В течение последних 58 лет мы выводили оборудование на околоземную орбиту, особенно на низкую околоземную орбиту. Космос – это большое место, поэтому поначалу никто, вероятно, не беспокоился, что мы начнем его выбрасывать, но именно это и произошло за столь короткий промежуток времени. Теперь это серьезная проблема, с которой нам приходится сталкиваться.
Это разочаровывает, и мне неприятно, что у нас есть еще одна причина для беспокойства, но орбита Земли настолько загромождена мусором, что это представляет серьезную угрозу для наших средств в космосе. Недавно бывший ученый НАСА Дональд Кесслер сказал в интервью:
“Мы находимся на уровне, который мы называем ”критической плотностью” — когда в космосе достаточно крупных объектов, которые будут сталкиваться друг с другом и создавать мелкие обломки быстрее, чем их можно будет удалить”.
Ученые НАСА также опасаются сценария, подобного тому, который показан в фильме “Гравитация”. С фильмом возникли некоторые научные проблемы, но основная идея верна – на орбите так много мусора, что столкновение двух крупных объектов может вызвать цепную реакцию, они разбросают мусор, который столкнется с другими объектами, образуя еще больше мусора.
Вот оценки НАСА по количеству мусора на орбите:
Известно, что на орбите существует более 21 000 обломков размером более 10 см. По оценкам, общее количество частиц диаметром от 1 до 10 см составляет приблизительно 500 000. Количество частиц размером менее 1 см превышает 100 миллионов.
Многие из этих объектов могут двигаться чрезвычайно быстро относительно других объектов, таких как, например, Международная космическая станция (МКС). Даже небольшой осколок может действовать как пуля, нанося серьезный ущерб станции, спутнику или любому кораблю, который мы, возможно, захотим вывести на орбиту.
Кесслер считает, что самая большая проблема – это крупные выведенные из эксплуатации спутники. Если они столкнутся друг с другом, это может вызвать цепную реакцию из-за большого количества обломков, которые они нанесут.
Как решить проблему
Итак, что нам с этим делать? Во-первых, нам необходимо разработать политику, ограничивающую количество нового мусора, который мы выводим на орбиту. Одним из важных аспектов этого является создание спутников, способных самостоятельно сходить с орбиты по истечении срока их службы. Это называется “утилизацией после завершения миссии” (PMD).
В качестве одного из решений для этого используется длинный (в несколько километров) проводящий трос. Проводящий провод взаимодействует с магнитным полем Земли и окружающей плазмой, создавая сопротивление, которое, по сути, сводит спутник с орбиты. Ракеты также могут быть использованы для снижения орбиты до такой степени, что атмосферное сопротивление сделает все остальное.
Существует также система обслуживания спутников на орбите (OOSS), которая направлена на продление срока службы активных спутников с выполнением задач по дозаправке, ремонту, модернизации или другому обслуживанию спутников. Это могло бы уменьшить потребность в выводе на орбиту новых спутников.
Однако сами по себе PMD и OOSS не решат текущую проблему. Нам также необходимо “активное удаление космического мусора” (ADR). Это очень сложно, поскольку мы имеем дело с большим количеством мелких обломков, движущихся по различным орбитам со скоростью 28 000 км/ч и более. Однако, даже если мы будем использовать только крупные мертвые спутники, это окажет огромную помощь и снизит риск цепной реакции.
Одно из предлагаемых решений заключается в использовании разгонных блоков ракет, которые выводят на орбиту новые спутники. После доставки полезной нагрузки эти разгонные блоки становятся бесполезными. Однако они могли бы быть оснащены достаточным количеством топлива и дополнительного оборудования, чтобы, оказавшись на орбите, они могли преследовать мертвый спутник, захватить его, а затем сойти с орбиты вместе с мертвым спутником. По крайней мере, таким образом, каждый раз, когда мы выводим на орбиту новый спутник, мы также выводим из строя старый.
Однако, как описывает это одна аэрокосмическая компания, это технически нетривиальная задача:
Почти ни один космический аппарат не предназначен для физического захвата, когда он находится на орбите, и у него могут быть антенны, солнечные батареи или другие хрупкие выступы. Они могут кувыркаться или вращаться, что затрудняет захват и управление. Многие из этих старых спутников и разгонных блоков ракет весят тысячи фунтов, что затрудняет их перемещение. Некоторые объекты находятся на орбите десятилетиями и поэтому могут оказаться не такими прочными, как при запуске, или могут содержать топливо, которое может взорваться при запуске.
Чтобы сделать это более эффективным, есть предложение создать захват, который будет сбрасывать мертвый спутник с орбиты и в то же время сам нацеливаться на следующую цель.
Другое решение – прикрепить трос к уже вышедшему из строя спутнику или верхней ступени ракеты, чтобы помочь ему подняться в атмосферу. Трос может быть таким, как описано выше, или просто прикрепить воздушный шар для увеличения сопротивления атмосферы. Еще одна альтернатива – использовать большой парус для замедления падения обломков.
Одна из интересных идей заключается в создании потоков воздуха в верхних слоях атмосферы, предназначенных для сдувания с орбиты обломков, находящихся на низкой орбите. Однако это сработает только для самых мелких обломков.
Наконец, есть проект, в котором используется электрифицированная сетка для захвата обломков и опускания их в атмосферу.
Darpa работает над планом не удаления мусора с орбиты, а его переработки. Они хотят захватить вышедшие из строя спутники, а затем собрать из них части, такие как антенны или солнечные батареи, и прикрепить их к новым спутникам.
Вывод
Вызывает разочарование, что мы вообще позволили себе оказаться в такой ситуации. Менее чем через 60 лет мы окажемся на грани того, чтобы сделать низкую околоземную орбиту непригодной для использования, и это уже очень опасно. Мы относились к космосу так же, как к нашим океанам или атмосфере – думали, что они настолько обширны, что мы ничего не сможем сделать, и это не будет проблемой.
Итак, сейчас у нас кризис, и мы должны исправить часть того ущерба, который мы уже нанесли, одновременно разрабатывая планы устойчивого развития, о которых нам следовало подумать десятилетия назад.
Существует также проблема политической воли. Надеюсь, это не будет серьезной проблемой. Например, мы не можем просто так вывести с орбиты спутник, который нам не принадлежит. Мы должны запросить разрешение у страны, которой принадлежит спутник. Нам нужны международные соглашения, облегчающие удаление космического мусора и предусматривающие дополнительные расходы, которые потребуются при реализации устойчивых вариантов.
Похоже, что каждое крупное космическое агентство признает проблему космического мусора и, по крайней мере, говорит о ней. Главный вопрос, который у меня возникает на данный момент, заключается в следующем: будем ли мы предпринимать серьезные действия по устранению космического мусора до или после того, как он вызовет крупную катастрофу на орбите?
