Что подразумевается под понятием космический мусор. Интересные факты о космическом мусоре

Проблема мусора на Земле давно уже вышла из регулированных масштабов и считается бичом современной цивилизации. Последние 50 лет мы разбрасываем мусор не только на Земле, но и вокруг нее - в космическом пространстве.

Данная статья предназначена для лиц старше 18 лет

А вам уже исполнилось 18?

Проблема космического мусора

Казалось бы, где находимся мы, а где космос? Разве мы можем засорять околоземное пространство? К сожалению, да. Загрязнение космоса началось еще задолго до того как Юрий Гагарин совершил свой первый полет. Захламливание околоземной орбиты берет свое начало со времен запуска флагманских спутников. После события мирового масштаба, когда СССР отправил за пределы нашей атмосферы «Спутник-1», прошло 60 лет, но именно ту дату, 4 октября 1958 года, принято считать переломным моментом в распространении мусора. Какая между этими событиями связь? Да самая что ни на есть прямая. Все дело в том, что искусственный спутник доставлялся на орбиту ракетой, которая, выполнив миссию, навсегда осталась кружить в космосе по эллиптической траектории (то есть, вокруг Земли). Вслед за СССР, все самые развитые страны мира стремились отправить в космос схожие объекты.

Следующая (хотя правильнее даже сказать предыдущая) ступень в освоении космоса — пилотируемые полеты. Первый из них состоялся еще в 1861 году и уже тогда усугубил экологическую ситуацию на околоземной орбите. К этому времени вокруг Земли вращались уже тонны мусора, что было следствием неудачных попыток запусков как беспилотных, так и пилотируемых летательных аппаратов. Вместе с космическими гонками двух сверхдержав, появлялись никому не нужны объекты, которые двигались по заданной траектории. Они до сих пор летят в непроглядной темноте. Время от времени к полувековому мусору присоединяется новый — его количество возросло в разы, когда в космос начали запускать коммерческие объекты (в наше время каждая мало-мальски приличная корпорация обязательно имеет свой собственный спутник).

Так что же такое космический мусор? Это, по сути, те объекты, которые со временем сломались или стали совсем не нужны. Как вы уже догадались, в первую категорию входят спутники и их фрагменты, ступени и обломки летательных аппаратов. То есть все, что по какой-то причине перестало выполнять возложенные на него обязанности. По сути, на Земле такие же вещи тоже называются мусором. Разница только в том, то здесь мы можем достаточно легко от него избавиться (что в космосе сделать намного труднее).

Вторая категория включает в себя те же спутники, но в рабочем состоянии. Просто они по какой-то причине стали никому не нужны, или устарели. Такие искусственные объекты продолжают исправно работать и давать на Землю нужный сигнал, только информация от них перестала быть нужной.

Чем опасен космический мусор?

Казалось бы, космический мусор находится на расстоянии тысячи километров от поверхности нашей планеты и поэтому особой угрозы не несет. Да и, казалось бы, кому какое дело, что он есть — он-то никому не мешает. Но это утверждение как раз ошибочно. Из-за большого количества космического мусора случаются частые поломки все тех же спутников, а крупные «мусорные фрагменты» способны изменить траекторию полета непилотируемых летательных аппаратов или вообще уничтожить их. И дело здесь даже не в размере, а в колоссальной скорости, с которой движется космический мусор. По разным оценкам она составляет не менее 10 километров в секунду. Именно это делает объект с диаметром в 1-2 мм опаснее пули, выпущенной из пулемета. Чтобы понять всю серьезность ситуации стоить вспомнить о том, что микроскопическая поломка спутника обойдется в кругленькую сумму с шестью нолями. Уничтожение же объекта повлечет за собой еще более существенные финансовые потери.

В наше время были случаи, когда космический мусор полностью уничтожал рабочее устройство и приносил колоссальные убытки не только его владельцам, но и государству, которому «повезло» собирать на своей территории кучу обломков.

Также стоит вспомнить о том, что космический мусор несет угрозу и пилотируемым летательным аппаратам и даже МКС. Конечно же, их оборудуют системами защиты от таких ситуаций, но угроза, которую несут большие тела, все же весьма существенна. И это очень печально, ведь на кону не просто бездушная машина, а намного больше — человеческая жизнь.

Не меньшие проблемы приносит схождение мусора с траектории и падение его на поверхность нашей планеты. Причем неважно, большой он или маленький, в любом случае это грозит серьезными неприятностями. Многие поспорят с этим, скажут, что фрагменты искусственных тел небольшого размера не смогут достичь земной коры и сгорят в атмосфере. Конечно, это так, но от них может исходить еще более серьезная опасность, которая будет иметь гораздо большее негативное воздействие на человечество, чем объект большого диаметра. Дело в том, что на орбите Земли существует масса спутников, которые содержат в себе очень высокие концентрации вредных веществ. Проходя через атмосферу такой объект сгорает, а яды в газообразном или порошковом виде просто рассеиваются над огромными территориями. Не стоит забывать и о , которой эти объекты заражены. Самое печальное — точное количество, то, сколько таких спутников на околоземной орбите не может точно установить ни один мониторинг.

