Интересные факты о космическом мусоре. Как очистить орбиту от космического мусора

Космический мусор

Распределение мусора в околоземном пространстве

Под космическим мусором подразумеваются все искусственные объекты и их фрагменты в космосе , которые уже неисправны, не функционируют и никогда более не смогут служить никаким полезным целям, но являющиеся опасным фактором воздействия на функционирующие космические аппараты, особенно пилотируемые. В некоторых случаях, крупные или содержащие на борту опасные (ядерные, токсичные и т. п. ) материалы объекты космического мусора могут представлять прямую опасность и для Земли - при их неконтролируемом сходе с орбиты, неполном сгорании при прохождении плотных слоев атмосферы Земли и выпадении обломков на населённые пункты, промышленные объекты, транспортные коммуникации и т. п.

Проблема засорения околоземного космического пространства «космическим мусором» как чисто теоретическая возникла по существу сразу после запусков первых искусственных спутников Земли в конце пятидесятых годов. Официальный статус на международном уровне она получила после доклада Генерального секретаря ООН под названием «Воздействие космической деятельности на окружающую среду» 10 декабря г., где особо отмечено, что проблема имеет международный, глобальный характер: нет засорения национального околоземного космического пространства, есть засорение космического пространства Земли, одинаково негативно влияющее на все страны.

Необходимость мер по уменьшению интенсивности техногенного засорения космоса становится понятной при рассмотрении возможных сценариев освоения космоса в будущем. Существуют оценки, так называемый «каскадный эффект», который в среднесрочной перспективе может возникнуть от взаимного столкновения объектов и частиц «космического мусора». При экстраполяции существующих условий засорения низких околоземных орбит (НОО), даже с учетом мер по снижению в будущем числа орбитальных взрывов (42 % всего космического мусора) и других мероприятий по уменьшению техногенного засорения, этот эффект может в долгосрочной перспективе привести к катастрофическому росту количества объектов орбитального мусора на НОО и, как следствие, к практической невозможности дальнейшего освоения космоса. Предполагается, что «после 2055 года процесс саморазмножения остатков космической деятельности человечества станет серьёзной проблемой»

Характеристики космического мусора

Вклад в создание космического мусора по странам: Китай - 40 %; США - 27,5 %; Россия - 25,5 %; остальные страны - 7 %.

Методы защиты КА от столкновений с КМ

Эффективных мер защиты от объектов космического мусора размером более 1 см в поперечнике практически нет.

Методы уборки и уничтожения КМ

Эффективных практических мер по уничтожению космического мусора на орбитах более 600 км (где не сказывается очищающий эффект от торможения об атмосферу) на настоящем уровне технического развития человечества не существует. Хотя в ряду других рассматривался, например, проект спутника, который будет искать обломки и испарять их мощным лазерным лучом или наземный лазер, который должен тормозить обломки для входа и последующего сгорания их в атмосфере, либо аппарат, который будет собирать мусор для его дальнейшей переработки. Вместе с тем актуальность задачи обеспечения безопасности космических полетов в условиях техногенного загрязнения околоземного космического пространства (ОКП) и снижения опасности для объектов на Земле при неконтролируемом вхождении космических объектов в плотные слои атмосферы и их падении на Землю стремительно растет. Поэтому в обеспечение решения этой проблемы международное сотрудничество по проблематике «космического мусора» развивается по следующим приоритетным направлениям:

• Экологический мониторинг ОКП, включая область геостационарной орбиты (ГСО): наблюдение за «космическим мусором» и ведение каталога объектов «космического мусора».
• Математическое моделирование «космического мусора» и создание международных информационных систем для прогноза засоренности ОКП и её опасности для космических полетов, а также информационного сопровождения событий опасного сближения КО и их неконтролируемого входа в плотные слои атмосферы.
• Разработка способов и средств защиты космических аппаратов от воздействия высокоскоростных частиц «космического мусора».
• Разработка и внедрение мероприятий, направленных на снижение засоренности ОКП.

Поскольку экономически приемлемых методов очистки космического пространства от мусора пока не существует, основное внимание в ближайшем будущем будет уделено мерам контроля, исключающим образование мусора, таким как предотвращение орбитальных взрывов, сопутствующих полету технологических элементов, увод отработавших ресурс космических аппаратов на орбиты захоронения , торможение об атмосферу и т. п.

В то же время поскольку большинство мер по уменьшению засорения прямо или косвенно затрагивает вопросы формирования облика и конкурентоспособности перспективной космической техники и сопряжены со значительными затратами по проектам её модернизации, перспективные общие нормативы и стандарты по засоренности ОКП необходимо принимать взвешенно и на глобальной основе.

