Уборка над планетой: как защитить орбиту и Землю от космического мусора

Крупнейшие научно-технологические прорывы всегда оставляют свой след в истории — на их основе появляются новые разработки, обогащающие и улучшающие жизнь людей. 4 октября 1957 года был запущен первый в мире искусственный спутник Земли (ИСЗ), открывший космическую эру в истории человечества. Это событие создало большие возможности для познания свойств космического пространства и изучения Земли как планеты Солнечной системы. Анализ сигналов со спутника позволил изучить верхние слои ионосферы, что до этого не представлялось возможным, а в последствии — даже организовать связь и прямые трансляции в отдаленных уголках планеты.

Но всякое открытие создает и негативные последствия. С тех пор в космос было запущено тысячи новых спутников, и все они так и остались на орбите. Так образовался “космический мусор”. О том, чем грозит захламление ближайшего космоса и как решить эту проблему — в нашем материале.

Космический мусор — это отходы космической деятельности. К ним относятся все искусственные объекты и обломки, которые уже неисправны, не функционируют и никогда более не смогут служить никаким полезным целям. Это отслужившие свой срок и неработоспособные спутники, запущенные человеком за 60 лет освоения космоса, вторые и третьи ступени ракет-носителей (первая обычно падает в специально отведенные для этого зоны), разгонные блоки и фрагменты спутников после взрыва или столкновений — так появляется космический мусор.

В некоторых случаях эти объекты содержат токсичные остатки топлива. Это говорит о том, что такой “хлам” несет угрозу как для пилотируемых аппаратов в околоземном пространстве, так и для Земли — при неконтролируемом сходе с орбиты, неполном сгорании при прохождении плотных слоев атмосферы Земли или падении обломков на населенные пункты.

Из-за проблемы засорения околоземного пространства в 1971 году была принята Конвенция ООН о международной ответственности за ущерб, причиненный космическими объектами, а в 1999-м был опубликован Технический доклад о космическом мусоре Комитета ООН по использованию космического пространства в мирных целях. В документе говорилось о том, что засоренность космического пространства может быть источником опасности для действующей техники на околоземной орбите, а в отдельных случаях — и для природных и техногенных объектов на Земле.

В целом, на сегодняшний день большинство объектов искусственного происхождения – это космический мусор. “В 2019 году эксперты сообщили, что на геостационарной орбите (высота около 36 тыс. км) 70% всех объектов – космический мусор. Примерно такое же соотношение и на других орбитах. Количество обломков с каждым годом увеличивается экспоненциально: каждый новый объект космического мусора может разрушить другой спутник и создать еще сотни новых обломков”, – рассказала специалист отдела разработки МКА ГК "Геоскан" Вероника Базунова.

При создании «Мира», МКС и орбитальных станций серии «Тяньгун» сразу формировали многослойные корпуса, которые в случае попадания могли стать «противомусорной» броней. Тем не менее, фрагменты космического мусора порой мешают ходу международных миссий. Так, мимо Международной космической станции неоднократно пролетали элементы различных спутников, и экипажу приходилось маневрировать станцией, чтобы избежать столкновения с ними.

К тому же при столкновении спутника с мусором часто образуется новый мусор. Это приводит к неконтролируемому росту засоренности космоса. Согласно расчетам NASA, в среднем каждые пять лет будут происходить крупные столкновения, даже при условии полного прекращения космических запусков, а количество мусора будет расти.

“Чем больше космического мусора, тем сложнее найти безопасные орбиты для новых космических аппаратов. Столкновение возможно даже на этапе запуска. В настоящее время баллистики рассчитывают траекторию выведения, чтобы предотвратить это. Тем не менее, объекты, находящиеся на низкой околоземной орбите, тормозят об атмосферу самостоятельно и сходят с орбиты. Хорошо, если он сгорит в плотных слоях атмосферы, плохо, если пройдёт через неё и упадёт на жилые районы”, – отметила Базунова.

Проблемой космического мусора озабочена ООН — выработала правила для предотвращения засорения. Так, аппарат должен быть удален с орбиты в течение 12 лет после окончания срока службы. Правила касаются в том числе ракет-носителей.

По словам Базуновой, убрать космический мусор достаточно сложно, потому что не все объекты отслеживаются. Например, объекты меньше 1 см нельзя обнаружить оптическим и радиолокационными средствами.

“Сейчас ведутся разработки технологий захвата неактивных объектов. Чтобы собирать сотни обломков, нужна схема перелёта между их орбитами, а это требует ещё большего запаса топлива. Отправлять в космос специальный спутник, который будет убирать по одному обломку – невыгодно с экономической точки зрения”, - рассказала она.

“Основная задача таких уборщиков — захват старых ступеней каким-либо устройством для придания им импульса, который направил бы их в плотные слои атмосферы. Однако создание и отправка в космос уборочных аппаратов — трудновыполнимая и затратная задача”, — отметил Жиц.

В рамках рынка “Аэронет” Национальной технологической инициативы разрабатывается проект малого разгонного блока, на базе которого может быть создан космический буксир для обслуживания спутников, например, их дозаправки, а также для уборки космического мусора.

“Потенциальных задач у буксира будет несколько: прежде всего он будет использоваться для разведения спутников на более высокие орбиты, но в случае остатка запасов топлива на борту, он может обслуживать спутниковые группировки, например дозаправлять топливом другие наиболее ценные и еще функционирующие спутники. На базе такого буксира может быть также создан специализированный аппарат для сбора фрагментов космического мусора и последующего их направления в плотные слои атмосферы, где они прекратят свое существование. Масса буксира составляет около 80 килограммов, он будет запускаться в космос, как опциональный разгонный блок на сверхлегкой ракете-носителе, а также может быть запущен, как попутная полезная нагрузка на более тяжелой ракете, например, “Союз” — сообщил Жиц.

Фактическая утилизация переносится на отдаленную перспективу. Сейчас идеи о создании «спутников-утилизаторов» находятся на этапах концепции или проектирования, в том числе и в России, но лишь немногие проекты дошли до испытаний на орбите, отметила Базунова.

“Здесь не нужны прорывные идеи вроде новых двигателей или источников энергии. Нужен механизм захвата, оптимальная программа полёта и много желания государств, которое повлечет и финансирование. Проблема космического мусора сформулирована не одно десятилетие, но с каждым годом она представляет всё большую опасность. Вероятно, пока не начнутся реальные сложности с выведением аппаратов, к проблеме не подойдут со всей строгостью”, - подытожила она.