Еще одна угроза, связанная с нарушением экологии космоса — постоянный рост количества мусора. Даже при утилизации и естественном уничтожении достаточно больших объемов космического сора, с каждым годом его становится только больше. Чем чреваты такие тенденции, смоделировать очень просто. Чем больше сора, тем больше вероятность его столкновения с другими летательными аппаратами. Так, ориентируясь на темпы распространения мусора, мы делаем вывод, что в недалеком будущем освоение космоса станет не просто рискованным, а невозможным.

Методы и средства борьбы с космическим мусором

Вполне естественно, что вскоре после обнаружения проблем с экологией космоса, ведущие государства планеты задались вопросом, как избавиться от мусора. Легкие и понятные пути того, как это все убрать есть разве что в игре Space Engineers — в жизни все намного сложнее и многогранней.

Единственно доступная уборка околоземной орбиты — это направление небольших космических объектов на Землю, для того чтобы они благополучно сгорели в атмосфере. Способ утилизации, конечно же, так себе, ввиду рисков, которые он несет (мы упоминали о них ранее). Но сейчас мы находимся на той стадии, когда особого выбора у нас нет. Ультрасовременные аппараты не умеют и не могут действовать иначе, а создание новых технологий по уборке требует слишком много времени, которого у нас, к сожалению, нет.

В последнее время в научном мире существует довольно-таки жаркая полемика о возможности отправки нашего орбитального мусора на другие планеты или даже на Солнце. С этой точки зрения, наиболее подходящим объектом Солнечной системы будет Юпитер, который поглощает космический мусор благодаря своей колоссальному гравитационному полю. Конечно, такой способ устранения проблем по экологии космоса наиболее безопасен для землян, но идеальным его все равно назвать невозможно. Для реализации такого метода уборки потребуются огромные финансовые ресурсы, а гарантии успешности проекта равняются 10%.

С 2018 года уборка с геостационарной орбиты будет проводиться с помощью новейшего аппарата для утилизации мусора. Данный уборщик выводится в высшие слоя атмосферы и с помощью ионных пучков придает выбранному объекту нужную траекторию. Куда девается при этом космический мусор? Есть два варианта — соринки поменьше уничтожаются в атмосфере, а фрагменты побольше перемещаются в глубокий космос. Звучит это все рационально и перспективно, но насколько этот способ борьбы с сором на орбите будет эффективным, покажет время.

Сегодня ясно одно: сбор и утилизация космического мусора — это первостепенные задачи для всего научного сообщества.

Космический мусор — это глобальная проблема, от решения которой зависит не только изучение просторов Вселенной, но и будущее всего человечества.

Профессор Брукки из обсерватории недавно жаловался на слабеющий блеск обеих звёзд Центавра. А как же ему не слабеть, если вся окрестность забита мусором! Вокруг самой крупной планеты Сириуса, настоящей жемчужины этой планетной системы, возникло кольцо наподобие колец Сатурна, но состоящее из пустых пивных и лимонадных бутылок. Космонавт, летящий этой дорогой, вынужден обходить не только тучи метеоритов, но и консервные банки, яичную скорлупу и старые газеты.

Кое-где из-за этого хлама не видно звёзд. Астрофизики не один уже год ломают голову, пытаясь найти причину столь заметных различий в количестве космической пыли в разных галактиках. А дело, я думаю, просто: чем выше цивилизация, тем больше намусорено, отсюда вся эта пыль, сор и хлам.

Вряд ли те, кто читал этот рассказ полвека тому назад, могли представить, что такое мусорное кольцо начнёт формироваться на самом деле. И не у далёкого Сириуса, а вокруг нашей родной планеты.

Garbage day!

4 октября 1957 года был запущен первый искусственный спутник Земли, и человечество чуточку приблизилось к звёздам. В те дни все люди мира пытались разглядеть в небе «Спутник» и видели крошечную светящуюся точку. Вот только это был не «Спутник», слишком маленький, чтобы увидеть его невооружённым глазом. Эта точка была второй ступенью ракеты-носителя Р-7, доставившей его на орбиту. Она стала первым в истории космическим мусором.

За последующие годы было произведено около пяти тысяч запусков, которые вывели на орбиту почти 6600 спутников. Из них 3600 всё ещё находятся в космосе, и лишь 1000 из них - действующие. Уже в конце пятидесятых учёные стали задумываться над тем, что отработавшие своё старые спутники рано или поздно начнут мешать новым.

Сравнение объёмов космического мусора и размера Земли в представлении художника.

