Что такое космический мусор и чем он опасен. Мусорный пояс
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 .
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
Откуда взялся мусор в космосе, что он собой представляет, чем опасен для человечества, и как с ним предлагают бороться - в материале «Футуриста».
С момента освоения Луны люди на ее поверхности более 180 тонн мусора. По данным прошлого года , на околоземной орбите находится около 18 тысяч объектов размером более 10 сантиметров, в том числе 1200 спутников, 750 тысяч «летающих пуль» (размер каждой «пули» около сантиметра) и около 150 миллионов совсем мелких фрагментов, размер которых менее миллиметра. Американские ученые еще несколько лет назад забили тревогу и предупреждали NASA, что объемы космического мусора достигли критической точки и что все это может представлять серьезную опасность.
Космический мусор: что это вообще такое?
Во-первых, космический мусор - это целые части или обломки уже отработанных спутников, которые когда-то запускались в космос с момента его освоения, то есть на протяжении последних 60 лет. Во-вторых, это обломки, которые появились в результате столкновения других крупных обломков и спутников. Например, в 2009 году где-то над Сибирью произошло столкновение американского спутника связи «Iridium 33» и российского неработающего спутника «Космос-2251», который прекратил свою работу еще в 1995 году. Тогда более 2000 фрагментов от этого столкновения остались на орбите Земли. А в 2013 году спутник «Блиц» столкнулся с мусором от уничтоженного китайского спутника «Фэнъюнь 1С».
В-третьих, космический мусор - это еще и отчего-то не сгоревшие в атмосфере Земли, оставленные и потерянные предметы, в том числе, мешки с отходами астронавтов, несколько американских флагов, мячи для гольфа, кусок мыла или, к примеру, затычки для ушей и прочие мелочи. Все это на огромных скоростях может вращаться на орбите сотни лет.
Согласно данным 2017 года , лидером по количеству космического мусора являются США, на втором месте - Россия, а на третьем - Китай.
Проблему угрозы космического мусора признали в 1993 году, когда генсек ООН Бутрос Бутрос-Гали выступил с докладом «Воздействие космической деятельности на окружающую среду». В частности, он заявил, что проблема космического мусора достигла международного глобального уровня. В 1999 году Комитет ООН по использованию космического пространства в мирных целях обнародовал руководящие принципы по предупреждению образования космического мусора. Но только в 2007 году эти принципы были приняты и одобрены на международном уровне.
В чем опасность космического мусора
Последнее время ученых настораживает так называемый синдром Кесслера. Это когда спутники, находящиеся на орбите, будут сталкиваться и запустят цепную реакцию вторичных столкновений. Все это может привести к уничтожению любого запускаемого аппарата и к тому, что человечеству вообще будет закрыт доступ в космос. Спровоцировать синдром Кесслера, по мнению ученых , может вывод на орбиту новых спутниковых систем - «мегасозвездий», - которые способны вполовину увеличить риск столкновений с другими космическими аппаратами.
«Баллистика фрагментов, летающих вокруг Земли, очень сложна: они сталкиваются, дробятся, превращаются в рои, меняют траектории, могут существовать очень долго, размножаться лавинообразно и перекрыть орбиты, угрожают разрушением пилотируемых кораблей и спутников. Их поведение все более непредсказуемо и опасно. Есть системы мониторинга, но они не спасают», - поясняет монолог, космонавт-испытатель Сергей Кричевский .
При этом надо понимать, что при столкновении с космическим мусором могут пострадать спутники, от которых зависит мобильная связь или интернет на Земле. Но не только этим опасен космический мусор для землян. Его неконтролируемые сходы с орбиты и неожиданные падения тоже представляют угрозу. В 2011 году в Тихий океан упал американский научный спутник UARS, в 2015 фрагмент отработавшей свое ракетной ступени упал в районе острова Шри-Ланка. Весной 2018 года, предположительно в марте, прогнозируется падение китайской орбитальной станции «Тяньгун-1».
