С первого полета в космос прошло каких-то шестьдесят лет — а люди тем не менее уже успели превратить околоземное пространство в настоящую свалку. Причем сделали это настолько основательно, что сегодня инженерам приходится хорошенько трудиться, чтобы безопасно разместить на орбите спутник или иной космический аппарат.

Проблема засорения орбиты с каждым годом становится все более серьезной и угрожающей. Если ее решение не будет найдено в ближайшие годы, то это может серьезно осложнить дальнейшее освоение околоземного пространства.

От нашей легкомысленности пострадала не только орбита планеты, но и ближайшее к Земле космическое тело – Луна. С начала ее освоения люди оставили на поверхности спутника около 180 тонн различных отходов.

Что же такое космический мусор? Откуда он берется и в чем его главная опасность? Можно ли бороться с этой угрозой, и как провести «генеральную уборку» на орбите нашей планеты?

Как появилась свалка в небе?

Мусор на орбите Земли – следствие человеческой деятельности. Он представляет собой бездействующие искусственные устройства, а также их обломки и фрагменты. Это использованные ступени ракет-носителей и отработавшие свое спутники. На орбите даже есть предметы, неосторожно потерянные космонавтами во время работы в невесомости. Мусор в космосе имеет разные размеры: от огромных ракетных разгонных блоков до микроскопических частиц краски и кусочков металла.

Мы нередко слышим по телевизору: «Отделение такой-то ступени ракеты-носителя произошло в штатном режиме». Но не все знают, что на один килограмм массы, запущенной в космос, приходится несколько килограммов вспомогательной. Первые и вторые ступени ракет падают на Землю, а вот разгонные блоки, которые выводят аппараты на конечную орбиту, так и остаются в небе. Часть из них постепенно теряет скорость и сгорает в атмосфере, другая же – пополняет огромное космическое кладбище. Получается, что чем больше аппаратов мы выводим на орбиту, тем менее пригодной для использования она становится.

Посчитать хотя бы приблизительно, сколько мусора в космосе, практически нереально. Обломки фрагментируются, часть из них периодически сгорает в плотных слоях атмосферы. В американском каталоге Стратегического командования числится около 16 тыс. объектов, а в его российском аналоге – более 17 тыс.

Последствия столкновения орбитальной станции с крупным объектом будут катастрофическими

В Европейском космическом агентстве полагают, что вокруг нашей планеты вращаются примерно 29 тыс. фрагментов размером до 10 см, 670 тыс. – менее 10 см, и приблизительно 170 миллионов крохотных обломков от 1 мм до 1 см. Их общая масса составляет примерно 630 тысяч тонн. Причем только небольшая часть из них обнаружена и внесена в соответствующие справочники. Наибольшим загрязнителем космоса признан Китай (40% мусора), за ним идет США (27,5%) и Россия (25,5%). На долю остальных стран приходится около 7,7%.

До 1985 года СССР и США регулярно тестировали боевые противоспутниковые системы. Считается, что до 7% орбитального хлама – это последствия этих испытаний.

Если посмотреть на виртуальные фото космического мусора, нетрудно заметить, что расположен он не равномерно, а образует несколько слоев, расположенных на разных высотах. Больше всего обломков находится на низких околоземных орбитах, где сосредоточена основная масса военных, метеорологических и научных спутников. Второй пояс засорения – это геостационарные орбиты (высота более 30 тыс. км). Они используются для работы телекоммуникационных аппаратов. В настоящее время там находится примерно 800 объектов разных стран. Каждый год к ним присоединяется несколько десятков новых станций. Третьим слоем этого «мусорного пирога» являются самые высокие солнечно-синхронные орбиты.

Чем опасно засорение космоса?

Проблемой загрязнения околоземного пространства ученые озаботились практически сразу после первых запусков космических аппаратов. Но в те далекие времена она считалась исключительно теоретической. Статус глобального этот вопрос получил только в начале 90-х годов прошлого века.

Мусор на орбите, в первую очередь, опасен для космических аппаратов. Обломки движутся с чудовищной скоростью (до 10 км/с), вследствие чего имеют огромную кинетическую энергию. Угрозу представляют собой не только крупные объекты, но даже небольшие осколки. Последние, возможно, еще более коварны, потому что их труднее обнаружить. Для любого действующего спутника или станции встреча с подобным фрагментом, скорее всего, будет фатальной.

