(Разные разности. «ХиЖ» 2023 №4)
Давайте поговорим о мусорной свалке. Не о той, что на обочине дороги или в лесу. А о той, что в космосе. Ибо везде, где появляется человек, возникает мусор, а то и горы мусора.
Дверь в космос открыла миру наша страна в 1957 году, когда впервые в истории человечества вывела на орбиту искусственный спутник Земли. С тех пор прошло без малого 76 лет. И околоземное космическое пространство стало вполне оживленным местом, где чего только нет.
За это время на околоземные орбиты было выведено почти 11 тысяч тонн различных объектов — спутников и прочих космических аппаратов, многоступенчатых ракет. Многие аппараты работают до сих пор и постоянно обновляются, а часть сгорела или разлетелась на куски в результате столкновений или взрывов.
И все это — полезные устройства и мусор вперемешку — плавает на высоте от 200 до 2 тысяч километров над Землей. Как раз в той важной зоне, где работает МКС, где висят метеорологические и навигационные спутники, спутники связи.
Ученые, и прежде всего в России, конечно, мониторят околоземные орбиты, следят за космическим мусором и заносят его объекты в каталоги. Системы наблюдения постоянно дополняются новыми математическими моделями и позволяют разглядеть объекты размером больше 10 см — на низких орбитах, и больше 30 см — на высоких. Да и то не все. Более мелкие засечь не удается. А их десятки и сотни миллионов.
И вот эта мелочь может наделать много бед, если встретится с более крупным объектом на орбите. Представьте себе шуруп, который летит со скоростью 10 км в секунду. Просто жуть. Пули, выпущенные из охотничьих ружей со своими несколькими сотнями метров в секунду, нервно курят в сторонке.
Так что мусор в космосе, и мелкий, и крупный, очень опасен для космических аппаратов и для астронавтов, если случится столкновение. И столкновения происходят.
Их начали регистрировать уже в 1980-х годах, когда космического мусора поднакопилось ощутимое количество. Так, в 1983 году маленькая песчинка размером меньше миллиметра оставила серьезную трещину на иллюминаторе шаттла. Дело чуть не дошло до беды. И такие травмы космические аппараты, включая МКС, получают постоянно. От них приходится защищаться специальными экранами.
В марте 2006 года наш космический аппарат «Экспресс АМ-11» столкнулся на орбите с космическим мусором и перешел в неконтролируемый полет. Этот аппарат мы потеряли. По этой же причине мы потеряли несколько спутников ГЛОНАСС. И это, увы, уже обычная история.
А бывает, что сталкиваются два спутника связи. Это и случилось в 2009 году, когда американский коммерческий спутник связи Iridium столкнулся с российским спутником связи «Космос-2251», который уже давно вывели из эксплуатации, то есть мусором. Они столкнулись лоб в лоб на скорости 14 км/с и превратились в большое облако осколков, сильно пополнив ряды космического мусора.
Очевидно, что нарастающий вал космического мусора опасен для космических аппаратов и астронавтов. Их надо защищать. Но нам, живущим на Земле, тоже расслабляться не стоит — космический мусор опасен и для нас.
Дело в том, что этот мусор удерживается на орбитальных высотах не вечно — от нескольких недель до месяцев на низких орбитах и до десятков и даже сотен лет на высоких, подальше от Земли. Затем его объекты входят в атмосферу Земли и сгорают.
Или не сгорают… Каждый год в атмосферу из космоса падает около 70 объектов весом более 800 килограммов. По статистике, от 10 до 40% массы каждого объекта не сгорит в атмосфере и может столкнуться с самолетами.
Пока большая часть мусора падает в океан и столкновений не происходит. Но шансы растут. В американском «Журнале инженерной космической безопасности» прочитала, что когда 20 лет назад космический шаттл «Колумбия» развалился на высоте 60 километров, большая часть обломков упала на Землю в течение 40 минут. За это время через опасную зону прошли девять гражданских самолетов. Слава Богу — все обошлось, обломки в них не попали.
А если количество космического мусора растет, то растет и вероятность столкновения падающих осколков с обычными самолетами. И совершенно очевидно, что с космическим мусором надо что-то делать.
Понятно, что в космосе тоже работает известная формула — «чисто там, где не сорят». Поэтому нужны меры, которые предотвратят образование и скопление мусора в околоземном пространстве. Эти подходы обсуждает научное сообщество. И здесь российские специалисты выступают инициатором международных обсуждений.
