Момент входження космічного сміття, що знаходиться нижче 600 км над Землею, в атмосферу планети настає вже через кілька років, для віддалених відходів на це потрібні десятиліття або навіть століття. Однак, потрапивши у верхні шари атмосфери, дрібне космічний сміття згоряє, не досягаючи кількох десятків кілометрів до поверхні планети, а отже, не загрожує життю людей та інших мешканців Землі. Інша справа з більшим сміттям, деякі вчені стверджують, що він здатний пройти через всі шари атмосфери і досягти земної поверхні. Так, наприклад, 1978 року на територію Канади впав радянський супутник «Космос-594», а через рік над Австралією розсипалися уламки американської. космічної станції.
Набагато небезпечніше сміття для космічних апаратів. Сьогодні деякі вчені висловлюють побоювання, що подальше його накопичення може призвести до припинення запусків супутників і польотів у космос. Справа в тому, що уламки мають досить велику швидкість вільного польоту, і при ненавмисному зіткненні з космічним апаратом можуть завдати йому істотної шкоди. Тільки за останні десятиліття відомо кілька випадків пошкодження супутників, пасажирських космічних кораблів і орбітальних станцій зі сміттям, що знаходиться в навколоземному просторі, а сьогодні ситуація ще більше посилюється.
В даний час ще не розроблені способи запобігання попаданню сміття на навколоземну орбіту або його знищення, ведеться лише спостереження за рухом та місцезнаходженням космічних відходів. Проте вчені різних країнпропонують різні методи вирішення цієї проблеми, починаючи зі збору космічних відходів гігантськими металевими мережами і закінчуючи винаходом космічного буксира, здатного прибирати сміття, що знаходиться в космосі. Нещодавно вчені СШАзапропонували позбутися сміття за допомогою вольфрамового пилу, розсіяного навколо Землі у вигляді оболонки товщиною до 30 км. При цьому хмара вольфрамового пилу повинна гальмувати дрібні уламки, очищаючи від них навколоземний простір.
Одночасно з цим розробляють нові правила використання космосу. Так, наприклад, на борту кожного штучного супутника повинні бути резервні запаси палива, що дозволяють після закінчення терміну його придатності направити супутник до Землі або перевести його в спеціально відведені для цього райони навколоземних орбіт. Крім цього, розгінні блоки ракет повинні забезпечуватися системами зливу палива, щоб уникнути їхнього подальшого вибуху. Однак ці заходи є недостатніми, і проблема космічного сміття сьогодні, як і раніше, залишається відкритою.
Ракета-носій Falcon 9 кілька днів тому космічна вантажівка Dragon, на борту якої знаходиться експериментальний космічний сміттяр, апарат RemoveDebris. Він дозволить перевірити на практиці технологію прибирання космічних апаратів, що відпрацювали своє, і їх фрагментів за допомогою гарпуну і мережі. Наскільки засмічений навколоземний простір? Чи вистачить у ньому місця для нових супутників? Ми вирішили розібратися в цьому питанні за допомогою наукового співробітника Інституту прикладної математикиімені М.В. Келдиша Михайла Захваткіна.
Таким апаратам, як RemoveDebris, буде чим зайнятися. Згідно з даними програми NASA з вивчення космічного сміття, кількість сміттєвих об'єктів розміром більше 10 сантиметрів наближається до 20 тисяч, а їхня сумарна маса - до 8 тисяч тонн, при цьому більша їх частина - уламки космічних апаратів.
За розрахунками Європейського космічного агентства, кількість об'єктів розміром більше одного сантиметра сягає 750 тисяч, а фрагментів меншого розміру може бути у тисячі разів більше. Величезна кількість дрібних фрагментів мікронного розміру породжує робота двигунів, серед них дуже багато дрібних частинок фарби, і цей рукотворний пил вже сьогодні завдає реальної шкоди, залишаючи дірки та мікрократери в корпусах та на сонячних батареях космічних апаратів.
Звідки береться сміття
Мікрократер від удару частинки космічного сміття на склі ілюмінатора шатла "Індевор" (місія STS-126)
При цьому запаси сміття на орбіті постійно поповнюються - щороку в навколоземному просторі з'являється близько сотні нових космічних апаратів, причому це не лише супутники, це ще й треті щаблі ракет, розгінні блоки.