Национальные организации

В настоящее время только две страны - Россия и США имеют возможность и отслеживают всё околоземное космическое пространство в плане техногенного засорения с опорой на свои национальные системы контроля космического пространства.

Россия (СССР)

В июле 1996 года на высоте около 660 км французский спутник столкнулся с фрагментом третьей ступени французской же ракеты Arian.

Историческое значение орбитального мусора

Историки науки указывают на то, что некоторые объекты на орбите, рассматриваемые как мусор, будут представлять интерес для космических археологов будущего и поэтому должны быть сохранены.

См. также

• Planetes (аниме-сериал о сборщиках космического мусора)

Примечания

Загрязнение

26го марта 2012 года экипажу международной космической станции пришлось лечь спать не на привычных местах на станции, а перебраться для ночёвки в спускаемые корабли «Союз». Прятаться космонавтам пришлось из-за того, что рядом со станцией должен был пролететь космический мусор - кусок старого развалившегося спутника. К счастью, МКС не пострадала, и космонавты благополучно вернулись к своей работе, хоть и провели ночь в скафандрах, готовые в любой момент вернуться на Землю. Сложись всё чуть иначе, и бессоная ночь в скафандрах показалась бы космонавтам лучшим времяпрепровождением. Космический мусор мог бы доставить гораздо больше хлопот людям и на Земле и в космосе, разрушив какой-нибудь отсек МКС. Пожелаем космонавтам успехов в их нелёгкой, но интересной работе, а сами поговорим о том, что такое космический мусор.

Космический мусор – это неработающие спутники, их обломки и части отработавших своё космических ракет. Если говорить совсем по-взрослому - это созданные человеком объекты, которые находятся в космосе, но не работают и не приносят пользы.

Космический мусор. Иллюстрация художника с сайта ижевского астроклуба .

Как образуется космический мусор? Какой бывает космический мусор?

Каждый искусственный спутник имеет своё «время жизни». Пока космический аппарат выполняет какую-нибудь работу, его называют «живым». Например, спутник может следить за облаками и изменениями температуры на земле (метеоспутники), передавать радиосигналы из одной точки Земли в другую (спутник связи) или подглядывать за чужими войсками (спутник-шпион). Но проходит время, и у спутника постепенно начинает пропадать питание: садится аккумулятор или портятся солнечные батареи. Тогда на спутнике начинают потихоньку отключаться приборы. Сначала те, которым требуется много энергии, потом другие, которым требуется меньше электричества. В конце концов, космический аппарат перестаёт передавать информацию на Землю. Это значит, что спутник выработал свой ресурс, и использовать его уже не получится. При этом космический аппарат так и продолжает летать по своей орбите вокруг Земли, но пользы не приносит, поэтому его называют космическим мусором.

Мёртвый американский спутник, сгоревший в атмосфере

Другой тип космического мусора – это верхние ступени космических ракет и разгонные блоки, выводящие космические аппараты на орбиту. Когда в космос запускают пилотируемые корабли или спутники, то они вылетают в космос не сами по себе, а с помощью специальных ракет. Космический аппарат находится при этом в специальном разгонном блоке. Когда разгонный блок долетает до того места, где надо оставить спутник, то в нём открывается люк и с помощью пружины спутник выталкивается в космос и отправляется в «свободное плавание». Часто бывает так, что после этого разгонные блоки лишь немного уходят с орбиты спутника, остаются в космосе и тоже становятся космическим мусором. На этом видео на 1:09 показано, как отделяется разгонный блок от космического корабля.

Самый большой вклад в количество мусора на околоземной орбите вносят не отработавшие своё спутники или ракеты, а мелкие (меньше сантиметра) кусочки обшивки космических кораблей, остатки взорвавшихся разгонных блоков - словом, разная мелочь. По последним оценкам количество таких «песчинок» может достигать сотен тысяч. В прошлом году из-за недооценки рисков вышедший на орбиту американский спутник связи столкнулся со старым, уже неработающим российским военным спутником. Столкновение произошло на очень большой скорости, поэтому оба спутника разлетелись на мелкие кусочки, что добавило мелкого космического мусора. Именно от обломков этих спутников и пришлось прятаться космонавтам. есть инфографика о количестве и расположении космического мусора.

Чем опасен космический мусор?

