Момент вхождения космического мусора, находящегося ниже 600 км над Землей, в атмосферу планеты наступает уже через несколько лет, для более удаленных отходов на это требуются десятилетия или даже столетия. Однако, попав в верхние слои атмосферы, мелкий космический мусор сгорает, не достигая нескольких десятков километров до поверхности планеты, а значит, не угрожает жизни людей и прочих обитателей Земли. Иначе обстоит дело с более крупным мусором, некоторые ученые утверждают, что он способен пройти через все слои атмосферы и достигнуть земной поверхности. Так, например, в 1978 году на территорию Канады упал советский спутник «Космос-594», а через год над Австралией рассыпались обломки американской космической станции.
Гораздо более опасен мусор для космических аппаратов. Сегодня некоторые ученые высказывают опасения о том, что дальнейшее его накопление может привести к прекращению запусков спутников и полетов в космос. Дело в том, что обломки имеют достаточно большую скорость свободного полета, и при нечаянном столкновении с космическим аппаратом могут нанести ему существенный вред. Только за последние десятилетия известно несколько случаев повреждения спутников, пассажирских космических кораблей и орбитальных станций с находящимся в околоземном пространстве мусором, а сегодня ситуация еще более усугубляется.
В настоящее время еще не разработаны способы предотвращения попадания мусора на околоземную орбиту или его уничтожения, ведется лишь наблюдение за движением и местонахождением космических отходов. Однако ученые разных стран предлагают различные методы решения этой проблемы, начиная со сбора космических отходов гигантскими металлическими сетями и заканчивая изобретением космического буксира, способного убирать находящийся в космосе мусор. Недавно ученые США предложили избавиться от мусора с помощью вольфрамовой пыли, рассеянной вокруг Земли в виде оболочки толщиной до 30 км. При этом облако вольфрамовой пыли должно будет тормозить мелкие обломки, очищая от них околоземное пространство.
Одновременно с этим разрабатываются и новые правила использования космоса. Так, например, на борту каждого искусственного спутника должны присутствовать резервные запасы топлива, позволяющие по истечении срока его годности направить спутник к Земле или перевести его в специально отведенные для этого районы околоземных орбит. Кроме этого, разгонные блоки ракет обязаны снабжаться системами слива топлива, во избежание их последующего взрыва. Однако, данные меры являются недостаточными, и проблема космического мусора сегодня по-прежнему остается открытой.
Ракета-носитель Falcon 9 несколько дней назад космический грузовик Dragon, на борту которого находится экспериментальный космический мусорщик, аппарат RemoveDebris. Он позволит проверить на практике технологию уборки отработавших свое космических аппаратов и их фрагментов с помощью гарпуна и сети. Насколько замусорено околоземное пространство? Хватит ли в нем места для новых спутников? Мы решили разобраться в этом вопросе с помощью научного сотрудника Института прикладной математики имени М.В. Келдыша Михаила Захваткина.
Таким аппаратам, как RemoveDebris, будет чем заняться. Согласно данным программы NASA по изучению космического мусора, количество мусорных объектов размером больше 10 сантиметров приближается к 20 тысячам, а их суммарная масса - к 8 тысячам тонн, при этом большая их часть - обломки космических аппаратов.
По расчетам Европейского космического агентства, число объектов размером больше одного сантиметра достигает 750 тысяч, а фрагментов меньшего размера может быть в тысячи раз больше. Огромное количество мелких фрагментов микронного размера порождает работа двигателей, среди них очень много мелких частичек краски, и эта рукотворная пыль уже сегодня наносит реальный ущерб, оставляя дыры и микрократеры в корпусах и на солнечных батареях космических аппаратов.
Откуда берется мусор
Микрократер от удара частички космического мусора на стекле иллюминатора шаттла «Индевор» (миссия STS-126)
При этом запасы мусора на орбите постоянно пополняются - каждый год в околоземном пространстве появляется около сотни новых космических аппаратов, причем это не только спутники, это еще и третьи ступени ракет, разгонные блоки.
Рост числа объектов космического мусора размером больше 10 сантиметров. Линии обозначают (сверху вниз): 1. Общее количество объектов на орбите; 2. Мелкие обломки, возникшие в результате разрушения спутников; 3. Космические аппараты; 4. Фрагменты, отделившиеся от космических аппаратов в результате штатной работы; 5. Верхние ступени ракет.
