Космический мусор вокруг земли: Космический мусор вокруг Земли | Мусор в космосе | Синдром Кесслера | Загрязнение космоса

Космический мусор вокруг Земли | Мусор в космосе | Синдром Кесслера | Загрязнение космоса

С начала космической эры в 1950-х, мы заполняем космос ракетами, спутниками и мусором. Однажды нам придется встретиться с последствиями. Что нас ждет и можем ли мы прекратить загрязнять космос? Давайте выясним.

Содержание

• Что такое космический мусор?
• Сколько в космосе мусора?
  • Рост космического мусора в цифрах
• Откуда берется космический мусор?
• Чем опасен космический мусор?
  • Синдром Кесслера
• Столкновения с космическим мусором
  • Столкновения космического мусора с МКС
  • Столкновение космического мусора с Луной
  • Падение космического мусора на Землю
• Как решить проблему с космическим мусором?
• Карта космического мусора

Что такое космический мусор?

Космический мусор — это ненужные объекты и материалы оставленные людьми в космосе, вроде обломков вышедших из строя спутников. Вот примеры космического мусора найденного в космосе:

• Ступени ракет;
• Гайки и болты;
• Кусочки слезшей краски;
• Перчатка;
• Одеяло;
• Зубная щетка;
• Плоскогубцы;
• Сумка для инструментов.

В основном под космическим мусором подразумеваются объекты на орбите Земли, но люди умудряются оставлять мусор повсюду — например, на Луне.

Сколько в космосе мусора?

По данным на август 2022 года, Европейское космическое агентство сообщило о 31 870 фрагментах космического мусора, постоянно отслеживаемых Сетью Космического Наблюдения. Но не весь космический мусор можно отследить или внести в каталог. Наши системы наблюдения могут засечь только объекты размером более 10 см на низкой околоземной орбите и более 1 м на геостационарной орбите. На основе статистических моделей можно сделать вывод, что в космосе сейчас находится примерно 131 миллион фрагментов не отслеживаемого мусора (большинство из них размером от 1 мм до 1 см).

Рост космического мусора в цифрах

Количество отслеживаемых объектов на орбите Земли увеличивалось в течение последних нескольких десятилетий. Вот приблизительные данные на основе отчета IAA.

• 1993 г.: 7 700 объектов
• 2001 г.: 8 700 объектов
• 2005 г.: 10 300 объектов
• 2013 г.: 16 600 объектов
• 2016 г.: 17 700 объектов
• 2022 г.: 31 870 объектов

Откуда берется космический мусор?

Космический мусор — это результат запуска людьми ракет и спутников в космос. При запуске ракет ускорители, обтекатели, промежуточные ступени и другие объекты остаются на орбите Земли. Срок жизни спутников ограничен и в итоге они перестают функционировать, превращаясь в куски металла плавающие в космосе. Астронавты теряют в космосе вещи — например, свои инструменты во время починки аппаратов.

Частично космический мусор появляется в результате столкновения спутников. При столкновении они могут разбиться на тысячи обломков, создавая новый мусор. К тому же США, Индия, Китай и Россия взрывали собственные спутники с помощью противоспутникового оружия — из-за этого тоже возникло множество новых обломков.

Чем опасен космический мусор?

Сейчас самая большая угроза от космического мусора — это потенциальный ущерб действующим спутникам на орбите и МКС. При этом прогнозы о его возможном вреде для освоения космоса пока расходятся.

Количество космического мусора растет в основном на низкой околоземной орбите. Человечество постоянно увеличивает число спутников там, из-за чего так же растет и вероятность столкновений. Чтобы избежать столкновения, спутникам приходится уходить с траектории движения обломков. Ежегодно все спутники, включая МКС, совершают сотни маневров, чтобы избежать столкновений.

Некоторые источники утверждают, что растущее количество объектов затруднит любые манипуляции на орбите и сделает их более дорогостоящими. Спутникам придется совершать больше маневров, что сделает их более сложными в управлении. Им также потребуется дополнительное топливо для таких маневров и, возможно, “щиты” для защиты от космического мусора.

Другие исследователи считают, что после 2055 года космический мусор станет серьезной проблемой и сделает освоение космоса в будущем практически невозможным. По их мнению, количество обломков на низкой околоземной орбите вырастет настолько, что меры направленные на их уменьшение, окажутся бесполезными.

Синдром Кесслера

Синдром (эффект) Кесслера — это теоретический сценарий, при котором на земной орбите окажется слишком много космического мусора, что приведет к более частым столкновениям и появлению еще большего количества обломков. Следовательно вероятность будущих столкновений вырастет. В конечном итоге это приведет к тому, что орбита Земли станет непригодной для практического использования. Некое воплощение этой теории можно увидеть в фильме “Гравитация”. Синдром Кесслера назван в честь ученого НАСА, Дональда Кесслера, который предложил эту идею в 1978 году.