Космический сор, к сожалению, не комнатная пыль, которая спокойно лежит по углам неубранной комнаты. В отличие от покоящегося земного мусора, старые спутники и их куски мчатся около Земли с огромными скоростями - десятки километров в секунду. Умей вы двигаться с такой скоростью, могли бы спать по утрам подольше, ведь дорога от дома в школу (или на работу) никогда бы не занимала и секунды. Но то, что для нас приятные мечты, для космонавта – опасная реальность. Если маленький кусочек мусора врежется в какой-нибудь полезный спутник или космическую станцию, то он разрушит её или нанесёт значительные повреждения. С «песчинками» ещё можно справиться. Для этого на поверхности МКС находятся специальные экраны, в которые врезается космическая пыль. Столкновения столь сильны, что от удара маленький кусочек мусора просто испаряется вместе с частью защитного экрана. Однако от обломков размером в несколько сантиметров уже ничто не спасёт, поэтому космонавтам приходится надевать скафандр и готовиться к эвакуации на Землю. Иногда вместо подготовки к эвакуации космонавты могут немного изменить орбиту МКС и «уступить дорогу» опасному обломку.

Фотография российской космической станции «МИР». На самой правой верхней солнечной батарее видны чёрные пятна - последствия столкновения с космическим мусором.

Космический мусор или космический музей?

Некоторые учёные считают, что космический мусор – это уникальный музей космической техники. Только представьте себе, как было бы интересно пройтись по такому музею! Ведь там можно найти почти все аппараты, запущенные в космос за всё время, прошедшее от запуска первого советского спутника и до наших дней. Метеоспутники, когда-то помогавшие предсказывать погоду, замолчавшие навсегда ретрансляторы с большими тарелками-антеннами, уснувшие вечным сном спутники-шпионы, всё ещё внимательно следящие объективами за поверхностью Земли… Это не просто куски металла, а кропотливый труд сотен талантливых людей, гениальных конструкторов, инженеров, проектировщиков. Это воплощение в жизнь изобретений и открытий физиков и химиков, стараний материаловедов, расчётов математиков. Это история взлётов и падений (порой в буквальном смысле), неудач и прорывных идей, история больших ожиданий и сбывшихся надежд. Пожалуй, это был бы музей, которым всё человечество и, в первую очередь, Россия, могло бы гордиться.

Константин Кудинов

Дорогие друзья! Если вам понравился этот рассказ, и вы хотите быть в курсе новых публикаций о космонавтике и астрономии для детей, то подписывайтесь на новости наших сообществ

Прошло чуть больше половины столетия с тех пор, как человек запустил в 1957 году в космос и вот уже невероятная, экзотическая проблема перестала быть таковой, а превратилась в довольно реальную угрозу. Первые полеты в космос прошли под знаком всеобщей эйфории. Никому и в голову не приходил вопрос: а куда денутся отработанные спутники, что станется с ракетоносителями, как быть с пылью от сгоревшего топлива? СССР и США наперегонки осваивали околоземное пространство, выводя на орбиту все новые и новые ракеты, спутники и станции. И последствия этой недальновидной политики не заставили себя ждать: в 1978 году на Канаду упали обломки советского спутника «Космос-594». Тогда Советский Союз уплатил огромную сумму денег пострадавшей стране за ликвидацию последствий радиационного заражения. Но не прошло и года, как обломки американской станции, отработав свой срок, рассыпались над Австралией.

К человеческим жертвам упавший на землю космический мусор в обоих случаях не привел, однако инциденты заставили ученых задуматься. Ведь в околоземном пространстве по своим орбитам курсируют не только искусственные спутники и (числом примерно 700), но и уже отработавшие свой срок станции, их фрагменты и другие рукотворные объекты. И если мусор на нашей планете можно где-то локализировать и утилизировать, то с объектами бурной космической деятельности человечества такое сделать не получится. Об этих выбросах можно было бы и забыть, если бы они не двигались. А летят они в с огромной скоростью - 9 километров в секунду. Столкновение на такой аппарата с мелкой железкой величиной всего несколько сантиметров может протаранить обшивку и привести к катастрофе.

По данным ученых, космический мусор за последние полстолетия разросся до немыслимых размеров. По разным орбитам вокруг Земли вращается 11 тысяч объектов величиной более 10 см и 600 тысяч отбросов от одного до десяти сантиметров величиной. Сейчас, разрабатывая новые образцы космических аппаратов, инженеры продумывают и защиту их от возможных столкновений с нежелательными летающими объектами. За движением особо крупных кусков следят специальные радары, которые предупреждают космонавтов о нависшей угрозе. МКС 3-4 раза в год должны отклоняться от своего маршрута, чтобы избежать столкновения с мусором.

Таким образом, космические полеты стали небезопасны еще и потому, что покорители космоса могут неожиданно и фатально встретиться с объемным мусором, бороздящим звездные просторы. И если обшивка корабля позволяет сохранить целым корпус (да и то, от мелких отбросов), то это не касается солнечных батарей, которые нечем прикрыть и защитить. Хуже всего то, что иногда два разных объекта сталкиваются между собой и разбиваются. Крупный объект исчезает с радаров, а взамен появляются тысячи более мелких, но не менее опасных осколков.