Есть вероятность, что вместе с отдельными частями станции, которые не сгорят в атмосфере и достигнут до поверхности Земли, долетит и гидразин - высокотоксичное ракетное топливо. Насколько опасны такие падения для конкретного человека, можно судить по статистике. За всю историю освоения космоса только один человек пострадал от падения космического мусора. Это произошло в 1997 году, когда обломок ракеты Дельта II упал на жительницу штата Оклахома Лотти Уильямс, в то время как она гуляла по парку. Вернее, этот обломок, примерный размер которого был 10 на 13 см, не совсем упал на нее, он всего лишь ударил Уильямс по плечу.
Что делать с космическим мусором?
Проблема засорения космического пространства мусором усиливается, и каждая из стран, по крайней мере, ведущих, пытается найти свои варианты решения. Совсем недавно группа китайских ученых предложила сбивать космический мусор лазерами. Согласно их исследованию, на орбите можно было бы развернуть лазерную станцию, способную работать эффективно, при условии, что у них с обломками, то есть мусором, будет совпадать прямое восхождение восходящего узла. С помощью лазеров ученые хотят ускорить сход космического мусора с орбиты, либо отклонить его курс. Кстати, китайцы в этом деле не первопроходцы. NASA еще в 90-х озадачилось вопросом использования лазеров в борьбе с космическим мусором.
В Японии аэрокосмическое агентство JAXA создает чувствительный радар для обнаружения мелкого космического мусора. Этот радар хотят ввести в эксплуатацию в 2023 году. Предполагается, что он поможет предотвращать столкновения космического мусора со спутниками. Ранее это же агентство занималось разработкой 700-метрового «шнурка» - устройства, которое создает электромагнитное поле, способное тормозить разные обломки в космосе и выводить их в атмосферу Земли. Правда, первая попытка избавиться от мусора с помощью этого устройства была неудачной - грузовой корабль просто не смог выпустить «шнурок». До этого JAXA предлагало очищать космос от мусора с помощью металлических сетей, которые на борту специального спутника должны были выводиться на орбиту, собирать там мусор, отсоединяться и устремляться к слоям атмосферы.
Американская компания Aerospace Corporation разрабатывает Brane Craft - космические аппараты, или «одеяла», как их уже прозвали, для сбора космического мусора. Задача таких «одеял» - ловить небольшие обломки мусора в космосе, обволакивать их, направлять в сторону Земли, спускаться в атмосферу и там сгорать.
Однако, сколько бы предложений не звучало, пока не удалось создать действенный способ борьбы с мусором, ввиду разных причин, в том числе и из-за дороговизны методов очистки околоземного пространства. Вместе с тем от научных и околонаучных сообществ звучат различные, порой не слишком утешительные, предостережения и варианты развития проблемы. , что если не заниматься решением проблемы, через 100-200 лет космическая деятельность прекратится.
Другие говорят об особой политической опасности космического мусора, которая заключается в том, что вскоре трудно будет определить причину аварии или уничтожения спутника: то ли это будет происходить из-за обломков мусора, то ли к этому приложит руку другое государство.
Сегодня приходится не только решать проблемы связанные с загрязнением воды, почвы и воздуха нашей планеты, но и ставить вопрос об огромном количестве мусора, находящемся на орбите Земли. Скопление мусора в околоземном космическом пространстве, образовавшееся там за последние пятьдесят лет, является побочным эффектом исследований космоса и представляет собой вышедшие из строя или отработавшие космические устройства, их обломки и прочие предметы различного размера и происхождения. По приблизительным оценкам ученых сегодня на земной орбите находится более 11 тысяч объектов размером более 10 см, десятки тысяч предметов, длиной от 1 до 10 см, и сотни тысяч совсем мелких отходов. При этом наибольшее количество мусора собралось над «космическими державами» - Россией и США. В настоящее время ситуация продолжает ухудшаться. В основном отходы скапливаются на высоте 850-1500 км от Земли, а также на высоте полета космических кораблей (250-350 км), но, поскольку они так же, как и прочие тела, подчиняются законам гравитации, космический мусор постепенно приближается к Земле.
