Космический мусор на орбите земли фото: Космический мусор: кто уберется на орбите? |

Содержание

Космический мусор: кто уберется на орбите?

Фото: canva

Сколько космического мусора сейчас на орбите?

О проблеме космического мусора впервые заговорили еще в 60-е годы, когда освоение космоса было новой темой. 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.

128 млн кусков мусора размером более 1 мм и 34 тыс. обломков размером более 10 см находится в ближнем космосе на данный момент

По подсчетам ученых, сейчас в космосе находится почти 128 млн кусков мусора размером более 1 мм и 34 тыс. обломков размером более 10 см. А частиц до 1 миллиметра в диаметре насчитываются уже триллионы. Раньше задача их обнаружения вообще казалась фактически невозможной, но с лета 2021 года благодаря радару, созданному американскими учеными, микрочастицы мусора стало возможно отслеживать в режиме реального времени.

Среди крупных объектов — пришедшие в негодность (в том числе вышедшие из строя из-за столкновений с космическим мусором) искусственные спутники Земли и их фрагменты, а также ступени ракет-носителей. Около 26 тысяч объектов отслеживается на интерактивной карте AstriaGraph, созданной учеными из Университета Техаса, и все они попали в околоземное пространство всего за 60 лет.

Скрин карты космического мусора AstriaGraph

В чем опасность космической свалки?

Скорость крупных частиц может достигать 14 км/с, что делает их опасными для космических кораблей, аппаратов и орбитальных станций. Для повреждения противометеоритных защит достаточно даже столкновения с частицами менее 1 см, а после встречи с объектом от 10 см в диаметре искусственные космические объекты уничтожаются практически всегда. В мае 2016 года частица космического мусора размером всего в сотые доли миллиметра оставила на МКС 7-миллиметровый скол. С тех пор станция регулярно меняет свою орбиту во избежание трагических последствий.

Буквально недавно, в ноябре 2021 года, экипаж МКС подвергался угрозе столкновения с космическим мусором: за ситуацией следили эксперты NASA и Роскосмоса. В ночь на 12 ноября фрагмент китайского метеоспутника Fengyun-1C должен был оказаться в 600 метрах от МКС, и во избежание катастрофы орбиту станции подняли на 1200 метров, а экипаж укрылся в космических кораблях. Три дня спустя стало ясно, что столкновения удалось избежать, но гарантий, что ситуация не повторится, дать никто не может. По мнению экспертов, с каждым годом риск возникновения критической ситуации только растет.

Фото: NASA

Еще одно существенное неудобство, связанное с космическим мусором — световое загрязнение космоса, мешающее исследованиям астрономов. Иногда ученые принимают свет от техногенных объектов за вспышки в далеких галактиках, а искусственные спутники, включая высокотехнологичные SpaceX, делают наблюдения за космосом невозможными, ухудшая обзор телескопов.

Часть космического мусора падает на Землю: по подсчетам специалистов, это порядка 150 тонн ежегодно. Для отработанных космических кораблей, не сгоревших в атмосфере, существует кладбище в южной части Тихого океана, в 4000 километрах от побережья Новой Зеландии. Несмотря на то, что морская фауна в этом месте традиционно считается бедной, всегда существует риск столкновения космического объекта с морскими животными. Пока эксперты считают вероятность таких событий достаточно низкой, но с ростом числа захороненных объектов растут и риски для Мирового океана и его обитателей. В целом, считается, что для поверхности Земли, для людей, а также флоры, фауны и наземной инфраструктуры опасность столкновения с космическим мусором не очень велика благодаря защите атмосферы, но опять же: со временем ситуация может усугубиться из-за увеличения количества обломков на орбите.

Еще одна серьезная опасность — это захоронения военно-космической техники с ядерными установками на высоте от 650 до 1000 км, вопрос утилизации которых также никак не решен. В случае падения такого объекта на Землю последствия могут быть серьезными, вплоть до масштабной катастрофы с эвакуацией населения.

Определенную угрозу представляют и выхлопные газы от вышедших из строя космических кораблей, которые скапливаются на геостационарной орбите над экватором (поясе Кларка). Эта орбита наиболее удобна для запуска новых спутников, поэтому ее очистка становится задачей глобального масштаба.