Но как убрать космический мусор? Пока что ничего умнее, как наблюдать за движением особо крупных отходов и разрабатывать новых спутников с учетом движения обломков старых кораблей, не придумано. Есть утопический проект, выдвинутый Швейцарским технологическим институтом Лозанны, согласно которому, нужно отрядить на орбиту спутник «Clean Space One», который отыщет один фрагмент мусора, захватит его и устремится к Земле, где оба они и сгорят в плотных Но, как представляется, 8 млн. евро - слишком высокая цена за уборку одного фрагмента.

Пока что ученые сфокусировались на проблеме, как сделать так, чтобы космический мусор не увеличивался в объеме в дальнейшем. Сейчас отслужившие свой век спутники переводят на более низкую орбиту, чтобы они вошли в притяжение Земли и сгорели в атмосфере, или, наоборот, их выводят на более высокую траекторию, где они не рискуют натолкнуться на действующие аппараты. Остатки ядерного топлива из ступеней ракет сливают, чтобы предотвратить взрывы от столкновений.

Ракета-носитель Falcon 9 несколько дней назад космический грузовик Dragon, на борту которого находится экспериментальный космический мусорщик, аппарат RemoveDebris. Он позволит проверить на практике технологию уборки отработавших свое космических аппаратов и их фрагментов с помощью гарпуна и сети. Насколько замусорено околоземное пространство? Хватит ли в нем места для новых спутников? Мы решили разобраться в этом вопросе с помощью научного сотрудника Института прикладной математики имени М.В. Келдыша Михаила Захваткина.

Таким аппаратам, как RemoveDebris, будет чем заняться. Согласно данным программы NASA по изучению космического мусора, количество мусорных объектов размером больше 10 сантиметров приближается к 20 тысячам, а их суммарная масса - к 8 тысячам тонн, при этом большая их часть - обломки космических аппаратов.

По расчетам Европейского космического агентства, число объектов размером больше одного сантиметра достигает 750 тысяч, а фрагментов меньшего размера может быть в тысячи раз больше. Огромное количество мелких фрагментов микронного размера порождает работа двигателей, среди них очень много мелких частичек краски, и эта рукотворная пыль уже сегодня наносит реальный ущерб, оставляя дыры и микрократеры в корпусах и на солнечных батареях космических аппаратов.

Откуда берется мусор

Микрократер от удара частички космического мусора на стекле иллюминатора шаттла «Индевор» (миссия STS-126)

При этом запасы мусора на орбите постоянно пополняются - каждый год в околоземном пространстве появляется около сотни новых космических аппаратов, причем это не только спутники, это еще и третьи ступени ракет, разгонные блоки.

Рост числа объектов космического мусора размером больше 10 сантиметров. Линии обозначают (сверху вниз): 1. Общее количество объектов на орбите; 2. Мелкие обломки, возникшие в результате разрушения спутников; 3. Космические аппараты; 4. Фрагменты, отделившиеся от космических аппаратов в результате штатной работы; 5. Верхние ступени ракет.

Рано или поздно интенсивное заселение орбиты должно было привести к «коммунальным проблемам», и в 1978 году сотрудники NASA Дональд Кесслер и Бертон Кур-Палэ пришли к выводу , что в скором будущем столкновения между вышедшими из строя спутниками начнут происходить так часто, что количество обломков будет расти экспоненциально (даже если в этот момент космические запуски прекратятся вообще) и в конечном счете вокруг Земли сформируется кольцо из обломков космических аппаратов, похожее на кольцо Сатурна. Они предсказывали, что первое столкновение космических аппаратов произойдет еще до 2000 года. В реальности столкновение спутников «Космос-2251» и Iridium 33 произошло 19 февраля 2009 года, причем их «встреча» породила сразу 1150 настолько крупных обломков, что их могли заметить радары системы контроля космического пространства.

Хотя синдром Кесслера - неконтролируемую цепную реакцию разрушения аппаратов на орбите и превращение околоземного пространства в запретную зону - мы пока можем наблюдать только в фильмах, таких как «Гравитация» или «Валли-И», космический мусор уже сейчас становится ощутимой помехой. Достаточно вспомнить, что Международной космической станции (МКС) регулярно приходится корректировать орбиту, чтобы избежать столкновений, а еще чаще космонавтам приходится бросать все дела и забираться в корабль «Союз», чтобы переждать момент опасного сближения станции c фрагментом космического мусора. Детали, доставленные на Землю с МКС, часто несут микроповреждения - следы ударов мелких мусорных обломков.