Зростання кількості об'єктів космічного сміття розміром понад 10 сантиметрів. Лінії позначають (згори донизу): 1. Загальна кількість об'єктів на орбіті; 2. Дрібні уламки, що виникли внаслідок руйнування супутників; 3. Космічні апарати; 4. Фрагменти, що відокремилися від космічних апаратів в результаті штатної роботи; 5. Верхні щаблі ракет.
Рано чи пізно інтенсивне заселення орбіти мало привести до «комунальних проблем», і в 1978 році співробітники NASA Дональд Кесслер і Бертон Кур-Пале дійшли висновку, що в найближчому майбутньому зіткнення між супутниками, що вийшли з ладу, почнуть відбуватися так часто, що кількість уламків зростатиме експоненційно (навіть якщо в цей момент космічні запуски припиняться взагалі) і в кінцевому рахунку навколо Землі сформується кільце з уламків космічних апаратів, схоже на кільце Сатурна. Вони пророкували, що перше зіткнення космічних апаратів відбудеться ще до 2000 року. Насправді зіткнення супутників «Космос-2251» та Iridium 33 сталося 19 лютого 2009 року, причому їхня «зустріч» породила відразу 1150 настільки великих уламків, що їх могли помітити радари системи контролю космічного простору.
Хоча синдром Кесслера – неконтрольовану ланцюгову реакцію руйнування апаратів на орбіті та перетворення навколоземного простору на заборонену зону – ми поки що можемо спостерігати лише у фільмах, таких як «Гравітація» або «Валлі-І», космічний сміття вже зараз стає відчутною на заваді. Досить згадати, що Міжнародній космічній станції (МКС) регулярно доводиться коригувати орбіту, щоб уникнути зіткнень, а ще частіше космонавтам доводиться кидати усі справи та забиратися в корабель «Союз», щоб перечекати на момент небезпечного зближення станції з фрагментом космічного сміття. Деталі, доставлені Землю з МКС, часто несуть мікроушкодження - сліди ударів дрібних сміттєвих уламків.
Слід удару мікроскопічного фрагмента космічного сміття
Деяке самоочищення навколоземного простору все ж таки відбувається, пояснює N+1 науковий співробітникІнститут прикладної математики імені М.В. Келдиша Михайло Захваткін. За його словами, у межах 11-річного циклу сонячної активностіблизько 250-300 сміттєвих об'єктів на рік доводиться виключати з каталогів - вони просто входять в атмосферу і згоряють. Але швидкість цього очищення дуже змінюється залежно від фази циклу сонячної активності (у періоди активного Сонця атмосфера Землі «розбухає» і починає сильніше гальмувати об'єкти) і зажадав від висоти орбіти.
«Хоч вплив атмосфери відчувається на висотах до 1500 кілометрів, дійсно ефективно атмосферне гальмо працює тільки на низькій навколоземній орбіті, тобто на орбітах висотою до 500–600 кілометрів. У цій зоні супутники без постійного підйому орбіти за допомогою двигунів можуть проіснувати максимум кілька десятків років, потім увійдуть в атмосферу і згорять. Але вже на висотах 700-1000 кілометрів космічні апарати можуть бути 50-100 років, тобто в масштабах людського життя - практично вічно. Причому ці орбіти є найбільш популярними, там дуже багато сонячно-синхронних супутників, тому що їм не потрібно витрачати багато палива, щоб підтримувати цю орбіту. На ці висоти запускають багато апаратів, бо вони можуть вижити там досить довго», – каже вчений.
Розподіл кількості супутників залежно від висоти орбіти
Поверх від 700 до 1000 кілометрів - найпопулярніший і найшвидше заселяється, проте навіть на цих висотах реалізація катастрофічного сценарію, описаного Кесслером, - справа далекого майбутнього.
«На низьких орбітах обертається 13 тисяч супутників, за 200 років за негативного сценарію їх кількість зросте до 100 тисяч, а значить, ймовірність зіткнень зросте приблизно в 100 разів. Сьогодні ймовірність катастрофічного зіткнення – приблизно один раз на п'ять років, із зростанням ймовірності зіткнень ми отримуємо значення приблизно 20 інцидентів на рік на популяцію у 100 тисяч апаратів. Це не настільки високий ризик, щоб зробити запуск супутників у цю зону комерційно безглуздою», - пояснює Захваткін.
Проте, вважає вчений, не слід ускладнювати проблему, залишаючи її вирішення майбутнім поколінням, тому заходи для боротьби із забрудненням навколоземного простору потрібно опрацьовувати вже зараз.
