Мусор в космосе: На орбите Земли летает более семи тысяч тонн космического мусора |

Содержание

Космический мусор: большие проблемы от маленьких обломков

12 июля 2021, 14:10

Мнение

8 июля 2021 года неустановленный объект, фрагмент космического мусора, сблизился с Международной космической станцией. Специалисты служб контроля России и США внимательно следили за его движением и просчитывали возможности столкновения с МКС. В итоге объект прошел на расстоянии в несколько километров, коррекции курса земного аппарата не потребовалось. Но почему так много внимания уделяется какому-то куску металла или пластика, несравнимому по размерам со станцией? Насколько серьезна проблема космического мусора и что с ней делать?

На огромных скоростях

Главная проблема столкновений в космическом пространстве в том, что они проходят на огромных скоростях. Например, сама МКС движется по орбите со скоростью 7,7 км/с, поэтому даже столкновение с очень маленькими фрагментами космического мусора (которые также имеют огромные скорости) может привести к серьезным последствиям.

Я вас вижу

Для Международной космической станции ответ прост и понятен — нужно постараться избегать таких столкновений. Именно для этого в мире работает несколько систем контроля за космическим мусором, таких как российская Автоматизированная система предупреждения об опасных ситуациях в околоземном космическом пространстве (АСПОС ОКП) или американская Сеть космического наблюдения Соединенных Штатов (United States Space Surveillance Network).

Для работы эти системы используют так называемые телескопы траекторных измерений (ТТИ), которые при помощи лазерных дальномеров ищут и отслеживают орбиту объектов космического мусора вокруг Земли. Все обнаруженные частицы вносятся в специальные общемировые каталоги слежения. Таких списков в настоящее время действует более десятка. В некоторые заносятся все обнаруженные куски космического мусора, а в другие только потенциально опасные, чтобы исключить вероятность столкновения с космическими аппаратами.

Так, российская система способна обнаружить на орбитах разной высоты объекты величиной всего в несколько сантиметров. Размер же наблюдаемых объектов для специальных телескопов указывается через «звездную величину» (безразмерная числовая характеристика яркости объекта, которая характеризует поток энергии от рассматриваемого светила на единицу площади).

Мусорная проблема

Увы, но количество мусора на орбите Земли постоянно растет, и при этом запускается все больше космических аппаратов, соответственно, только наблюдений уже недостаточно. За последние годы участились случаи, когда Международной космической станции приходится корректировать свою орбиту, чтобы избежать столкновения. И как говорят специалисты, эта проблема будет увеличиваться год от года. С одной стороны, космос очень велик, с другой — человечество использует ограниченное число орбит. Наиболее популярные (например, геостационарная) уже достаточно сильно загружены, и для запуска каждого нового космического аппарата приходится «искать» свободное место.

Похожая ситуация наблюдается и на низкой околоземной орбите, где летает огромное количество работающих и вышедших из строя космических аппаратов, ступеней от ракет, разгонных блоков. Всего же в настоящее время на орбите нашей планеты находится около 150 млн частиц менее миллиметра, порядка 750 тыс. объектов размером от одного до десяти сантиметров и приблизительно 18 тыс. фрагментов величиной от десяти сантиметров и более.

Что же можно сделать с таким количеством космического мусора? Пока четкого ответа у ученых нет. Все космические державы следят за этим вопросом, прорабатывают пути его решения, но дальше проектов и разговоров дело не идет. Так, на Международной конференции по исследованию космоса сразу несколько секций было посвящено теме космического мусора.

Топливо из космического мусора / Хабр

В научно-фантастическом триллере «Гравитация» (2013) американский астронавт оказывается в открытом космосе после разрушения корабля из-за того, что Россия взрывает ракетой спутник-шпион и создает быстро расширяющееся облако космического мусора. Иронично, но недавно этот сценарий повторился в реальности, когда Россия сбила старый советский спутник, в рамках испытаний противоспутниковой ракеты. Вероятность того, что обломки космического мусора могут пробить скафандр во время выхода в открытый космос, составляет обычно 1 к 2700, но российские испытания увеличили этот риск на 7 %.

Космический мусор представляет опасность для активных спутников и космических кораблей. Предположительно, земная орбита станет непроходимой, когда риск столкновения будет слишком высоким. Сегодня, когда большая часть космического мусора каталогизирована, пока что особой проблемы с этим нет. Всеми мировыми космическими державами космическое пространство сканируется на наличие мусора, которого на низких орбитах много: неработающие спутники, разгонные блоки и обломки аппаратов. Быстро решить проблему космического мусора очень трудно из-за финансовых и политических проблем. Старые спутники, которые отслужили своё, должны либо введены в атмосферу Земли для утилизации на «кладбище космических кораблей» в Тихом океане, либо выведены на «орбиту захоронения», если аппарат находится далеко от Земли.

Учёные задались вопросом: а почему бы не разработать космический аппарат, который будет утилизировать космический мусор непосредственно в космосе? И прототип такого аппарата существует. Идея создания аппарата для утилизации космического мусора основана на переработке космического мусора в топливо.

Не мусорить не получится

Космический мусор – это неработающие искусственные объекты на околоземной орбите, которые больше не выполняют полезной функции. К ним относятся нефункциональные космические аппараты и ступени ракет-носителей, а также их обломки, пятна краски, затвердевшие жидкости, выброшенные с космического корабля, и несгоревшие частицы из твердотопливных ракетных двигателей. НАСА заявила о 20 000 искусственных объектах на орбите над Землей, включая 2218 действующих спутников. По состоянию на январь 2019 года на орбите находилось 128 000 000 обломков размером менее 1 см, около 900 000 обломков размером 1–10 см и около 34 000 обломков размером более 10 см. К искусственному мусору следует добавить и метеороиды, находящиеся на околоземной орбите, которые могут группироваться с искусственным мусором и повышать риск столкновения. Это представляет опасность для космических кораблей: даже мельчайшие объекты вызывают повреждение, особенно у солнечных панелей, оптике телескопов и звездных трекеров, которые не могут быть легко защищены баллистическим щитом.