Рано или поздно интенсивное заселение орбиты должно было привести к «коммунальным проблемам», и в 1978 году сотрудники NASA Дональд Кесслер и Бертон Кур-Палэ пришли к выводу , что в скором будущем столкновения между вышедшими из строя спутниками начнут происходить так часто, что количество обломков будет расти экспоненциально (даже если в этот момент космические запуски прекратятся вообще) и в конечном счете вокруг Земли сформируется кольцо из обломков космических аппаратов, похожее на кольцо Сатурна. Они предсказывали, что первое столкновение космических аппаратов произойдет еще до 2000 года. В реальности столкновение спутников «Космос-2251» и Iridium 33 произошло 19 февраля 2009 года, причем их «встреча» породила сразу 1150 настолько крупных обломков, что их могли заметить радары системы контроля космического пространства.
Хотя синдром Кесслера - неконтролируемую цепную реакцию разрушения аппаратов на орбите и превращение околоземного пространства в запретную зону - мы пока можем наблюдать только в фильмах, таких как «Гравитация» или «Валли-И», космический мусор уже сейчас становится ощутимой помехой. Достаточно вспомнить, что Международной космической станции (МКС) регулярно приходится корректировать орбиту, чтобы избежать столкновений, а еще чаще космонавтам приходится бросать все дела и забираться в корабль «Союз», чтобы переждать момент опасного сближения станции c фрагментом космического мусора. Детали, доставленные на Землю с МКС, часто несут микроповреждения - следы ударов мелких мусорных обломков.
След удара микроскопического фрагмента космического мусора
Некоторое самоочищение околоземного пространства все же происходит, объясняет N + 1 научный сотрудник Института прикладной математики имени М.В. Келдыша Михаил Захваткин. По его словам, в пределах 11-летнего цикла солнечной активности около 250–300 мусорных объектов в год приходится исключать из каталогов - они попросту входят в атмосферу и сгорают. Но скорость этого очищения очень сильно меняется в зависимости от фазы цикла солнечной активности (в периоды активного Солнца атмосфера Земли «разбухает» и начинает сильнее тормозить объекты) и от высоты орбиты.
«Хотя влияние атмосферы ощущается на высотах до 1500 километров, действительно эффективно атмосферный тормоз работает только на низкой околоземной орбите, то есть на орбитах высотой до 500–600 километров. В этой зоне спутники без постоянного подъема орбиты с помощью двигателей могут просуществовать максимум пару десятков лет, затем они войдут в атмосферу и сгорят. Но уже на высотах 700-1000 километров космические аппараты могут находиться 50-100 лет, то есть в масштабах человеческой жизни - практически вечно. Причем эти орбиты наиболее популярны, там очень много солнечно-синхронных спутников, потому что им не нужно тратить много топлива, чтобы поддерживать эту орбиту. На эти высоты запускают много аппаратов, потому что они могут выжить там достаточно долго», - говорит ученый.
Распределение количества спутников в зависимости от высоты орбиты
Этаж от 700 до 1000 километров - самый популярный и заселяется быстрее всего, однако даже на этих высотах реализация катастрофического сценария, описанного Кесслером, - дело далекого будущего.
«На низких орбитах вращается 13 тысяч спутников, за 200 лет при самом негативном сценарии их число возрастет до 100 тысяч, а значит, вероятность столкновений вырастет примерно в 100 раз. Сегодня вероятность катастрофического столкновения - примерно один раз в пять лет, с ростом вероятности столкновений мы получаем значение примерно 20 инцидентов в год на популяцию в 100 тысяч аппаратов. Это не настолько высокий риск, чтобы сделать запуск спутников в эту зону коммерчески бессмысленной», - объясняет Захваткин.
Однако, полагает ученый, не следует усугублять проблему, оставляя ее решение будущим поколениям, поэтому меры для борьбы с загрязнением околоземного пространства нужно прорабатывать уже сейчас.
Чисто там, где не сорят
Для начала неплохо бы сделать так, чтобы космического мусора не становилось больше, а для этого необходимо, чтобы космические аппараты не взрывались. Главным источником мелких фрагментов на орбите сегодня являются не столкновения спутников друг с другом (пока нам известно только одно такое событие - столкновение «Иридиума» с «Космосом», о котором шла речь выше), а так называемые «события фрагментации», разрушение аппаратов по различным внутренним причинам.