Чисто там, де не смітять
Для початку непогано зробити так, щоб космічного сміття не ставало більше, а для цього необхідно, щоб космічні апарати не вибухали. Головним джерелом дрібних фрагментів на орбіті сьогодні є не зіткнення супутників один з одним (поки нам відомо тільки одна така подія - зіткнення «Іридіума» з «Космосом», про яке йшлося вище), а так звані «події фрагментації», руйнування апаратів різних внутрішніх причин.
Згідно з підрахунками NASA, станом на серпень 2007 року було зафіксовано 194 випадки вибухового руйнування супутників, верхніх щаблів ракет і розгінних блоків, і ще 51 аномальна подія - відділення будь-яких фрагментів (сонячних панелей, шматків теплоізоляції, деталей конструкцій). . При цьому вибухи апаратів на орбіті є джерелом близько 47 відсотків від загальної кількості об'єктів космічного сміття.
Космічні апарати вибухають в основному через перегрівання залишків палива в баках - тому вибухові руйнування відбуваються більш ніж у 45 відсотках випадків. Один такий інцидент, який широко висвітлювався в пресі, стався 19 жовтня 2012 року, коли на орбіті вибухнув розгінний блок «Бриз-М», утворивши хмару із понад 100 уламків. Нещодавно, півтора місяці тому, додатковий паливний бак розгінного блоку «Фрегат», який використовувався для виведення супутника «Ангосат-1», - після цього в каталозі космічних об'єктів з'явилося ще 25 уламків.
«Цю проблему вирішити досить просто - потрібно забезпечити пасивацію апаратів, що відпрацювали, тобто вбудовувати в баки клапани, які б стравлювали пари палива, або забезпечувати роботу двигунів до його повного вироблення, бажано при цьому знижуючи орбіту апаратів», - говорить Михайло Захваткін.
Однак, зазначає він, за збереження поточної частоти запусків нових космічних апаратів на низькі орбіти та вжиття суттєвих заходів щодо відведення супутників, що відпрацювали, і пасивації загальна кількість об'єктів розміром більше 10 сантиметрів все одно зросте на 30 відсотків за наступні 200 років. «При цьому основну роль у зростанні цієї кількості відіграватимуть зіткнення супутників у тій самій перенаселеній області висот 700-1000 кілометрів, найбільші з яких відбуватимуться раз на 5-9 років», - пояснює вчений.
Як прибрати за собою
Правила, що дозволяють запобігти збільшення навантаження на орбіті, давно розроблені - існують рекомендації ООН, відповідний стандарт затверджений ISO. Однак поки що юридично зобов'язує міжнародного договору в цій галузі немає, і кожна країна керується власними правилами, часом діючи на шкоду спільним інтересам. Так, Китай у 2007 році збив ракетою власний метеосупутник, внаслідок чого на орбіті з'явилося понад 2 тисячі нових фрагментів косм.
Загальні рекомендації, загалом, досить прості - слід відводити апарат туди, де він не заважатиме новим супутникам, і, якщо можливо, направляти його на низькі орбіти, щоб він згорів в атмосфері. Поки що це правило загалом виконується лише стосовно апаратів, що знаходяться на геостаціонарній орбіті заввишки 36 тисяч кілометрів. Місце на геостаціонарі - ресурс дефіцитний, тому геостаціонарні супутники, що відслужили своє, виводяться на «орбіту поховання» на 100-200 кілометрів вище, пояснює Захваткін. Однак на інших орбітах це правило виконується далеко не завжди.
Різні варіанти пристроїв для склепіння супутників з орбіти шляхом гальмування (згори донизу зліва направо): 1. За допомогою надувного балона з газом – за рахунок опору повітря; 2. За допомогою плівки, натягнутої на телескопічних штангах, – за рахунок опору повітря; 3. Стрічка з противагою – за рахунок градієнта гравітації; 4. Провідний трос – за рахунок магнітних полів.
GLOBAL AEROSPACE CORPORATION
З одного боку, комерційно невигідно везти на борту супутника запас палива, призначеного лише для того, щоб звести апарат з орбіти наприкінці його існування. З іншого, багато супутників, особливо мікроапарати стандарту CubeSat, зовсім не мають своїх двигунів. Інженери пропонують безліч варіантів додаткових пристроїв, які можуть прискорити сходження апарату з орбіти. Це, наприклад, надувні балони, які збільшують площу апарату та, відповідно, опір повітря, які гальмують апарат за рахунок впливу електромагнітних полів. Але поки що жодне з таких пристроїв не стало стандартом.
