Содержание
Вокруг Земли уже очень много космического мусора — скоро на орбите не останется места! Российский стартап предлагает решить проблему с помощью спутника-липучки, выпускающего пену
StarRocket
26 июня на неопределенное время был перенесен старт ракеты Falcon 9 со спутниками Starlink. Только в июне 2020-го на орбиту отправились уже 118 аппаратов этой группировки, в результате чего ее текущий размер достиг 538 штук. Всего же на первом этапе планируется запустить 12 тысяч спутников, затем к ним присоединятся еще 30 тысяч. Это почти вдвое больше, чем число всех искусственных спутников, которые находятся на орбите сегодня, включая фрагменты разрушенных аппаратов. При таком масштабе предстоящих запусков отдельные задержки уже не имеют значения, они только подчеркивают главную проблему: космический мусор и слежение за тысячами объектов на орбите становятся важнейшей задачей при дальнейшем освоении космоса. До сих пор с ней удавалось справляться с помощью регулирования орбит объектов и наблюдения за ними, но с каждым годом становится яснее, что рано или поздно орбиту придется чистить «вручную» — запуская специальные спутники-мусорщики.
В России уже есть инженеры, которые готовы этим заняться — рассказываем об их проекте.
Сколько мусора сейчас на орбите и кто за ним следит
С начала освоения человеком космического пространства там накопилось более семи с половиной тысяч тонн мусора: из примерно 20 тысяч искусственных объектов, находящихся сейчас на орбите Земли, только около 2,7 тысяч — это действующие спутники. Остальные — или отработавшие свой срок аппараты или их фрагменты.
Космический мусор — это все неработоспособные объекты, созданные и запущенные человеком в космос, и их фрагменты, появившиеся в результате разрушения. Именно инциденты с взрывами и столкновениями космических аппаратов создают большинство каталогизированных объектов мусора, а также множество совсем небольших осколков, которые даже не попадают в каталоги (величиной менее пяти сантиметров).
Один из самых известных таких инцидентов произошел 10 февраля 2009 года, когда столкнулись американский спутник связи Iridium и неработающий российский военный аппарат «Космос-2251».
Их относительная скорость движения составляла порядка 14-16 км/с. В результате столкновения образовалось большое облако осколков, впоследствии разлетевшихся на огромную площадь.
18 декабря 2019 года российский метеорологический спутник «Метеор-М» № 2-2 столкнулся предположительно с микрометеоритом, что изменило его орбиту и на время лишило ориентации; позже специалисты смогли вернуть его в работоспособное состояние. Впрочем, причиной инцидента мог быть и мелкий неидентифицированный фрагмент космического мусора.
Но в целом сегодня столкновения на орбите происходят не очень часто — прежде всего благодаря работающим системам слежения. В США с задачей мониторинга космического мусора и предотвращения возможных аварий занимается 18-я эскадрилья космического контроля Космических сил. С помощью радиолокационных и оптических средств наблюдения она отслеживает все объекты в космосе, и прогнозирует возможные инциденты. Подразделение работает как с коммерческими спутниковыми операторами, так и с научными миссиями, что позволяет уклонять активные спутники от столкновений с помощью двигателей.
Все данные о космическом мусоре поступают в базу данных Центра объединенных космических операций Стратегического командования Вооруженных сил США, имеющую как открытую, так и закрытую часть (там содержится информация о военных спутниках США).
Открытые всему миру данные публикуются в каталоге космических объектов, который ведет Командование воздушно-космической обороны Северной Америки (NORAD — North American Aerospace Defense Command). Свои средства радиолокационного и оптического наблюдения и службы по расчету вероятности столкновений также есть в Европе, России и Китае.
Откуда столько мусора и насколько серьезна проблема
Однако ситуация с космическим мусором постепенно ухудшается. Основной вклад в это вносят две причины:
- Взрывы баков двигательных установок спутников и разгонных блоков (вторых ступеней ракет).
- Испытания противоспутникового оружия.