Согласно подсчетам NASA , по состоянию на август 2007 года было зафиксировано 194 случая взрывного разрушения спутников, верхних ступеней ракет и разгонных блоков, и еще 51 аномальное событие - отделение каких-либо фрагментов (солнечных панелей, кусков теплоизоляции, деталей конструкций) от оставшегося целым аппарата. При этом взрывы аппаратов на орбите являются источником около 47 процентов общего количества объектов космического мусора.
Космические аппараты взрываются в основном из-за перегрева остатков топлива в баках - по этой причине взрывные разрушения происходят более чем в 45 процентах случаев. Один такой инцидент, широко освещавшийся в прессе, произошел 19 октября 2012 года, когда на орбите взорвался разгонный блок «Бриз-М», образовав облако из более чем 100 обломков. Совсем недавно, полтора месяца назад, дополнительный топливный бак разгонного блока «Фрегат», который использовался для вывода спутника «Ангосат-1», - после этого в каталоге космических объектов появилось еще 25 обломков.
«Эту проблему решить достаточно просто - нужно обеспечить пассивацию отработавших аппаратов, то есть встраивать в баки клапаны, которые стравливали бы пары топлива, либо обеспечивать работу двигателей до его полной выработки, желательно при этом понижая орбиту аппаратов», - говорит Михаил Захваткин.
Однако, отмечает он, при сохранении текущей частоты запусков новых космических аппаратов на низкие орбиты и принятии существенных мер по уводу отработавших спутников и пассивации общее число объектов размером больше 10 сантиметров все равно возрастет на 30 процентов за следующие 200 лет. «При этом основную роль в росте этого числа будут играть столкновения спутников в той самой перенаселенной области высот 700-1000 километров, наиболее крупные из которых будут происходить раз в 5-9 лет», - объясняет ученый.
Как убрать за собой
Правила, позволяющие предотвратить увеличение мусорной нагрузки на орбите, давно разработаны - существуют рекомендации ООН, соответствующий стандарт утвержден ISO. Однако пока юридически обязывающего международного договора в этой области нет, и каждая страна руководствуется собственными правилами, порой действуя в ущерб общих интересам, Так, Китай в 2007 году сбил ракетой собственный метеоспутник, в результате чего на орбите появилось более 2 тысяч новых фрагментов космического мусора.
Общие рекомендации, в целом, довольно просты - следует уводить отработавший аппарат туда, где он не будет мешать новым спутникам, и, если возможно, направлять его на низкие орбиты, чтобы он сгорел в атмосфере. Пока это правило в целом выполняется только применительно к аппаратам, находящимся на геостационарной орбите высотой 36 тысяч километров. Место на геостационаре - ресурс дефицитный, поэтому отслужившие свое геостационарные спутники выводятся на «орбиту захоронения» на 100-200 километров выше, объясняет Захваткин. Однако на других орбитах это правило выполняется далеко не всегда.
Различные варианты устройств для свода спутников с орбиты путем торможения (сверху вниз слева направо): 1. С помощью надувного баллона с газом - за счет сопротивления воздуха; 2. С помощью пленки, натянутой на телескопических штангах, - за счет сопротивления воздуха; 3. Лента с противовесом - за счет градиента гравитации; 4. Проводящий трос - за счет магнитных полей.
GLOBAL AEROSPACE CORPORATION
С одной стороны, коммерчески невыгодно везти на борту спутника запас топлива, предназначенного только для того, чтобы свести аппарат с орбиты в конце срока его существования. С другой, многие спутники, в особенности микроаппараты стандарта CubeSat, вовсе не имеют собственных двигателей. Инженеры предлагают множество вариантов дополнительных устройств, которые могут ускорить сход аппарата с орбиты. Это, например, надувные баллоны, которые увеличивают площадь аппарата и, соответственно, сопротивление воздуха, которые тормозят аппарат за счет воздействия электромагнитных полей. Но пока ни одно из таких устройств не стало стандартом.