С годами земная орбита становится всё более и более замусоренной. По данным Европейского космического агентства (ЕКА), человечество запустило 12 170 спутников с начала космической эры в 1957 году, и 7630 из них остаются на орбите сегодня, но только около 4700 всё ещё работают. Это означает, что почти 3000 нефункциональных космических кораблей пролетают вокруг Земли с огромной скоростью вместе с другими большими и опасными обломками. Например, орбитальная скорость на высоте 400 километров (высота, на которой работает МКС), составляет 27 500 км/ч. На таких скоростях даже крошечные осколки обломков могут нанести серьёзный ущерб космическому кораблю. По оценкам ЕКА, на околоземной орбите находится не менее 36 500 обломков размером более 10 сантиметров в ширину, 1 миллион объектов от от 1 до 10 см в поперечнике и более 300 миллионов объектов размером от 1 мм до 1 см.

«Каскадный эффект» (синдром Кесслера), который в долгосрочной перспективе может возникнуть от столкновения объектов и частиц космического мусора, можно считать, что уже даёт о себе знать, хотя до катаклизма масштабов «Гравитации» ещё далеко. Свидетельством тому, может быть столкновение двух спутников между собой. Самый известный подобный инцидент произошёл в феврале 2009 года, когда неработающий российский спутник «Космос-2251» врезался в корабль оперативной связи «Иридиум-33», образовав свыше 2000 обломков.

При существующих условиях засорения низких околоземных орбит, когда меры по уменьшению техногенного засорения космоса остаются лишь теоретическими, каскадный эффект может привести к катастрофическому росту количества космического мусора на низкой орбите, и как следствие, к практической невозможности дальнейшего освоения космоса.

Генеральная уборка

По мере того как проблема обостряется, организации по всему миру пытаются найти решения — от магнитов до «космических когтей» и гарпунов. Противодействовать космическому мусору можно по-разному: дробление крупного космического мусора, увод мусора с орбиты или увод космического аппарата с орбиты мусора, сбивание мусора лазером или его переработка в топливо. Невозможно использовать только один способ противодействия для всех типов мусора. Например, мелкий космический мусор невозможно ловить сетью, а крупный бесполезно останавливать газом.

В основном выделяют два направления по борьбе с космическим мусором:

дробление космического мусора непосредственно на орбите;

торможение и увод крупного космического мусора с низких орбит для последующего сгорания в атмосфере или увод космического мусора с геостационарной орбиты на орбиту захоронения.

Принцип работы сборщика мусора

Причем оба способа имеют недостатки, связанные с образованием обломков более мелкой фракции, падением на Землю несгоревших обломков и засорением более высоких орбит.

Самый простой способ очистить космическое пространство — приостановить космическую деятельность на десятилетие, пока гравитация Земли сделает своё дело, но тогда человечество остановится в развитии. Если ничего не делать, то при существующих темпах роста космической деятельности, вскоре мы попросту не сможем запускать космические аппараты из-за мусора на орбите и также остановимся в развитии.

Американская компания Cislunar Industries разрабатывает космический «литейный завод» для плавления обломков в однородные металлические стержни. И двигательная установка от Neumann Space может использовать эти металлические стержни в качестве топлива — их система ионизирует металл, который затем создает тягу для перемещения по орбите. Это всё равно что сделать заправочную станцию в космосе. СКМ перерабатывает мусор в топливо, которое позволяет космическому аппарату постепенно подниматься на более высокие орбиты, вплоть до орбиты захоронения (свыше 40 тыс. км), очищая космическое пространство.

В большинстве космических двигательных установок в качестве топлива используется газ. Даже в жидком виде топливо занимает много места и мало подходит для космических путешествий. А если возникнет проблема, как это случилось с миссией корабля «Челленджер», результаты могут быть катастрофическими. Лучше если двигательная установка будет работать на твердом топливе, которое намного безопаснее взрывоопасной жидкости или газа.

Ионный двигатель

Neumann Space сообщает о разработке ионного двигателя малой тяги, который использует электричество мощными импульсами, подобными дуговой сварке. Ионные двигатели — это двигатели космических кораблей, работающие на электричестве. Прототипы существуют с 50-х годов, а некоторые даже были испытаны в космосе. Устройство Ноймана немного отличается от более ранних прототипов, но имеет аналогичные компоненты. Когда система срабатывает, между анодом и катодом возникает электрическая искра.

Электричество подается на металлы, такие как титан или магний, или на любой твердый проводящий топливный стержень, для производства плазмы и выжигания заряженного газа через заднюю часть двигателя, создавая тягу.

Упрощенная схема двигателя Ноймана

Сам Падди Нойман

Автор проекта, доктор Падди Нойман будучи студентом участвовал в проекте по диагностике плазмы, который, заключался в том, чтобы диагностировать, насколько она горячая, насколько она плотная, с какой скоростью она движется, и т.п. Анализируя свои результаты, он смог определить среднюю эффективную скорость плазмы, которая составила 23 км/с. Он, что из этого можно сделать ракету.