След удара микроскопического фрагмента космического мусора

Некоторое самоочищение околоземного пространства все же происходит, объясняет N + 1 научный сотрудник Института прикладной математики имени М.В. Келдыша Михаил Захваткин. По его словам, в пределах 11-летнего цикла солнечной активности около 250–300 мусорных объектов в год приходится исключать из каталогов - они попросту входят в атмосферу и сгорают. Но скорость этого очищения очень сильно меняется в зависимости от фазы цикла солнечной активности (в периоды активного Солнца атмосфера Земли «разбухает» и начинает сильнее тормозить объекты) и от высоты орбиты.

«Хотя влияние атмосферы ощущается на высотах до 1500 километров, действительно эффективно атмосферный тормоз работает только на низкой околоземной орбите, то есть на орбитах высотой до 500–600 километров. В этой зоне спутники без постоянного подъема орбиты с помощью двигателей могут просуществовать максимум пару десятков лет, затем они войдут в атмосферу и сгорят. Но уже на высотах 700-1000 километров космические аппараты могут находиться 50-100 лет, то есть в масштабах человеческой жизни - практически вечно. Причем эти орбиты наиболее популярны, там очень много солнечно-синхронных спутников, потому что им не нужно тратить много топлива, чтобы поддерживать эту орбиту. На эти высоты запускают много аппаратов, потому что они могут выжить там достаточно долго», - говорит ученый.

Распределение количества спутников в зависимости от высоты орбиты

Этаж от 700 до 1000 километров - самый популярный и заселяется быстрее всего, однако даже на этих высотах реализация катастрофического сценария, описанного Кесслером, - дело далекого будущего.

«На низких орбитах вращается 13 тысяч спутников, за 200 лет при самом негативном сценарии их число возрастет до 100 тысяч, а значит, вероятность столкновений вырастет примерно в 100 раз. Сегодня вероятность катастрофического столкновения - примерно один раз в пять лет, с ростом вероятности столкновений мы получаем значение примерно 20 инцидентов в год на популяцию в 100 тысяч аппаратов. Это не настолько высокий риск, чтобы сделать запуск спутников в эту зону коммерчески бессмысленной», - объясняет Захваткин.

Однако, полагает ученый, не следует усугублять проблему, оставляя ее решение будущим поколениям, поэтому меры для борьбы с загрязнением околоземного пространства нужно прорабатывать уже сейчас.

Чисто там, где не сорят

Для начала неплохо бы сделать так, чтобы космического мусора не становилось больше, а для этого необходимо, чтобы космические аппараты не взрывались. Главным источником мелких фрагментов на орбите сегодня являются не столкновения спутников друг с другом (пока нам известно только одно такое событие - столкновение «Иридиума» с «Космосом», о котором шла речь выше), а так называемые «события фрагментации», разрушение аппаратов по различным внутренним причинам.

Согласно подсчетам NASA , по состоянию на август 2007 года было зафиксировано 194 случая взрывного разрушения спутников, верхних ступеней ракет и разгонных блоков, и еще 51 аномальное событие - отделение каких-либо фрагментов (солнечных панелей, кусков теплоизоляции, деталей конструкций) от оставшегося целым аппарата. При этом взрывы аппаратов на орбите являются источником около 47 процентов общего количества объектов космического мусора.

Космические аппараты взрываются в основном из-за перегрева остатков топлива в баках - по этой причине взрывные разрушения происходят более чем в 45 процентах случаев. Один такой инцидент, широко освещавшийся в прессе, произошел 19 октября 2012 года, когда на орбите взорвался разгонный блок «Бриз-М», образовав облако из более чем 100 обломков. Совсем недавно, полтора месяца назад, дополнительный топливный бак разгонного блока «Фрегат», который использовался для вывода спутника «Ангосат-1», - после этого в каталоге космических объектов появилось еще 25 обломков.

«Эту проблему решить достаточно просто - нужно обеспечить пассивацию отработавших аппаратов, то есть встраивать в баки клапаны, которые стравливали бы пары топлива, либо обеспечивать работу двигателей до его полной выработки, желательно при этом понижая орбиту аппаратов», - говорит Михаил Захваткин.

Однако, отмечает он, при сохранении текущей частоты запусков новых космических аппаратов на низкие орбиты и принятии существенных мер по уводу отработавших спутников и пассивации общее число объектов размером больше 10 сантиметров все равно возрастет на 30 процентов за следующие 200 лет. «При этом основную роль в росте этого числа будут играть столкновения спутников в той самой перенаселенной области высот 700-1000 километров, наиболее крупные из которых будут происходить раз в 5-9 лет», - объясняет ученый.