Столкновения с космическим мусором

Теперь, когда мы знаем теоретическую часть, давайте рассмотрим реальные случаи столкновения космического мусора с другими объектами в космосе и падения обломков на поверхность нашей планеты.

Столкновения космического мусора с МКС

С 1999 года Международная космическая станция более 25 раз меняла направление движения, чтобы избежать столкновений с космическим мусором. Однако, это не помогло МКС остаться полностью невредимой. К 2019 году было зарегистрировано более 1 400 случаев столкновения МКС с метеороидами и космическим мусором. В результате пострадали солнечные батареи, иллюминаторы российского и американского сегментов, радиаторы и другие части станции.

Столкновение космического мусора с Луной

В 2022 году фрагмент космического мусора впервые врезался в лунную поверхность. Верхняя ступень предположительно китайской ракеты, запущенной в 2014 году, упала на обратную сторону Луны 4 марта 2022 года. Никто не наблюдал за столкновением, но, согласно рассчетам, часть ракеты упала рядом с кратером Герцшпрунг и должна была оставить после себя кратер диаметром около 20 м.

Падение космического мусора на Землю

Несмотря на то, что большая часть космического мусора сгорает в атмосфере, обломки космических аппаратов неоднократно падали на поверхность Земли. Однако никакого значительно вреда они не принесли. Вот несколько примеров:

• Один из самых ранних зарегистрированных случаев произошел 5 сентября 1962 года, когда фрагмент Спутника-4 упал в округе Манитовок в штате Висконсин. Размер фрагмента составлял 0,15 м, а вес — 9,5 кг.
• Первым человеком, пострадавшим от (почти) прямого попадания космического мусора стал 6-летний мальчик из Китая по имени У Цзе в 2002 году. 10-килограммовый кусок алюминия, оставшийся после запуска спутника Цзыюань-2B, упал на дерево, под которым играл мальчик. У Цзе получил перелом пальца на ноге и шишку на лбу.
• 31 июля 2022 года основная ступень ракеты Чанчжэн-5B совершила неконтролируемый вход в атмосферу над Индонезией и Малайзией. Никто не пострадал.

Как решить проблему с космическим мусором?

Обычно космический мусор находится на орбите Земли пока не войдет в атмосферу и не сгорит в ней. Однако то, через сколько это произойдет, зависит от высоты оъекта. Например, космический мусор ниже 600 км войдет в атмосферу после нескольких лет. Обломки на высоте 800 км могут кружить вокруг Земли веками; выше 1 000 км — продолжать вращаться вокруг нашей планеты на протяжении нескольких тысяч лет.

Но мы не можем просто прекратить запускать объекты в космос, чтобы очистить его от мусора. На орбите Земли уже так много всего, что даже без новых запусков, мусор будет множиться, сталкиваясь друг с другом. Согласно вычислениям, только количество объектов диаметром от 10 до 20 см увеличится в 3,2 раза.

Очевидно, что мы не можем ждать, пока весь космический мусор просто исчезнет. Сейчас компании разрабатывают новые проекты по утилизации вышедших из строя спутников — для этого их нужно притянуть обратно в атмосферу, где обломки сгорят. Такие проекты очень креативны и включают в себя использование гарпунов, сетей, магнитов и даже лазеров!

Первая миссия по утилизации космического мусора запланирована на 2025 год. ЕКА собирается запустить на орбиту аппарат, который уберет фрагмент обломка под названием Vespa. Согласно плану, четырехрукий аппарат приблизится к Vespa, захватит его и притянет обратно в атмосферу, где они оба сгорят. Эта миссия обойдется в 120 миллионов евро.

Еще один, более реалистичный и менее дорогостоящий способ по утилизации мусора — это не оставлять на орбите объекты вышедшие из эксплуатации. Существуют международные принципы предписанные Комитетом по координации космического мусора.

Карта космического мусора

Вы можете самостоятельно отслеживать космический мусор. Используйте карту космического мусора, которая показывает 3D модель Земли со всеми спутниками на ее орбите (включая обломки и неактивные спутники). Или скачайте приложение Satellite Tracker, которое помогает отслеживать некоторые обломки космических аппаратов. Вы можете найти их в разделе “Космический мусор” нажав на иконку спутника в правом верхнем углу на главном экране приложения. Также большинство обломков имеют подпись “DEB” (от англ. debris — обломки) в конце названия.

Подводим итог: Космический мусор — это искусственные объекты оставленные людьми в космосе. Объекты бывают разными — от неактивного спутника до зубной щетки. Если люди продолжат засорять орбиту Земли, в худшем случае, исследование космоса станет невозможным. Ученые по всему миру уже ищут решение этой проблемы.