Одна из метрик эффективности, о которой инженеры любят говорить в этой сфере, называется удельным импульсом. Удельный импульс — это, по сути, количество толчка, которое можно получить от заданного веса топлива. Таким образом, более высокий удельный импульс означает, что топливо используется более эффективно. Это всего лишь один элемент, который следует учитывать при разработке космического двигателя. Кроме того, поскольку вывести что-либо на орбиту очень дорого, иметь топливо, которое позволяет сделать это с меньшей массой или объёмом, очень удобно. Удельный импульс измеряется в секундах. Когда доктор Нойман начал испытания своего двигателя, существующие ионные двигатели выдавали 3500 секунд удельного импульса. Экспериментальная система НАСА HiPEP может работать чуть лучше, 10 000 секунд. После испытания нескольких различных видов топлива доктор Нойман опубликовал свои результаты: магний в качестве топлива имел удельный импульс в 11 000 секунд. Итак, в три раза лучше, чем то, что используется сегодня.

Хотя двигатель Ноймана не сможет конкурировать с двигателями внутреннего сгорания на химическом топливе, чтобы вывести корабль в космос, его можно установить на меньших кораблях или спутниках, чтобы удерживать их на орбите. Луна и Солнце всегда будут немного тянуть спутники за собой, поэтому понадобится небольшой двигатель, чтобы держать их на правильной орбите.

В прошлом году Neumann Space получила 2 миллиона долларов в виде начального финансирования из государственных грантов. Там говорят, что планируют в ближайшее время испытать двигатель Ноймана в космосе.

Сейчас в околоземном космическом пространстве возникает своеобразная экосистема. В этой экосистеме, как и в любой другой, есть «существа», которые «живут», «питаются», выполняют свои функции и, «умирая», дают пищу другим существам. А существами, которые «питаются падалью», могут и должны стать сборщики космического мусора в самом широком понимании этого слова.

Космический мусор: проблемы и возможные решения

Космический мусор – это любой механизм или мусор, оставленный людьми в космосе. Например, спутники, которые вышли из строя и были брошены, слои краски, отлупившиеся от ракеты, даже предметы, потерянные астронавтами в открытом космосе.

По данным статистики, количество космического мусора в 2021 году приблизилось к 30 тысячам единиц. Так, почти половина всего космического мусора, а именно 14 403 единицы – это зафиксированные части космического мусора, оставленного во Вселенной Россией. На втором месте находятся США – на орбите Земли сейчас дрейфует 8 734 единицы космического мусора. Третье место принадлежит Китаю – 4 688 частей. На Францию и Индию приходится по 994 и 517 частей соответственно.

Между пятью этими странами есть негласная договоренность – снижать захламленность космоса. Но главная проблема, что на сегодняшний день не существует никаких межгосударственных договоренностей на этот счет. Каждая страна пытается ограничить распространение космического мусора во Вселенной, например, выводить из космоса отработанные космические аппараты не позже, чем через 12 лет. Это частично решит проблему в будущем, но остается вопрос: что делать со старыми станциями, которые уже находятся в космосе.

Такой мусор летает во Вселенной со скоростью в 10 раз превышающей скорость пули. А сталкиваясь между собой эти объекты могут образовывать тысячи новых, более мелких, частиц мусора.

Кстати, самым старым космическим мусором во Вселенной считается американский спутник «Авангард-1» (Vanguard-1). Он был запущен в космос в 1958 году, а уже в 1964 году прекратил связь с Землей. Однако, по оценкам специалистов НАСА, спутник может быть вполне в рабочем состоянии и наматывать круги вокруг Земли еще как минимум 240 лет. А самым большим космическим мусором до 2001 года считалась российская станция «Мир», который запустили в 1987 году.

Захламление околоземного пространства может привести к «эффекту Кесслера» – ситуации, при которой осуществление космических полетов станет невозможным. Вращаясь на огромной скорости даже капли краски при попадании могут повредить скафандр, что и говорить об опасности столкновения станций и спутников. Космические аварии могут спровоцировать цепную реакцию – каскадный эффект столкновений частиц между собой, и в результате все пространство над Землей будет перекрыто тонким слоем мусора. Кроме того, такие обломки уже мешают работе земной телескопов.

Космический мусор в виде обломков уже выпадает и на землю. Под угрозой населенные пункты, промышленные объекты, транспортные коммуникации и так далее. Так, например, ядра комет состоят из космического мусора, камней, пыли, грязи и льда, рассказал эксперт. Они рассыпаются до мельчайших частиц и растягиваются вдоль орбиты кометы на высоте примерно 70 км.

Генеральная уборка для Вселенной

Над тем, как очистить Вселенную, сегодня думают ученые разных стран. Самый надежный способ сохранить космос – это меньше сорить. Значительную часть мусора составляют последние ступени ракетоносителя. Сейчас разрабатывается программа, согласно которой такие ступени ракетоносителей должны в обязательном порядке возвращаться на землю, и не оставаться в космосе.

В данное время разработаны и готовы к реализации следующие проекты по генеральной уборке космоса:

1. «Сачок» для ловли космического мусора. Устройство способно улавливать космический мусор и осуществлять его буксировку на орбиту захоронения. Изобретение предназначено для очистки околоземного космического пространства от относительно крупного по размеру мусора, такого, как прекратившие активное существование космические аппараты, разгонные блоки, последние ступени ракет.

2. Также, в качестве варианта очистки Вселенной от космического мусора, предлагается использовать активный спутник, который будет хватать посторонние объекты «гарпуном» или «сетью», разматывать трос и буксировать мусор в плотные слои земной атмосферы для уничтожения.

Однако, у обоих проектов один недостатков, они рассчитаны на крупный космический мусор, и никак не решают проблемы мелких частиц, которых в космосе большинство. В данное время эксперты отслеживают движение обломков больше 10 сантиметров, именно против них и направлены большинство из разрабатываемых в последнее время проектов, но есть много фрагментов космического мусора размером с пулю, и они, возможно, еще более опасны.

В настоящее время японские ученые заняты разработкой космического спутника, который сможет при помощи лазера уничтожать дрейфующие на околоземной орбите мелкие обломки от ступеней ракет и другой мусор. Запустить его предполагается уже через два года.