Как убрать за собой

Правила, позволяющие предотвратить увеличение мусорной нагрузки на орбите, давно разработаны - существуют рекомендации ООН, соответствующий стандарт утвержден ISO. Однако пока юридически обязывающего международного договора в этой области нет, и каждая страна руководствуется собственными правилами, порой действуя в ущерб общих интересам, Так, Китай в 2007 году сбил ракетой собственный метеоспутник, в результате чего на орбите появилось более 2 тысяч новых фрагментов космического мусора.

Общие рекомендации, в целом, довольно просты - следует уводить отработавший аппарат туда, где он не будет мешать новым спутникам, и, если возможно, направлять его на низкие орбиты, чтобы он сгорел в атмосфере. Пока это правило в целом выполняется только применительно к аппаратам, находящимся на геостационарной орбите высотой 36 тысяч километров. Место на геостационаре - ресурс дефицитный, поэтому отслужившие свое геостационарные спутники выводятся на «орбиту захоронения» на 100-200 километров выше, объясняет Захваткин. Однако на других орбитах это правило выполняется далеко не всегда.

Различные варианты устройств для свода спутников с орбиты путем торможения (сверху вниз слева направо): 1. С помощью надувного баллона с газом - за счет сопротивления воздуха; 2. С помощью пленки, натянутой на телескопических штангах, - за счет сопротивления воздуха; 3. Лента с противовесом - за счет градиента гравитации; 4. Проводящий трос - за счет магнитных полей.

GLOBAL AEROSPACE CORPORATION

С одной стороны, коммерчески невыгодно везти на борту спутника запас топлива, предназначенного только для того, чтобы свести аппарат с орбиты в конце срока его существования. С другой, многие спутники, в особенности микроаппараты стандарта CubeSat, вовсе не имеют собственных двигателей. Инженеры предлагают множество вариантов дополнительных устройств, которые могут ускорить сход аппарата с орбиты. Это, например, надувные баллоны, которые увеличивают площадь аппарата и, соответственно, сопротивление воздуха, которые тормозят аппарат за счет воздействия электромагнитных полей. Но пока ни одно из таких устройств не стало стандартом.

Специализированные аппараты для уборки космического мусора, несмотря на высокую стоимость таких проектов, могут быть полезны для предотвращения случаев фрагментации больших аппаратов. «Крупный спутник - это потенциально тысячи мелких фрагментов, которые могут возникнуть при столкновении с другим аппаратом или самопроизвольном разрушении. Специализированный «уборщик» может убирать эти большие объекты, потенциально спосбные фрагментироваться, и тогда они не будут находиться на этих орбитах бесконечно. Если мы будем убирать в год около 4-5 объектов с высоких орбит, это может нивелировать потенциальный рост количества мелких фрагментов в долгосрочной перспективе», - говорит Захваткин.

Много опасений вызывают планы Илона Маска около 12 тысяч спутников системы Starlink, которые должны обеспечить глобальный доступ в интернет. Однако Михаил Захваткин полагает, что серьезно ситуацию с космическим мусором этот проект не ухудшит.

«Для группировок системы Starlink и Oneweb предполагается использовать орбиты высотой более 1,1 тысячи километров. Сейчас концентрация потенциально опасных фрагментов в этой области на порядок ниже значений на высотах 800-900 километров. Поэтому добавление такого большого числа аппаратов не сделает ситуацию на этих орбитах критической», - говорит ученый.

Сергей Кузнецов

За более чем полвека полетов на околоземную орбиту на ней скопилось без малого 170 миллионов частиц космического мусора - тут и металлические обломки, и вышедшие из строя спутники, и даже потерянные космонавтами инструменты. Эксперты ломают головы: как защитить летательные аппараты

текст: Тиль Хайн

Чего только не летает вокруг Земли. На ближайшей к планете орбите, на высоте до двух тысяч километров, вращается чуть ли не 2800 тонн самого разного хлама: тут и отработанные фрагменты ракет-носителей, и неисправные спутники, и обломки космических аппаратов, потерпевших катастрофу, и отвертки, и даже мусорные мешки с российской орбитальной станции «Мир», содержащие среди прочего заледеневшие фекалии... И хотя станция затонула в Тихом океане еще в марте 2001 года, некоторые такие пакеты продолжают летать в космосе.

Ни много ни мало 23 тысячи предметов диаметром от десяти сантиметров зафиксированы радарами на околоземной орбите. Они несутся в космическом вакууме со скоростью до 28 тысяч километров в час. Кроме того, по мнению экспертов, вокруг нашей планеты по разным орбитам кружат более 170 миллионов предметов размером от одного миллиметра до одного сантиметра. Более мелкие частицы мусора с Земли обнаружить трудно.