К сожалению, космический мусор не ограничивается лишь старыми спутниками и отработанными ступенями ракет. Сейчас системы космической разведки отслеживают на земной орбите порядка двадцати тысяч объектов, чья суммарная масса составляет от 5 до 10 тысяч тонн. И это лишь верхушка айсберга. Как сообщает Европейское космическое агентство, на орбите находится 45 тысяч объектов диаметром свыше 5 сантиметров. Что до тел поменьше, то в небе над нами летают сотни тысяч обломков диаметром от 1 до 5 сантиметров и миллионы совсем мелких осколков.

Распределение мусора в околоземном пространстве. Кольцо - это мусор на геостационарной орбите, который останется там на несколько сотен лет.

Откуда берётся мусор

Живи мы во вселенной «Звёздных войн», всё было бы ясно. Разбитые космические корабли и части истребителей - обычное дело в далёкой галактике. Можно представить, как после очередного крупного сражения все работники, не занятые на строительстве очередной Звезды смерти, отправляются на рутинную расчистку космического пространства. Да ещё на чём свет стоит костерят Империю и Повстанцев, за которыми им приходится убирать.

В нашей же галактике космический хлам появляется куда более банальными путями. Вывод на орбиту любого спутника сопровождается образованием массы технологического мусора: в околоземное пространство попадают предметы вроде взрывных болтов, временного крепежа, элементов защитного покрытия.

Кроме того, в космосе остаются набравшие первую космическую скорость ступени ракет и разгонные блоки. В их баках часто есть неотработанное топливо, которое весьма летуче и легко превращается в пар, что иногда приводит к мощным взрывам. Не раз бывали случаи, когда после нескольких лет пребывания в космосе использованные ступени ракет неожиданно взрывались, разбрасывая вокруг себя шрапнель из мелких осколков. За последние годы в околоземном пространстве было отмечено порядка двухсот подобных взрывов. Только один взрыв ступени индийской ракеты стал причиной образования сразу 300 крупных обломков.

Человечество мусорит не только на орбите родной планеты. Как вы думаете, что сделал Нил Армстронг, когда впервые открыл двери лунного модуля? Он выбросил из кабины пакет с мусором. Лишь затем он спустился на лунную поверхность и произнёс свою знаменитую фразу.

«Маленький шаг для человека…» - «Ты мусор вынес?!» - «Да! Так, на чём я остановился…»

А есть ещё и мелкие объекты. Во время работы твёрдотопливного двигателя из его сопла выбрасывается множество пылевидных частиц размерами до 10 мкм. Ещё один вид микроскопического мусора - кусочки краски и защитного покрытия, отвалившиеся от обшивки земной техники. И с каждым годом ситуация усугубляется: чем больше стран и компаний осваивают космос, тем больше мусора остаётся на орбите. За последние годы произошло два резонансных инцидента, связанных с загрязнением космоса.

Первым стало печально известное испытание китайской противоспутниковой ракеты в 2007 году. СССР и США испытывали подобное оружие и раньше, но тогда обломков было куда меньше, и они быстро сгорали в атмосфере - ведь цели находились на относительно небольшой высоте. Китайцы же уничтожили спутник, который находится на полярной орбите высотой более 800 километров. В результате в окрестностях Земли появилось свыше двух тысяч обломков и, по некоторым данным, до 150 000 мелких частиц. 97% процентов этого мусора всё ещё на орбите и будет висеть над планетой не одну сотню лет.

Кстати, год спустя США уничтожили неисправный спутник-шпион USA-193, на борту которого оставалось около полутонны ядовитого топлива. Однако спутник находился на низкой орбите, и большинство осколков сгорело в атмосфере.

Кольца Сатурна состоят из камней, пыли и льда. Кольца Земли будут состоять из утерянных болтов и обломков спутников.

Вторым инцидентом стало столкновение выведенного из эксплуатации в 1995 году спутника «Космос-2251» и действующего спутника Iridium 33, которое произошло 10 февраля 2009 года. Это первый в истории случай, когда столкнулись два космических аппарата. В результате образовалось 2000 обломков - и это только крупные, которые удалось отследить.

Только два этих инцидента более чем на треть увеличили число обломков на орбите. Сейчас количество мусора растёт весьма быстро (примерно на 5% в год), и новые масштабные столкновения неизбежны.

Чем опасен мусор

В фильме «Гравитация» (2013) режиссёра Альфонсо Куарона наглядно показано, что может натворить космический мусор. Стремительно несущиеся в безвоздушном пространстве осколки, которые практически невозможно заметить, прошивают всё на своём пути, от человеческих тел и до космических станций. Несколько секунд - и конструкция, на создание которой ушли десятки лет и миллиарды долларов, превращается в бесполезное решето.