Например, в октябре 2012 года на орбите взорвался разгонный блок «Бриз-М», образовав облако из более чем 100 фрагментов, а в 2018 и 2020 годах разрушились разгонные блоки «Фрегат».
В марте и августе 2018 года взорвались американские разгонные блоки «Центавр» ракеты-носителя Atlas V, еще одна аналогичная авария произошла в апреле 2019 года. Во всех этих случаях образовались обломки, которые еще долго будут создавать сложности для операторов спутников.
Испытания противоспутникового оружия могут быть еще одним — едва ли не более важным источником мусора на орбите. Так, в январе 2007 года Китай уничтожил собственный спутник FengYun-1C ракетой средней дальности наземного пуска. Перехват произошел на высоте 862 км на околополярной орбите, в результате чего в каталоге NORAD прибавилось более 3300 отслеживаемых единиц космического мусора, таким образом каталог вырос на четверть всего за один инцидент.
В феврале 2008 года и в марте 2019 года подобные испытания противоспутниковых ракет произвели США и Индия, к счастью, выбрав мишени на более низких орбитах. При этом в командовании Космических сил США отмечают, что Россия тоже занимается созданием противоспутникового оружия, хотя информации о результатах этой работы по понятным причинам мало.
Моделирование, проведенное европейскими специалистами из ESAʼs Space Debris Office, показывает, что обломки, образованные уже состоявшимися взрывами и столкновениями, в течение нескольких десятилетий распределятся на орбитах высотой около 800-400 километров. Это станет серьезной опасностью для работающих там спутников, особенно учитывая планы по развертыванию спутниковых группировок связи Starlink и его аналогов (Telesat, Kuiper, и, возможно, OneWeb).
«Поезд» из спутников Starlink, видимый невооруженным глазом с Земли
Olivier Staiger
Что же делать с космическим мусором
Мусорный кризис на орбите, который мы наблюдаем сегодня — вещь вполне ожидаемая. Еще в 1978 году консультант NASA Дональд Кесслер теоретически описал так называемый «синдром» (получивший впоследствии его имя), который подобен эффекту домино на орбите: в случае превышения некоторого критического количества космического мусора вероятность столкновений может начать неконтролируемо расти.
В результате столкновений будет появляться новый мусор, что в конце концов сделает низкие орбиты непригодными для использования. Так что космические инженеры уже давно задумываются, как именно можно начать бороться с мусором, когда необходимость в этом станет по-настоящему неотложной.
Профилактика
Сегодня не существует реальной возможности для массового активного удаления космического мусора с орбиты. Космические агентства основное внимание уделяют прежде всего профилактике: к новым спутникам предъявляются требования, заложенные в международные соглашения и в национальные законы о космической деятельности, например, в стандарты ISO. Там прописано, что любой аппарат после завершения своей работы должен быть тем или иным способом утилизирован. Например, сведен с орбиты или отправлен на орбиту захоронения.
Для небольших аппаратов стараются предусмотреть пассивные средства торможения в верхних слоях атмосферы. Для сведения с орбиты крупных спутников и грузовых кораблей снабжения МКС используют торможение собственными двигателями — они падают в специальный район захоронения — «кладбище космических кораблей» в южной части Тихого океана.
Оно расположено значительно южнее острова Рождества, в 3900 километрах к востоку от новозеландского города Веллингтон. В этом районе запрещено судоходство и полеты авиации. Но часто обломки спутников неуправляемо падают в других районах Земли.
Уничтожение мусора
Тем не менее, космические агентства осознают, что существующих мер недостаточно, из-за чего необходимо разрабатывать активные способы очищения орбиты от мусора. Большие ресурсы вкладываются в средства наблюдения и обработки данных об объектах в космосе. Например, буквально в мае 2020 года космическое агентство Великобритании выделило миллион фунтов стерлингов на гранты по развитию технологий с искусственным интеллектом и машинным обучением, которые будут анализировать базы данных космического мусора, и на создание новых способов отслеживания космических объектов в космосе.
