Космический мусор и как с ним бороться.

Зомби-спутники, осколки ракет и обломки от столкновений создают большую опасность для движения на орбитах вокруг планеты. Исследователи работают над уменьшением угроз, создаваемых более чем 20 000 объектами в космосе.

Ежедневно инженерам приходится совершать различные маневры, помогающие избежать столкновений с космическим мусором, поскольку пространство вокруг Земли становится все более переполненным. Уже 2017 году коммерческие компании, военные и гражданские ведомства, а также любители вывели на орбиту более 400 спутников, что более чем в 4 раза превышает среднегодовой показатель за 2000-2010 годы. С тех пор, как такие компании, как «Боинг», «OneWeb» и «SpaceX» начали выполнять свои планы по размещению сотен и тысяч спутников связи в космосе, количество выводов еще возросло.  Уже скоро такими темпами число запускаемых в год спутников сравняется с количеством спутников, запущенных человечеством за всю историю космических полетов.

И эта активность может привести к катастрофе. В 2009 году американский коммерческий спутник «Иридиум» врезался в неработающий российский спутник связи «Космос-2251», создав тысячи новых осколков космической шрапнели, которые теперь угрожают другим спутникам на низкой околоземной орбите – области, простирающейся на высоту до 2000 километров. Всего на орбите находится около 20 000 объектов, являющихся творением рук человеческих. Это число включает в себя как рабочие спутники, так и небольшие осколки солнечных батарей и ракет. И спутниковые операторы не могут уклониться от всех возможных столкновений, потому что каждое движение требует времени и топлива, которые в противном случае могли бы быть использованы для основной работы космического аппарата.

Озабоченность космическим мусором восходит к началу спутниковой эры, но количество объектов на орбите растет настолько быстро, что исследователи ищут новые пути решения этой проблемы. Некоторые из них занимаются усовершенствованием процесса обнаружения мусора, другие составляют базы данных, описывающую максимально точные координаты всех объектов на орбите, а третьи – разрабатывают методы измерения форм и размеров. Такие данные облегчили бы жизнь операторам, и те смогли бы эффективнее работать в захламленном космосе, заранее зная, что их ждет. В конце концов, также существуют работы, посвященные поиску специальных орбит, на которые можно было бы выводить спутники после завершения их миссий, с тем чтобы они быстро сгорали в атмосфере, помогая очищать космос.

И эта напряженная работа множества людей оправдана. Всего лишь несколько неконтролируемых космических столкновений могли бы породить достаточно мусора, чтобы запустить каскад фрагментов. Такие облака осколков способны сделать околоземное космическое пространство непригодным для использования. «Если мы продолжим в том же духе, то достигнем точки невозврата», — говорит Каролин Фруэ, астродинамический исследователь Университета Пердью в Западном Лафайетте, штат Индиана.

Грязные орбиты.

Первый спор вокруг космического мусора возник в 60-х годах прошлого века, и причиной ему послужил военный проект США. А суть заключалась в следующем: на орбиту планировалось отправить миллионы маленьких медных иголок. Иглы предназначались для обеспечения радиосвязи в случае, если ядерные испытания на больших высотах приведут к уничтожению ионосферы: атмосферного слоя, отражающего радиоволны на больших расстояниях.

В 1963 году ВВС отправили иглы на орбиту, где они успешно сформировали отражающий пояс. Большая часть игл естественным образом ушла с орбиты и сгорела в атмосфере в течение следующих трех лет, но обеспокоенность по поводу «грязного» пространства, тем не менее, помогла завершить этот проект.

По словам Лизы Рут Рэнд, историка из Филадельфии, штат Пенсильвания, и научного сотрудника Американской исторической ассоциации и НАСА, это был один из первых примеров того, как космическое пространство выглядит как пейзаж, который необходимо поддерживать в чистоте.

С момента запуска Советским Союзом первого спутника в 1957 году количество объектов в космосе резко возросло и достигло примерно 2000 в 1970 году, около 7500 в 2000 году и около 20 000 известных сегодня объектов. Два самых больших всплеска возникновения орбитального мусора произошли в 2007 году, когда китайское правительство взорвало один из своих спутников в ходе ракетных испытаний, и в 2009 году во время столкновения «Иридиум-Космос». Оба события привели к появлению тысяч новых фрагментов, и на их долю приходится около половины вынужденных маневров рабочих спутников.

Даже с ростом нашей способности наблюдать за космическими объектами растет и общее количество объектов на орбите. Это означает, что компаниям, правительствам и другим игрокам в космосе приходится сотрудничать новыми способами, чтобы избежать общей угрозы. С 2000-х годов такие международные группы, как Координационный комитет по космическому мусору, разрабатывают руководящие принципы достижения космической стабильности. Они включают деактивацию спутников в конце их полезного срока службы путем сбрасывания остаточного топлива или других материалов под давлением, которые могли бы привести к взрывам. Межправительственные группы рекомендуют также спускать спутники достаточно низко в атмосферу, чтобы они могли сгореть или распасться в течение 25 лет. Но пока только около половины всех миссий придерживаются этого принципа.

Космические патрульные.