Фильм, конечно, фантастический, но такое возможно и в действительности. Дело в том, что тела, находящиеся на земной орбите, движутся по ней с первой космической скоростью - почти 8 километров в секунду. Для сравнения: пуля из автомата Калашникова покидает ствол со скоростью порядка 1 километра в секунду, а потом замедляется за счёт сопротивления воздуха - в отличие от обломков в вакууме. Даже маленький обломок при попадании в спутник способен нанести ему серьёзный ущерб. Так, в 2006 году неожиданно пропала связь с российским телекоммуникационным спутником «Экспресс-AM11». Удар микрочастицы мусора повредил систему терморегулирования, спутник быстро перегрелся и вышел из строя.

Дыра, оставленная космическим мусором в спутнике SolarMax.

А теперь представьте, что может случиться, если обломок попадёт в пилотируемый космический корабль или орбитальную станцию. На поверхности шаттлов и корпусе МКС не раз обнаруживали отметины от столкновений с мусором. В 1983 году маленькая песчинка (менее 1 миллиметра в диаметре) оставила серьёзную трещину на лобовом стекле шаттла «Челленджер». В другом случае мусор пробил насквозь радиаторную панель шаттла «Индевор». За последние годы манёвры уклонения от обломков стали для экипажей МКС привычной рутиной.

Трещина в лобовом стекле «Челленджера», оставленная крошечной песчинкой.

Сквозное отверстие в радиаторной панели шаттла «Индевор», оставшееся после столкновения с куском мусора.

Среди космического мусора встречаются и радиоактивные объекты. В своё время СССР запустил в космос большую серию спутников морской разведки «УС-А». Каждый аппарат был оснащён ядерным реактором с 30 килограммами обогащённого урана-235. Всего было запущено 33 аппарата, из которых несколько уже «вернулось» на Землю. Один из них, «Космос-954», в 1978 году упал на территории Канады. Обломки спутника вызвали радиоактивное заражение местности (к счастью, малонаселённой), что привело к большому международному скандалу. Остальные аппараты перевели на орбиту захоронения высотой 700-1000 километров, где они предположительно смогут оставаться от 250 до 2000 лет. Немаленький срок, но всё же настанет время, когда нашим потомкам придётся что-то решать.

Известно также, что системы охлаждения некоторых спутников дали течь, из-за чего на орбиту попали тысячи капель натрий-калиевого охладителя, которые теперь тоже вращаются вокруг Земли. Они, в отличие от реакторов спутников, не представляют опасности для планеты, но могут повредить космические аппараты.

Основной топливный бак второй ступени ракеты «Дельта-2», упавший в Техасе в 1997 году.

Эффект Кесслера

Эффектом Кесслера называют пугающий сценарий, при котором столкновение двух крупных объектов приведёт к появлению массы новых осколков. Каждый из этих осколков может, в свою очередь, столкнуться с другим мусором, что вызовет цепную реакцию. Если поражённых спутников окажется много, лавинообразно возникающие осколки могут на несколько сотен лет сделать околоземное пространство совершенно непригодным для полётов. Такой сценарий был описан специалистом NASA Дональдом Кесслером.

Известно, что в 2012 году была потеряна связь с восьмитонным спутником «Энвисат». Он находится на орбите, высота которой составляет 785 километров, и просуществует там ещё около 150 лет. Каждый год «Энвисат» дважды пролетает на расстоянии 200 метров от нескольких обломков - и велики шансы, что рано или поздно их пути пересекутся. Многие специалисты считают, что подобное столкновение запустит цепную реакцию, и тогда сценарий Кесслера может стать реальностью.

Фильм «Гравитация» основан именно на гипотезе Кесслера.

Космические чистильщики

То, что орбита нуждается в срочной очистке, признают уже все. Даже если человечество прекратит все космические запуски, количество мусора на орбите всё равно будет расти - за счёт столкновений между уже запущенными аппаратами. Выход только один: хорошенько убрать за собой.

Пока это удаётся только в фантастике. В романе «Фонтаны рая» Артура Кларка строительство грандиозного космического лифта потребовало от человечества основательной чистки орбиты. Поскольку люди достигли больших успехов в покорении космоса, это не становится большой проблемой - с помощью лазеров инженеры быстро устраняют препятствия. В процессе чистки мусорщики даже делают несколько археологических открытий и находят старый космический корабль.

В известном аниме Planetes («Странники») в каждой компании, которая работает в космосе, должен быть отдел по расчистке мусора. Именно этой весьма опасной и не слишком престижной работой занимаются главные герои сериала.

Но это всё фантастика, вымысел - а что насчёт реальности?

Герои «Странников» чистят орбиту от мусора. И относятся к ним как к мусорщикам.

Объекты, находящиеся на низких орбитах (до 400 километров), через несколько лет сгорают в атмосфере. И если бы весь мусор находился именно там, не было бы особой проблемы - природа бы сама убирала за нами. Но беда в том, что большая часть мусора находится гораздо выше. Осколки могут висеть там столетия, тысячелетия, а на геостационарной орбите - и миллионы лет.

