько 130 млн невеликих об’єктів, розміром до 1 сантиметра, які перетворилися на сміття. Попри свій невеликий розмір, вони становлять значну загрозу як для космічних апаратів, так і для астронавтів, оскільки рухаються хаотично та з високою швидкістю – близько 8 кілометрів на секунду.
Найбільшим "творцем" сміття в космосі є Росія, за нею йдуть Сполучені Штати та Китай. Саме ці три держави відповідальні за майже 90% некерованих космічних об'єктів довкола Землі. Нещодавно Росія створила ще понад півтори тисячі уламків, знищивши в ході випробувань космічної зброї свій старий супутник "Космос-1408", який перебував на низькій орбіті.
Маленькі уламки – великі проблеми
Навіть найменша частинка може призвести до серйозних проблем у космосі. Наприклад у 1983 році малесенька піщинка, розміром менше одного міліметра, зіткнулася з ілюмінатором американського космічного шаттла "Челенджер", утворивши на ньому серйозну тріщину. У липні 1996 року французький супутник пересікся з фрагментом третього ступеня теж французької ракети Arian, а у 2009 році сателіт американської компанії Iridium – з "мертвим" російським апаратом "Космос-2251".
Нещодавнє знищення російського супутника також наробило галасу, адже в результаті утворилася хмара уламків, котра кожні 90 хвилин пролітає повз Міжнародну космічну станцію, загрожуючи життю астронавтів. У небезпеці й китайська космічна станція та тайконавти, які перебувають на ній.
"Росія продемонструвала свідоме нехтування безпекою і стабільністю космічного простору для всіх країн. Уламки, що створені російським DA-ASAT, продовжуватимуть становити загрозу для діяльності в космічному просторі протягом наступних років, піддаючи ризику супутники та космічні місії, а також змушуючи робити більше маневрів для уникнення зіткнень. Космічна діяльність лежить в основі нашого способу життя, і така поведінка просто безвідповідальна", – заявив командувач Космічних військ США, генерал Джеймс Дікінсон, коментуючи російські випробування.
Уникнути зіткнення космічного сміття з МКС можливо, бо вона періодично маневрує та змінює свою орбіту, але з іншими космічними апаратами все набагато складніше. Більшість сателітів не обладнані засобами, які дозволяють маневрувати. А зіткнення супутників з космічним сміттям будуть породжувати нові уламки.
"Найстрашніше, що так званий "Ефект Кесслера" цілком можливий. Це станеться тоді, коли маленький уламок космічного сміття влучить в інший, той розколеться на кілька частинок, котрі, своєю чергою, спровокують ще кілька десятків зіткнень. Ці десятки – сотні. Сотні – тисячі, і, нарешті, по низькій навколоземній орбіті пронесеться смерч із дрібного космічного сміття, котрий, як шрапнеллю, знищить як не усі, то велику частину сателітів, котрі забезпечують нам інтернет і зв‘язок 24/7. Тоді про освоєння космосу доведеться забути", – розповів РБК-Україна колишній співробітник NASA Дорж Бату.
Частково це і відбулося в результаті російських випробувань. Оскільки півтори тисячі неконтрольованих уламків супутника вже закрили для людства частинку космічного простору. На думку експертів, масштабна ланцюгова реакція може відбутися не відразу, а поступово, і врешті-решт людство, яке звикло до благ, що забезпечують супутники, зануриться в темряву. Доведеться повертатися до дротових телефонів, паперових мап, про прогноз погоди на кілька днів вперед взагалі можна буде забути, а моряки знову орієнтуватимуться за зорями.
"Ефект Кесслера" також зробить неможливим польоти космічних кораблів та запуск нових супутників. Як пояснила Боротканич, сьогодні для того, щоб летіти в космос чи вивести на орбіту супутник, перевіряється вся навігація, щоб в цей час на шляху ракети та самого сателіта не пролітав жоден об'єкт у космосі. Якщо орбіта буде засміченою, то про освоєння Місяця та Марсу, і взагалі будь-які космічні подорожі доведеться забути.
"Потрібен абсолютно чистий шлях, а якщо такої можливості не буде через тонни уламків на орбіті, то звичайно космос ми просто втратимо", – зазначила експерт, додавши, що такої ситуації можна уникнути, якщо вже сьогодні почати боротьбу з космічним сміттям.
Кладовище мертвих супутників
Відпрацьовані супутники та інші відносно невеликі об’єкти, які перебувають на низькій орбіті, під впливом земного тяжіння сходять зі свого маршруту та згорають у шарах атмосфери. Але не всі. Довкола нашої планети досі обертаються апарати, запущені ще в 60-х роках минулого століття, які стали космічним сміттям.
Існує й інша орбіта – геостаціонарна, розташована на висоті близько 36,5 тисяч кілометрів над Землею. На ній перебувають супутники зв’язку, які, по суті, "застигли" над однією територією.
"В тих місцях, які густонаселені, наприклад, США та Європа, там вже немає місця на геостаціонарній орбіті, оскільки супутників вивели багато. Тому останнім часом у світі складається стійка тенденція, що супутник, який відпрацював свій ресурс на цій орбіті, має звільнити місце для наступного. Він має бути зведений з цієї орбіти", – розповів РБК-Україна начальник відділення інформаційного забезпечення КБ "Південне" Сергій Полуян.