Но есть и другая, не менее действенная формула — «чисто там, где убирают». Можно ли убирать мусор в околоземном пространстве? Можно. Во-первых, есть пассивный способ — переправить мусор на дальние орбиты, так называемые кладбища. Но это все равно что замести мусор под ковер, то есть не решение проблемы. Растущие орбитальные кладбища могут стать заметной помехой при более активном исследовании космоса.
Есть другой подход к уборке мусора — активный. Здесь Запад предлагает несколько решений. Например — специальный космический аппарат RemoveDEBRIS, который оснащен гарпуном и ловчей сетью. С помощью этих устройств на тросах аппарат захватывает мусор и перетаскивает его на низкие орбиты, где все сгорает в атмосфере.
Европейское космическое агентство планирует в 2025 году запустить в космос другого космического спасателя, который будет охотиться на крупного зверя. Он орудует четырьмя руками и, как осьминог, хватает кусок летающего металлолома весом в 100 кг.
Его добычей в 2025 году должна стать отработанная ступень ракеты Vega, которую вывели на орбиту в 2013 году. Она как раз и весит килограммов сто.
А потом зонд включит двигатели и опустится в плотные слои атмосферы, где и сгорит с этим куском металла. А вместе с ними сгорят и 120 миллионов евро, потраченные на спасателя.
Лично мне не симпатичны такие лобовые и расточительные проекты борьбы с космическим мусором. Меня привлекают более изящные, долгоиграющие и экономные технологии.
Именно их разрабатывают российские ученые и инженеры в Институте космических исследований, в Институте прикладной физики, в Институте прикладной математики, Институте астрономии — это все академические институты. А еще — в МГУ имени М.В. Ломоносова, и в ЦНИИмаше «Роскосмоса» и многих других организациях. Мы все-таки космическая держава.
Первое симпатичное решение — лазерные установки, наземные и орбитальные. Лазерным лучом обстреливают объект космического мусора, найденный с помощью специальных оптических систем, и тем самым отдаляют его от космического аппарата или сталкивают на более низкие орбиты — в верхние слои атмосферы, чтобы сгорел. Отличное бесконтактное решение.
А вот другой симпатичный проект — своего рода котел-утилизатор на орбите от холдинга «Российские космические системы». Специальный аппарат под названием «Сборщик космического мусора» размером 2 на 1,5 метра и весом 2,5 тонны может за раз с помощью специальной сетки захватить полтонны космического мусора с размером частиц от десятка сантиметров до метра. Свою добычу он засовывает в себя же, где ее автоматически измельчает, дробит и перерабатывает за 6–8 часов.
В результате получается псевдожидкое топливо, которое Собиратель космического мусора сам и использует, чтобы маневрировать по орбитам. Такой мусорщик может работать в космосе 12–15 лет. И стоит он в три раза дешевле одного спутника GPSIII компании Lockheed Martin. На мой взгляд, красивое, экологичное и экономное решение.
Однако усилия ученых по избавлению околоземных орбит от космического мусора перекрываются нарастающим потоком космических аппаратов, особенно спутников связи, запускаемых в космос коммерческими компаниями разных стран.
Одна SpaceX Илона Маска к 2027 году выведет на орбиту почти 12 000 спутников кластера Старлинк. А в планах — 42 тысячи. И в какой-то момент этот космический мусор начнет сыпаться нам на головы в прямом смысле этого слова.
Так что стратегия «чисто там, где не сорят» куда более предпочтительна. Означает ли это, что не надо осваивать космос? Нет, конечно. Просто в каждом случае надо понимать, какие последствия вызовет технология и как их избежать. Космические технологии — не исключение.
Иначе в какой-то момент мусора в космосе соберется столько, что космическая деятельность станет просто невозможной. Так что лучше предвидеть и предупредить последствия, чем потом мужественно с ними бороться.
Кстати, в 2019 году в Институте космических исследований РАН прошла всероссийская научная конференция с международным участием «Космический мусор: фундаментальные и практические аспекты угроз». Сборник трудов конференции доступен в Интернете. Весьма занимательное чтение для тех, кто интересуется.
Любовь Стрельникова
Остальные статьи из этой рубрики вы можете найти в подборке «Разные разности».
Благодарим за ваши «лайки», комментарии и подписку на наш канал.
– Редакция «Химии и жизни»