Специализированные аппараты для уборки космического мусора, несмотря на высокую стоимость таких проектов, могут быть полезны для предотвращения случаев фрагментации больших аппаратов. «Крупный спутник - это потенциально тысячи мелких фрагментов, которые могут возникнуть при столкновении с другим аппаратом или самопроизвольном разрушении. Специализированный «уборщик» может убирать эти большие объекты, потенциально спосбные фрагментироваться, и тогда они не будут находиться на этих орбитах бесконечно. Если мы будем убирать в год около 4-5 объектов с высоких орбит, это может нивелировать потенциальный рост количества мелких фрагментов в долгосрочной перспективе», - говорит Захваткин.
Много опасений вызывают планы Илона Маска около 12 тысяч спутников системы Starlink, которые должны обеспечить глобальный доступ в интернет. Однако Михаил Захваткин полагает, что серьезно ситуацию с космическим мусором этот проект не ухудшит.
«Для группировок системы Starlink и Oneweb предполагается использовать орбиты высотой более 1,1 тысячи километров. Сейчас концентрация потенциально опасных фрагментов в этой области на порядок ниже значений на высотах 800-900 километров. Поэтому добавление такого большого числа аппаратов не сделает ситуацию на этих орбитах критической», - говорит ученый.
Сергей Кузнецов
Космический мусор
Распределение мусора в околоземном пространстве
Под космическим мусором подразумеваются все искусственные объекты и их фрагменты в космосе , которые уже неисправны, не функционируют и никогда более не смогут служить никаким полезным целям, но являющиеся опасным фактором воздействия на функционирующие космические аппараты, особенно пилотируемые. В некоторых случаях, крупные или содержащие на борту опасные (ядерные, токсичные и т. п. ) материалы объекты космического мусора могут представлять прямую опасность и для Земли - при их неконтролируемом сходе с орбиты, неполном сгорании при прохождении плотных слоев атмосферы Земли и выпадении обломков на населённые пункты, промышленные объекты, транспортные коммуникации и т. п.
Проблема засорения околоземного космического пространства «космическим мусором» как чисто теоретическая возникла по существу сразу после запусков первых искусственных спутников Земли в конце пятидесятых годов. Официальный статус на международном уровне она получила после доклада Генерального секретаря ООН под названием «Воздействие космической деятельности на окружающую среду» 10 декабря г., где особо отмечено, что проблема имеет международный, глобальный характер: нет засорения национального околоземного космического пространства, есть засорение космического пространства Земли, одинаково негативно влияющее на все страны.
Необходимость мер по уменьшению интенсивности техногенного засорения космоса становится понятной при рассмотрении возможных сценариев освоения космоса в будущем. Существуют оценки, так называемый «каскадный эффект», который в среднесрочной перспективе может возникнуть от взаимного столкновения объектов и частиц «космического мусора». При экстраполяции существующих условий засорения низких околоземных орбит (НОО), даже с учетом мер по снижению в будущем числа орбитальных взрывов (42 % всего космического мусора) и других мероприятий по уменьшению техногенного засорения, этот эффект может в долгосрочной перспективе привести к катастрофическому росту количества объектов орбитального мусора на НОО и, как следствие, к практической невозможности дальнейшего освоения космоса. Предполагается, что «после 2055 года процесс саморазмножения остатков космической деятельности человечества станет серьёзной проблемой»
Характеристики космического мусора
Вклад в создание космического мусора по странам: Китай - 40 %; США - 27,5 %; Россия - 25,5 %; остальные страны - 7 %.
Методы защиты КА от столкновений с КМ
Эффективных мер защиты от объектов космического мусора размером более 1 см в поперечнике практически нет.
Методы уборки и уничтожения КМ
Эффективных практических мер по уничтожению космического мусора на орбитах более 600 км (где не сказывается очищающий эффект от торможения об атмосферу) на настоящем уровне технического развития человечества не существует. Хотя в ряду других рассматривался, например, проект спутника, который будет искать обломки и испарять их мощным лазерным лучом или наземный лазер, который должен тормозить обломки для входа и последующего сгорания их в атмосфере, либо аппарат, который будет собирать мусор для его дальнейшей переработки. Вместе с тем актуальность задачи обеспечения безопасности космических полетов в условиях техногенного загрязнения околоземного космического пространства (ОКП) и снижения опасности для объектов на Земле при неконтролируемом вхождении космических объектов в плотные слои атмосферы и их падении на Землю стремительно растет. Поэтому в обеспечение решения этой проблемы международное сотрудничество по проблематике «космического мусора» развивается по следующим приоритетным направлениям:
- Экологический мониторинг ОКП, включая область геостационарной орбиты (ГСО): наблюдение за «космическим мусором» и ведение каталога объектов «космического мусора».