Эксперты предупреждают: рост количества мусора в космосе может привести к катастрофическим последствиям. Однажды его может стать так много, что Земля окажется окружена кольцом, похожим на кольцо Сатурна. Только состоять оно будет из вышедших из строя техногенных объектов и их обломков и мешать траекториям полета действующей техники. Если так пойдет дальше, то человечество больше не сможет запускать искусственные спутники.

Время собирать мусор

«Ситуацию с мусором в космосе отчасти можно сравнить с ситуацией с мусором на Земле, — считает член Совета РАН по космосу Валентин Уваров. — И ту, и другую проблему нельзя решить частично: нельзя же, например, бороться с мусором на Земле, собирая только бумагу или только бутылки. И там, и там нужно действовать системно».

В целом, по мнению экспертов, проблему космического мусора можно разложить на две важные составляющие. Первая: необходимость прекратить рост объемов космического мусора. Для этого при запуске новых аппаратов нужно предусмотреть возможность их сгорания в атмосфере или выведения на орбиту захоронения, что требует многостороннего соглашения на международном уровне.

«По законам большинства стран мира, владелец пришедшего в негодность автомобиля не может бросить его на улице, он обязан отправить его на утилизацию. Для космической техники такой нормы нет, и неплохо было бы ее создать», — отмечает Уваров.

Вторая проблема состоит в том, как поступать с уже вышедшими из строя искусственными объектами в космосе. Эксперт РАН полагает, что для этого потребуется специальная международная организация, действующая в интересах трех ведущих космических держав — США, России и Китая. Она должна быть политически нейтральной (аналогично Красному Кресту), так как на околоземной орбите остаются вышедшие из строя аппараты, которые использовались в секретных целях.

Фото: SpaceX

«Важно не реализовывать политические амбиции той или иной страны, а решать задачу по уборке мусора, — говорит Уваров. — Сейчас для многих вопросов не проработаны правовые нормы: нет четкого понятия безопасного сближения, хотя в космосе находятся миллионы объектов, нет правил регулирования воздушного движения».

Космические роботы-уборщики

Последнее время инженеры из разных стран мира предлагают все больше решений для борьбы с космическим мусором. В 2016-17 годах устройства для уборки мусора за пределами Земли анонсировали российские и японские специалисты.

А в 2018 году Россия объявила о строительстве станции слежения за космическим мусором в Чили, но в феврале 2021 года работы были заморожены. Тогда же ученые из России, Франции, Японии и Италии думали о применении лазерных технологий для очистки космоса. В 2019-м году Европа анонсировала разработку сборщика космического мусора к 2025 году, а в 2020-21 годах о тематических проектах говорили представители российских, японских и американских компаний, включая сооснователя Apple Стива Возняка. Но системного решения этой проблемы на международном уровне пока не существует.

Проект аппарата для очистки орбиты от мусора, разработанный Европейским космическим агенством. Фото: ESA
Проект робота-уборщика космоса, разработанный Федеральной политехнической школой Лозанны. Фото: EPFL

Какой должна быть космическая индустрия будущего, чтобы было меньше мусора? Уже очевидно, что нам необходимы правила утилизации и использования космических аппаратов, которые выводятся из строя. На Земле сейчас используются многоразовые контейнеры для перевозки грузов, которые рано или поздно утилизируются, но лишь после многократного использования. Правила использования средств доставки должны быть аналогичными и в космосе. Космос — тоже часть окружающей среды, и выбрасывать там можно только то, что мы точно не можем утилизировать: дело за техническим прогрессом и законодательной базой.

Свалка на орбите: почему космический мусор становится все опаснее

Миллионы рукотворных обломков угрожают работе спутников и МКС, но за последние годы появились технологии, которые позволят провести генеральную уборку околоземного пространства

29 апреля ракета-носитель «Чанчжэн-5B» (она же Long March 5B) вывела на орбиту базовый блок новой китайской орбитальной станции. Но затем произошло непредвиденное. Вторая ступень ракеты массой в несколько сотен килограммов стала снижаться по нерасчетной траектории. Управлять ею было невозможно — на борту просто не было подходящих систем.