Различные организации по борьбе с космическим мусором создавались как при правительствах космических держав, так и на международном уровне, но особого прогресса их работа не принесла. Сейчас проблемой мусора занимается Комитет по использованию космического пространства в мирных целях при ООН, а также Координационный комитет по космическому мусору, созданный несколькими национальными космическими агентствами.

Рассматривают различные методы борьбы с загрязнением орбиты. Одни предлагают усиливать защиту космических аппаратов от ударов мелких частиц, другие - тщательнее контролировать запуски, третьи - закладывать на спутники дополнительное топливо, чтобы их можно было свести с орбиты. Эти меры могут замедлить засорение космоса или спасти корабли, но всё же не решают проблемы. Единственный способ разобраться с космическим мусором - удалить обломки с орбиты.

Например, можно создать гигантскую сферу из сверхлёгкого пористого материала (аэрогеля), которая будет принимать на себя удары мелких частиц мусора и ловить их или, по крайней мере, замедлять. Или большую электродинамическую сеть, которая будет замедлять куски мусора, из-за чего они гораздо быстрее будут падать на Землю, сгорая в атмосфере. Или космического охотника, который будет захватывать обломки с помощью сетей или гарпуна. Не исключено также использование лазеров для сжигания мусора, однако тут придётся обойти международные соглашения, запрещающие вывод оружия на орбиту.

Плохая новость в том, что все эти технологии существуют лишь на бумаге. Но процесс все же понемногу сдвигается с мёртвой точки. Уже в ближайшие годы пройдут первые эксперименты по отработке некоторых из упомянутых технологий. Лишь бы за это время человечество не загадило орбиту окончательно.

Археология космоса

Некоторые историки уже сейчас заявляют, что не стоит бездумно уничтожать весь космический мусор: он может представлять значительный интерес для археологов, которые в будущем обязательно доберутся и до орбиты.

В 1980-е NASA пожертвовало космический зонд ISEE-3 Национальному музею авиации и космонавтики. Планировалось, что в 2014 году, когда аппарат сблизится с Землёй, он будет переведён на земную орбиту, после чего подобран шаттлом и доставлен домой. Но позже от этого плана пришлось отказаться: доставка грузов с орбиты оказалась более дорогим удовольствием, чем когда-то считалось, да и сами шаттлы перестали летать. И всё же возможно, что в отдалённом будущем некоторые старые спутники будут выставлены в музеях.

***

Если верить одному из шутливых объяснений парадокса Ферми («если внеземная жизнь действительно существует, почему инопланетяне до сих пор не прилетели к нам?»), любая техногенная цивилизация так быстро засоряет орбиту родной планеты, что это делает невозможным любые дальнейшие космические полёты. Будем надеяться, что в случае с нашей планетой это так и останется шуткой.

Момент вхождения космического мусора, находящегося ниже 600 км над Землей, в атмосферу планеты наступает уже через несколько лет, для более удаленных отходов на это требуются десятилетия или даже столетия. Однако, попав в верхние слои атмосферы, мелкий космический мусор сгорает, не достигая нескольких десятков километров до поверхности планеты, а значит, не угрожает жизни людей и прочих обитателей Земли. Иначе обстоит дело с более крупным мусором, некоторые ученые утверждают, что он способен пройти через все слои атмосферы и достигнуть земной поверхности. Так, например, в 1978 году на территорию Канады упал советский спутник «Космос-594», а через год над Австралией рассыпались обломки американской космической станции.

Гораздо более опасен мусор для космических аппаратов. Сегодня некоторые ученые высказывают опасения о том, что дальнейшее его накопление может привести к прекращению запусков спутников и полетов в космос. Дело в том, что обломки имеют достаточно большую скорость свободного полета, и при нечаянном столкновении с космическим аппаратом могут нанести ему существенный вред. Только за последние десятилетия известно несколько случаев повреждения спутников, пассажирских космических кораблей и орбитальных станций с находящимся в околоземном пространстве мусором, а сегодня ситуация еще более усугубляется.

В настоящее время еще не разработаны способы предотвращения попадания мусора на околоземную орбиту или его уничтожения, ведется лишь наблюдение за движением и местонахождением космических отходов. Однако ученые разных стран предлагают различные методы решения этой проблемы, начиная со сбора космических отходов гигантскими металлическими сетями и заканчивая изобретением космического буксира, способного убирать находящийся в космосе мусор. Недавно ученые США предложили избавиться от мусора с помощью вольфрамовой пыли, рассеянной вокруг Земли в виде оболочки толщиной до 30 км. При этом облако вольфрамовой пыли должно будет тормозить мелкие обломки, очищая от них околоземное пространство.