- Математическое моделирование «космического мусора» и создание международных информационных систем для прогноза засоренности ОКП и её опасности для космических полетов, а также информационного сопровождения событий опасного сближения КО и их неконтролируемого входа в плотные слои атмосферы.
- Разработка способов и средств защиты космических аппаратов от воздействия высокоскоростных частиц «космического мусора».
- Разработка и внедрение мероприятий, направленных на снижение засоренности ОКП.
Поскольку экономически приемлемых методов очистки космического пространства от мусора пока не существует, основное внимание в ближайшем будущем будет уделено мерам контроля, исключающим образование мусора, таким как предотвращение орбитальных взрывов, сопутствующих полету технологических элементов, увод отработавших ресурс космических аппаратов на орбиты захоронения , торможение об атмосферу и т. п.
В то же время поскольку большинство мер по уменьшению засорения прямо или косвенно затрагивает вопросы формирования облика и конкурентоспособности перспективной космической техники и сопряжены со значительными затратами по проектам её модернизации, перспективные общие нормативы и стандарты по засоренности ОКП необходимо принимать взвешенно и на глобальной основе.
Национальные организации
В настоящее время только две страны - Россия и США имеют возможность и отслеживают всё околоземное космическое пространство в плане техногенного засорения с опорой на свои национальные системы контроля космического пространства.
Россия (СССР)
В июле 1996 года на высоте около 660 км французский спутник столкнулся с фрагментом третьей ступени французской же ракеты Arian.
Историческое значение орбитального мусора
Историки науки указывают на то, что некоторые объекты на орбите, рассматриваемые как мусор, будут представлять интерес для космических археологов будущего и поэтому должны быть сохранены.
См. также
- Planetes (аниме-сериал о сборщиках космического мусора)
Примечания
По данным, предоставленным учеными из США, прямо сейчас на орбите нашей планеты находится более 23 тысяч искусственных объектов , которые можно отнести к космическому мусору. К таковому относятся “умершие спутники”, детали, оставшиеся от взорванных ракет и т.д.
Речь идет, в основном, об объектах размером более 10 сантиметров. Все они занесены в специальные каталоги и имеют свои идентификационные номера. К слову, в 2013 году количество таких фрагментов на орбите Земли, согласно американскому каталогу, насчитывалось всего 16 600.
Проблема космического мусора
Сегодня ученые все чаще и чаще начинают говорить о засорении околоземной орбиты космическим мусором. В середине апреля Европейское космического агентство сообщило , что искусственных фрагментов на орбите уже столько, что следить за ними становится очень сложно, и это может привести к различным авариям. Накопившийся за десятки лет хлам не обладает никакой научной ценностью, но несет угрозу МКС, работающим спутникам и космическим полетам. В представленном ЕКА докладе звучат такие цифры:
“С помощью мощных наземных радиолокационных радаров и других оптических приборов мы установили, что на орбите находится приблизительно более 700 000 объектов крупнее 1 сантиметра и около 170 миллионов фрагментов больше 1 миллиметра. С каждым годом эти цифры растут”
Проблема космического мусора становится злободневной, и если ее не решить, мы рискуем оказаться в ситуации, когда человечество больше не сможет выйти в космос, для нас он будет просто закрыт. Впрочем, существует множество проектов, реализация которых помогла бы решить эту проблему. Например, доктор Зигфрид Джейсон хочет создать аппарат весом около 100 граммов, который бы захватывал мусор и направлял его в атмосферу планеты, где тот бы сгорал. Другие предлагают вообще отправлять космический хлам к Марсу. К сожалению, в силу финансовой составляющей, любые предложения существуют, как говорится, пока только на бумаге.