Специалисты могли только предполагать, где объект войдет в атмосферу и долетят ли раскаленные обломки до поверхности Земли. Радары «Роскосмоса» и NASA непрерывно следили за падающим блоком ракеты, но никакой возможности повлиять на ситуацию не было. 9 мая злополучная ступень сгорела над Индийским океаном. Но всегда ли будет так везти?

Замусоренная Вселенная

В учебниках географии середины XX века писалось, что ресурсы Мирового океана практически неисчерпаемы. Вряд ли кому-то приходило в голову, что пластиковые бутылки или одноразовые зажигалки могут стать проблемой для необозримых водных просторов. А сегодня в северной части Тихого океана можно полюбоваться целым континентом мусора, раскинувшимся на сотни тысяч квадратных километров. Осваивая безграничные, казалось бы, орбитальные пространства, человечество снова недооценило свою способность пачкать и засорять.

Космическим мусором считаются любые рукотворные космические объекты, уже не служащие никакой полезной цели. Самые большие из них — отслужившие свой срок многотонные спутники. Самые миниатюрные — кусочки краски, отколотые от космических аппаратов микрометеоритами.

Все фрагменты космического мусора в околоземном пространстве размером более 10 сантиметров отслеживаются и заносятся в каталоги. Объекты с габаритами в несколько сантиметров или хотя бы миллиметров тоже могут быть замечены радарами, но полного их перечня не существует, только статистические оценки.

По подсчетам экспертов NASA, у нас над головой кружит 23 000 фрагментов космического мусора размером более десяти сантиметров, 500 000 — от одного до десяти сантиметров и 100 млн — от одного миллиметра до сантиметра. Общая масса этой космической свалки превышает 8000 тонн.

Регулировщик на орбите: как стартап из Калифорнии предотвращает космические ДТП

Под ударом из космоса

Уже полвека фрагменты космического мусора размером более 10 см входят в атмосферу Земли каждый день. Почти всегда они при этом полностью сгорают. Лишь крупные спутники, космические корабли и орбитальные станции достаточно массивны, чтобы часть раскаленных обломков достигла поверхности планеты. Их траектории просчитывают заранее, чтобы эти рукотворные метеориты падали на так называемом кладбище космических кораблей. Оно находится в удаленном от берегов и закрытом для судоходства районе Тихого океана. Именно там нашли свой последний приют многие орбитальные станции, в том числе прославленный «Мир» и космические грузовики, загруженные отходами жизнедеятельности космонавтов. Здесь же в свое время упокоятся и остатки МКС.

Правда, иногда возникает нештатная ситуация, и аппарат снижается по нерасчетной траектории. Так и случилось с верхней ступенью «Чанчжэн-5B», а до этого — с первой китайской орбитальной станцией «Тяньгун-1». В этом случае обломки теоретически могут упасть куда угодно.

Остатки «Тяньгун-1» в 2018 году рухнули в океан, но такие инциденты случались и над сушей. В 1979 году в Австралии упали фрагменты принадлежащей США орбитальной станции Skylab, в 1991 году в Аргентине — советской станции «Салют-7». Однако и тогда человечество отделалось легким испугом.

Дело в том, что большая часть поверхности планеты совершенно безлюдна: 70% ее покрыто водой, более 20% составляют пустыни, включая полярные, а есть еще тундра, горы, тайга… Крайне маловероятно, чтобы космический гость, будь он творением человека или природы, упал так неудачно, чтобы причинить кому-либо вред. Поэтому неудивительно, что космический мусор еще ни разу не привел к человеческим жертвам.

Правда, в 2007 году обломок сошедшего с орбиты российского спутника едва разминулся с самолетом. Впрочем, авиакомпания была предупреждена о месте и времени предполагаемого падения еще за две недели до этого происшествия.

Что до материального ущерба, то самый серьезный инцидент был связан с советским спутником «Космос-954». В 1978 году контроль над аппаратом был внезапно потерян, и операторы не смогли предотвратить падение. Дождь обломков над безлюдными просторами Северной Канады обошелся бы без последствий, не будь «Космос-954» оборудован ядерным реактором. Операция по ликвидации радиоактивного загрязнения растянулась на много месяцев. Канада предъявила СССР счет на более чем 6 млн канадских долларов, из которых было выплачено 3 млн.