Одновременно с этим разрабатываются и новые правила использования космоса. Так, например, на борту каждого искусственного спутника должны присутствовать резервные запасы топлива, позволяющие по истечении срока его годности направить спутник к Земле или перевести его в специально отведенные для этого районы околоземных орбит. Кроме этого, разгонные блоки ракет обязаны снабжаться системами слива топлива, во избежание их последующего взрыва. Однако, данные меры являются недостаточными, и проблема космического мусора сегодня по-прежнему остается открытой.

Каждому из нас известно, что человечество невероятно загадило свою планету и ежедневно продолжает генерировать невероятное количество мусора. Но немногим известно, что за недолгий период освоения космоса мы успели превратить околоземное пространство в небольшую свалку отработанных спутников. Здесь представлены две интерактивные визуализации, отражающие сложившуюсь ситуацию.

Первая визуализация (автор Alex Rasmussen) отражает все известные и отслеживаемые спутники и обломки:

• Зелёными точками обозначены действующие спутники.
• Серыми - неактивные, но работоспособные.
• Красными - вышедшие из строя спутники и их обломки.

• около 29 000 обломков размером более 10 см,
• около 670 000 обломков от 1 до 10 см,
• более 170 млн обломков от 1 мм до 1 см.

За последние 50 лет было запущено около 6600 спутников , из них 3600 по прежнему вращаются вокруг Земли, а 1000 находится в активном режиме.

Насколько опасен весь этот мусор?

Каждый год в атмосферу земли входит 100-150 тонн обломков. Самым примечательным случаем за последние годы стало столкновение германского и американского спутников , чьи обломки упали в Бенгальский залив в 2011 году. Астронавтам на орбите также не стоит расслабляться (привет «Гравитации»). В 2012 году МКС была переведена на более высокую орбиту для предотвращения столкновения с обломками от японского спутника.

Что делать?

Сегодня учёные ищут способы отслеживания обломков и очистки космического пространства. Одна из многих идей состоит в использовании специальных спутников, которые будут захватывать обломки и направлять к поверхности планеты. Также рассматривается вариант сбора ещё пригодных для использования обломков ради вторичного использования.

Какой бы способ ни был выбран в будущем, одно несомненно: замусоривание ближайшего космического пространства обойдётся нам очень дорого. Если мы хотим по-прежнему иметь доступ за пределы своей планеты, иметь современные спутниковые средства связи, наблюдения и исследования, то нам необходимо уже начать изучать возможные способы избавления от орбитального мусора.

Пройдя по на оригинальную статью, можно оценить интерактивность визуализаций. К сожалению, встроить их в пост Хабр не позволяет, пришлось делать скриншоты.

Среди этих объектов отработанные верхние ступени ракет, списанные или сломанные спутники, пусковые адаптеры, крышки от объективов и даже тонкие медные провода - все, что сопровождает запуск ракеты. Объекты отслеживаются US Space Surveillance Network, которая составляет каталог космического мусора от 5 до 10 сантиметров на низкой околоземной орбите и до 1 метра на геостационарной орбите.

И все-таки оно вертится

Опасность, которую представляют эти объекты для астронавтов, спутников и космических станций, далеко не шуточная. Как было прекрасно показано в «Гравитации», Первый закон движения Ньютона ведет себя как редкостный чудак на букву «м» на орбите. Весь этот мусор вращается вокруг Земли с огромной скоростью, и нет никакой атмосферы, об которую он мог замедлиться или сточиться.

10-сантиметровый кусок космического мусора может полностью разбить спутник, а сантиметровый кусочек полностью выведет из строя космический аппарат и пробьет щиты Международной космической станции. Даже миллиметровый объект может вывести из строя деликатные подсистемы.

И столкновения происходят. Первое непреднамеренное столкновение двух спутников произошло 10 февраля 2009 года в 776 километрах над Сибирью. Частный американский спутник связи Iridium 33 и российский военный спутник «Космос-2251» столкнулись со скоростью 11,7 км/с. Оба спутника были полностью разрушены и произвели более 2200 отслеживаемых фрагментов. Для сравнения: пассажирский авиалайнер летит в 80 раз медленнее.

Синдром Кесслера

В фильме «Гравитация» также был использован некий вымышленный сценарий. Русские использовали ракету для уничтожения одного из своих спутников. В результате появилось массивное поле обломков, которое вращается вокруг Земли раз в 90 минут, а также вызывает цепную реакцию - синдром Кесслера - сталкивается с другими спутниками и наращивает массу. Такая космическая лавина. И, как показал фильм, лучше не стоять у нее на пути.

На самом деле, такая ситуация уже происходила, только в значительно меньших масштабах. В 2007 году, в рамках демонстрации силы, китайские военные сбили одну из нерабочих метеорологических станций, случайно выбросив тысячи обломков мусора на орбиту.