Космический мусор представляет опасность и для обитателей планеты, поскольку обломки, находящиеся на низких орбитах, рано или поздно падают на Землю. Однако она минимальна: большая часть фрагментов сгорает в атмосфере, до поверхности долетают лишь самые крупные. Но и они могут стать проблемой. Дело в том, что отдельные космические аппараты оснащены ядерной силовой установкой, разрушение которой гарантировано приводит к радиационному заражению местности. Прецеденты уже были. Советский аппарат «Космос-954» с тридцатью килограммами урана на борту внезапно вышел из строя и упал на северо-востоке Канады. К счастью, катастрофа случилась в малообитаемой местности, но международный скандал все равно получился весьма громким. Ранее американский спутник с радиоактивными материалами рассыпался над акваторией Индийского океана. А перед затоплением станции «Мир» в Тихом океане у жителей многих островов региона случился настоящий психоз – они боялись, что «русская громадина» рухнет им прямо на голову.

Дыра, оставленная небольшим фрагментом, в американском спутнике SolarMax

Проблема с орбитальным мусором заключается еще и в том, что он буквально самовоспроизводится. Крупные обломки сталкиваются, порождая множество мелких, но при этом не менее опасных фрагментов. Их действие очень хорошо показано в нашумевшем американском фильме «Гравитация». Это так называемый эффект Кесслера, и он может привести к неконтролируемому росту загрязненности космического пространства.

Использованные разгонные блоки ракет нередко содержат остатки топлива, которое со временем превращается в пар и взрывается. На орбите произошло уже сотни подобных «фейерверков», причем каждый из них образует облако мелкой смертоносной шрапнели.

Самые известные происшествия с участием космического мусора

Пока мы еще можем выводить аппараты на орбиту, но это уже связано с серьезным риском. Катастрофы уже случались — но пока, к счастью, без человеческих жертв.

В марте 2006 года вышел из строя российский спутник связи «Экспресс-АМ11», в результате чего восточные области нашей страны остались без телевизионного вещания, начались перебои в работе интернета. Экспертная комиссия, которая занималась расследованием этого инцидента, пришла к выводу, что авария случилась из-за воздействия на аппарат постороннего объекта.

Летом 1996 года французский спутник, находящийся на низкой околоземной орбите, столкнулся с обломком разгонного блока ракеты Arian, запущенной ранее. В результате происшествия сложный и очень дорогой аппарат был потерян. Это событие неминуемо закончилось бы крупным международным скандалом и выплатой многомиллионных компенсаций, если бы оба объекта не имели французского происхождения.

10 февраля 2009 года один из спутников связи американской компании Iridium столкнулся с российским военным аппаратом «Космос-2251», выведенным из эксплуатации в 1995 году.

Иногда на Землю прилетают и такие «подарки» из космоса, но, как правило, большинство обломков сгорает в атмосфере

Естественно, орбитальный мусор опасен и для пилотируемой космонавтики. В 1983 году американские астронавты шаттла Challenger обнаружили след от столкновения с посторонним предметом на лобовом стекле корабля. Снимок повреждения, переданный на Землю, заставил инженеров NASA изрядно поволноваться. После успешного приземления корабля специалисты пришли к выводу, что причиной переполоха стала микроскопическая частичка краски, которая отломилась от какого-то космического аппарата.

Досталось от мусора и советской орбитальной станции «Салют-7»: ее поверхность была буквально усеяна отметинами от соударения с инородными частицами. К счастью, все они имели небольшие размеры, поэтому катастрофы удалось избежать. Позже на «Мир», а затем и на МКС были установлены специальные экраны, которые, по мнению конструкторов, должны были защитить эти объекты от соударений с мелкими частицами. Но это вряд ли поможет от крупных обломков. В июне 1999 года МКС – тогда еще необитаемая – едва не столкнулась с фрагментом разгонного блока одной из ракет. Ситуацию спасли специалисты российского ЦУПа, своевременно скорректировав орбиту станции – обломок пролетел на расстоянии в 6,5 км. Через два года уклоняться пришлось от семикилограммового прибора, который был потерян американскими астронавтами во время работы в открытом космосе. В последние годы станция с завидной регулярностью уворачивается от тех или иных обломков.