Европейское космическое агентство (ЕКА) вместе с партнерами работает над созданием «космических мусорщиков», аппаратов способных захватывать и сводить с орбиты неуправляемые объекты.
Так, в сентябре 2018 года прошел эксперимент со спутником RemoveDebris, разработанным британской компанией SSTL. Запущенный на грузовом корабле на МКС, он вышел за борт вместе с имитатором космического мусора. Во время испытаний аппарат успешно поймал мусор в свою сеть.
Еще один проект, спонсируемый ЕКА — космический аппарат миссии ClearSpace-1, который в 2025 году должен захватить манипуляторами старый адаптер полезной нагрузки, оставшийся на орбите от европейской ракеты «Вега», и свести его в атмосферу Земли для уничтожения.
Можно заметить, что все эти инициативы носят единичный характер — это разработка технологий на будущее за государственный счет, а не коммерческий бизнес. Увеличение активности в этом направлении сдерживается отсутствием понятного спроса.
Единственный современный проект с понятными коммерческими целями — это космический аппарат Mission Extension Vehicle-1 (MEV-1), разработанный американской корпорацией Northrop Grumman и предназначенный для продления срока службы телекоммуникационных геостационарных спутников.
Пробная миссия была выведена в космос в октябре 2019 года ракетой-носителем «Протон-М» с разгонным блоком «Бриз». Аппарат MEV-1 пристыковался на орбите захоронения к старому, но работоспособному, телекоммуникационному спутнику Intelsat 901 и вернул его в точку стояния на рабочей геостационарной орбите, где он еще пробудет минимум пять лет. После этого Intelsat 901 будет возвращен на орбиту захоронения, а космический аппарат корпорации Northrop Grumman сможет продлить активное существование еще одному спутнику, — если, конечно, под такую услугу найдется платежеспособный покупатель. Всего MEV-1 должен проработать «корректором орбит» не менее 15 лет.
Из этого редкого примера можно понять проблему существования рынка борьбы с космическим мусором: если продление срока работы телекоммуникационных спутников, у которых закончилось на борту топливо, но жива электроника, вполне может быть востребовано и оплачено спутниковыми операторами, то, например, платить за очистку геостационарной орбиты от множества мертвых спутников, пока не готов никто.
У вопроса «космических мусорщиков» есть еще одно измерение — политическое. Многие предлагаемые способы очистки орбиты (например, лазеры) могут использоваться как космическое оружие для уничтожения чужих спутников. Договор по космосу 1967 года запрещает размещать в космическом пространстве любые виды оружия массового уничтожения (ядерное, химическое и биологическое), но другие виды оружия в договоре не затрагиваются. Тем не менее космические военные ведомства пристально следят за функциональными возможностями аппаратов других стран, в том числе используя спутники-инспекторы. И любые факты об объектах «двойного назначения», то есть оружия в космосе, могут использоваться в дипломатических переговорах, как «проблемы, создающие угрозу безопасности и устойчивости в космосе».
Российские инженеры тоже делают мусоросборщики, но пока за них никто не хочет платить
Российские инженеры прекрасно осведомлены о проблеме и даже не раз предлагали довольно оригинальные решения. Однако пока все они сталкиваются с отсутствием четкой бизнес-модели — за уборку на орбите пока никто не хочет платить.
Например, в 2019 году инженер-исследователь Мария Баркова из холдинга «Российские космические системы» запатентовала и представила концепцию по сбору и переработке космического мусора прямо на орбите. Она предложила использовать для ловли спутников специальную сетку, а фрагменты улова — перерабатывать и использовать в качестве реактивного топлива. Получить финансирование на столь сложный и дорогой проект, насколько известно, до сих пор не удалось.
В 2020 году российский стартап StartRocket предложил для решения той же проблемы другой подход — исходящий из принципа максимальной экономии на всем, где это только возможно. В некотором смысле этому проекту удалось продвинуться несколько дальше — поддерживать разработку будет в том числе Лаборатория Касперского.