Итак, опасности получить удар по голове каким-нибудь болтом от спутника практически нет. И даже если произойдет инцидент, он вряд ли затронет населенные территории.

Привет из зазеркалья: есть ли в космосе антизвезды

Выжить на орбите

А вот ситуация с безопасностью самих космических аппаратов далеко не так безоблачна. Известно как минимум о трех случаях столкновения спутников с космическим мусором, после чего они были выведены из строя. Поскольку количество запускаемых спутников непрерывно растет, эти происшествия вряд ли были последними.

Самое нашумевшее орбитальное ДТП произошло в 2009 году, когда в действовавший спутник связи Iridium 33 врезался нефункционирующий аппарат «Космос-2251». В результате оба объекта разлетелись на множество обломков.

Дело в том, что как действующие спутники, так и космический мусор движутся по низкой околоземной орбите со скоростью 7–8 км/с, то есть в несколько раз быстрее пули. При этом даже миллиметровый обломок металла превращается в убийственный снаряд.

Подобные происшествия угрожают и космонавтам. Примерно раз в год орбиту МКС приходится менять, чтобы избежать столкновения с очередным фрагментом мусора.

Беззащитные перед космосом: десятиметровый астероид прошел над Землей незамеченным ниже МКС

Там, где не сорят

Сегодня космические агентства России, США, Китая, Японии и Франции, а также Европейское космическое агентство (ЕSА) официально придерживаются принципов, которые кратко можно выразить так: «Мы больше не будем захламлять космос». При ООН существует Межагентский координационный комитет по космическому мусору — своего рода площадка для координации усилий разных игроков.

Правда, реальные действия некоторых космических держав не всегда соответствуют благозвучным декларациям. Так, в 2007 году Китай испытал противоспутниковое оружие на собственном выведенном из эксплуатации метеоспутнике Fengyun-1C. Аппарат разрушился на тысячи фрагментов, пополнивших собой «орбитальную свалку».

Как же человечество борется с превращением в космический мусор спутников, которые, кстати, запускаются сотнями в год? Есть две стратегии — для низкой околоземной орбиты и для высокой геостационарной.

Околоземные спутники после окончания эксплуатации переводятся на низкие «самоубийственные» орбиты. Заметим, что даже на высоте 600 км остатки воздуха достаточно сильно тормозят аппарат, чтобы всего через несколько лет он вошел в плотные слои атмосферы и сгорел. Такая судьба давно постигла бы и МКС, находящуюся в 400 км над Землей, если бы ее орбиту регулярно не поднимали. Однако большая часть обломков кружит на высоте 750–1000 км, а здесь объект может существовать веками и тысячелетиями. Так что важно вовремя спустить спутник пониже, чтобы он не провел эти века в качестве мусора.

Совсем по-другому борются с засорением геостационарной орбиты, расположенной в 36 000 км над Землей. Это слишком далеко, чтобы аппараты проделывали обратный путь до Земли ради очистительного огня атмосферы. Поэтому обычно их просто уводят на так называемую орбиту-кладбище. Она неудобна для работающих спутников, поэтому на ней и складируют будущий космический мусор.

Искатель жизни: чем уникальна новая марсианская миссия

В космос со шваброй

Однако перестать сорить — только полдела. Многие эксперты уверены, что количество космического мусора будет расти как снежный ком, даже если человечество больше не выведет на орбиту ни одного аппарата. Ведь каждый новый обломок, порожденный очередным космическим столкновением, в свою очередь превращается в «пушечное ядро» и может стать участником новых столкновений.

Это значит, что в космосе необходима уборка. И чем раньше мы сведем с востребованных орбит отслужившие свое спутники, тем меньше у нас будет проблем с нарастающей лавиной обломков.

Разрабатывается множество проектов по уборке космического мусора. Впрочем, основных подходов к устройству космического веника всего два. Во-первых, можно тормозить фрагменты мусора лучом лазера или струей плазмы. Тогда они потеряют скорость, перейдут на более низкую орбиту и сгорят в атмосфере. Правда, подобные технологии пока испытывались только в земных лабораториях. Во-вторых, аппарат-уборщик может прикрепляться к отработавшим спутникам и сходить с орбиты вместе с ними. Этакое самопожертвование ради чистоты космоса.