Спеціалізовані апарати для прибирання космічного сміття, незважаючи на високу вартість таких проектів, можуть бути корисними для запобігання фрагментації великих апаратів. «Великий супутник – це потенційно тисячі дрібних фрагментів, які можуть виникнути при зіткненні з іншим апаратом чи мимовільному руйнуванні. Спеціалізований «прибиральник» може прибирати ці великі об'єкти, потенційно здатні фрагментуватись, і тоді вони не будуть перебувати на цих орбітах нескінченно. Якщо ми прибиратимемо на рік близько 4-5 об'єктів з високих орбіт, це може нівелювати потенційне зростання кількості дрібних фрагментів у довгостроковій перспективі», - каже Захваткін.
Багато побоювань викликають плани Ілона Маска близько 12 тисяч супутників системи Starlink, які мають забезпечити глобальний доступ до Інтернету. Однак Михайло Захваткін вважає, що серйозно ситуацію із космічним сміттям цей проект не погіршить.
«Для угруповань системи Starlink та Oneweb передбачається використовувати орбіти висотою понад 1,1 тисяч кілометрів. Зараз концентрація потенційно небезпечних фрагментів у цій галузі на порядок нижча від значень на висотах 800-900 кілометрів. Тому додавання такої великої кількості апаратів не зробить ситуації на цих орбітах критичної», - каже вчений.
Сергій Кузнєцов
Космічний сміття
Розподіл сміття у навколоземному просторі
Під космічним сміттяммаються на увазі всі штучні об'єкти та їх фрагменти в космосі, які вже несправні, не функціонують і ніколи більше не зможуть служити ніяким корисним цілям, але є небезпечним фактором впливу на космічні апарати, що функціонують, особливо пілотовані. У деяких випадках, великі або містять на борту небезпечні (ядерні, токсичні тощо) матеріали об'єкти космічного сміття можуть становити пряму небезпеку і для Землі - при їх неконтрольованому сході з орбіти, неповному згоранні при проходженні щільних шарів атмосфери Землі на населені пункти, промислові об'єкти, транспортні комунікаціїі т.п.
Проблема засмічення навколоземного космічного простору «космічним сміттям», як суто теоретична, виникла по суті відразу після запусків перших штучних супутників Землі в кінці п'ятдесятих років. Офіційний статус на міжнародному рівні вона набула після доповіді Генерального секретаря ООН під назвою «Вплив космічної діяльності на довкілля» 10 грудня, де особливо зазначено, що проблема має міжнародний, глобальний характер: немає засмічення національного навколоземного космічного простору, є засмічення космічного простору Землі, що однаково негативно впливає на всі країни.
Необхідність заходів щодо зменшення інтенсивності техногенного засмічення космосу стає зрозумілою під час розгляду можливих сценаріївосвоєння космосу у майбутньому. Існують оцінки так званого «каскадного ефекту», який у середньостроковій перспективі може виникнути від взаємного зіткнення об'єктів та частинок «космічного сміття». При екстраполяції існуючих умов засмічення низьких навколоземних орбіт (НГО), навіть з урахуванням заходів щодо зниження в майбутньому числа орбітальних вибухів (42% всього космічного сміття) та інших заходів щодо зменшення техногенного засмічення, цей ефект може у довгостроковій перспективі призвести до катастрофічного зростання кількості об'єктів. орбітального сміття на НГО та, як наслідок, до практичної неможливості подальшого освоєння космосу. Передбачається, що "після 2055 року процес саморозмноження залишків космічної діяльності людства стане серйозною проблемою"
Характеристики космічного сміття
Внесок у створення космічного сміття країнами: Китай - 40 %; США – 27,5 %; Росія – 25,5%; Інші країни - 7%.
Методи захисту КА від зіткнень із КМ
Ефективних заходів захисту від об'єктів космічного сміття розміром більше 1 см у поперечнику практично немає.