StartRocket предлагает использовать в качестве космических мусорщиков простые неуправляемые спутники массой до 100 кг, получившие название Foam Debris Catcher. Главная часть такого аппарата — пеногенератор, сродни тому, из которого получают монтажную пену при строительстве.
Такой пеногенератор не требует разворачивания манипуляторов или специальных сетей, а способен сам создать липкую «сеть» из самозатвердевающей полимерной пены, уже попав на орбиту. Пролетая мимо объекта космического мусора по заранее рассчитанной траектории, аппарат-ловушка должен зацепить его своей липкой «сетью». Став единой связкой, спутник и его «улов» за счет дополнительного аэродинамического торможения в верхних слоях атмосферы со временем сойдут с орбиты и сгорят в атмосфере.
Надо сказать, что использование пены не являются сугубо российским изобретением — такие планы есть и у Европейского космического агентства, они были опубликованы еще в 2011 году в проекте Expanding Foam Space Debris Removal. Но если в ЕКА планируют в будущем использовать дорогие управляемые космические аппараты, то StartRocket предлагает максмально экономичный подход. Российские инженеры собираются радикально сократить срок подготовки и стоимость разработки спутника, отказавшись от двигателей и большого размера аппарата.
Еще одна важная черта, работающая на сокращение общего бюджета проекта — запуск аппарата в качестве попутной нагрузки на ракетах-носителях разных типов.
Видеопрезентация проекта спутника-мусорщика StartRocket
Перспективы StartRocket пока туманны. Но проблему мусора все равно придется решать
Влад Ситников, основатель StartRocket, считает, что проект в отсутствии рынка на услуги по удалению космического мусора может существовать на частные пожертвования, — как, например, существует «Гринпис». А средства на запуск тестового аппарата формата кубсат 3U (Test Foam Sat, или TFS) можно собрать с помощью краудфандинга и частных пожертвований, как это сделали в «Планетарном обществе» в США с двумя аппаратами LightSail.
«Собрать кубсат — вопрос нескольких месяцев. При получении финансирования на поиск пены — мы найдем ее через 6-9 месяцев. Мы не начинаем поиск с чистого листа, мы знаем, с чем будем работать. У нас есть лаборатория и партнер, который уже ведет изыскания в похожей области.
Если все сложится удачно, мы проведем тестирование кубсата и договоримся о запуске», — рассказал Ситников «Медузе».
«У нас есть еще одно решение — „бочка“ с двигателем. Оно стоит в три раза дороже. Но наша изначальная цель была — [сделать] максимально дешево и доступно. Космос сейчас — это дорого. Мало компаний, мала конкуренция, мало предложений. Поэтому мы ограничились бюджетом в один миллион долларов и попытались втиснуться в эти рамки. Понимаем, что критика проекта будет [сфокусирована] в отсутствии управляемости [спутником из-за отсутствия двигателя]. Однако наши расчеты показывают, что мы можем достичь успеха миссии даже и без двигателей», — говорит Ситников.
Стартап планирует максимально эффективно использовать уже существующие технологии: попутное выведение спутника на орбиту, высокоточные математические модели и наземную инфраструктуру для слежения за космическим мусором. Поэтому в команду позвали специалистов с опытом создания и эксплуатации космической техники.
Станет ли это предложение российской компании реальностью, судить сложно.
Можно вспомнить опыт «Планетарного общества», о котором говорит сам основатель StartRocket. На создание двух аппаратов LightSail 1 и LightSail 2 формата кубсат с солнечным парусом у них ушло десять лет, а стоимость всего проекта составила целых семь миллионов долларов. Средства, собранные с помощью краудфандинга, составили, к сожалению, лишь небольшую часть этой суммы.
Очевидно одно — количество спутников и объектов космического мусора в ближнем космосе будет увеличиваться быстрее, чем происходит естественное самоочищение низкой орбиты. И эта проблема — уже не проблема следующего поколения, как считалось еще пару десятков лет назад. Как она будет решаться, пока неизвестно.