Да и еще неизвестно, как ученые хотят уничтожать радиоактивные элементы. В 60-х-80-х годах прошлого века СССР запустил в космос большое число спутников морской разведки «УС-А». На борту каждого аппарата стоит ядерный реактор с 30 килограммами обогащенного урана-235. Была запущена серия из 30 аппаратов, несколько уже «вернулось» на Землю. Один из них, «Космос-954», в 1978 году упал на территорию Канады. Обломки спутника вызвали радиоактивное заражение местности (к счастью, малонаселенной), что привело к большому международному скандалу. Остальные неработающие аппараты “захоронили” на орбите высотой около 1000 километров, где спутники, как думают специалисты, смогут оставаться еще 2000 лет.
МКС и космический мусор
В мае прошлого года британский астронавт Тимоти Пик, работавший в то время на борту МКС, отправил на землю вот такой снимок.
На фото хорошо видна небольшая трещина, то есть повреждение на иллюминаторе. Специалисты Европейского космического агентства пояснили, что это повреждение нанес некий металлический фрагмент извне «не более нескольких тысячных миллиметра» . По сути, объекты такого размера причинить какой-то серьезный ущерб станции не могут, но вот фрагмент диаметром более 1 сантиметра, летящий в космосе со скоростью пули, может вызвать критическую ситуацию. А что будет со станцией, если в нее врежется кусок железа размером более 10 сантиметров, страшно представить.
МКС находится на низкой околоземной орбите на высоте около 400 километров над уровнем моря (НОО имеет высоту от 160 до 2000 км). Стоит сказать, что в области НОО проходили и проходят все космические полеты, и сюда же выводят большинство искусственных спутников Земли, поэтому здесь сосредоточено большое количество хлама.
Вероятность столкновения МКС с этими объектами существует постоянно, благо мы живем в XXI веке, и технологии позволяют нам отслеживать движение космического мусора. Вокруг станции есть так называемый «защитный периметр» в форме коробки для пиццы. Его размеры составляют 4 километра в высоту (по 2 км вниз и вверх от станции) и 25 километров в ширину и длину. Если один из обломков попадает в эту защитную зону, на экранах мониторов наземной службы USSTRATCOM, занимающейся отслеживанием мусора, появляется тревожный сигнал.
Операторы предупреждают NASA о надвигающейся опасности и высоту МКС начинают корректировать: поднимать или опускать станцию, чтобы уйти от столкновения. Понятно, что совсем маленькие кусочки железа с игольное ушко отследить очень тяжело, да и, как мы писали выше, опасность для МКС они не представляют.
Для своих габаритов Международная космическая станция очень подвижна (весит чуть более 400 тонн). Она оснащена четырьмя гиродинами — инерциальными устройствами, которые позволяют станции менять направление в пространстве. Вдобавок к этому у МКС есть несколько наборов ускорителей, позволяющих ей поворачиваться. Управление происходит с земли специальными службами.
На низкой околоземной орбите МКС удерживает сила притяжения Земли. Без этого притяжения станция улетела бы в далекий космос. Исходя из закона всемирного тяготения, получается, что МКС как бы падает на Землю, но “промахивается”, кроме того, она еще движется “вбок” (не забываем, планета круглая). Чтобы это движение не прекратилось, необходимо правильно подобрать эту самую «скорость вбок». Для МКС она равна 8 км/с.
Еще один нюанс. На высоте, на которой находится МКС, прослеживается атмосфера — газовая оболочка, которая вращается вместе с нашей планетой. Станция как бы “трется” о нее и замедляется, все ближе и ближе приближаясь к Земле. Чтобы космический дом окончательно не рухнул, требуется регулярно поднимать его высоту.
Точно так же на НОО “работает” и вращается вокруг Земли космический мусор. С двумя отличиями — у него более высокая скорость движения, чем у МКС, и им не управляют с командного пункта. Обломки различных аппаратов постоянно падают. Ежегодно в атмосферу Земли входит порядка 150 тонн мусора . Более мелкие фрагменты сгорают в атмосфере, более крупные тонут в океане, но иногда могут рухнуть и на твердую поверхность. Самым примечательным случаем за последние несколько десятков лет стало падение в 1997 году топливного бака второй ступени ракеты-носителя «Дельта-2». Кусок металла упал в Техасе. К счастью, никто не пострадал.