В числе других проектов – разработки сингапурских ученых, которые планируют запускать спутники, которые будут собирать космический мусор на орбите Земли благодаря специальной «липучке». На поверхности спутника разместят листы, покрытые клеем, которые будут цеплять мусор размером более 10 сантиметров.

Главная проблема космического мусора, что утилизировать спутник или станцию дороже, чем их запустить. И все эти идеи: сетки, гарпуны, липучки – выглядят сомнительными по двум причинам. Во-первых, их реализация требует огромных средств. Во-вторых, они трудно выполнимы технически.

Вторая жизнь космического мусора

Ученые думают не только над проблемой сбора космического мусора, но и его утилизацией. Так, планируется собирать космический мусор и превращать его в новые космические станции. Производить такие работы специалисты хотят прямо на орбите.

В ближайшее время первый робот-строитель может полететь в космос, во время полета он будет практиковаться в сверлении металла, аналогично тому, из которого производят топливные баки ракет.

Если программа будет успешной, космический мусор из большой проблемы может превратиться в золотую жилу. Это может быть одним из крупнейших рынков будущего, а космос, наконец-то, может очиститься от мусора.

Сможет ли первый в мире космический тральщик оставить вмятину на орбитальном мусоре? | Наука

ELSA-d — это демонстрационное устройство, призванное показать, что удаление космического мусора возможно.
Астромасштаб

Десятилетия освоения космоса оставили вокруг Земли пелену космического мусора. Это гораздо больше, чем просто мелкие неудобства: функциональные спутники, космические шаттлы, которые доставляют астронавтов туда и обратно, и Международная космическая станция (МКС) — всем приходится уворачиваться и петлять среди обломков. Ранее в этом году в 58-футовом рукаве МКС была обнаружена зияющая дыра, предположительно образовавшаяся из-за слишком маленького объекта, чтобы его можно было отследить. Инцидент произошел всего через восемь месяцев после того, как МКС обошла другой, более крупный обломок. Поле обломков Земли в настоящее время включает 27 000 занесенных в каталог объектов — от кусочков краски до отработавших ступеней ракеты — и все они угрожают нанести ущерб инвестициям в космос, которые стоят миллионы долларов.

«Вероятно, это одна из самых важных экологических проблем нашего времени», — говорит Хью Льюис, инженер-астронавтик из Саутгемптонского университета в Соединенном Королевстве. Как и изменение климата, он говорит, что проблема космического мусора возникает из-за того, что люди загрязняют и злоупотребляют общим ресурсом, в данном случае космической средой. «Это технологическая проблема, которую мы создали… руководствуясь нашим собственным выбором».

Чтобы решить эту проблему, Astroscale Inc., частная компания со штаб-квартирой в Японии, разработала несколько коммерческих космических кораблей, предназначенных для расчистки космического пространства. Компания собирается поставить первый в мире мусоровоз для удаления неработающих спутников в 2024 году, и сегодня объявила, что ее прототип завершил свою первую демонстрацию в космосе. Хотя эксперты говорят, что одного активного устройства для удаления мусора недостаточно для решения проблемы, это важный шаг к защите ценного оборудования в космосе, включая спутники, которые помогают во всем, от прогнозов погоды до GPS-навигации.

«Эти службы находятся под угрозой, — говорит Льюис. «Эта угроза — уничтожение спутников или нарушение работы служб, потому что нам приходится маневрировать спутниками, чтобы избежать космического мусора».

Усилия Astroscale — один из первых крошечных шагов к очистке от мусора. Его флагманская миссия — ELSA, сокращенно от «услуги по окончании срока службы от Astroscale». ELSA перетащит спутники, которые больше не работают, вниз с больших высот в естественный мусоросжигатель планеты: богатую кислородом атмосферу на более низких околоземных орбитах. И очиститель, и спутник сгорят здесь до того, как упадут на поверхность Земли. В марте этого года компания Astroscale запустила свой прототип ELSA-d (d означает «демонстрация»), чтобы протестировать свою технологию бесконтактного захвата. Он содержит два спутника: преследователь и цель, которая будет представлять собой обломки. Каждый спутник оснащен магнитной стыковочной пластиной, чтобы преследователь мог зафиксироваться на своей цели.

Художественная иллюстрация космического мусора человечества, окружающего Землю

MIT под CC BY-NC-ND 3.0

Сегодня пара спутников успешно провела первую из четырех демонстраций «поймай-отпусти» для удаления мусора. В этом первом испытании преследователь проверил свою систему магнитного захвата, отделившись от цели, а затем поймав ее с близкого расстояния. Все это время наземный центр управления перекалибровал датчики ELSA-d и проверял его рабочие процедуры. В ближайшие месяцы ELSA-d столкнется с задачами все более сложной сложности: от преследователя, ловящего улетающую добычу, до преследования свободно кувыркающейся цели и отрыва ее от траектории полета. Четвертое и последнее испытание ELSA-d будет представлять собой миссию с полным спектром услуг, в которой преследователь осматривает цель с близкого расстояния и позволяет своим операторам-людям принять однозначное решение об очистке. В огненном финале и цель, и ловец отправятся на более низкую околоземную орбиту, чтобы сгореть в атмосфере.

«Как только эти технологии будут продемонстрированы, и мировое сообщество увидит, что [ELSA] — действительно большой шаг к активному удалению мусора и услугам по окончании срока службы, они воспримут это как большую реальность», — говорит Майк. Линдси, главный технический директор Astroscale. «Надеюсь, они включат эту возможность в свои собственные планы» по мере подготовки спутников следующего поколения, добавляет он.