Шансы на то, что начнется синдром Кесслера, растут с каждым годом, по мере увеличения количества барахла на орбите.

Как же все-таки убрать весь этот мусор? Сможем ли мы когда-нибудь убрать массивное поле обломков вроде того, что показали в «Гравитации»? Ответ да, однако потребуется недюжинная изобретательность и много терпения.



Немножко профилактики

Прежде чем мы займемся непосредственной очисткой, стоит поговорить о профилактике и ликвидации последствий. К примеру, мы можем начать делать спутники и космические станции более прочными. Усилить защиту от ударов (как космического мусора, так и метеорных тел). Спутники также должны быть более маневренными.

При этом мы должны сделать все возможное, чтобы предотвратить появление космического мусора. Во избежание столкновений, например, орбиты всех обломков мусора и возможных целей должны быть известны заранее. К счастью, эта информация предоставляется каталогом U.S. Strategic Command (USSSTRATCOM). Офис Европейского космического агентства, ответственный за , предоставляет прогнозы событий и оценку риска столкновений в качестве сервиса для миссий ESA и третьих лиц.

Перспективные способы очистки орбиты Земли

Итак, пришло время очистить орбиту Земли от космического мусора. Ученые и инженеры предлагали массу разнообразных стратегий по активной уборке космического мусора, хорошие и не очень. Давайте пробежимся по списку наилучших кандидатов.

Старые добрые невод и гарпун

Более известная как ElectroDynamic Debris Eliminator (EDDE), эта идея заключается в том, чтобы отправить в космос спутник, вооруженный сетью и гарпуном. И действительно, захватывать спутники и другие объекты, сбившиеся с пути, можно обычной сетью. Этот план недорого стоит, удобен и может выехать с любой миссией на низкую околоземную орбиту.

Такие спутники могли бы маневрировать по всей НОО и убирать буквально любую цель. Более того, их можно было бы использовать многократно, а значит и убирать больше целей. Разработчики полагают, что EDDE мог бы убирать 136 объектов в три года - а 12 EDDE могли бы убрать 2465 объектов на НОО весом более 2 килограммов за семь лет.

Однако сработает такой план только с крупными объектами.

Космические воздушные шары

Зачем использовать сети, если есть воздушные шары? Эта идея называется Gossamer Orbit Lowering Device, или GOLD System, и были предложена Кристин Гейтс. Концепция использует очень большой и тонкий воздушный шар, который будет оборачивать объект и увеличивать его аэродинамическое сопротивление в несколько сотен раз, тем самым приводя к его падению в атмосферу Земли. GOLD System могла бы ускорить процесс естественного схода с орбиты у некоторых объектов с нескольких столетий до нескольких месяцев. Надувная система проста и эффективна, по крайней мере на бумаге.

Реактивный буксир

Для более крупных объектов можно было бы использовать отдельных суицидальных роботов, которые будут двигать спутники к повторному входу в атмосферу. Проект CleanSpaceOne от EPFL, например, включает спутниковый куб, который будет преследовать, захватывать и уничтожать космический мусор. Правда, стоимость будет непомерно высока - порядка 200 миллионов долларов для каждой миссии.

Surrey Space Centre работает над HybridSail - системой, объединяющей большой развертываемый отражающий парус с тросами для буксировки объектов с орбиты. Система будет сводить объекты с орбиты за счет аэродинамического сопротивления и обмена импульсом с заряженными тросами и ионосферной плазмой.

В этой схеме небольшой спутниковый куб должен состыковаться с куском космического мусора. Затем, используя магнитную систему ориентации, он бы стабилизировал крен, тангаж и рыскание объекта. Затем развернул бы тросы и парус 5 на 5 метров, положив начало фазе схода с орбиты.



Мы могли бы выпустить облако вольфрамовой пыли на орбиту для создания атмосферного сопротивления на орбитальных высотах. С уменьшением скорости целостность орбит тысяч обломков космического мусора была бы нарушена. Небольшие кусочки мусора постепенно сходили бы со своих орбит в течение нескольких десятилетий (решение не мгновенное).

Чтобы это сделать, нужно выпустить облако вольфрамовой пыли - крошечные частицы не более 30 мкм в поперечнике - на высоте порядка 1000 километров, создав относительно толстый слой мелких частиц материи, которые будут полностью окутывать планету. Вольфрам, который почти в два раза плотнее свинца, прибавит существенный вес любому объекту, за который зацепится.

Идея прекрасная - идеально подойдет для синдрома Кесслера - но в случае с крупными объектами работать не будет.

Более того, она может иметь потенциально катастрофические последствия на другие орбитальные объекты вроде функционирующих спутников. Также она может повредить чувствительное оборудование вроде солнечных панелей. Следовательно, ее можно рассматривать только как модель «перезагрузки» - полное очищение земной орбиты.