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.
Проблема мусора на Земле давно уже вышла из регулированных масштабов и считается бичом современной цивилизации. Последние 50 лет мы разбрасываем мусор не только на Земле, но и вокруг нее - в космическом пространстве.
Данная статья предназначена для лиц старше 18 лет
А вам уже исполнилось 18?
Проблема космического мусора
Казалось бы, где находимся мы, а где космос? Разве мы можем засорять околоземное пространство? К сожалению, да. Загрязнение космоса началось еще задолго до того как Юрий Гагарин совершил свой первый полет. Захламливание околоземной орбиты берет свое начало со времен запуска флагманских спутников. После события мирового масштаба, когда СССР отправил за пределы нашей атмосферы «Спутник-1», прошло 60 лет, но именно ту дату, 4 октября 1958 года, принято считать переломным моментом в распространении мусора. Какая между этими событиями связь? Да самая что ни на есть прямая. Все дело в том, что искусственный спутник доставлялся на орбиту ракетой, которая, выполнив миссию, навсегда осталась кружить в космосе по эллиптической траектории (то есть, вокруг Земли). Вслед за СССР, все самые развитые страны мира стремились отправить в космос схожие объекты.
Следующая (хотя правильнее даже сказать предыдущая) ступень в освоении космоса — пилотируемые полеты. Первый из них состоялся еще в 1861 году и уже тогда усугубил экологическую ситуацию на околоземной орбите. К этому времени вокруг Земли вращались уже тонны мусора, что было следствием неудачных попыток запусков как беспилотных, так и пилотируемых летательных аппаратов. Вместе с космическими гонками двух сверхдержав, появлялись никому не нужны объекты, которые двигались по заданной траектории. Они до сих пор летят в непроглядной темноте. Время от времени к полувековому мусору присоединяется новый — его количество возросло в разы, когда в космос начали запускать коммерческие объекты (в наше время каждая мало-мальски приличная корпорация обязательно имеет свой собственный спутник).
Так что же такое космический мусор? Это, по сути, те объекты, которые со временем сломались или стали совсем не нужны. Как вы уже догадались, в первую категорию входят спутники и их фрагменты, ступени и обломки летательных аппаратов. То есть все, что по какой-то причине перестало выполнять возложенные на него обязанности. По сути, на Земле такие же вещи тоже называются мусором. Разница только в том, то здесь мы можем достаточно легко от него избавиться (что в космосе сделать намного труднее).
Вторая категория включает в себя те же спутники, но в рабочем состоянии. Просто они по какой-то причине стали никому не нужны, или устарели. Такие искусственные объекты продолжают исправно работать и давать на Землю нужный сигнал, только информация от них перестала быть нужной.
Чем опасен космический мусор?
Казалось бы, космический мусор находится на расстоянии тысячи километров от поверхности нашей планеты и поэтому особой угрозы не несет. Да и, казалось бы, кому какое дело, что он есть — он-то никому не мешает. Но это утверждение как раз ошибочно. Из-за большого количества космического мусора случаются частые поломки все тех же спутников, а крупные «мусорные фрагменты» способны изменить траекторию полета непилотируемых летательных аппаратов или вообще уничтожить их. И дело здесь даже не в размере, а в колоссальной скорости, с которой движется космический мусор. По разным оценкам она составляет не менее 10 километров в секунду. Именно это делает объект с диаметром в 1-2 мм опаснее пули, выпущенной из пулемета. Чтобы понять всю серьезность ситуации стоить вспомнить о том, что микроскопическая поломка спутника обойдется в кругленькую сумму с шестью нолями. Уничтожение же объекта повлечет за собой еще более существенные финансовые потери.
В наше время были случаи, когда космический мусор полностью уничтожал рабочее устройство и приносил колоссальные убытки не только его владельцам, но и государству, которому «повезло» собирать на своей территории кучу обломков.