Южный федеральный университет | Пресс-центр: Точка зрения: Космический мусор

Август в народе считается месяцем «звездопадов». Оказывается, каждый год метеорный поток Персеиды пролетает на близком расстоянии от Земли и проявляет наибольшую активность с 5 по 20 августа.

Его видно невооружённым глазом, и многие ждут этого события, чтобы без специальной техники увидеть падающие метеориты. А что, если мы не всегда видим именно метеориты? В последние годы всё чаще стали говорить о космическом мусоре, который уже заставляет спутники и космические станции менять свои орбиты. О том, насколько он опасен, можно ли его убирать и существуют ли какие-либо законы на эту тему, рассказали эксперты ЮФУ.

Инженер о космическом мусоре и возможности уборки в космосе

Антон Болдырев, директор ИРТСУ ЮФУ, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики ТТИ ЮФУ, рассказал о том, что такое космический мусор, какие от него существуют меры защиты и как его можно убирать.

Эксперт объяснил, что космический мусор — это объекты искусственного происхождения. Ими могут быть и отслужившие свой срок космические аппараты, и миниатюрные обломки, и даже кусочки краски.

«Объекты больше 10 см в состоянии вывести аппарат из строя, серьёзно повредить солнечные батареи, антенны, поэтому они отслеживаются и заносятся в каталоги специальными комитетами США, Европы и России», — отметил Антон Болдырев.  

Спикер также рассказал, что эффективных мер защиты от космического мусора размером более 1 см практически нет, однако корпуса МКС и «Мира» специально делались многослойными, чтобы создать так называемую броню.

«Что касается уборки и уничтожения мусора на высотах более 600 км, то здесь учёными рассматриваются и спутники, тормозящие обломки ионными пучками, и испаряющие их лазерным лучом. Тем не менее, это во многом лишь нереализованные проекты. При этом РФ к 2025 году планирует создать «уборщика» мусора, который будет каждые шесть месяцев переводить на орбиту захоронения до десятка объектов», — рассказал директор Института радиотехнических систем и управления ЮФУ Антон Болдырев.

Астрофизик о загрязнении космического пространства

Михаил Невский, заведующий обсерваторией ЮФУ, рассказал о космическом мусоре, о видах отходов, которые могут быть опасны для человека и объяснил, в чём заключается главная проблема, связанная с космическими отходами в наше время.

Эксперт отметил, что загрязнение окружающего нас земного пространства началось с момента запуска Первого искусственного спутника 4 октября 1957 года. Объектами отходов являются последние ступени запускаемых ракет, отработанные контейнеры, защитные обтекатели, сами спутники и их обломки.

«Ряд спутников находится на сравнительно низких орбитах, до 300 км и, вследствие торможения об весьма разреженные остатки атмосферы, тормозятся, опускаются в более плотные слои и, наконец, сгорают, рассыпаясь на мелкие обломки. Но на более высоких орбитах объекты сохраняются весьма продолжительное время, годами. Их орбиты неконтролируемы, подвержены различным гравитационным возмущениям, сталкиваются между собой, порождая при этом целые облака частиц различных размеров», — рассказал Михаил Невский.

Эксперт отметил, что по различным оценкам в сфере лунного радиуса находится несколько миллионов осколков самых различных размеров, от мелких – в несколько сантиметров и до осколков более крупных размеров. На близких расстояниях, около тысячи км, насчитывают несколько десятков тысяч подобных объектов. Для наблюдения за крупными обломками существуют специальные службы.

«Особое внимание уделяется возможности их столкновения с Международной космической станцией. Были случаи, когда по наблюдениям с Земли прогнозировался опасный подход тела к станции и приходилось дать команду на изменение орбиты станции. Большинство таких объектов уже не функционирует, неуправляемы, а их скорости превышают скорость полета винтовочной пули или снаряда», — отметил спикер.

Астрофизик объяснил, что в основном космический мусор представляет опасность для космических аппаратов. Для землян угроза может возникнуть только при условии, если с орбиты сойдёт крупный объект. Однако, такие сходы управляемы: их направляют в отведённое место в Тихом океане и затапливают. Также опасность могут представлять неконтролируемые падения при нештатных запусках ракет с ядовитыми компонентами топлива или ядерными установками.

«Астрономам приходится мириться с крайне неприятным фактом, когда снимок далекой галактики, на который потрачено много усилий, вдруг оказывается перечеркнутым жирной чертой пролетевшего спутника. Особенно вредят в этом случае серии спутников, запускаемые Илоном Маском для обеспечения устойчивым интернетом всей поверхности Земли», — рассказал спикер.