Методи прибирання та знищення КМ
Ефективних практичних заходів щодо знищення космічного сміття на орбітах понад 600 км (де не позначається очищаючий ефект від гальмування про атмосферу) на цьому рівні технічного розвитку людства немає. Хоча в ряді інших розглядався, наприклад, проект супутника, який шукатиме уламки та випаровуватиме їх потужним лазерним променем або наземний лазер, який повинен гальмувати уламки для входу та подальшого згоряння їх в атмосфері, або апарат, який збиратиме сміття для його подальшої переробки. Водночас актуальність завдання забезпечення безпеки космічних польотів в умовах техногенного забруднення навколоземного космічного простору (ЗКП) та зниження небезпеки для об'єктів на Землі при неконтрольованому входженні космічних об'єктів у щільні шари атмосфери та їхньому падінні на Землю стрімко зростає. Тому для забезпечення вирішення цієї проблеми міжнародне співробітництво з проблематики «космічного сміття» розвивається за такими пріоритетними напрямками:
- Екологічний моніторинг ОКП, включаючи область геостаціонарної орбіти (ДСО): спостереження за «космічним сміттям» та ведення каталогу об'єктів «космічного сміття».
- Математичне моделювання «космічного сміття» та створення міжнародних інформаційних системдля прогнозу засміченості ОКП та її небезпеки для космічних польотів, і навіть інформаційного супроводу подій небезпечного зближення КО та його неконтрольованого входу у щільні верстви атмосфери.
- Розробка способів та засобів захисту космічних апаратів від впливу високошвидкісних частинок «космічного сміття».
- Розробка та впровадження заходів, спрямованих на зниження засміченості ОКП.
Оскільки економічно прийнятних методів очищення космічного простору від сміття поки не існує, основна увага в найближчому майбутньому буде приділена заходам контролю, що виключають утворення сміття, таким як запобігання орбітальним вибухам, супутніх польоту технологічних елементів, відведення відпрацьованих ресурс космічних апаратів на орбіт. і т.п.
У той же час, оскільки більшість заходів щодо зменшення засмічення прямо чи опосередковано торкається питань формування зовнішності та конкурентоспроможності перспективної космічної техніки та пов'язана зі значними витратами за проектами її модернізації, перспективні загальні нормативи та стандарти щодо засміченості ОКП необхідно приймати виважено і на глобальній основі.
Національні організації
В даний час тільки дві країни - Росія та США мають можливість і відстежують весь навколоземний космічний простір у плані техногенного забруднення з опорою на свої національні системи контролю космічного простору.
Росія (СРСР)
У липні 1996 року на висоті близько 660 км французький супутник зіткнувся з фрагментом третього ступеня французької ракети Arian.
Історичне значення орбітального сміття
Історики науки вказують на те, що деякі об'єкти на орбіті, що розглядаються як сміття, становитимуть інтерес для космічних археологів майбутнього і тому мають бути збережені.
також
- Planetes (аніме-серіал про збирачів космічного сміття)
Примітки
За даними, наданими вченими зі США, прямо зараз на орбіті нашої планети знаходиться понад 23 тисячі штучних об'єктів, які можна віднести до космічного сміття. До такого відносяться "померлі супутники", деталі, що залишилися від підірваних ракет і т.д.
Йдеться переважно про об'єкти розміром понад 10 сантиметрів. Усі вони занесені до спеціальних каталогів та мають свої ідентифікаційні номери. До речі, у 2013 році кількість таких фрагментів на орбіті Землі, згідно з американським каталогом, налічувалася лише 16 600.
Проблема космічного сміття
Сьогодні вчені дедалі частіше починають говорити про засмічення навколоземної орбіти космічним сміттям. У середині квітня Європейське космічне агентство повідомило, що штучних фрагментів на орбіті вже стільки, що стежити за ними стає дуже складно, і це може призвести до різних аварій. Хлам, що накопичився за десятки років, не має жодної наукової цінності, але несе загрозу МКС, працюючим супутникам і космічним польотам. У поданій ЕКА доповіді звучать такі цифри:
“За допомогою потужних наземних радіолокаційних радарів та інших оптичних приладів ми встановили, що на орбіті знаходиться приблизно понад 700 000 об'єктів більше 1 сантиметра та близько 170 мільйонів фрагментів більше 1 міліметра. З кожним роком ці цифри зростають”
Проблема космічного сміття стає злободенною, і якщо її не вирішити, ми ризикуємо опинитися в ситуації, коли людство більше не зможе вийти в космос, для нас воно просто закрите. Втім, існує безліч проектів, реалізація яких допомогла вирішити цю проблему. Наприклад, доктор Зігфрід Джейсон хоче створити апарат вагою близько 100 грамів, який би захоплював сміття і спрямовував його в атмосферу планети, де той згоряв би. Інші пропонують взагалі відправляти космічний мотлох до Марса. На жаль, через фінансову складову, будь-які пропозиції існують, як кажуть, поки що тільки на папері.
Та ще невідомо, як вчені хочуть знищувати радіоактивні елементи. У 60-80-х роках минулого століття СРСР запустив у космос велику кількість супутників морської розвідки «УС-А». На борту кожного апарата стоїть ядерний реакторіз 30 кілограмами збагаченого урану-235. Було запущено серію з 30 апаратів, дещо вже «повернулося» на Землю. Один із них, «Космос-954», у 1978 році впав на територію Канади. Уламки супутника викликали радіоактивне зараження місцевості (на щастя, малонаселену), що призвело до великого міжнародного скандалу. Інші непрацюючі апарати "поховали" на орбіті висотою близько 1000 кілометрів, де супутники, як вважають фахівці, зможуть залишатися ще 2000 років.
МКС та космічний сміття
У травні минулого року британський астронавт Тімоті Пік, який на той час працював на борту МКС, відправив на землю ось такий знімок.
На фото добре видно невелику тріщину, тобто пошкодження на ілюмінаторі. Фахівці Європейського космічного агентства пояснили, що це пошкодження завдав якийсь металевий фрагмент ззовні «не більше кількох тисячних міліметрів». По суті, об'єкти такого розміру завдати якоїсь серйозної шкоди станції не можуть, але фрагмент діаметром більше 1 сантиметра, що летить у космосі зі швидкістю кулі, може викликати критичну ситуацію. А що буде зі станцією, якщо в неї вріжеться шмат заліза розміром більше 10 сантиметрів, страшно уявити.
МКС знаходиться на низькій навколоземній орбіті на висоті близько 400 км над рівнем моря (НГО має висоту від 160 до 2000 км). Варто сказати, що в області НГО проходили та проходять усі космічні польоти, і сюди ж виводять більшість штучних супутників Землі, тому тут зосереджена велика кількість мотлоху.
Імовірність зіткнення МКС із цими об'єктами існує постійно, благо ми живемо у XXI столітті, і технології дозволяють нам відстежувати рух космічного сміття. Навколо станції є так званий захисний периметр у формі коробки для піци. Його розміри становлять 4 кілометри у висоту (по 2 км вниз та вгору від станції) та 25 кілометрів у ширину та довжину. Якщо один із уламків потрапляє в цю захисну зону, на екранах моніторів наземної служби USSTRATCOM, що займається відстеженням сміття, з'являється сигнал тривоги.
Оператори попереджають NASA про небезпеку, що насувається, і висоту МКС починають коригувати: піднімати або опускати станцію, щоб уникнути зіткнення. Зрозуміло, що дуже маленькі шматочки заліза з вушко голки відстежити дуже важко, та й, як ми писали вище, небезпеку для МКС вони не становлять.
Для своїх габаритів Міжнародна космічна станція дуже рухлива (важить трохи більше 400 тонн). Вона оснащена чотирма гиродинами - інерційними пристроями, які дозволяють станції змінювати напрямок у просторі. На додаток до цього МКС має кілька наборів прискорювачів, що дозволяють їй повертатися. Управління відбувається із землі спеціальними службами.
На низькій навколоземній орбіті МКС утримує сила тяжіння Землі. Без цього тяжіння станція відлетіла б у далекий космос. Виходячи із закону всесвітнього тяжіння, Виходить, що МКС як би падає на Землю, але "промахається", крім того, вона ще рухається "вбік" (не забуваємо, планета кругла). Щоб цей рух не припинився, необхідно правильно підібрати цю саму швидкість вбік. Для МКС вона дорівнює 8 км/с.
Ще один аспект. На висоті, де знаходиться МКС, простежується атмосфера — газова оболонка, яка обертається разом із нашою планетою. Станція хіба що “третиться” неї і сповільнюється, дедалі ближче наближаючись до Землі. Щоб космічний будинок остаточно не впав, потрібно регулярно піднімати його висоту.
Так само на НГО "працює" і обертається навколо Землі космічний сміття. З двома відзнаками — у нього більш висока швидкість руху, ніж у МКС, і не управляють з командного пункту. Уламки різних апаратів постійно падають. Щорічно в атмосферу Землі входить близько 150 тонн сміття. Дрібніші фрагменти згоряють в атмосфері, більші тонуть в океані, але іноді можуть впасти і на тверду поверхню. Найпомітнішим випадком за останні кілька десятків років стало падіння 1997 року паливного бака другого ступеня ракети-носія «Дельта-2». Шматок металу впав у Техасі. На щастя, ніхто не постраждав.
Є сміття і на геостаціонарній орбіті, що починається на висоті понад 30 000 км. Добре відомо, чим вища орбіта, тим менша сила тяжіння, і менше заважає атмосфера, а отже сміття може бути на ній довше — століттями!
Лідер за кількістю залишеного сміття у космосі
Більшість космічного сміття становлять фрагменти, які утворилися під час навмисного чи мимовільного вибуху ракет чи супутників. Більшість таких вибухів була “плановою”. Під час Холодної війниСРСР і США виконували дуже багато космічних польотів за військовими програмами і деякі кораблі, які не впоралися із завданням, просто знищувалися в космосі.
Але були й аварійні ситуації, коли апарати вибухали ненавмисно, внаслідок будь-яких проблем із системою. Наприклад, у 1960-х роках основною причиною космічних катастроф ставали пари ракетного палива, яке не встигало вигоріти під час роботи рухових установок. В 1965 через залишки палива в баках вибухнув ступінь американської ракети "Транстейдж", в результаті ракета розлетілася на 500 частин. Усі ці фрагменти залишились у космосі.
Перше місце вибухів на орбіті належить ... Росії. З 1991 року сталося щонайменше 35 аварій із російськими ракетами. З чим це пов'язано, залишається лише здогадуватись. Одна з причин — зниження якості космічної техніки, що випускається. Ця проблема почалася після розпаду СРСР. На превеликий жаль, цей занепад у ракетно-космічній галузі не можуть подолати досі.
Знайшли помилку? Будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.
За роки освоєння космосу там зібралося багато непотрібних предметів. Випускниця МДТУ ім. Баумана за спеціальністю «моделювання космічних комплексів» Анна Ложкінапояснює походження цього сміття, звідки воно береться і чому не падає нам на голову, розповідає, що можна зробити для підтримання чистоти космічного простору.
Які об'єкти обертаються довкола нашої планети?
Насамперед це техніка, запущена людьми.
Низькою навколоземною орбітою, висотою від 160 до 2000 кілометрів, рухаються апарати дистанційного зондування, міжпланетна космічна станція (МКС).
На більш віддаленій геостаціонарній орбіті, її висота приблизно 36 тисяч кілометрів над поверхнею планети, "зависають" супутники прямого мовлення телевізійних програм і різних системзв'язку.
Насправді супутники рухаються з дуже великою лінійною та кутовою швидкістю, встигаючи за обертанням Землі, тому кожен перебуває над своєю точкою планети – ніби висять над нею.
Крім цього на орбітах знаходиться різне "космічний сміття".
Звідки береться у космосі сміття, якщо там ніхто не живе?
Як і на Землі, у космосі сміття – справа рук людських. Це відпрацьовані щаблі ракет-носіїв, уламки супутників, що зіткнулися або вибухнули.
Кількість апаратів, відправлених до космічного простору з 1957 року до теперішнього часу, перевищила 15 тисяч. На низьких орбітах стає тісно.
Частина техніки старіє - у деяких апаратів закінчується паливо, в інших виходить з ладу обладнання. Такі супутники вже не піддаються управлінню, а лише відстеженню.
Скоро навколо Землі буде стільки супутників і космічного сміття, що не можна буде запустити новий супутник або відлетіти із Землі на ракеті
Зіткнення навіть невеликих об'єктів, що рухаються з орбітальними швидкостями під кутом один до одного, призводить до їхнього значного руйнування. Так жуйка, що залетіла на орбіту МКС, може пробити оболонку станції та занапастити весь екіпаж.
Подібний ефект - зростання кількості сміття на низькій навколоземній орбіті внаслідок зіткнення об'єктів, що називається синдромом Кесслера і потенційно може призвести в майбутньому до повної неможливості використання космічного простору під час запусків із Землі.
А як справи високо-високо там, на геостаціонарній орбіті? Вона теж густо заселена, місця там коштують дорого і навіть є лист чекання. Тому, як тільки добігає кінця термін експлуатації апарату, його виводять з геостаціонару, а на позицію, що звільнилася, летить наступний супутник.
Куди подіється космічний сміття?
З низької навколоземної орбіти будь-який великий об'єкт спускається в атмосферу, де згоряє швидко та повністю – нам на голову навіть попіл не падає.
А ось з маленькими шматочками справа складніша. Декілька організацій США та Росії надійно відстежують лише космічні апарати та фрагменти сміття більше 10 см. Об'єкти з розмірами від 1 до 10 см практично не піддаються рахунку.
З геостаціонарної орбіти застарілі або припинили нормально функціонувати супутники засувають подалі на висоту близько 40 тисяч кілометрів, щоб звільнити місце для нових претендентів.
Так, за геостаціонаром, з'явилася орбіта поховання, де померлі супутники за інерцією літатимуть ще сотні років.
А що відбувається із космічними кораблями?
Кораблі, на яких люди вирушали до космосу, повертаються на Землю, де доживають свій вік у музеях чи наукових центрах.
Сміття, що утворюється у процесі життєдіяльності мешканців міжнародної космічної станції, точно в космос не потрапить. Він ретельно збирається, вантажиться на транспортний корабель - той, що привозить їм усе необхідне, і вирушає до Землі. Цей корабель по дорозі назад майже повністю згоряє в атмосфері або затоплюється в Тихому океані.
Сміття як витрати запуску космічних апаратів
Повідомлення по радіо або з екранів телебачення про те, що "відділення першого ступеня пройшло в штатному режимі" звучить звично для сучасної людини. Дорогою до запланованої орбіти ракета-носій втрачає й інші деталі, що стали непотрібними.
На 1 кг запущеної маси доводиться щонайменше 5 кг допоміжної. Що з ними відбувається?
Баки першого ступеня відразу “відловлюють” Землі спеціально навчені люди. Другий ступінь та обтічники теж падають на Землю, але розлітаються набагато далі і знайти їх складніше.
А ось розгінні блоки, які використовуються при переході з опорної орбіти на кінцеву, там нагорі залишаються. Згодом вони потихеньку сповзають униз, входять у атмосферу, де й згоряють.
Загалом усе перетворюється на пил і розсіюється в атмосфері. Хіба що дуже великі і міцні шматки долітають до нас. 2001 року долетів шматок від станції СВІТ і впав в океан.
Утилізація космічних апаратів
Виходить, що способи утилізації космічних апаратів – це топити в океані, запустити подалі, спалити в атмосфері… Такий безвідходний метод.
Деталі, знайдені Землі рятувальниками, переробляють чи повторно використовують.
На жаль, переробити поки що можна не всі. Гідразин, що витек з двигуна, отруїть грунт і воду далеко і надовго.
Як весь цей пил і гар впливає на повітря, яким дихаємо?
Так, наше з вами повітря забруднюється і захаращується маленькими частинками попелу, пилу, іншими продуктами горіння космічних апаратів. Але не так сильно, як від викидів земних машин та заводів.
Ось лише один приклад. Сумарна маса повітря в атмосфері – 5Х10¹⁵ тонн. Маса орбітальної станції "Мир", найбільшого з космічних апаратів, що коли-небудь увійшли в атмосферу, і згоріли в ній (2001 рік) - 105 тонн. Тобто всі крапельки та порошинки, що залишилися від орбітальної станції, ніщо в порівнянні з величиною атмосфери.
Тепер подивимось на викиди промисловості. За даними Росстату, найменший сумарний викид за період спостережень з 1992 року припав на 1999 рік. І він становив 18,5 млн тонн.
Тобто тільки над нашою країною за один рік у повітря потрапило у 176190 разів більше бруду, ніж рознесло над усім земною кулею, поки «Світ» горів у атмосфері.
Що можна зробити для зменшення кількості сміття у космосі
У останні рокиперед людством гостро постали проблеми підтримання чистоти космічного простору.
Є кілька напрямків, якими ведуться дослідження:
- Розвиток мікросупутникової галузі. Вже створені супутники-коробочки – кубсати та таблетсати. При їх запуску досягається істотна економія на виведенні, потрібно менше палива, менше зайвого потрапляє на орбіту. Щоправда, як наздогнати таку грудочку, якщо щось піде не так, поки неясно.
- Збільшення тривалості життя апаратів. Перші супутники були розраховані на 5 років, сучасні апарати – на 15 років.
- Повторне використання деталей. Найбільший прорив у цьому напрямі – поворотні ракети-носії, над якими вже працює Ілон Маск.
Ще дуже важливо розібратися з тим, які супутники дійсно необхідні, більш відповідально ставитися до вибору апаратів, що запускаються.
У віддаленому майбутньому, сподіваємося, з'являться пилососи або інші пристрої, які дозволять робити косметичне і навіть генеральне прибирання космічного простору.
Мало що можна придумати, якщо поміркувати, поставити собі за мету, зберегти чистий космос для майбутніх поколінь.