Супутники, які виводяться на геостаціонарну орбіту, зазвичай обладнані двигуном, який дозволяє підняти апарат ще вище, на так звану "орбіту поховання", та звільнити місце для нового сателіта. Крім двигунів, деякі сателіти також мають сонячне вітрило, яке за допомогою імпульсу дозволяє апарату вільно переміщатися в космосі. Однак прибирають свої супутники з орбіт далеко не всі.
На початку наступного року на сонячно синхронну орбіту відправиться український супутник "Січ-2-30". Оскільки до таких апаратів як "Січ" вимог щодо зведення з орбіти немає, то після закінчення свого терміну експлуатації український сателіт перетвориться на сміття, а з часом, під дією тяжіння, зійде з орбіти та згорить у верхніх шарах атмосфери.
За словами Боротканич, на сьогодні існує два шляхи розв’язання проблеми космічного сміття: прибирання та попередження появи нового. На її думку, має з'явитися космічний закон, що змусить компанії комплектувати супутники двигуном, який би зводив апарати в атмосферу чи підіймав на орбіту поховання. Аби вони нічого не залишали за собою на орбіті.
Певну роль у зменшенні кількості космічного сміття грають і багаторазові ступені ракет. Найяскравіший приклад – Falcon 9 компанії американського мільярдера Ілона Маска. Перший ступінь ракети повертається на Землю, приземляється на платформу, та може використовуватися ще раз, тоді як другий ступінь після виведення корисного вантажу на орбіту повертається в атмосферу та згорає. Крім того, SpaceX навчилася успішно повертати на Землю обтічники корисного навантаження, обладнавши їх двигунами.
Проте, на думку Доржа Бату, багаторазові ракети не можуть врятувати ситуацію, а лише гальмують її погіршення. Та й не всі компанії йдуть стежками Ілона Маска. Причина, як пояснив Полуян, полягає в тому, що використання багаторазових ступенів неефективне з фінансової точки зору.
"Давайте будемо чесними, успіх SpaceX – це перш за все демонстрація дуже правильної національної космічної політики США. SpaceX отримує серйозне фінансування від NASA і вона може собі дозволити займатися першими ступенями, які рятуються, в тому числі завдяки цій допомозі. Крім SpaceX, ніхто цим особливо не займається зараз", – сказав представник конструкторського бюро.
Водночас, за словами Полуяна, в КБ "Південному" є напрацювання власних багаторазових ракет, наприклад розвиток проекту "Циклон-4М" під назвою "Циклон-5". Однак на сьогодні завдання створити ракету з багаторазовими ступенями перед конструкторським бюро не стоїть. "Ми готові, у нас є напрацювання, але нам потрібно, щоб хтось цю задачу поставив", – зазначив він.
Космічний клінінг-сервіс
А що ж робити з тим сміттям, яке вже перебуває на орбіті? Ідей щодо цього питання сьогодні у світі безліч. Наприклад технологія заправки супутників на орбіті. Яскравий приклад – місія MEV від Northrop Grumman. У 2020 році космічний заправник MEV-1 заправив "мертвий" супутник Intelsat 901, продовживши його "життя" до 2025 року. Через кілька місяців після цього в космос відправився апарат MEV-2, щоб "врятувати" супутник Intelsat 10-02.
Українці також не лишаються осторонь. На початку цього року українська команда FireWay перемогла в міжнародному космічному хакатоні NASA, запропонувавши ідею універсального конектора для супутників, який дозволив би будь-якому апарату дозаправити сателіт чи зачепити для транспортування.
"Але усі ці заходи не розв’язують конкретну проблему – зменшення кількості вже наявного сміття. Існує безліч стартапів і розробок, ціллю котрих, власне, є захоплення сміття і виведення його в атмосферу або затоплення у безпечній ділянці Світового океану, або ж виштовхування його якомога далі від Землі", – пояснив Бату.
Найбільш дієва з запропонованих сьогодні технологій, яка б дозволила "утилізувати" вже "мертві" супутники та збирати сміття, – це ідея космічних "евакуаторів". Уявіть собі апарат, який міг би підлетіти до потрібного супутника, приєднатися до нього, дозаправити або ж звести з орбіти. Розробкою такого "евакуатора" займаються в Україні. КБ "Південне" у кооперації з компанією "Курс" працюють над проектом "Орбітальний сервіс".
"Ми пропонуємо ринку космічний апарат, який може на геостаціонарі виконувати додаткові функції, наприклад, зведення відпрацьованого супутника з орбіти, продовження терміну експлуатації сателіта шляхом дозаправлення. Є такий у нас інвестиційний проект, ми зараз шукаємо партнерів, які могли б разом з нами взяти участь у його реалізації", – розповів Полуян.
Компанії по всьому світу пропонують різні варіанти захоплення космічного сміття, чи то спеціальна сітка, чи то фал, запропонований в Японії, яким можна захоплювати супутники, щоб зводити їх з орбіти. Але всі ці ідеї існують тільки в теорії та ще не випробовувалися в космосі. Нещодавно Нова Зеландія підписала з приватною компанією Astroscale договір на створення апарату, який міг би утилізувати по три об’єкти космічного сміття за один політ.
Ще один контракт з Astroscale підписала Японія. В рамках цього договору планується зведення з орбіти другого ступеня ракети, який залишився після одного з минулих запусків. Бізнес виявляє все більше інтересу до космічного сміття. Восени цього року співзасновник Apple Стів Возняк заявив про створення компанії, яка займатиметься сміттям довкола Землі.
Проте сьогодні немає відповіді на основне питання: хто ж має заплатити за це прибирання? Космічні держави? Приватні компанії? Чи можливо всі "скинуться" коштами та проведуть спільний "суботник"?