Между прочим, некоторые технологии механического захвата мусора уже прошли первые испытания на орбите. В 2018 году спутник RemoveDEBRIS, разработанный в Университете Суррея и запущенный астронавтами с МКС, поочередно опробовал два способа ловли космического мусора. Он успешно зацепил его гарпуном и поймал сетью. Правда, в этих тестах использовались специально выпущенные в космос объекты. Испытания на реальном космическом мусоре — дело будущего.

RemoveDEBRIS — это исследовательский проект, но космическая уборка уже стала предметом коммерции. Первым в истории контрактом на удаление космического мусора стал договор между Европейским космическим агентством и швейцарским стартапом ClearSpace. Исполнитель обязался разработать и построить робота-уборщика ClearSpace-1, который должен быть запущен в 2025 году. Цель этой пробной миссии — сжечь в атмосфере Земли один-единственный фрагмент космического мусора. Эта честь выпала отработанному элементу ракеты Vega, запущенной в 2013 году. Он представляет собой стокилограммовый полый конус, обращающийся вокруг Земли на высоте около 800 км.

Планируется, что ClearSpace-1 захватит «жертву» четырьмя манипуляторами. Крепко сцепившись с ней, чистильщик-камикадзе возьмет курс на самоуничтожение в атмосфере Земли.

Заметим, что ЕSА собирается заплатить за эту услугу €86,2 млн. Эта сумма сравнима со стоимостью запуска на орбиту нового спутника. Вот уж поистине королевский гонорар для любой уборщицы.

Вселенную лихорадит: температура космоса выросла в несколько раз и чем это может грозить

Покончить с расточительностью

Есть и еще один аспект проблемы. Спутники приходится запускать так часто, потому что до сих пор на орбите невозможны ни их дозаправка, ни сколь угодно мелкий ремонт. Немыслимо бросить автомобиль и купить новый, если у него просто закончился бензин или пробита шина. Но с космическими аппаратами стоимостью в сотни миллионов долларов поступают именно так. Само собой, эти брошенные спутники превращаются в космический мусор, а вслед за ними приходят новые, чтобы уже через 10–15 лет тоже пополнить собой космическую свалку.

Ситуация начала меняться с запуском проекта Mission extension vehicle (MEV), реализуемого Northrop Grumman Corporation и ее дочерней компанией SpaceLogistics LLC. Обычно спутники выводятся из эксплуатации не потому, что бортовые системы вышли из строя, а после завершения запасов топлива — нельзя корректировать орбиту и поддерживать нужную ориентацию в пространстве. Аппарат MEV стыкуется с таким спутником и берет эти функции на себя, фактически играя роль буксира. Это позволяет эксплуатировать спутник еще несколько лет, отсрочив его превращение в космический мусор. А после завершения миссии MEV может увести подопечного на орбиту-кладбище, где его разрушение не будет никому угрожать.

У Northrop Grumman есть контракт с телекоммуникационным гигантом Intelsat, под управлением которого находится 50 спутников связи на геостационарной орбите. На сегодняшний день аппараты серии MEV успешно продлили эксплуатацию уже двух спутников. Первая стыковка состоялась 25 февраля 2020 года. Она стала не только первым случаем продления жизни спутника, исчерпавшего топливо, но и вообще первой стыковкой коммерческих космических аппаратов. Вторая «спасательная операция» состоялась 12 апреля 2021-го.

MEV не позиционируется как уборщик мусора, его дело — продлевать эксплуатацию действующих аппаратов. Но, по заявлениям разработчиков, он может стыковаться со спутниками всех основных типов. А значит, теоретически его можно использовать и в качестве чистильщика.

Продление работы существующих спутников, заблаговременное сведение их с орбиты и уборка уже существующего мусора — три кита, на которых должна опираться чистота околоземного пространства. На этом пути еще многое предстоит сделать. Но шаг за шагом в космос приходит земной подход к экологии и логистике. Возможно, именно в этом и состоит настоящее освоение космического пространства.