Со всем этим нужно срочно что-то делать. «Пора очищать космос от этого хлама», - считает Хайнер Клинкрад, руководитель Бюро по космическому мусору при Европейском космическом агентстве (ЕКА) и один из ведущих мировых специалистов в этой сфере.

Его озабоченность вполне понятна: даже самые мелкие частицы мусора, столкнувшись с Международной космической станцией (МКС) или с любым из тысячи метеорологических, телекоммуникационных, навигационных, военных и других спутников, могут серьезно повредить их или даже вывести из строя. Недаром искусственные спутники Земли застрахованы на сумму около 20 миллиардов долларов США.

«Если, допустим, в космический аппарат врежется алюминиевый шарик диаметром всего лишь один сантиметр, то последствия будут такими же, как если бы в него врезался легковой автомобиль среднего класса, движущийся со скоростью 50 километров в час», - объясняет Хайнер Клинкрад. А десятисантиметровый объект просто-напросто разнесет спутник в клочья.

Мусор из космоса может даже упасть на нашу планету. В сентябре 2011 года отслуживший свое американский метеорологический спутник UARS размером с автобус понесся к Земле и держал в страхе множество людей, пока его обломки не рухнули в Тихий океан.

Но главную опасность для космонавтики представляют столкновения крупных кусков космического мусора: врезавшись друг в друга, они «крошатся» на множество мелких фрагментов, которые, в свою очередь, могут натолкнуться на другие частицы, порождая новые обломки, - угроза для пилотируемых и беспилотных кораблей возрастает лавинообразно. Это явление называется «эффектом Кесслера» - в честь американского консультанта НАСА Дональда Кесслера, который первым описал такой гипотетический сценарий развития событий в околоземном пространстве.

Чтобы этот мрачный сюжет не стал реальностью, ЕКА предлагает кардинально улучшить «санитарную обстановку» в космосе. Во-первых, в будущем все крупные спутники должны иметь запас топлива, достаточный для того, чтобы их можно было отправить либо на так называемую «мертвую орбиту», либо в атмосферу Земли, где они сгорят. Во-вторых, каждый год из космоса предполагается удалять от пяти до десяти крупных объектов - чем быстрее, тем лучше. Вот только как?

Фолькер Гасс из Швейцарского космического центра при Федеральной политехнической школе Лозанны знает ответ: нам нужны роботы-уборщики. Сейчас он с группой коллег разрабатывает аппарат «КлинСпейсУан», который будет первым космическим мусорщиком. Скоро закончится срок службы «СвиссКьюб», оставшегося от двух мини-спутников, запущенных в космос Швейцарией. (Другой - «Тлсат» - прекратил работу еще в 2011 году.) С одного из них и пойдет отсчет аппаратов, устраненных с орбиты с помощью «уборщика». «Каждый должен подметать хотя бы у себя перед порогом», - говорит Гасс. Эта идея родилась у швейцарских специалистов после падения спутника UARS. «Мы с коллегой обедали в столовой, - вспоминает Гасс, - и он предложил собирать космический мусор с помощью роботов». Потом кто-то набросал на салфетке схему аппарата с ионным двигателем, который должен перемещаться в космосе, захватывать своими манипуляторами мусор и уносить в сторону Земли.

Статный и энергичный Фолькер Гасс уже освоился в самых разных ролях: он выступает и как ученый-изобретатель, и как менеджер, и как мотиватор. Но лучше всего этот человек, разрабатывавший раньше механические элементы для спутников, умеет вызывать интерес к своему проекту-прототипу стоимостью около десяти миллионов евро. В его команде работают не только физики, инженеры и специалисты по робототехнике - советником Гасса стал Клод Николье, бывший астронавт ЕКА, который теперь рассказывает об опасностях, связанных с космическим мусором.

«Внешность» у робота-уборщика ничем не примечательна: продолговатый алюминиевый корпус размером с две-три обувные коробки, оснащенный сверхкомпактным двигателем, видеокамерой и захватным устройством.

«Руку»-манипулятор для робота Гасс конструирует в сотрудничестве с Од Бийяр, исследовательницей роботов. Как раз сейчас Бийяр тренирует в лаборатории одно из своих созданий. Она бросает в сторону пластиковой «руки», установленной на подвижной платформе, банку кока-колы - и машина уверенно ловит ее. Бийяр улыбается: «Робот должен уметь не только хватать и ловить предметы - главное, чтобы он научился реагировать на неожиданные ситуации».

Куски космического мусора ведут себя совсем не так, как банка кока-колы в лаборатории, а, как правило, довольно быстро вращаются вокруг своей оси. «Если их попытаться схватить обычной роботизированной «рукой», то они попросту выскользнут из пальцев», - объясняет Гасс. Поэтому его группа разрабатывает альтернативный способ захвата - наподобие того, каким пользуются во время охоты актинии.