Таких спутников в настоящее время запущено более 5 тысяч, а общее число предполагается довести до 40 тысяч. За наиболее «густонаселёнными областями ведётся постоянный мониторинг, но каталогизировано менее 10 % объектов.

«Экономически пригодных методов очистки окружающего Землю пространства не существует и это остается неразрешимой проблемой настоящего времени и, по крайней мере, ближайшего будущего», — заключил Михаил Невский.

Юрист о правовом статусе космоса и ответственности за его загрязнение

Анна Тарасова, заведующая кафедрой международного права, к.ю.н., рассказала о правовом статусе в космосе, регулировании деятельности государств по его изучению и ответственности за производство отходов в космическом пространстве.

Эксперт в первую очередь отметила международно-правовой статус космического пространства. С момента первого полета человека в космос на международном уровне были закреплены общие принципы деятельности государств в космосе. Так, была принята «Декларация правовых принципов, регулирующих деятельность государств по исследованию и использованию космического пространства» от 1963 года.

«Примечательно, что, согласно данным общепринятым принципам, государства рассматривают космонавтов как посланцев человечества в космос. Таким образом, национальность космонавтов, первооткрывательство небесных тел и освоения космического пространства не должны влиять на международный правовой режим космоса», – отметила Анна Тарасова.

Однако, по словам юриста, декларации в международном праве не имеют обязательной силы. Поэтому на основе её принципов в 1967 году был принят так называемый Договор о космосе. В нем закреплены общие положения о недопустимости загрязнения космического пространства: участники Договора должны избегать загрязнения при изучении и исследовании космического пространства.

Если государство имеет основания полагать, что его деятельность по изучению космоса создаст вредные помехи деятельности других государств, то оно должно провести международные консультации перед началом миссии. Подобные консультации являются единственным международно-правовым механизмом, предусмотренным сегодня на уровне обязательных норм международного права. А специальный международный космический суд для разрешения споров в области освоения космоса и деятельности в космическом пространстве пока не учрежден.

«Развитие технологий освоения исследования космического пространства и небесных тел послужило формированию целой отрасли международного права – международного космического права. И одним из актуальных направлений современного международного космического права выступает проблема космического мусора», – прокомментировала Анна Тарасова.  

Большую роль в развитии международного права в космической отрасли играет Комитет ООН по использованию космического пространства в мирных целях (COPUOS). Например, им были разработаны Руководящие принципы по использованию космического пространства в мирных целях по предупреждению образования космического мусора.

Однако данные принципы являются добровольными для исполнения. Тем не менее государства стремятся соблюдать общие положения. Но встречаются и предложения по формированию дифференцированной ответственности государств, учитывая возможности развивающихся стран, наследие космической деятельности основных космических держав за космический мусор, а также сообразно космической деятельности каждого государства.

«Международные акты создаются ввиду того, что проблема космического мусора носит глобальный международный характер, в отличие от проблемы мусора на Земле, где, прежде всего, ее можно разделить по территориальному принципу, определяя ответственность с учетом суверенитета каждого государства над своей территорией.

Развивается частная космическая деятельность (космический туризм, современные услуги спутниковой связи, коммерческие научно-исследовательские полетные миссии), которая напрямую не регламентирована обязательными соглашениями в сфере космоса», – объяснила Анна Тарасова.

В заключение, специалист отметила, что в направлении решения проблемы космического мусора развивается и международное, и национальное право. На международном уровне речь идет преимущественно о мягком праве (рекомендательных актах, общих принципах и т.д.). По мнению юриста, есть ряд перспективных направлений развития международного-правового регулирования космического пространства. Среди них: принятие обязательного международного акта о космическом мусоре, установление принципов ответственности за создание отходов в космосе, установление правил утилизации и использования космических аппаратов, которые выводятся из строя и другие.

Таким образом, проблема загрязнения космического пространства становится все более актуальной в дни, когда полеты в космос превращаются в обыденность. Поэтому очень важно следить за состоянием не только нашей планеты, но и пространства вокруг нее.  

Авторы текста: Даниил Скрягин и Анастасия Дашевская

Что такое космический мусор и почему это проблема?

С начала космической эры в 1950-х годах мы запустили тысячи ракет и отправили на орбиту еще больше спутников. Многие все еще там, и мы сталкиваемся с постоянно растущим риском столкновения по мере того, как мы запускаем больше.

Пока люди исследуют космос, мы также создаем небольшой беспорядок. Вокруг нашей планеты вращаются тысячи мертвых спутников, а также обломки всех ракет, которые мы запускали за эти годы. Однажды это может стать проблемой.

Что такое космический мусор?

Космический мусор или космический мусор — это любое оборудование или мусор, оставленный людьми в космосе.

Это может относиться к большим объектам, таким как мертвые спутники, которые вышли из строя или остались на орбите в конце своей миссии. Это также может относиться к более мелким вещам, таким как обломки или пятна краски, упавшие с ракеты.