Также стоит вспомнить о том, что космический мусор несет угрозу и пилотируемым летательным аппаратам и даже МКС. Конечно же, их оборудуют системами защиты от таких ситуаций, но угроза, которую несут большие тела, все же весьма существенна. И это очень печально, ведь на кону не просто бездушная машина, а намного больше — человеческая жизнь.
Не меньшие проблемы приносит схождение мусора с траектории и падение его на поверхность нашей планеты. Причем неважно, большой он или маленький, в любом случае это грозит серьезными неприятностями. Многие поспорят с этим, скажут, что фрагменты искусственных тел небольшого размера не смогут достичь земной коры и сгорят в атмосфере. Конечно, это так, но от них может исходить еще более серьезная опасность, которая будет иметь гораздо большее негативное воздействие на человечество, чем объект большого диаметра. Дело в том, что на орбите Земли существует масса спутников, которые содержат в себе очень высокие концентрации вредных веществ. Проходя через атмосферу такой объект сгорает, а яды в газообразном или порошковом виде просто рассеиваются над огромными территориями. Не стоит забывать и о , которой эти объекты заражены. Самое печальное — точное количество, то, сколько таких спутников на околоземной орбите не может точно установить ни один мониторинг.
Еще одна угроза, связанная с нарушением экологии космоса — постоянный рост количества мусора. Даже при утилизации и естественном уничтожении достаточно больших объемов космического сора, с каждым годом его становится только больше. Чем чреваты такие тенденции, смоделировать очень просто. Чем больше сора, тем больше вероятность его столкновения с другими летательными аппаратами. Так, ориентируясь на темпы распространения мусора, мы делаем вывод, что в недалеком будущем освоение космоса станет не просто рискованным, а невозможным.
Методы и средства борьбы с космическим мусором
Вполне естественно, что вскоре после обнаружения проблем с экологией космоса, ведущие государства планеты задались вопросом, как избавиться от мусора. Легкие и понятные пути того, как это все убрать есть разве что в игре Space Engineers — в жизни все намного сложнее и многогранней.
Единственно доступная уборка околоземной орбиты — это направление небольших космических объектов на Землю, для того чтобы они благополучно сгорели в атмосфере. Способ утилизации, конечно же, так себе, ввиду рисков, которые он несет (мы упоминали о них ранее). Но сейчас мы находимся на той стадии, когда особого выбора у нас нет. Ультрасовременные аппараты не умеют и не могут действовать иначе, а создание новых технологий по уборке требует слишком много времени, которого у нас, к сожалению, нет.
В последнее время в научном мире существует довольно-таки жаркая полемика о возможности отправки нашего орбитального мусора на другие планеты или даже на Солнце. С этой точки зрения, наиболее подходящим объектом Солнечной системы будет Юпитер, который поглощает космический мусор благодаря своей колоссальному гравитационному полю. Конечно, такой способ устранения проблем по экологии космоса наиболее безопасен для землян, но идеальным его все равно назвать невозможно. Для реализации такого метода уборки потребуются огромные финансовые ресурсы, а гарантии успешности проекта равняются 10%.
С 2018 года уборка с геостационарной орбиты будет проводиться с помощью новейшего аппарата для утилизации мусора. Данный уборщик выводится в высшие слоя атмосферы и с помощью ионных пучков придает выбранному объекту нужную траекторию. Куда девается при этом космический мусор? Есть два варианта — соринки поменьше уничтожаются в атмосфере, а фрагменты побольше перемещаются в глубокий космос. Звучит это все рационально и перспективно, но насколько этот способ борьбы с сором на орбите будет эффективным, покажет время.
Сегодня ясно одно: сбор и утилизация космического мусора — это первостепенные задачи для всего научного сообщества.
Космический мусор — это глобальная проблема, от решения которой зависит не только изучение просторов Вселенной, но и будущее всего человечества.