Есть мусор и на геостационарной орбите, которая начинается на высоте более 30 000 км. Хорошо известно, чем выше орбита, тем меньше сила притяжения, и меньше мешает атмосфера, а значит мусор может находится на ней дольше — веками!
Лидер по количеству оставленного мусора в космосе
Большую часть космического мусора составляют фрагменты, которые образовались в ходе преднамеренного или самопроизвольного взрыва ракет или спутников. Большая часть таких взрывов была “плановой”. Во время Холодной войны СССР и США выполняли очень много космических полетов по военным программам и некоторые корабли, не справившиеся с заданием, просто уничтожались в космосе.
Но были и аварийные ситуации, когда аппараты взрывались непреднамеренно, вследствие каких-либо проблем с системой. Например, в 1960-х годах основной причиной космических катастроф становились пары ракетного топлива, которое не успевало выгореть во время работы двигательных установок. В 1965 году из-за остатков топлива в баках взорвалась ступень американской ракеты “Транстейдж”, в результате ракета разлетелась на 500 частей. Все эти фрагменты остались в космосе.
Первое место по взрывам на орбите принадлежит… России. С 1991 года произошло не менее 35 аварий с российскими ракетами. С чем это связано, остается только догадываться. Одна из причин — снижение качества выпускаемой космической техники. Проблема эта началась после распада СССР. К большому огорчению, этот упадок в ракетно-космической отрасли не могут преодолеть до сих пор.
Нашли ошибку? Пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
За годы освоения космоса там скопилось много бесполезных предметов. Выпускница МГТУ им. Баумана по специальности «моделирование космических комплексов» Анна Ложкина объясняет происхождение этого мусора, откуда он берется и почему не падает нам на голову, рассказывает, что можно сделать для поддержания чистоты космического пространства.
Какие объекты вращаются вокруг нашей планеты?
В первую очередь это техника, запущенная людьми.
По низкой околоземной орбите, высотой от 160 до 2000 километров, двигаются аппараты дистанционного зондирования, межпланетная космическая станция (МКС).
На более удаленной, геостационарной орбите, ее высота примерно 36 тысяч километров над поверхностью планеты, “зависают” спутники прямого вещания телевизионных программ и различных систем связи.
На самом деле спутники двигаются с очень большой линейной и угловой скоростью, успевая за вращением Земли, поэтому каждый находится над своей точкой планеты - как бы висят над ней.
Помимо этого на орбитах находится различный “космический мусор”.
Откуда берется в космосе мусор, если там никто не живет?
Как и на Земле, в космосе мусор - дело рук человеческих. Это отработанные ступени ракет-носителей, обломки столкнувшихся или взорвавшихся спутников.
Количество аппаратов, отправленных в космическое пространство с 1957 года по настоящее время, перевалило за 15 тысяч. На низких орбитах уже становится тесно.
Часть техники устаревает - у некоторых аппаратов заканчивается топливо, у других выходит из строя оборудование. Такие спутники уже не поддаются управлению, а только отслеживанию.
Скоро вокруг Земли будет столько спутников и космического мусора, что нельзя будет запустить новый спутник или улететь с Земли на ракете
Столкновение даже небольших объектов, движущихся с орбитальными скоростями под углом друг к другу, приводит к их значительному разрушению. Так жвачка, залетевшая на орбиту МКС, может пробить оболочку станции и погубить весь экипаж.
Подобный эффект - рост количества мусора на низкой околоземной орбите в результате столкновения объектов, называется синдромом Кесслера и потенциально может привести в будущем к полной невозможности использования космического пространства при запусках с Земли.
А как дела высоко-высоко, там, на геостационарной орбите? Она тоже густо заселена, места там стоят дорого и на них даже есть лист ожидания. Поэтому, как только подходит к концу срок эксплуатации аппарата, его выводят с геостационара, а на освободившуюся позицию летит следующий спутник.
Куда девается космический мусор?
С низкой околоземной орбиты любой крупный объект спускается в атмосферу, где сгорает быстро и полностью - нам на голову даже пепел не падает.
А вот с маленькими кусочками дело обстоит сложнее. Несколько организаций США и России надежно отслеживают лишь космические аппараты и фрагменты мусора крупнее 10 см. Объекты с размерами от 1 до 10 см практически не поддаются счету.