На Луне тоже остался некоторый искусственный мусор.

Видео GoPro о том, как ракета отделяется от

Ракеты могут выбрасывать множество мелких обломков, таких как пятна краски, когда они достигают космоса, как показано в этом видео GoPro
 

Сколько там космического мусора?

В настоящее время около 2000 активных спутников вращаются вокруг Земли, а также 3000 мертвых спутников засоряют космос. Более того, существует около 34 000 кусков космического мусора размером более 10 сантиметров и миллионы более мелких кусков, которые, тем не менее, могут оказаться катастрофическими, если они столкнутся с чем-то еще.

Первый в мире спутник «Спутник-1» был запущен Советским Союзом 4 октября 1957 года. Фото: NSSDC, NASA через Wikimedia Commons.

Как космический мусор попадает в космос?

Весь космический мусор является результатом того, что мы запускаем объекты с Земли, и он остается на орбите, пока не войдет в атмосферу.

Некоторые объекты на более низких орбитах в несколько сотен километров могут быстро вернуться. Они часто возвращаются в атмосферу через несколько лет и по большей части сгорают, поэтому не достигают земли. Но обломки или спутники, оставленные на больших высотах в 36 000 километров, где спутники связи и метеорологические спутники часто размещаются на геостационарных орбитах, могут продолжать вращаться вокруг Земли в течение сотен или даже тысяч лет.

Более 5000 запусков ракет вывели спутники на орбиту с начала космической эры в 1957 году © SpaceX (CC BY-NC 2.0) через Flickr

Некоторый космический мусор возникает в результате столкновений или противоспутниковых испытаний на орбите. Когда два спутника сталкиваются, они могут разбиться на тысячи новых частей, создавая множество новых обломков. Это редкость, но несколько стран, включая США, Китай и Индию, использовали ракеты, чтобы практиковаться в подрыве собственных спутников. Это создает тысячи новых фрагментов опасного мусора.

Какие риски представляет космический мусор для освоения космоса?

К счастью, на данный момент космический мусор не представляет большой опасности для наших исследований. Наибольшую опасность он представляет для других спутников на орбите.

Эти спутники должны уйти с пути всего этого приближающегося космического мусора, чтобы быть уверенными, что они не будут поражены и потенциально повреждены или уничтожены.

Всего на всех спутниках ежегодно выполняются сотни маневров по предотвращению столкновений, в том числе на Международной космической станции (МКС), где живут астронавты.

МКС должна выполнить маневры по предотвращению столкновений, чтобы избежать повреждения космическим мусором. Кредит: НАСА.

К счастью, столкновения случаются редко: китайский спутник распался в марте 2021 года после столкновения. До этого последний спутник, который столкнулся и был уничтожен космическим мусором, был в 2009 году. И когда дело доходит до исследования за пределами земной орбиты, ни один из ограниченного количества космического мусора не представляет проблемы.

Как убрать космический мусор?

Организация Объединенных Наций просит все компании убрать свои спутники с орбиты в течение 25 лет после окончания их миссии. Однако это сложно обеспечить, потому что спутники могут (и часто бывают) выходить из строя. Чтобы решить эту проблему, несколько компаний по всему миру придумали новые решения.

Сюда входит снятие мертвых спутников с орбиты и перетаскивание их обратно в атмосферу, где они сгорят. Способы, которыми мы могли бы сделать это, включают использование гарпуна для захвата спутника, ловлю его в огромной сети, использование магнитов для захвата или даже запуск лазеров для нагрева спутника, увеличивая его атмосферное сопротивление, так что он падает с орбиты.

Миссия RemoveDEBRIS

В 2018 году миссия Surrey Satellite Technology по RemoveDEBRIS отработала захват спутника гигантской сетью. Посмотрите кадры из команды доставки миссии Surrey Nanosats SSC.
 

Однако эти методы применимы только для крупных спутников, вращающихся вокруг Земли. На самом деле у нас нет возможности собирать более мелкие кусочки мусора, такие как кусочки краски и металла. Нам просто нужно дождаться, когда они естественным образом снова войдут в атмосферу Земли.

Что такое синдром Кесслера?

Эту идею предложил ученый НАСА Дональд Кесслер в 1978 году. Он сказал, что если на орбите будет слишком много космического мусора, это может привести к цепной реакции, когда все больше и больше объектов сталкиваются и создают новый космический мусор в процессе. до точки, где орбита Земли стала непригодной для использования.

Такая ситуация была бы экстремальной, но некоторые эксперты опасаются, что один из вариантов может когда-нибудь стать проблемой, и необходимо принять меры, чтобы этого никогда не произошло. Эта идея также была популяризирована в фильме «Гравитация».