Физик Герберт Ши, приехавший в Швейцарию из Канады, уже сконструировал несколько резиновых прототипов «руки». Его план таков: четыре эластичных щупальца будут хватать объект и опутывать его. А встроенные в резиновые манипуляторы электроды позволят управлять щупальцами с Земли с помощью радиосигналов.

Кроме того, Ши разрабатывает двигатель для космического уборщика. У маленьких спутников, к которым относится и «Свисс­Кьюб», нет собственных двигателей. Их доставляют на орбиту ракеты, а потом они движутся благодаря взаимной компенсации центробежной силы и силы притяжения Земли. А вот уборщику двигатель нужен, иначе он не сможет отлавливать мусор.

Ши делает ставку на ионные технологии, использующиеся в космических зондах с 1990-х. В таком двигателе газ, состоящий из ионов (молекул с электрическим зарядом), разгоняется с помощью электрического поля и выбрасывается через сопло со скоростью до 144 тысяч километров в час. Ши проводит эксперименты с жидкими ионами, пытаясь усовершенствовать существующие двигатели. Для газа необходим тяжелый резервуар, а для ионной жидкости - нет, и за счет этого Ши рассчитывает уменьшить количество топлива, необходимого для работы своего космического «дворника».

Предполагается, что ионы будут выбрасываться через сотни расположенных на задней поверхности «КлинСпейсУан» иглообразных сопел - крохотных отверстий диаметром в пять раз меньше человеческого волоса. Благодаря такому двигателю робот-уборщик окажется быстрее и проворнее любого куска мусора.

В других странах тоже ищут способы вывоза мусора из космоса. Раньше многих гражданских специалистов беспокоило то, что подобными технологиями могут воспользоваться военные, например для ликвидации враждебных спутников-шпионов. Теперь таких опасений почти не осталось.

На международных научных симпозиумах обсуждаются самые оригинальные и экзотические проекты: физики из Испании, например, предлагают удалять космический мусор с помощью ионной пушки, установленной на спутнике-уборщике. Японские инженеры изобретают гигантские сети для вылавливания мусора.

«С помощью троса длиной несколько километров можно будет за несколько недель или месяцев убрать спутники с орбиты на высоте 1400 километров», - уверен эксперт ЕКА Хайнер Клинкрад. А немецкий производитель спутников «Астриум» и Германский центр авиации и космонавтики работают над созданием комбинированной системы ликвидации мусора и ремонта. Предполагается, что вышедшие из строя спутники будут захватываться манипулятором, а затем либо ремонтироваться, либо уничтожаться с помощью «контролируемого падения в атмосферу». Этот проект, общая стоимость которого оценивается в 180 миллионов евро, партнеры собираются запустить уже в 2018-м.

В том же году швейцарский космический дворник должен будет забрать с орбиты первый спутник, отработавший свой век. С помощью дорогостоящей компьютерной анимации Гасс демонстрирует, как робот-уборщик подлетает к мини-спутнику, обхватывает его своими щупальцами и направляется с добычей в сторону Земли. За неделю это видео собрало на портале YouTube более ста тысяч просмотров.

Конечно, с учетом масштабов «мусорной свалки», устроенной людьми на околоземной орбите, это, скорее, напоминает попытку привести в порядок канализацию миллионного мегаполиса с помощью самой обычной зубной щетки.

Более того, чтобы ликвидировать один килограмм космического мусора - а именно столько весит спутник «СвиссКьюб», - швейцарцам придется запустить в космос робота весом целых тридцать килограммов. Причем это будет робот-самоубийца: забрав с орбиты отработавший свое аппарат, он сгорит вместе с ним в плотных слоях атмосферы.

И для каждого нового куска космического мусора придется изготавливать нового робота.

Не слишком ли это дорогое удовольствие? Нет, уверяет эксперт ЕКА Хайнер Клинкрад. По его словам, расходы на замену активной космической техники намного превышают траты на их ликвидацию.

«Мы все - в какой-то степени первопроходцы в этой области», - говорит Фолькер Гасс. Он уже думает о роботах следующего поколения, которые смогут собирать космический мусор в контейнеры и отправлять их сгорать в атмосферу.

На сегодняшний день ясно одно: если мы хотим сохранить околоземную орбиту для хозяйственного и научного использования, нужно обязательно что-то предпринимать, и чем быстрее - тем лучше.

Иначе плотный «мусорный пояс» вокруг Земли станет острейшей проблемой и серьезным препятствием для каждого, кто захочет подняться с Голубой планеты в космос. В этом сходятся все без исключения эксперты по околоземному мусору.