Что же делать с «небесной свалкой»?

Есть ли пути решения у этой проблемы? Кто и как будет убирать мусор на околоземной орбите?

Человечество пока не способно эффективно предотвращать появление новых космических «отходов», и еще не предложено реальных проектов их уничтожения. Единственное, что нам по силам, это наблюдать за перемещениями опасных объектов и обозначать места их наибольшего скопления.

МКС приходится регулярно маневрировать, чтобы избежать столкновения с летающими на орбите обломками

Правда, изучаются и другие способы поддержания околоземного пространства в чистоте, главным образом они направлены на снижение количества мусора:

• Уменьшение размеров космических аппаратов. В последние годы все большую популярность получают микроспутники — кубсаты и таблетсаты. Принципиально это проблему не решает, но значительно уменьшает массу космических аппаратов – потенциальных источников орбитального хлама;
• Увеличение продолжительности жизни космических аппаратов. Это также приводит к уменьшению общего числа объектов на орбите. Если первые спутники работали в среднем по пять лет, то их современные аналоги могут функционировать пятнадцать и более лет;
• Повторное использование техники. Данный подход применяется в космонавтике уже давно: американцы несколько десятков лет эксплуатировали многоразовые шаттлы. В наше время эстафету принял Илон Маск – его «Фальконы» имеют возвращаемую ступень.

К пассивным методам решения вопроса также можно причислить маневрирование на орбите, усиление корпусов спутников, оснащение их различными щитками и экранами.

Проблема космического мусора уже давно вышла на наднациональный уровень. Она имеет множество аспектов: технических, научных, экологических, юридических. В разных странах для ее решения созданы специальные организации: в США – это, например, NASA Orbital Debris Observatory, в ЕС – ESA Space Debris Telescope (EISCAT), в России – комплекс распознавания космических объектов «Крона» и др.

Перспективные способы уборки околоземной орбиты

Несколько лет назад Николас Джонсон, работающий в агентстве NASA, предложил вывести на орбиту гигантский (диаметр 1,8 километра) воздушный шар, заполненный аэрогелем. По мнению конструктора, пористая оболочка аппарата будет улавливать мелкие объекты и уменьшать их скорость, после чего они просто сгорят в атмосфере. Однако непонятно, сколько времени выдержит сам шар подобную «бомбардировку», и не станет ли он помехой для действующих космических аппаратов.

Оригинальную идею уборки орбиты предложил французский инженер Джонатан Миссель. Он разработал проект спутника Sling-Sat, оснащенного специальным манипулятором. Аппарат должен был раскручиваться, словно праща Давида, и запускать фрагмент в сторону, где его вход в атмосферу гарантирован. А затем направляться к следующему.

Сеть для очистки орбиты от китайских инженеров. Пока этот «мусорщик» существует только в проектах

Были проекты космических аппаратов с солнечным парусом и направленных взрывов в невесомости. Весьма популярным способом борьбы с мусором являются лазеры. Однако все вышеперечисленное пока существует только в теории.

Японцы предложили использовать для «ловли» неработающих спутников электростатические неводы. В начале 2017 года на орбиту был выведен корабль «Конотори-6», который попытался проверить на практике указанный способ. Правда, вместо сети его оснастили длинным металлическим тросом, по которому был пропущен ток. По замыслу разработчиков, он должен был притягивать мелкие фрагменты мусора, и затем отправлять их в плотные слои атмосферы. К сожалению, этот эксперимент потерпел фиаско.

Презентации новых методов очистки орбиты проходят регулярно, но до их практической реализации дело пока не доходит. Здесь есть еще один важный момент – финансовый. Сорят в космосе многие, а «сдавать» деньги на уборку пока особо никто не спешит.

Однако в любом случае эту проблему решать придется, причем уже в ближайшем будущем. Потому что она может полностью закрыть для человечества космическое пространство, прекратив не только научные исследования, но и любую хозяйственную деятельность на орбите планеты.

Источник: militaryarms.ru