Теоретически, у спутниковых операторов должно быть достаточно пространства, чтобы все миссии могли безопасно летать, не приближаясь друг к другу. Поэтому некоторые ученые решают проблему космического мусора, пытаясь понять, где находится весь мусор с высокой степенью точности. Это облегчило бы потребность во многих ненужных маневрах, которые сегодня используются во избежание потенциальных столкновений. «Если бы вы точно знали, где все находится, у вас почти никогда не было бы проблем», — говорит Марлон Зорге, специалист по космическому мусору из аэрокосмической корпорации в Эль-Сегундо, Калифорния.

Эта область называется управлением космическим движением, потому что она аналогична управлению движением на дорогах или в воздухе. «Представьте себе напряженный день в аэропорту»,- говорит Мориба Джа, астродинамик из Техасского университета в Остине.-«Самолеты приземляются и взлетают близко друг к другу в тщательно проработанной хореографической рутине. Авиадиспетчеры знают местоположение самолетов с точностью до 1 метра. О космическом мусоре то же самое сказать нельзя. Не все объекты на орбите известны, и даже те, которые включены в базы данных, отслеживаются с разной степенью точности. Кроме того, нет авторитетного каталога, в котором точно указывались бы орбиты всех известных объектов космического мусора.»

Джа иллюстрирует свой рассказ с помощью разработанной им базы данных под названием ASTRIAGraph. Для визуализации расположения объектов в космосе она опирается на несколько источников, таких как каталоги, которые ведут правительства США и России. Когда он вводит идентификатор конкретного космического объекта, ASTRIAGraph рисует фиолетовую линию для обозначения его орбиты.

Только для ряда объектов картинка вырисовывается неоднозначная. Например, российский ракетный корпус, запущенный в 2007 году и обозначенный в базе данных как объект под номером 32280. Когда Джа входит в этот номер, ASTRIAGraph рисует две фиолетовые линии: американский и российский источники содержат две совершенно разные орбиты для одного и того же объекта. Ях говорит, что почти невозможно определить, какая из них правильная, если только третий источник информации не может помочь в перекрестной корреляции правильного местоположения.

В настоящее время ASTRIAGraph содержит некоторые, но не все основные источники информации о слежении за космическими объектами. В американском военном каталоге — крупнейшей из общедоступных баз данных такого рода — почти наверняка отсутствует информация о засекреченных спутниках. Российское правительство аналогичным образом держит многие из своих данных близко к сердцу. За последние несколько лет появилось несколько коммерческих баз данных космического слежения, и к большинству из них нет открытого доступа.

Джа описывает себя как космического защитника окружающей среды: «Я хочу сделать космос безопасным местом, свободным и полезным для будущих поколений». До тех пор, пока этого не произойдет, утверждает он, космическое сообщество будет продолжать скатываться в трагедию общности, в которой все операторы космических полетов загрязняют общий ресурс.

Орбитальные трупы.

Космос вокруг Земли заполнен зомби: около 95% всех объектов на орбите — мертвые спутники или их обломки. Когда кто-то, эксплуатирующий активный спутник, получает предупреждение об объекте на курсе столкновения, нужно представлять, насколько опасен мусор. При наличии большого числа объектов и неопределенностей, которые имеются в настоящее время, предупреждения о столкновении сыплются без конца.

Чтобы оценить риск приближающегося столкновения, операторы спутников должны знать, что это за объект, но в каталогах отслеживания мало информации. В этих случаях военные и другие космические трекеры используют телескопы для сбора подсказок за короткий период времени до потенциального столкновения.

Как только исследователи узнают, из чего состоит орбитальный объект, у них появляется ряд потенциальных способов уменьшить его угрозу. Некоторые предложения, основанные на научной фантастике, предполагают использование магнитов для зачистки космического мусора или лазеров для уничтожения или отклонения мусора на орбите.

Но такие подходы к очистке орбиты вряд ли будут практичными в долгосрочной перспективе, учитывая огромное количество объектов на орбите. Так что некоторые другие эксперты считают лучшим способом смягчения космического мусора пассивный подход.

Спутники на низкой околоземной орбите могут быть утилизированы путем принуждения их к повторному входу в атмосферу, или же они могут быть безопасно размещены на «кладбищенских» орбитах, которые никогда не взаимодействуют с другими объектами. Но в долгосрочной перспективе спутниковые траектории могут оказаться нестабильными из-за гравитационного резонанса.

Совсем недавно активисты предложили иной подход к решению этой проблемы. Их идея заключается в взимании с операторов «платы за использование орбиты» за каждый выведенный на орбиту спутник. Арендная плата за использование орбиты, исходя из их рассуждений, должна заставить операторов задуматься об утилизации отслуживших свое аппаратов. Таким образом, каждый космический мертвец обойдется операторам «в копеечку», а каждый новый спутник потребует немалых средств не только за счет самого запуска, но и арендной платы. Не совсем ясно, куда пойдут в таком случае средства, полученные за аренду международного пространства, и как такая инициатива повлияет на стоимость связи, поставляемой коммерческими операторами, на плечи которых и лягут подобные траты. 

Итак, вопрос космического мусора остается открытым, и решения, которое закрыло бы его, пока не существует. Зато существует решение проблемы для любителей сайтов на космическую тему – доменная зона .space