Александр Хохлов
SpaceX запустила 2000-й спутник Starlink
Компания SpaceX запустила еще 49 спутников связи Starlink и довела общее количество запущенных аппаратов этого типа до более чем двух тысяч. Трансляция запуска проходила на YouTube-канале SpaceX. За несколько дней до этого астрономы в статье для The Astrophysical Journal Letters оценили влияние спутников на свои наблюдения и заметили, что яркость новых аппаратов уменьшилась почти в пять раз.
Традиционно для спутникового интернета использовались отдельные спутники на геостационарной орбите, зависающие над одной точкой Земли. Также есть и интернет-спутники на низкой и средней околоземной орбите, но их количество обычно измеряется десятками у одной компании. В середине 2010-х годов набрал популярность другой подход: создание на низкой орбите группировки из сотен, тысяч или даже десятков тысяч спутников, которые могли бы обеспечить скоростным доступом к интернету множество людей по всей планете.
На текущий момент до масштабной реализации такого подхода дошли две компании: SpaceX и OneWeb. Последняя запустила почти 400 спутников из примерно 650 запланированных, несмотря на банкротство в 2020 году. Проект Starlink от SpaceX гораздо больше — компания запросила разрешения на запуск 42 тысяч аппаратов. Также он развивается значительно быстрее основного конкурента: 18 января компания запустила очередную партию из 49 аппаратов и довела общее число запущенных спутников до 2042.
Ракета Falcon 9 с новыми спутниками стартовала с космодрома на мысе Канаверал в 05:02 по московскому времени. Вскоре после запуска первая ступень отделилась и приземлилась на платформу в Атлантическом океане. Для нее это десятый полет и успешная посадка, также компания использовала уже летавший в космос головной обтекатель, для которого это второй полет. Вторая ступень успешно вывела спутники на орбиту с параметрами 210 на 339 километров и наклонением 53,22 градуса. Позднее спутники начнут увеличивать высоту для перехода на рабочую орбиту. С учетом уже сведенных с орбиты спутников теперь у компании есть 1879 аппарата, из которых 1497 находятся на рабочей орбите.
По оценке ООН, всего на орбите находятся около 8200 спутников. Таким образом, доля Starlink уже составляет примерно четверть общего количества и быстро растет, что уже не первый год вызывает беспокойство астрономов. С середины 2020 года SpaceX экспериментирует с конструкцией аппаратов, добавляя в них те или иные варианты защитного экрана, призванные блокировать отражения солнечного света от металлических плоскостей спутников.
За несколько дней до последнего запуска группа ученых под руководством Майкла Медфорда (Michael Medford) из Калифорнийского университета в Беркли опубликовала статью с оценкой эффективности этой конструкции. Проанализировав снимки (широкопольные обзоры неба), полученные с помощью обзорного телескопа имени Цвикки (ZTF) с ноября 2019 года по сентябрь 2011, они пришли к выводу, что новая конструкция уменьшает яркость спутников Starlink в 4,6 раза. Также они подсчитали число снимков, на которых встречаются треки спутников. Больше всего эта проблема затронула снимки, сделанные в сумеречное время (высота Солнца над горизонтом более −18 градусов): если в конце 2019 года артефакты встречались на 0,5 процента кадров, то в августе 2021 года частота возросла до 18 процентов. По их расчетам, когда размер группировки увеличится до 10 тысяч аппаратов, артефакты будут встречаться на всех снимках.
В октябре 2020 года началось публичное тестирование Starlink. Стоимость самого доступа в интернет составляет 99 долларов, но для связи со спутниками необходимо также купить антенну за 499 долларов.
Качество ее работы зависит от количества запущенных спутников, расположения антенны и наличия на ней котов: недавно канадский пользователь Starlink обнаружил на своей антенне сразу пять греющихся кошек, из-за чего скорость соединения значительно упала.