Стена замерзшей воды в космосе

Этот вариант немножко странный: Ballistic Orbital Removal System. По мнению Джеймса Холлопетера из GIT Satellite, в космос можно отправить ракеты, заполненные водой. После того как они выгрузят свой груз на орбите, появится поле кристаллизовавшейся воды, в которое будет попадать орбитальный мусор, замедляться и сходить с орбиты. Звучит странно - но идея похожа на вариант с вольфрамовой пылью. Вода у нас водится в огромном изобилии, тогда как роботизированные спутники сложные, хрупкие и дорогие.

Перенаправление с помощью лазера

А вот работка наземным лазерам. Laser Orbital Debris Removal, или LODR, будет использовать мощные импульсные лазеры, которые будут стрелять с поверхности и создавать плазменные джеты на космическом мусоре. Это приведет к тому, что мусор будет замедляться и повторно входить в атмосферу, падая в океан. Технологии у нас уже есть, причем лет 15 уже, только вот по плану на один объект будет уходить до миллиона долларов.

Другая похожая идея - спутник, который может выстреливать электрически заряженные атомы или ионы, постепенно замедляя и стаскивая объект на Землю.



Самосвал мусора на геостационарном кладбище

Вместо того чтобы захватывать объекты когтями, гарпунами и сетями, мы могли бы перемещать крупные объекты, не прикасаясь к ним. Кроме того, нам не обязательно сталкивать их в атмосферу - мы могли бы выводить их на геосинхронную орбиту.

Для этого спутники-уборщики должны быть оснащены электростатическим управлением и двигателями малой тяги, чтобы избегать каких-либо контактов. Как вариант приводится система GliDeR, которая будет использовать активные выбросы заряда и прямые потоки заряженных частиц в отношении мусора.

Космический мусоровоз



Представьте себе орбитальный мусоровоз, а вместе с ним и перерабатывающий завод. Дизайнер Вон Линг представил его так:

«Мой фантастический концепт - это система, состоящая из коллектора, распылителя сети и пункта утилизации на околоземной орбите. Учитывая то, что стоимость запуска может варьироваться от 4 до 5 тысяч долларов за фунт (8-10 тысяч за килограмм), не говоря уж о ценных металлах, используемых в производстве спутников, переработка может стать прибыльным делом однажды. Такой сборщик может работать на ядерной энергии и эффективных ракетах VASIMR для движения и сбора мусора».

Телескоп с лазером

Международная группа ученых гигантский лазер к космическому телескопу и взрывать с его помощью мусор на орбите.

«Возможно, мы, наконец, нашли способ убрать головную боль быстро растущего объема космического мусора, опасного для космической деятельности, - говорит Тошиказу Ебисузаки из Калифорнийского университета в Ирвайне. - Мы считаем, что эта отдельная система может устранить большую часть сантиметрового мусора уже за пять лет эксплуатации».

Для устранения орбитального минного поля, в рамках предложения Acta Astronautica, за основу будет взят Extreme Universe Space Observatory (EUSO), новый японский космический телескоп, который присоединится к МКС в 2017 году. EUSO не был предназначен для утилизации мусора - по факту, его основная задача - регистрировать ультрафиолетовое излучение высокоэнергетических космических лучей, которые входят в атмосферу Земли в ночное время. Но мощная оптика телескопа и широкое поля зрения делают его идеальным инструментом для определения небольших скоростных обломков мусора, которые носятся вокруг МКС.

В сочетании с высокоэнергетическим лазером, EUSO становится отличным стрелком. Ебисузаки и его коллеги предлагают оснастить телескоп CAN лазерной системой, которая была спроектирована для нового поколения ускорителей частиц. Лазеры CAN используют массив из тысяч оптоволокон, которые действуют сообща и производят мощный плазменный импульс. Ебисузаки считает, что такой импульс способен замедлять кусок мусора, пока тот не упадет на орбиту и не сгорит в атмосфере Земли.

С глазами EUSO и силой CAN, Ебисузаки говорит, что мы сможем останавливать опасные частицы в полете и сталкивать их в атмосферу Земли. Ученые сейчас занимаются проведением небольшого эксперимента на МКС, используя 20-сантиметровую версию EUSO и мини-лазер CAN с 100 оптических волокон.

«Если все пойдет хорошо, - говорит Ебисузаки, - мы планируем установить полномасштабную версию на МКС, включив трехметровый телескоп и лазер с 10 000 волокон, которые будут способны сбивать мусор с орбиты на расстоянии до 100 километров. Заглядывая дальше в будущее, мы могли бы создать отдельную миссию и вывести ее на полярную орбиту на высоте 800 километров, где сосредоточено больше всего мусора».

Глядя на такие усилия по очистке замусоренного нами же космоса, можно понадеяться, что небо в ближайшее время станет гораздо чище. А после этого направим определенные усилия на уборку мусора на Земле.