Как и любая другая миссия, проект Astroscale сопряжен с потенциальным риском провала, но «при прочих равных условиях у меня нет оснований полагать, что их демонстрация не увенчается успехом», — говорит Мориба Джа, астродинамик и космический эколог из Техасский университет в Остине, не участвовавший в проекте ELSA. Хотя одно транспортное средство не может решить проблему, длящуюся десятилетиями, он полагает, что ELSA-d — это небольшой, но важный первый шаг. «Нам нужно начать что-то делать», — говорит он. «Потребуется много полезных вещей, чтобы действительно начать что-то менять».

Хотя компания Astroscale надеется, что серия успешных демонстраций привлечет новых клиентов, ее программа очистки по-прежнему зависит от того, будут ли космические объекты платить за ее услуги. Никакая международная организация или закон не обязывает пользователей космоса убирать за собой, когда их спутники замусорены, поэтому космос превратился в свалку неудачных экспериментов. Чернильный задний двор Земли — классический пример трагедии общего достояния, когда совместное владение благом между несколькими странами побуждает всех эксплуатировать его, и никто не заботится о нем. Хотя Межагентский координационный комитет по космическому мусору подготовил набор международных руководящих принципов по обращению с космическим мусором и минимизации загрязнения в будущих миссиях, не существует механизма обеспечения соблюдения его членами.

Более того, ELSA предназначен только для очистки объектов весом менее одной метрической тонны или примерно 2200 фунтов, на которые установлены магниты. Но самые разрушительные объекты в космосе — это большие ракетные ускорители, сброшенные в конце 1900-х — начале 2000-х годов. Эти объекты являются подстановочными знаками; их скорости, траектории и позиции сложно разобрать, что усложняет любой практический план их утилизации. Они также очень большие, весят почти десять метрических тонн каждый. Мало того, что они слишком велики, чтобы их можно было собрать в настоящее время, они также могут не полностью сгореть в атмосфере, если их швырнет к Земле.

Тем не менее, службы космической уборки Astroscale имеют решающее значение для решения гигантской проблемы, поскольку они сосредоточены на более мелких и новых спутниках, которые будут запущены как мегасозвездия. Такие компании, как SpaceX и Amazon, планируют развернуть тысячи спутников в течение следующих нескольких лет, и ELSA может собирать эти спутники, когда они неизбежно выходят из строя. Если демонстрации ELSA пройдут успешно, Astroscale надеется, что частные компании возьмут на себя инициативу по установке магнитных пластин на свои спутники и заключат контракт с ними на услуги по утилизации своих заброшенных спутников. Одна компания уже находится на борту: британская компания OneWeb. Организация оснастила свои последние спутники стыковочными пластинами, совместимыми с ELSA. Кроме того, в начале этого года OneWeb выделила Astroscale 3,3 миллиона долларов на подготовку технологии удаления мусора к реальной сделке: ELSA-m. Коммерческая версия сборщика космического мусора ELSA-m будет извлекать несколько списанных спутников за одну миссию, что значительно сократит затраты.

Линдсей предсказывает, что рынок активного удаления космического мусора будет сильным. «Люди будут гораздо более готовы платить за эту услугу и удалять объекты, которые они считают угрозой… потому что им нужно защитить свои инвестиции, свои активы в космосе».

«Разработка технологии имеет решающее значение», — говорит Джа, но он также настроен скептически, потому что мировому сообществу еще предстоит оценить ценность удаления любого объекта в космосе. Таким образом, Astroscale не может афишировать, сколько именно клиенты получают от своих услуг по окончании срока службы, и у клиентов нет оснований оценивать, сколько для них стоят эти услуги. Хотя это похвально с моральной точки зрения, «уборка мусора ради его очистки, в этом нет серьезного экономического обоснования», — говорит Джа. Технологическая разработка для активного удаления мусора требует времени, как и усилия, направленные на то, чтобы убедить регулирующие органы стандартизировать определения опасности каждого объекта мусора — число, которое Джа называет «следом космического движения». Он добавляет, что «этими вещами нужно заниматься параллельно».

Самое дешевое и простое решение дилеммы мусора — это вообще не создавать мусор, говорит Марлон Зорге, главный инженер и специалист по аэродинамике Aerospace Corporation в Эль-Сегундо, Калифорния, который не участвовал в проектах Astroscale. Организации, запускающие космические корабли, должны снизить вероятность провала своих миссий, потому что эти мертвые объекты в конечном итоге превращаются в мусор и усугубляют растущую проблему мусора. Активное удаление мусора, такое как предложения Astroscale, должно быть резервной копией планов по смягчению последствий, которым все космические фирмы должны уделять приоритетное внимание.

«Если вы не предпримете меры по смягчению последствий, остальное ничего не изменит, — говорит Зорге.

Нормальная частота отказов спутников может достигать 40 процентов, в зависимости от типа. Даже частота отказов всего 2,5 процента, как может похвастаться спутниковая группировка SpaceX Starlink, все равно приведет к тому, что тысячи мертвых объектов будут кружить по небу в ближайшие годы. Таким образом, этот уровень соответствия все еще нуждается в улучшении, говорит Зорге. «Но сделать ваши спутники настолько надежными, чтобы у вас никогда не было мертвых спутников, также нереально, — добавляет он, — и здесь вступает в действие активное удаление мусора».

Пока компании придумывают решения, общественность все еще может помочь. Зорге говорит, что сейчас люди с большей готовностью осознают серьезность космического мусора, чем три десятилетия назад, когда он только начинал работать в этой области. Льюис, Джа и Зорге согласны с тем, что общественная поддержка может подтолкнуть направление государственной политики. Более привередливая общественность может обратиться к правительству с просьбой обеспечить хорошее поведение среди пользователей космоса, обязав все космические объекты убирать за собой после каждой миссии. Эксперты говорят, что потребители должны учитывать устойчивость космоса при принятии повседневных решений о покупке, задаваясь вопросом, предпринимают ли поставщики услуг, имеющие отношения к космосу, конкретные действия по предотвращению и удалению мусора. Эти крошечные шаги могут косвенно повлиять на лидеров космической отрасли, чтобы уменьшить загрязнение космоса.

Рекомендуемые видео

Космический Мусор — Объединенная Церковь Христа

Когда я смотрю на ваши небеса, на работу ваших пальцев,
на луну и звезды, которые вы установили;
что такое люди, что вы о них помните,
смертные, что вы заботитесь о них?
—Псалом 8

Мы находимся в процессе разрушения пространства, и большинство людей не осознают этого, потому что мы не можем видеть это так, как мы можем видеть гибель рыб, цветение водорослей или кислотные дожди. Чтобы избежать загромождения околоземной орбиты, нам нужно чувство безотлагательности, которого в настоящее время нет ни у кого. Может быть, мы получим это, когда не сможем получить наше спутниковое телевидение и наши телекоммуникации, наши глобальные прогнозы погоды и прогнозы ураганов. Может быть, когда мы вернемся к 1950, мы получим это. Но к тому времени будет слишком поздно.

—Майкл Крепон, Центр Стимсона

Что вам нужно знать

Орбитальное пространство является ценным природным ресурсом, на котором расположены Международная космическая станция, космический телескоп Ферми и почти 1400 правительственных и коммерческих спутников, которые необходимы для связи и навигации, прогнозирования погоды, борьбы со стихийными бедствиями и проблемами общественного здравоохранения, мониторинга изменения климата и нарушений прав человека, содействия устойчивому развитию и поддержания национальной безопасности.

Однако под управлением человека космос не лучше, чем океаны или атмосфера. Ключевые орбиты забиты антропогенным мусором или космическим мусором. Среди объектов есть вышедшие из строя спутники и корпуса ракет, разряженные батареи, отходы твердотопливных ракетных двигателей, выброшенные крышки объективов камер, заблудшие гайки и болты и пятна краски. Учитывая скорость орбитальных объектов, кусок металлического мусора размером с шарик может вывести из строя космический корабль.

Сеть космического наблюдения США отслеживает более 23 000 обломков размером с мягкий мяч или больше. На графике НАСА на этой странице точки обозначают местоположение объектов, отслеживаемых на низкой околоземной орбите (НОО) — области космоса в пределах 2000 километров от поверхности Земли. Точки масштабируются по изображению. Еще 500 000 объектов размером более сантиметра также вращаются вокруг Земли, и есть миллионы еще более мелких фрагментов.

Девять спутников уничтожены или выведены из строя обломками. Экипажи Международной космической станции несколько раз прыгали в спасательные капсулы, когда обломки летели слишком близко. Космический телескоп НАСА «Ферми» стоимостью 690 миллионов долларов чуть не столкнулся с мертвым российским спутником-шпионом.

В отчете Национального исследовательского совета (NRC) говорится, что проблема мусора достигла критической точки в наиболее часто используемых частях низкой околоземной орбиты (НОО). Плотность обломков настолько велика, что столкновения генерируют дополнительные обломки быстрее, чем атмосферное сопротивление удаляет их с орбиты. Новый мусор еще больше увеличивает частоту столкновений и риск отказа космического корабля. Дональд Кесслер, руководивший исследованием NRC, говорит, что мы потеряли контроль над космической средой. Поскольку количество мусора растет экспоненциально, части НОО могут стать непригодными для использования в течение следующих десяти-двадцати лет. Это не так много времени для решения проблемы, потому что ответы будут непростыми.

Ближайшая задача — стабилизировать среду НОО. NRC призывает к исследованию новых технологий для удаления мертвых спутников и корпусов ракет с орбит, где столкновения наиболее вероятны, процесс, называемый активным удалением мусора (ADR). Это уменьшит объем мусора, из которого может быть создан новый мусор. Удаление 500 наиболее опасных объектов, пусть даже медленными темпами от пяти до десяти в год в течение следующих ста лет, решит большую часть проблемы.

НАСА и другие космические агентства изучают различные концепции ADR. Возможности включают лазеры для замедления объектов, чтобы они быстрее падали в атмосферу и сгорали; «космические буксиры» с роботизированными руками для встречи и борьбы с неактивными спутниками; электродинамические тросы для создания сопротивления и опускания мертвого космического корабля в атмосферу; космические сети для захвата мусора; и солнечные паруса для ускорения схода спутников с орбиты после завершения ими своей миссии.

Однако, по словам ученого НАСА Джер-Чи Лиу, есть причины сомневаться в технологической осуществимости и экономической жизнеспособности каждой из этих концепций. Кесслер, который раньше возглавлял Управление НАСА по орбитальному мусору, обескуражен тем фактом, что за исследованиями и разработками ADR не стоит никакой реальной институциональной движущей силы или финансирования.

В дополнение к наращиванию усилий по исследованиям в области ADR нам необходимо свести к минимуму образование нового мусора с помощью международной дипломатии, которая способствует повсеместному внедрению методов смягчения последствий, улучшению управления трафиком и запрету на испытания и использование противоспутникового оружия (ASAT). . Прогресс остается призрачным в каждой из этих областей.

Руководство по смягчению последствий для обычных космических операций было принято США и некоторыми другими странами на добровольной основе. К ним относятся сброс избыточного ракетного топлива в космос после завершения миссии, чтобы снизить риск взрыва, и вывод с орбиты старых спутников с НОО, чтобы они сгорели в атмосфере. Однако, поскольку руководящие принципы увеличивают стоимость миссий, некоторые страны не желают им следовать.

Нам также нужна лучшая система управления движением в космосе. В 2009, действующий американский спутник связи столкнулся с неактивным российским военным спутником связи, в результате чего образовалось более 2000 кусков металла, фольги и пластика, достаточно больших, чтобы их можно было отследить. Чтобы предотвратить будущие катастрофы, шестидесяти странам и частным организациям, эксплуатирующим спутники, нужна более точная информация об объектах, находящихся поблизости. Наиболее полный набор позиционных и орбитальных данных поддерживается Сетью космического наблюдения США. Задача американских чиновников состоит в том, чтобы найти способ для многих пользователей LEO получить доступ к этой информации, не ставя под угрозу жизненно важные интересы национальной безопасности.

Если не будет устранена угроза преднамеренного уничтожения спутников, усилия по сохранению устойчивой космической среды с помощью программы ADR и улучшенных методов смягчения последствий и управления трафиком могут оказаться тщетными. Неофициальный запрет на испытания оружия в космосе, действовавший с конца холодной войны, был нарушен, когда Китай в 2007 году запустил противоспутниковое оружие (ПсАТ) по старому спутнику на полярной орбите. наиболее интенсивно используемый регион LEO. Противоспутниковые средства есть и у других стран, в том числе у США.

Будучи страной, наиболее зависимой от космических технологий, Соединенные Штаты должны возглавить усилия по заключению поддающегося проверке соглашения, запрещающего испытания и использование противоспутниковых систем разрушительного действия. Администрация Обамы пыталась проконсультироваться с международными союзниками по поводу введения такого моратория в 2014 году. Он был заблокирован оппонентами в Конгрессе, которые хотят, чтобы США продолжали развивать свои возможности ведения космической войны.

Недавняя инициатива Европейского союза по обсуждению Международного кодекса поведения в космической деятельности была поддержана Соединенными Штатами, но не получила поддержки перед лицом оппозиции со стороны Китая и России. Этот документ не имел бы обязательной юридической силы, но способствовал бы сотрудничеству, устанавливая нормы поведения, которые впоследствии можно было бы кодифицировать в официальном договоре. Среди норм был запрет на преднамеренное уничтожение спутников.

Решение экологических проблем в космосе, пишет Джеймс Клэй Мольц из Военно-морской школы последипломного образования, похоже на их решение на Земле. Мы знаем, что международное сотрудничество — единственный способ справиться с общими рисками и в долгосрочной перспективе взаимовыгодно, но такое осознание не делает сотрудничество неизбежным. Растущая фрагментация власти между корыстными странами и группами затрудняет достижение соглашения или принятие мер.

Почему космический мусор является вопросом веры?

В 1959 году профессор Джек Финеган из Тихоокеанской школы религии написал, что запуск первого спутника «Спутник» принес миру не только радость, но и страх. Он заметил, что труднее использовать большие силы во благо, чем высвободить их, и у нас есть долгая история использования важных технологических достижений в разрушительных целях. По этой причине он надеялся, что космическая эра обратит людей к теологии и к Богу, о котором говорит теология.

В первом стихе Книги Бытия утверждается, что Бог сотворил небо и землю, это ключевое теологическое убеждение, которое было подчеркнуто делегатами 30-го Генерального Синода, когда они утвердили резолюцию об ответственном управлении космической средой. Резолюция восхваляет Бога «за величие, тайну и сложность всего творения, от Земли до дальних пределов вселенной». Он также признает «ответственность человека за управление планетой Земля, ее экосистемами и более крупной космологической системой, частью которой он является». Первое заявление по космической среде, которое будет принято религиозным органом, резолюция призывает членов UCC выступать перед Конгрессом за адекватное финансирование исследований по удалению мусора и за поддержку дипломатических усилий по содействию ответственному использованию космоса.

Расширяя наше присутствие в космосе, мы должны нести с собой наши лучшие этические идеи, а не парковать их рядом со стартовой площадкой. Наша цель должна заключаться в создании устойчивой космической среды, которую можно использовать в мирных целях для социального и экономического улучшения всего человечества сейчас и в будущем.

Заключительный стих «Бога, Который распростер усыпанные блестками небеса» в Гимнале Нового века является подходящей молитвой для нашей космической цивилизации:

Пусть каждый далекий горизонт манит нас, пусть он бросает нам новый вызов,
Дети творческой цели, служащие другим, почитающие вас.
Пусть наши мечты обогатятся обещаниями, пусть каждое начинание будет хорошо начато,
Великий Творец, дай нам руководство, пока наши цели не станут едиными.

Что вы можете сделать

Организуйте группу по изучению в своем собрании. Начните с прочтения «Космическая устойчивость: практическое руководство » от Фонда «Безопасный мир».
Если в вашей общине есть целевая группа министерства охраны окружающей среды, предложите ей уделить некоторое внимание вопросам устойчивого развития космоса.
Попросите своего пастора решить проблему космического мусора с кафедры в рамках более широкого церковного служения заботы о творении.
Пригласите аэрокосмических инженеров и космических ученых из вашей общины или из близлежащих школ и университетов, чтобы они предложили образовательную программу для взрослых по этому вопросу.
Если вы учитель естественных наук, познакомьте своих учеников с проблемами окружающей среды в космосе. Нажмите здесь, чтобы просмотреть K-12 Пособие для преподавателя по космическому мусору 3-D , фильм IMAX, с уроками и идеями для проектов.
Напишите своим сенаторам и представителям США. Призвать их поддержать разработку новых технологий по очистке орбитального пространства и предпринять дипломатические усилия, чтобы свести к минимуму образование нового мусора. Последующие телефонные звонки сотрудникам.