Григорий Копиев
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
SpaceX только что потеряла 80 процентов своих спутников — вот почему
Инновации
Ожидается, что спутники сгорят до того, как достигнут орбиты Земли.
Ричард Галлахер/500px/500px/getty Images
Mike Brown
SpaceX’s Starlink , . потребуется больше времени, чем планировалось компанией. Во вторник космическая фирма признала, что до 40 из 49спутники в своем последнем запуске не доберутся до конечного пункта назначения. Вместо того, чтобы достичь низкой околоземной орбиты, они снова войдут в атмосферу и сгорят.
По данным SpaceX, спутники попали в геомагнитную бурю, из-за которой атмосфера нагрелась и увеличилась ее плотность. Возникшее в результате атмосферное сопротивление, которое было на 50 процентов выше, чем при предыдущих запусках, притянуло спутники обратно к Земле.
Это разочаровывающая неудача в планах SpaceX относительно Starlink. Компания создает мегагруппу на низкой околоземной орбите, используя до 42 000 спутников для обеспечения высокоскоростного доступа в Интернет с малой задержкой. Сервис рекламирует скорость до 500 мегабит в секунду и задержку всего 20 миллисекунд.
Астроном Джонатан Макдауэлл, который отслеживает созвездие на своем веб-сайте, обнаружил, что в настоящее время на орбите находятся 1915 спутников Starlink. Всего SpaceX запустила 2091 спутник.
Кадры, снятые пуэрто-риканским Sociedad de Astronomia del Caribe, показывают космический мусор, входящий в атмосферу. Марко Лангбреок, консультант кафедры астрономии Лейденского университета, написал в Твиттере, что «теперь он может с большей уверенностью сказать», что это один из спутников Starlink.
Хотите узнать больше о планах SpaceX относительно Starlink? Подпишитесь на MUSK READS+ , чтобы получать эксклюзивные интервью и аналитические материалы о космических полетах, электромобилях и многом другом.
Спутники запущены в космос с помощью ракеты Falcon 9 в четверг, 3 февраля, в 13:13. Восточное время со стартового комплекса 39A в Космическом центре Кеннеди во Флориде.
После запуска ракета-носитель успешно приземлилась на дрон-корабль, Недостаток гравитации .
К сожалению, спутники не так хорошо справились с геомагнитной бурей. Национальное управление океанических и атмосферных исследований объясняет, что эти возмущения происходят, когда солнечные ветры передают энергию в пространство вокруг Земли.
Из-за увеличения атмосферного сопротивления из-за геомагнитных бурь SpaceX перевела спутники в безопасный режим, позволив им лететь прямо в бурю, чтобы избежать ее худших последствий.
Компания работала с 18-й контрольной эскадрильей Космических сил и LeoLabs, чтобы отслеживать спутники, но не смогла спасти большую часть спутников. Теперь спутники сгорят в атмосфере, а это означает, что обломки не упадут на Землю.
Спутниковая антенна SpaceX Starlink на выставке. Тим Бибер/Stockbyte Unreleased/Getty Images
Ожидается, что SpaceX запустит следующую партию спутников Starlink не ранее 20 февраля с космодрома 40, расположенного на станции космических сил на мысе Канаверал во Флориде.
У компании большие планы на сервис и доходы от него. Ранее в этом месяце было объявлено о премиальном уровне обслуживания, предназначенном для предприятий и других клиентов, которым требуется более надежное обслуживание.
Однако надежность не может стоить дешево. Если существующая услуга стоит 99 долларов в месяц, уровень Premium стоит 500 долларов в месяц.
ПОДПИСАТЬСЯ НА МАСК ЧИТАЕТ+, ПРЕМИАЛЬНЫЙ БЮЛЛЕТЕНЬ, КОТОРЫЙ ОХВАТЫВАЕТ МИРЫ ИЛОНА МАСКА, SPACEX, TESLA И ВСЕГО ОТ
Похожие теги
- Илон Маск
- Space Science
Поделиться:
Все, что вы хотели знать о спутниках, но стеснялись спросить — Журнал 902 The Universemagazine0 how much жизни зависят от спутников.