Будет ли космический мусор проблемой в будущем?

Вполне может быть. Несколько компаний планируют создать новые огромные группы спутников, называемые мегасозвездиями, которые будут передавать интернет на Землю. Эти компании, в том числе SpaceX и Amazon, планируют запустить тысячи спутников для обеспечения глобального спутникового интернет-покрытия. В случае успеха на орбите могут находиться еще 50 000 спутников. Это также означает, что потребуется выполнить гораздо больше маневров для предотвращения столкновений.

Спутники SpaceX Starlink входят в число нескольких запланированных мегасозвездий спутников © SpaceX (CC BY-NC 2.0), через Flickr

В сентябре 2019 года Европейское космическое агентство провело свой первый спутниковый маневр, чтобы избежать столкновения с мегасозвездием. Необычно избегать активных спутников.

Убедившись, что спутники удаляются с орбиты в разумные сроки после того, как они перестанут быть активными, мы сможем смягчить проблему космического мусора в будущем.

Орбита Земли позволяет нам изучать нашу планету, отправлять сообщения и многое другое. Важно, чтобы мы использовали его устойчиво, позволяя будущим поколениям также пользоваться его преимуществами.

Люди преднамеренно и непреднамеренно оставляли вещи на Луне. Предоставлено: Р. Карковски, через Pixabay.

Синдром Кесслера и проблема космического мусора

Художественная иллюстрация явления образования мусора на околоземной орбите, которое может вызвать синдром Кесслера.
(Изображение предоставлено ЕКА)

Синдром Кесслера — это явление, при котором количество мусора на орбите вокруг Земли достигает точки, когда он просто создает все больше и больше космического мусора, создавая большие проблемы для спутников, астронавтов и планировщиков миссий.

Рассмотрим такой сценарий: Уничтожение мертвого спутника-шпиона порождает рой обломков на околоземной орбите, который сеет все возрастающий хаос по мере того, как приближается к нашей планете.

Облако уничтожает несколько спутников связи, образуя все больше и больше мусора с каждым сильным столкновением. Он выводит из строя культовый космический телескоп Хаббла и космический шаттл НАСА, убивая нескольких членов экипажа на борту крылатого корабля. Затем он выстраивает в прицел Международную космическую станцию ​​(МКС), уничтожая орбитальную лабораторию стоимостью 100 миллиардов долларов градом быстро летящих осколков.

Эта драматическая сцена, конечно же, вымышлена; он взят из отмеченного наградами научно-фантастического фильма 2013 года « Гравитация ». Но многие операторы спутников, планировщики миссий и сторонники исследований опасаются, что это может быть темным окном в будущее, которое слишком реально благодаря синдрому Кесслера.

Читайте дальше, чтобы узнать больше об этом внушающем страх явлении, которое описывает лавинообразный каскад космического мусора.

Похожие: Худшие случаи космического мусора всех времен

Синдром Кесслера: предсказание провидца космического мусора

Синдром Кесслера назван в честь бывшего ученого НАСА Дональда Кесслера, который изложил основную идею в основополагающей статье 1978 года.

В этом исследовании под названием «Частота столкновений искусственных спутников : создание пояса мусора (открывается в новой вкладке)» Кесслер и соавтор Бертон Кур-Пале отметили, что вероятность столкновений спутников возрастает по мере увеличения и больше космических кораблей выведено на орбиту. И каждое такое столкновение будет иметь огромное влияние на орбитальную среду.

«Столкновения спутников будут производить орбитальные фрагменты, каждый из которых увеличит вероятность дальнейших столкновений, что приведет к росту пояса обломков вокруг Земли», — написал дуэт. «Поток мусора в таком поясе, вращающемся вокруг Земли, может превысить естественный поток метеороидов, что повлияет на будущие конструкции космических кораблей».

Синдром Кесслера описывает и предупреждает о каскаде орбитального мусора, который потенциально может помешать космическим амбициям и деятельности человечества в будущем. Первоначальная статья предсказывала, что 9Столкновения спутников 0087 и станут источником космического мусора к 2000 году, если не раньше, если человечество не изменит способ вывода полезной нагрузки на орбиту. Но временная шкала не является существенной для основной идеи.

«Это никогда не означало, что каскадирование будет происходить в течение периода времени, равного дням или месяцам. Это также не было предсказанием того, что текущая среда превысит некоторый критический порог», — написал Кесслер в статье 2009 года . (откроется в новой вкладке), в котором разъяснялось определение синдрома Кесслера и обсуждались его последствия.

«Синдром Кесслера» предназначался для описания явления, при котором случайные столкновения между объектами, достаточно большими, чтобы их можно было занести в каталог, создают опасность для космического корабля из-за мелких обломков, которая больше, чем естественная метеорная среда», — добавил он. «Кроме того, поскольку частота случайных столкновений нелинейна скорости накопления мусора, это явление в конечном итоге станет наиболее важным долговременным источником мусора, если только скорость накопления более крупных неработающих объектов (например, неработающих полезная нагрузка и корпуса разгонных ступеней ракет) на околоземной орбите были значительно уменьшены».

И Кесслер не назвал этот сценарий своим именем. В этой статье 2009 года он объяснил, что «синдром Кесслера», по-видимому, возник у Джона Габбарда, ученого из Командования воздушно-космической обороны Северной Америки (NORAD), который вел неофициальный отчет о разрушениях больших спутников на орбите.

Габбард использовал этот термин в разговоре с репортером вскоре после публикации исследования 1978 года. Затем синдром Кесслера проник в общественное сознание, «став частью сюжетной линии в некоторых научно-фантастических произведениях и резюме из трех слов, описывающих проблемы орбитального мусора», — писал Кесслер в 2009 году.бумага.

Чтобы дать вам еще одно представление о том, какое влияние оказало исследование 1978 года: год спустя НАСА создало Офис программы по орбитальному мусору в Космическом центре Джонсона в Хьюстоне и назначило Кесслера его главой. (Кесслер, родившийся в 1940 г., , ушел из НАСА в 1996 г. со званием старшего научного сотрудника по исследованию орбитального мусора. Но и сегодня он остается активным участником сообщества по исследованию мусора.) 

Синдром Кесслера. пункт: Насколько все плохо сейчас?

С годами орбита Земли становится все более и более заполненной.

Человечество запустило около 12 170 спутников с начала космической эры в 1957 году, по данным Европейского космического агентства (ESA), и 7630 из них остаются на орбите сегодня, но только около 4700 находятся на орбите. все еще в рабочем состоянии.

Это означает, что около 3000 вышедших из строя космических кораблей летают вокруг Земли на огромных скоростях, наряду с другими большими и опасными обломками, такими как корпуса ракет верхних ступеней. Например, орбитальная скорость на высоте 250 миль (400 километров), на которой летит МКС, составляет около 17 100 миль в час (27 500 км в час).

На таких скоростях даже крохотный осколок может нанести серьезный урон космическому кораблю — и вокруг нашей планеты летает огромное количество таких осколочных пуль. По оценкам ЕКА, на околоземной орбите находится не менее 36 500 объектов мусора шириной более 4 дюймов (10 сантиметров), 1 миллион объектов размером от 0,4 дюйма до 4 дюймов (от 1 до 10 см) и ошеломляющие 330 миллионов объектов размером менее 0,4 дюйма. (1 см), но больше 0,04 дюйма (1 мм).

Эти объекты представляют не только гипотетическую угрозу. с 19Например, с 99 по май 2021 года МКС провела 29 маневров по предотвращению обломков, в том числе три только в 2020 году, , по словам официальных лиц НАСА, . И это число продолжает расти; например, станция выполнила еще один такой ход в ноябре 2021 года .

Многие из более мелких фрагментов космического мусора образовались в результате взрыва отработавших корпусов ракет на орбите, но другие размещались более активно. В январе 2007 года, например, Китай преднамеренно уничтожил один из своих вышедших из строя метеоспутников в ходе широко критикуемого испытания противоспутниковой технологии, в ходе которого было произведено более 3000 отслеживаемых объектов обломков (открывается в новой вкладке) и, возможно, 32 000 других объектов, которые слишком малы, чтобы их можно было обнаружить. Эксперты говорят, что подавляющее большинство этого мусора остается на орбите сегодня.

Космические корабли также сталкивались друг с другом на орбите. Самый известный такой инцидент произошел в феврале 2009 года, когда российский спутник «Космос-2251» врезался в оперативный корабль связи «Иридиум-33», в результате чего образовалось почти 2000 обломков , размером больше мяча для софтбола.

Катастрофа 2009 года может свидетельствовать о том, что синдром Кесслера уже наступил, хотя до катаклизма масштабов «гравитации» еще далеко.

«Каскадный процесс можно более точно рассматривать как непрерывный и уже начавшийся, когда каждое столкновение или взрыв на орбите медленно приводит к увеличению частоты будущих столкновений», Кесслер сказал журналу Space Safety Magazine в 2012 году (opens в новой вкладке).

Связанный: Кто решит проблему космического мусора?

Что мы можем сделать, чтобы избежать синдрома Кесслера?

Истории по теме:

В наши дни космическое сообщество все более серьезно относится к угрозе орбитального мусора, и не только из-за потрясений, вызванных китайскими испытаниями противоспутниковой системы и аварией Иридиум-Космос. Несколько спутниковых «мегасозвездий» находятся в разработке, что делает управление космическим движением и борьбу с космическим мусором более насущными проблемами, чем когда-либо. (Такие сети могли бы также преобразить ночное небо для профессиональных астрономов и астрономов-любителей, что является отдельной, но также важной проблемой.)

Например, SpaceX уже запустила более 1700 спутников для своей широкополосной группировки Starlink, которая в конечном итоге может состоять из более чем 40 000 аппаратов. OneWeb подняла более половины спутников для своей запланированной группировки из 648 членов, которая также может превысить это первоначальное число с течением времени.

Amazon планирует создать собственную интернет-спутниковую сеть, которая будет состоять из более чем 3200 космических аппаратов. А в ноябре 2021 года стартап Astra, занимающийся запуском в Bay Area, подал заявку в Федеральную комиссию по связи США на создание собственной широкополосной группировки из 13 600 спутников.

Кроме того, затраты на запуск и строительство спутников продолжают падать, что позволяет все большему количеству людей запускать спутники и управлять ими, включая людей с очень небольшим опытом в этой области. Большинство экспертов считают, что открытие последнего рубежа — это, в целом, хорошо, но оно еще больше подчеркивает необходимость предусмотрительности и ответственных действий, когда речь идет об эксплуатации спутников.

В 2019 году, например, Коалиция по космической безопасности (SSC) изложила ряд предлагаемых добровольных руководящих принципов, призванных сдержать синдром Кесслера и космический мусор в целом в ближайшие годы.

Одна из рекомендаций состоит в том, что все спутники, работающие на высоте более 250 миль (400 км), должны быть оснащены двигательными установками, позволяющими им маневрировать вдали от возможных столкновений. Согласно SSC, проведение линии здесь имеет смысл по нескольким причинам: это высота, на которой летает МКС, и спутники, вращающиеся ниже этой границы, как правило, сталкиваются с достаточным атмосферным сопротивлением, чтобы падать с орбиты относительно скоро после того, как срок их эксплуатации подходит к концу. конец.

SSC также рекомендует разработчикам спутников подумать о встраивании систем шифрования в командные системы своих кораблей, чтобы хакерам, стремящимся к хаосу, было труднее их взломать. А операторы, управляющие спутниками на низкой околоземной орбите, должны включить в свои контракты на запуск требование об утилизации верхних ступеней ракеты в атмосфере вскоре после старта.

Связанный: 7 диких способов уничтожить орбитальный мусор

Более активные стратегии борьбы с мусором также могут быть частью решения. Ежегодное удаление всего нескольких корпусов ракет или больших мертвых спутников может помочь нам держать под контролем проблему космического мусора, согласно некоторым исследованиям . И исследователи во всем мире разрабатывают и тестируют способов сделать это, используя сети, гарпуны и другие методы.

Такая деятельность должна быть тщательно скоординирована и продумана. Космические объекты, в том числе мусор, такой как отработавшие корпуса ракет, принадлежат стране, которая их запустила, поэтому правительство США или американская компания не могут просто в одностороннем порядке вывести с орбиты кучу отработавших корпусов российских ракет (или наоборот). Такие действия могут спровоцировать международный инцидент, не в последнюю очередь потому, что технология удаления мусора может также рассматриваться как потенциальное космическое оружие, способное вывести из строя работающие спутники.

Но проблема космического мусора глобальна, поэтому правительства всего мира уже должны вести содержательные разговоры о том, как с этим бороться. Будем надеяться, что переговоры, решения и технологии опередят проблему ради всех нас.

Дополнительные ресурсы

• Космический мусор и пилотируемые космические корабли (НАСА) (открывается в новой вкладке)
• Офис программы НАСА по орбитальному мусору (открывается в новой вкладке)
• Исследования по космическому мусору и обновления от Европейского космического агентства

Майк Уолл является автором книги « Out There » (Grand Central Publishing, 2018; иллюстрировано Карлом Тейтом) о поисках инопланетной жизни. Подпишитесь на него в Твиттере @michaeldwall (откроется в новой вкладке) . Следите за нами в Твиттере @Spacedotcom (открывается в новой вкладке) или в Facebook (открывается в новой вкладке) .

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

Майкл Уолл — старший космический писатель Space.com (открывается в новой вкладке) , присоединился к команде в 2010 году. В основном он освещает экзопланеты, космические полеты и военный космос, но, как известно, увлекается космическим искусством. Его книга о поисках инопланетной жизни «Out There» была опубликована 13 ноября 2018 года. Прежде чем стать научным писателем, Майкл работал герпетологом и биологом дикой природы. У него есть докторская степень. по эволюционной биологии Сиднейского университета, Австралия, степень бакалавра Аризонского университета и диплом о высшем образовании в области научного письма Калифорнийского университета в Санта-Круз.