Ссылки и ресурсы

Программа НАСА по орбитальному мусору
Программа по мусору Европейского космического агентства
Управление Организации Объединенных Наций по вопросам космического пространства
Фонд «За безопасный мир»
Союз обеспокоенных ученых / Программа глобальной безопасности
Институт Стимсона / Программа космической безопасности
Институт Джорджа К. Маршалла / Программа космической политики
Центр образования и исследований орбитального мусора
Scientific American Interactive: Как космический мусор выходит из-под контроля
Мультфильм «Атлантика»: наши любимые орбиты забиты космическим мусором
BBC News: Проблемы на орбите — растущая проблема космического мусора

Эксперт по космическому мусору предупреждает, что США «прискорбно отстают» в усилиях по очистке орбиты от мусора

Сандра Эрвин — 6 января 2022 г. Концептуальное поле зрения космического радара LeoLabs в Западной Австралии. Предоставлено: LeoLabs

Даррен Макнайт: Проблема не в коммерческих мегасозвездиях, а в неспособности справиться с существующим мусором

ВАШИНГТОН. сказал отраслевой эксперт 6 января.

Даррен Макнайт, старший технический сотрудник LeoLabs и член Комитета по космическому мусору Международной академии астронавтики, сказал, что инициативы Космических сил США по финансированию технологий очистки от мусора похвальны, но их недостаточно для решения проблемы, которая становится серьезной угрозой для человечества. космический бизнес.

LeoLabs — частная компания из Калифорнии, которая использует наземные радары для наблюдения за низкой околоземной орбитой.

«Мне нравится тот факт, что космические силы сказали: «Да, мы беспокоимся о сборе мусора». Но я скажу вам, что США ужасно отстают от остального мира в этой области», — сказал Макнайт в веб-трансляции. организован Центром космической политики и исследований Вашингтонского университета.

В отличие от других стран, Соединенные Штаты рассматривают проблему мусора как долгосрочную проблему, до которой еще несколько десятилетий, сказал он. В действительности риск столкновения спутников с обломками объектов — и столкновений мусора с мусором, которые создают еще больше космического мусора — быстро растет и вскоре может начать влиять на способность отрасли надежно эксплуатировать спутники.

«Мне неловко слышать, как люди говорят о необходимости активного удаления мусора и о необходимости посредничества в отношении мусора, как будто это что-то, что произойдет через десятилетия», — сказал Макнайт. «Европейское космическое агентство и космическое агентство Японии далеко впереди в таких вещах».

Европейское космическое агентство заключило с ClearSpace контракт на сумму 104 миллиона долларов на запуск миссии по удалению обломков с орбиты в 2025 году. Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) выбрало Astroscale для отправки космического корабля на орбиту в 2023 году для осмотра сброшенной верхней части ракеты. этап, шаг, который проложит путь к миссии по удалению мусора. Astroscale также подписала соглашение с Новой Зеландией об изучении передовых концепций удаления орбитального мусора. Кроме того, она выиграла контракт с Космическим агентством Великобритании на исследование удаления двух вышедших из строя спутников с низкой околоземной орбиты к 2025 году.

«Ни одна из этих компаний в США не занимается чем-то прямо сейчас, потому что нам кажется, что об этом можно беспокоиться спустя десятилетия. Нам нужно побеспокоиться об этом сейчас», — сказал Макнайт.

Активные спутники не являются главной проблемой

В Соединенных Штатах в центре внимания управления космическим движением находятся работающие спутники и обеспечение того, чтобы они не сталкивались друг с другом и не попадали под обломки, сказал Макнайт. Но управлению мусором уделяется недостаточно внимания, добавил он.

По словам Макнайта, мертвые полезные грузы, брошенные корпуса ракет или осколки вылетают из-под контроля и могут столкнуться. «Две трети потенциала образования мусора на низкой околоземной орбите связаны не с управлением космическим движением. Это происходит из-за управления космическим мусором, из-за предотвращения столкновения больших мертвых существ с другими большими мертвыми вещами».

Иногда исправление означает не удаление, а просто обеспечение того, чтобы они не конфликтовали, сказал он. Некоторые ракетные тела, вращающиеся вокруг Земли, огромны, их вес составляет около 9,000 кг. «Это большие желтые школьные автобусы без тормозов и без водителя», — сказал Макнайт. «Сейчас нет ни одной компании, которая планирует снести 9000-килограммовый объект». Вариантом в этом случае было бы «подтолкнуть его в сторону».

Одни из самых страшных высот на низкой околоземной орбите — от 750 до 850 километров, где находятся многочисленные российские, китайские и американские мертвые спутники, заброшенные в течение нескольких десятилетий. «Это уникальная ироничная совместная работа трех основных космических держав, направленная на то, чтобы значительно испортить эту высоту», — сказал Макнайт. Все три страны «проделали большую работу, сотрудничая, чтобы испортить очень важную часть низкой околоземной орбиты».

Еще одна проблематичная высота — от 1400 до 1500 километров, где атмосферного сопротивления недостаточно, чтобы сбить обломки. На высоте от 500 до 600 километров атмосферное сопротивление смоет мусор, даже если на это уйдет от 10 до 20 лет. «На расстоянии 1400 километров он там на века».

Когда люди говорят о потенциально катастрофических последствиях обломков, они думают о синдроме Кесслера или каскаде столкновений на НОО, вызванных плотностью обломков. Это может быть далеко в будущем, сказал Макнайт. «Когда я думаю о катастрофе, это когда она начинает влиять на прибыль отрасли, и людям приходится менять места, где они размещают спутники. И мы недалеко от этого».

Макнайт сказал, что коммерческие мегасозвездия, такие как Starlink или OneWeb компании SpaceX, подвергаются критике за усугубление перегруженности НОО, но эти компании следует рассматривать как жертв, подвергающихся все большему риску.