Ведь без них были бы невозможны многие вещи, давно вошедшие в повседневную жизнь, от долгосрочных прогнозов погоды до навигаторов. Спутники также навсегда изменили картину современной войны. Они позволяют заглянуть за линию фронта и отследить передвижение техники противника, обеспечивают доступ в Интернет в зоне боевых действий, позволяют документировать следы военных преступлений.
Источник: Geospatial World
Однако обычный человек часто не понимает даже основ спутников. Поэтому мы подготовили материал, отвечающий на самые часто задаваемые вопросы об этих устройствах.
Что такое спутник?
Спутник — искусственный объект, запущенный в космос со скоростью, достаточной для того, чтобы он мог оставаться на постоянной орбите вокруг небесного тела. Что касается Земли, то эта скорость (ее еще называют орбитальной скоростью) составляет около 7,8 км/с.
Копия Спутника-1 — первого космического корабля, вышедшего на орбиту в 1957 году.
Источник: NSSDC
Сколько спутников сейчас работает в космосе?
По последним данным, на начало 2022 года в космосе находилось почти пять тысяч действующих космических аппаратов. Около половины из них — спутники Starlink и OneWeb для глобальных интернет-сервисов.
Спутники Starlink в представлении художника. Источник: SpaceX
На каких высотах летают спутники?
В зависимости от миссии спутники могут работать на орбитах от нескольких сотен километров до сотен тысяч. Нижний предел высоты спутников определяется атмосферой Земли. Чем ближе устройство к поверхности Земли, тем сильнее оно тормозится.
Шаттл Индевор на фоне «среза» земной атмосферы. Источник: NASA
На практике космический аппарат на высоте 200 км сойдет с орбиты всего за несколько дней без постоянной корректировки курса. Средняя продолжительность жизни объектов на 400-километровой орбите (на которой работает МКС) составляет около одного года.
Спутники на орбитах высотой более 800 км практически не подвержены влиянию земной атмосферы и поэтому смогут оставаться в космосе многие тысячи лет.
Каковы размеры спутников?
Размеры спутников определяются грузоподъемностью ракет-носителей и размерами их грузового отсека. Сегодня масса самых тяжелых коммерческих аппаратов на околоземной орбите составляет около 7-8 тонн (без учета МКС и китайской орбитальной станции). Обычно это спутники связи и космические телескопы. По некоторым данным, масса последних модификаций американских спутников оптической разведки КН-11 может достигать 17-19 т.тонн.
Envisat — один из самых больших спутников в истории, весом более 8 тонн. Источник: ESA
В то же время такого «гиганта» сопровождает гораздо большее количество более мелких устройств. Например, спутники системы Starlink (самые массовые серийные космические аппараты в истории) имеют массу 260-300 кг в зависимости от модификации.
Малый спутник Sprite. Источник: NASA
Но это далеко не предел. Последние достижения в области миниатюризации и электроники значительно уменьшили размеры спутников, что сделало возможным создание работоспособных устройств размером с печатную плату. Например, малые спутники Sprite. Они весят 4 грамма при диаметре 3,5 см и стоят меньше 100 долларов.
Почему у спутников разные орбиты?
Орбита спутника определяется его функцией. Например, аппараты, предназначенные для съемки земной поверхности, располагаются на низких орбитах, что позволяет добиться высочайшего разрешения изображения. Для спутников глобальных систем позиционирования обычно выбирают орбиты высотой от 19 000 до 21 000 км. Спутники связи и устройства для наблюдения за погодой обычно размещаются на геостационарных орбитах. Подробнее о доступных типах Земли вы можете прочитать в других наших статьях.
Различные типы орбит. Источник: Wikipedia.org
Почему геостационарная орбита так важна?
