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 ученым 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. 

Засорение за порогом дома

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. К ним относятся 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 падения), 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. 

Вследствии 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.

“Космический мусор – это все то, что было запущено в космос человеком, но перестало приносить какую-либо пользу. В 2021 году эксперты Еврокомиссии оценили объемы  —  почти 128 млн кусков космического мусора размером более 1 мм и 34 тыс. частиц размером более 10 см. Около 3 тыс. спутников вышли из строя из-за мусора и сами превратились в космический мусор”,  —  рассказал руководитель направления «Аэронет» (AeroNet) НТИ по частной космонавтике Роман Жиц. 

“Сейчас и США, и страны Евросоюза, и Китай, и Индия заявляют о создании своих мегагруппировок из сотен и тысяч аппаратов”,  —  добавил он.

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.

Помеха по курсу

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. 

“Опасность представляют не только крупные объекты (более 1 метра в поперечнике), но и обломки в 1 см, так как все они движутся со скоростью минимум 8 км/с. Если маленький обломок космического мусора встретится на орбите с активным спутником, это грозит разгерметизацией топливного отсека, разрушением антенны или солнечной панели. Как следствие – одним вышедшим из строя спутником станет больше. Чинить космический аппарат никто не будет. Столкновение с крупным обломком приведёт к полному разрушению спутника, образуется целое облако новых обломков”, – отметила Базунова.

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. 

Уборка по-крупному

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.  

Ученые во всем мире, в том числе и в России, ищут новые пути для ликвидации космического мусора. Среди возможных решений — запуск аппарата спутника-уборщика, который накапливал бы фрагменты космического мусора или сводил их в плотные слои атмосферы.

“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. 

“Конкурс по созданию малого разгонного блока и ракеты-носителя сверхлегкого класса поддерживается НТИ, в течение 2023 года планируется разработка их эскизных проектов, в течение 2024 года будет разработана их рабочая и конструкторская документация, а также проведены наземные “горячие” испытания на стенде двигателей для разгонного блока и первой ступени ракеты. Летные испытания малого разгонного блока могут быть начаты в 2025 году, а его специализированная модификация для сбора космического мусора может начать испытания в 2027-2028 годах” —  добавил он. 

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.  

Источник: vc.ru

Автор: Mariam

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *