Начиная с 1957 года, когда в полёт отправился первый спутник, количество объектов искусственного происхождения в безвоздушном пространстве неуклонно росло. В начале XXI века до человечества дошло, что отработавшие своё аппараты и не думают самоуничтожаться, продолжая бодро носиться над Землёй с бешеной скоростью и угрожая пока ещё действующим объектам. Беда в том, что утилизировать их не так-то просто.
Масштаб проблемы
Год от года количество космических отходов растёт. Уже в 2021 году речь шла о 7 тыс. тонн мусора с гаком. В феврале этого года "Роскосмос" конкретизировал цифру: по его данным, в околоземном пространстве скопилось порядка 130 млн объектов такого рода. Есть и куда более пессимистичные предположения, по которым количество "космических отходов" превысило 1 млрд единиц.
Более того, их становится всё больше за счёт отживших своё аппаратов, тех же спутников. В 2018 году в свободный полёт отправилось полтонны вышедшей из строя научной аппаратуры с МКС, в 2021 году — платформа со старыми аккумуляторами весом 2,5 тонны. Обилие мусора постоянно растёт и в результате эффекта Кесслера: сталкиваясь друг с другом, беспорядочно витающие обломки разлетаются на части и таким образом увеличивают количество фрагментов. В частности, в 2009 году друг в друга врезались российский спутник "Космос-2251" и американский Iridium 33, в результате чего количество мусорных объектов увеличилось на несколько сотен, если не тысяч.
Компьютерная модель распределения космических объектов в околоземном пространстве, согласно описанию NASA 95 % из них являются мусором. Фото: wikipedia.org/NASA
Если так пойдёт и дальше, не за горами день, когда внеземной хлам окружит планету плотным кольцом. В этом случае летать в ближний космос станет нереально, получать данные для мониторинга погоды — тоже. Да и прочие технологии, базирующиеся на спутниковой связи, перестанут работать. Но самую большую угрозу мусор несёт тем, кто работает на орбите.
Даже самые крошечные обломки представляют немалую опасность для действующих космических аппаратов. Для примера: окно МКС Cupola было повреждено песчинкой меньше миллиметра в диаметре! Это и неудивительно: объекты на орбите движутся со скоростью до 15 км/с, что быстрее пули больше чем в 15 раз.
В результате МКС то и дело приходится уклоняться от раскиданных по космосу отходов. В частности, 17 октября 2022 года пришлось на некоторое время включить двигатели грузового корабля "Прогресс МС-20", чтобы увести его с траектории движения мусорного объекта. Перед этим аналогичную операцию выполняли в июне — на станцию летели остатки спутника "Космос-1408". А в ноябре 2021 МКС пришлось уворачиваться от одного из 2,5 тыс. обломков, в которые в 2007 году превратился китайский метеоспутник Fengyun-1C.
И это только несколько примеров. На деле же подобная ситуация повторяется постоянно — только в 2020 году мониторинговые службы зафиксировали 220 случаев, когда мусор проходил в опасной близости от МКС. Правда, менять орбиту движения станции пришлось всего дважды, но и это заметно увеличило расход топлива, которого в условиях космоса много не бывает. Если же говорить обо всех работающих в околоземном пространстве станциях, по данным "Роскосмоса", в среднем они сталкиваются с угрозой примерно 4,5 тыс. раз за год.
МКС подстерегает масса опасностей со стороны... мусора. Фото: wikipedia.org/NASA
Сбор информации
Пока основной способ уберечь МКС — мониторинг движения известных мусорных объектов. Для этого их вносят в единый каталог, но туда, увы, попадают далеко не все. При этом недостаточно отслеживать низкую орбиту в пределах 160 км от Земли. Эксперименты ESA показали, что всего за несколько десятков лет обломки от столкновений разлетятся по орбитам от 400 до 800 км.
В разных странах за "поведением" бесхозных искусственных объектов следят разные структуры: в США за такой мониторинг отвечает командование Space Surveillance Network под руководством Минобороны, занося их в каталог NORAD. В Европе этим вопросом занимаются ESA Space Debris Telescope, TIRA, EISCAT и др., там ведут свой каталог — DISCOS.
У нас полученные данные публикуются в ГИАЦ АСПОС ОКП, их собирает система АСПОС. Она позволяет наблюдать около 11 тыс. космических объектов размером 25–30 см на высоте более 3 тыс. км. Но на низких орбитах технические возможности системы ограниченны, она может зафиксировать лишь незначительное количество мусора размером 15–20 см.
В последние годы начала действовать также более эффективная система "Млечный Путь", спектр наблюдения которой куда шире. Она способна отслеживать космические объекты в 5–7 см на высоте до 2,5 тыс. км, объекты размером 10–15 см в диапазоне до 45 тыс. км и размером от полуметра до метра, улетевших ещё дальше. Только за 2022 год "Млечный Путь" пять раз уберёг МКС от столкновения с космическим мусором.
Совершенству нет предела, и технологии контроля околоземного пространства продолжают развиваться. Холдинг "Российские космические системы", входящий в "Роскосмос", запатентовал способ решения проблемы с помощью фотонов. Суть метода в том, чтобы обнаруживать, измерять и прогнозировать траекторию движения даже небольших фрагментов мусора при помощи оптоэлектронных систем с высоким разрешением. Метод счёта фотонов, уже сейчас применяющийся для регистрации слабых сигналов, поможет фильтровать помехи и снизить процент ошибок при передаче данных.
МКС должен то и дело уклоняться с траектории движения космических отходов. Фото: wikipedia.org/NASA/Cady Coleman
Поиск инструментов
Однако бесконечно уворачиваться от мусора, всё больше захламляющего околоземную орбиту, невозможно. Так или иначе надо придумать какие-то методы очистить космос. Учёные ломают головы над проблемой с начала XXI века. Логично в данной ситуации воспользоваться земной атмосферой, которая представляет собой естественный ресурс самоочистки: стоит объекту войти в неё, как он попросту сгорит при торможении. Но такой метод действенен только для отходов, оказавшихся на низких орбитах, в геостационарной же области объекты рискуют зависнуть навсегда. Соответственно, необходимо придумать, как можно отправить застрявшие на высоте обломки вниз.
Технологии, надо сказать, предлагались весьма остроумные. Одна из них заключалась в том, чтобы запустить в космос ракеты, наполненные водой. Добравшись до места, они должны были буквально "смыть" орбитальный хлам в атмосферу стеной этой самой воды. Прозвучала также идея распылить тонну вольфрамовой микропыли, которая бы опустила в атмосферу мелкие частицы мусора. Правда, это могло быть вредным для здоровья землян — по имеющимся данным, вольфрам негативно влияет на живые организмы. Были и другие варианты: притормозить космический мусор с помощью огромной лазерной пушки, развернуть на орбите солнечный парус размером с футбольное поле, чтобы он "собрал" объекты и вместе с ними опустился в атмосферу, и т.п.
Предложение "сбивать" обломки космических аппаратов в океан тоже оставляет желать лучшего. Фото: wikipedia.org/NASA
Придумать вариант, который был бы достаточно эффективным и не слишком дорогостоящим, однако, пока не удаётся, но учёные продолжают работать. Одним из многообещающих методов выглядит использование ионного потока. Суть в том, чтобы создать аппарат-уборщик, оснащённый ионными двигателями, один из которых будет вести его по заданной орбите, а второй — "сдувать" мусор в сторону атмосферы. Плюс решения в том, что ионные двигатели не слишком энергозатратны, 5 кг топлива хватит для работы в течение года.
В 2019 году состоялся первый успешный эксперимент. Британский спутник RemoveDebris, оснащённый гарпуном и сетью, сумел поймать техногенный объект на низкой орбите. Вообще, тема сети в сфере "космической уборки" выглядит вполне рабочей.
Учёные из "Российских космических систем" разработали проект устройства, которое будет собирать небольшие спутники, фрагменты космических аппаратов, разгонных блоков и прочего отслужившего свой век оборудования и деталей благодаря особой титановой сети. Изюминка в том, что мусор не предполагается куда-либо ещё перемещать, вместо этого его будут перерабатывать в псевдожидкое топливо. Мало того что это обеспечит безотходное уничтожение мусора, так ещё и позволит максимально увеличить срок работы "уборщика", который будет "питаться" за счёт космических обломков.
Собственно, увеличение срока действия любого из уже существующих космических аппаратов — задача весьма актуальная. Пока лучшие умы бьются над вопросом, как очистить космос, лучшее, что можно сделать, — по возможности не засорять его ещё больше. А там, глядишь, подоспеют более совершенные технологии для нейтрализации космического мусора.
Ольга Ладыгина