Геостационарная орбита — это круговая орбита над экватором Земли, которая лежит на высоте около 35 тыс. км. Находящийся на ней спутник вращается вокруг Земли со скоростью, равной скорости вращения нашей планеты вокруг своей оси. То есть с точки зрения наземного наблюдателя он всегда находится в одной и той же точке неба, что позволяет наводить неподвижную антенну наземной станции. Благодаря этому геостационарная орбита идеально подходит для размещения устройств, предназначенных для ретрансляции телевизионных и радиосигналов, наблюдения за погодой и солнечной активностью.
Спутник Intelsat-901 на геостационарной орбите (снимок сделан космическим буксиром МЭВ-1). Источник: Northrop Grumman
При этом, в отличие от большинства других орбит, «ресурс» геостационарной орбиты ограничен. Спутники, использующие схожие или близкие частотные диапазоны, должны находиться на значительном расстоянии друг от друга, иначе их сигналы могут перекрываться. Согласно международным нормам, каждое государство на Земле имеет свой участок геостационарной орбиты. В этом случае он может использовать его… или продать или сдать в аренду. Многие страны выбрали два последних варианта, используя их как источник пополнения бюджета.
Как спутники получают энергию?
Первые спутники были оснащены химическими батареями. Но вскоре инженеры начали использовать солнечные батареи. Сейчас ими оснащены практически все космические аппараты. Также стоит отметить, что в прошлом некоторые советские разведывательные машины оснащались ядерными реакторами, однако впоследствии эта практика была прекращена.
Одна из солнечных панелей МКС. Источник: НАСА
Что происходит со спутниками, которые перестали работать?
Они становятся космическим мусором, представляющим потенциальную опасность для других космических кораблей. Это не так уж плохо для спутников на низких орбитах, потому что они в конечном итоге сгорят в атмосфере. Однако когда речь идет о космических кораблях на высоких орбитах, все гораздо сложнее.
Космический мусор в представлении художника. Источник: Intelligent Living
В случае с геостационарной орбитой действующие правила требуют, чтобы операторы спутников выводили старые аппараты на более высокую орбиту (называемую погребальной орбитой) после того, как они достигли конца своего срока службы, чтобы они не создавали угроза своим соседям.
С каким разрешением спутники могут делать снимки?
Разрешение спутниковых снимков зависит от многих факторов, от высоты орбиты до возможностей камеры. Сегодня самое высокое разрешение, обеспечиваемое коммерческими спутниками, составляет около 25-30 см. Но это ограничение связано не с техническими, а с юридическими ограничениями. Например, в США запрещена публикация спутниковых снимков с разрешением более 25 см.
Фотография места взрыва иранской ракеты, сделанная американским спутником-шпионом. Источник: Дональд Трамп
Что касается военных устройств, то информация о максимально возможном разрешении их камер засекречена. Но, по некоторым оценкам, американские разведывательные спутники КН-11 могут делать снимки с разрешением не менее 10 см.
Как долго может работать спутник?
Все зависит от его орбиты, назначения и количества топлива на борту. Но в целом современные спутники обладают высоким уровнем надежности. Чаще всего их работу приходится останавливать не из-за отказов оборудования, а из-за выработки топлива, необходимого для поддержания рабочей орбиты. Именно поэтому многие компании сейчас работают над созданием специализированных космических заправщиков, способных продлить срок службы старых устройств.
Космический буксир МЭВ-1, предназначенный для продления срока службы старых спутников. Источник: Northrop Grumman
Можно ли сбить спутник?
Да, его можно сбить противоспутниковой ракетой. За последние годы четыре страны (Россия, США, Китай и Индия) провели испытания такого оружия, в результате которых были поражены цели на орбите.
Запуск ракеты СМ-3, способной поражать цели на орбите. Источник: ВМС США
Для уничтожения спутников можно использовать и другие методы. Например, в СССР существовала программа «Истребитель-спутник», которая запускала в космос космические корабли-камикадзе. Получив приказ, они должны были подойти к вражескому спутнику и взорваться, поразив его осколками.