С геостационарной орбиты устаревшие или прекратившие нормально функционировать спутники задвигают подальше, на высоту около 40 тысяч километров, чтобы освободить место для новых претендентов.
Так, за геостационаром, появилась орбита захоронения, где «умершие» спутники будут по инерции летать еще сотни лет.
А что происходит с космическими кораблями?
Корабли, на которых люди отправлялись в космос, возвращаются на Землю, где доживают свой век в музеях или научных центрах.
Мусор, образующийся в процессе жизнедеятельности обитателей международной космической станции, точно в космос не попадет. Он тщательно собирается, грузится на транспортный корабль - тот, что привозит им все необходимое, и отправляется по направлению к Земле. Этот корабль на обратном пути почти полностью сгорает в атмосфере или затапливается в Тихом океане.
Мусор, как издержки запуска космических аппаратов
Сообщение по радио или с экранов телевидения о том, что “отделение первой ступени прошло в штатном режиме» звучит привычно для современного человека. По дороге к запланированной орбите ракета-носитель теряет и другие, ставшие ненужными, детали.
На 1 кг запущенной массы приходится минимум 5 кг вспомогательной. Что с ними происходит?
Баки первой ступени сразу “отлавливают” на Земле специально обученные люди. Вторая ступень и обтекатели тоже падают на Землю, но разлетаются намного дальше и найти их сложнее.
А вот разгонные блоки, которые используются при переходе с опорной орбиты на конечную, там наверху и остаются. Со временем они потихоньку сползают вниз, входят в атмосферу, где и сгорают.
В общем, все превращается в пыль и рассеивается в атмосфере. Разве что очень-очень большие и прочные куски долетают до нас. В 2001 году долетел кусок от станции МИР и упал в океан.
Утилизация космических аппаратов
Получается, что способы утилизации космических аппаратов - это топить в океане, запустить подальше, сжечь в атмосфере … Такой полностью безотходный метод.
Детали, найденные на Земле спасателями, перерабатывают или повторно используют.
К сожалению, переработать пока можно не все. Вытекший из упавшего двигателя гидразин отравит почву и воду далеко и надолго.
Как вся эта пыль и гарь влияет на воздух, которым дышим?
Да, наш с вами воздух загрязняется и захламляется маленькими частицами пепла, пыли, другими продуктами горения космических аппаратов. Но не так сильно, как от выбросов земных машин и заводов.
Вот только один пример. Суммарная масса воздуха в атмосфере - 5Х10¹⁵ тонн. Масса орбитальной станции “ Мир”, самого крупного из космических аппаратов когда-либо вошедших в атмосферу, и сгоревших в ней (2001 год) - 105 тонн. То есть все капельки и пылинки, оставшиеся от орбитальной станции, ничто по сравнению с величиной атмосферы.
Теперь посмотрим на выбросы промышленности. По данным Росстата, наименьший суммарный выброс за период наблюдений с 1992 года пришелся на 1999 год. И он составил 18,5 млн тонн.
То есть только над нашей страной за один год в воздух попало в 176190 раз больше грязи, чем разнесло над всем земным шаром, пока «Мир» горел в атмосфере.
Что можно сделать для уменьшения количества мусора в космосе
В последние годы перед человечеством остро встали проблемы поддержания чистоты космического пространства.
Есть несколько направлений, по которым ведутся исследования:
- Развитие микроспутниковой отрасли. Уже созданы спутники-коробочки - кубсаты и таблетсаты. При их запуске достигается существенная экономия на выводе, требуется меньше топлива, меньше лишнего попадает на орбиту. Правда, как догнать такой комочек, если что-то пойдет не так, пока неясно.
- Увеличение продолжительности жизни аппаратов. Первые спутники были рассчитаны на 5 лет, современные аппараты - на 15 лет.
- Повторное использование деталей. Самый большой прорыв в этом направление - возвратные ракеты-носители, над которыми уже работает Илон Маск.
Еще очень важно разобраться с тем, какие спутники действительно необходимы, более ответственно относиться к выбору запускаемых аппаратов.
В отдаленном будущем, надеемся, появятся пылесосы или другие приспособления, которые позволят делать косметическую и даже генеральную уборку космического пространства.
Мало ли что можно придумать, если поразмыслить, если задаться целью, сохранить чистый космос для будущих поколений.