Дональд Кесслер — ученый, который внес значительный вклад в исследование околоземного космического пространства. В 1970-х годах он привлек внимание научного сообщества к проблеме космического мусора — нежелательных остатков космической деятельности, которые продолжают кружить вокруг Земли даже после того, как их миссия была завершена.
Кесслер - ученый NASA и изначально специализировался на исследовании микрометеоритов. Он и его коллеги изучали микрометеориты и их взаимодействие с космическими кораблями и спутниками. Позже он перенес свое внимание на объекты рукотворного происхождения — части ракет и старые спутники, которые могут представлять серьезную угрозу для космической деятельности.
Также он является одним из основателей дисциплины, известной как "космическая археология", которая занимается изучением истории космической деятельности человека через остатки материалов, оставленных в космосе. Он продолжает работать над проблемами, связанными с космическим мусором, и участвует в развитии новых методов отслеживания и управления этим мусором.
На основе его исследований, научное сообщество сформулировало теорию, которая впоследствии была названа "синдромом Кесслера". Основное предположение состоит в том, что увеличение количества космического мусора на околоземной орбите может привести к цепной реакции столкновений, создавая еще больше мусора.
Из этого следует, что количество мусора на низкой околоземной орбите может достигнуть такой точки, когда столкновения между частицами мусора станут неизбежными. Каждое такое столкновение порождает еще больше мусора, что увеличивает вероятность дальнейших столкновений в цепной реакции. В результате, околоземное пространство может стать настолько засоренным, что его использование для космической деятельности станет крайне затруднительным.
Он был прав?
Проблема космического мусора подтверждает свою актуальность в последние десятилетия. Несмотря на то, что большинство объектов космического мусора малы и не представляют угрозы для космической деятельности, существуют и крупные объекты, которые могут причинить серьезный вред.
Примеры таких столкновений уже имеются. Одно из них произошло в 2009 году, когда американский коммерческий спутник Iridium-33 и российский военный спутник Космос-2251 столкнулись на высоте около 790 км над Евразией, создав тысячи новых кусков космического мусора.
Космические агентства имеют специализированные отделы, которые активно отслеживают ситуацию и исследует различные варианты решения проблемы космического мусора. Большинство исследователей согласны, что если мы не начнем решать эту проблему сейчас, мы можем столкнуться с серьезными последствиями в будущем.
Сценарий Кесслера является потенциальной угрозой, которую важно учесть при планировании космической деятельности. Однако неизбежность данного события все еще находится под вопросом.
Если бы сценарий Кесслера произошел, он мог бы стать результатом цепной реакции столкновений:
Сначала один большой объект, будь то спутник, отработавшая ступень, или обломки аппарата сталкивается с другим объектом, создавая облако меньших обломков. Эти меньшие объекты затем сталкиваются с другими крупными объектами, создавая еще больше мусора, и процесс продолжается в геометрической прогрессии. Каждое новое столкновение увеличивает количество мусора на орбите и повышает вероятность новых столкновений.
Тем не менее, прогнозирование вероятности и неизбежности сценария Кесслера является нерешаемой задачей. Невозможно спрогнозировать, как именно будут вести себя обломки после столкновения двух объектов. Это означает, что развитие синдрома Кесслера станет неожиданностью для мирового сообщества.
Эффект Кесслера поставит крест на космонавтике?
В случае полного развития сценария Кесслера, освоение космоса значительно осложнится. Низкая околоземная орбита может стать настолько засоренной, что безопасное размещение аппаратов на ней станет практически невозможным.
Однако, это не означает, что космонавтика окончательно остановится. Во-первых, на чем более высокую орбиту будет запущен аппарат, тем ниже будет вероятность его столкновения с мусором. Во-вторых, даже при наиболее пессимистическом прогнозе, "проскочить" сквозь плотное облако обломков на низкой околоземной орбите будет возможно, но риски такого запуска значительно возрастут.
Для примера, Международная Космическая Станция сегодня функционирует на высоте около 400 км, и такая высота орбиты будет непригодна для использования в случае развития сценария Кесслера. Переместить МКС на более высокую орбиту теоретически возможно, но на большей высоте существуют серьезные радиационные риски для долговременного нахождения экипажа. К тому же значительно осложнится сама доставка экипажа и грузов, поскольку потребуются более тяжелые и дорогостоящие корабли и ракеты.
Это навсегда?
На низких околоземных орбитах (высотой до 2000 км) присутствуют заметные следы атмосферы, которые могут постепенно замедлять движение обломков и спутников, в результате чего они в конечном итоге сгорят в атмосфере Земли. Время, которое потребуется для естественного очищения орбиты, может оцениваться по разному и зависит от множества факторов, включая высоту орбиты, размер и материал космического мусора. Для обломков на низкой околоземной орбите, это время может составлять от нескольких месяцев до нескольких десятилетий. Однако на более высоких орбитах, где атмосферное трение не играет значительной роли, мусор может оставаться в течение сотен или даже тысяч лет.
Более того, в условиях цепной реакции, описываемой сценарием Кесслера, в первое время количество мусора может расти быстрее, чем его естественное удаление из-за атмосферного торможения.
Один из наиболее известных примеров сошедшего с орбиты объекта - это американская орбитальная станция Скайлаб. Это первая космическая станция США, находилась на орбите на высоте от 430 до 440 км над Землей. Станция была запущена в мае 1973 года, и последний экипаж покинул ее в феврале 1974 года. Станция оставалась необитаемой до того, как в 1979 году она сгорела при входе в атмосферу Земли.
Все эти оценки свидетельствуют о том, что космонавтика получит ощутимый удар. Возможно, человечество будет вынуждено приостановить свою космическую деятельность на достаточно длительный срок. И тем не менее, со временем эта проблема все же разрешится, даже без активных действий со стороны человека.
Это опасно для землян?
Стоит отметить, что большинство кусков космического мусора сгорают в атмосфере Земли еще до того, как достигнут поверхности. На высотах около 100 километров воздух становится достаточно плотным, чтобы вызвать заметное трение, которое нагревает и в конечном итоге уничтожает большую часть мелкого мусора. Тем не менее, более крупные фрагменты могут долететь до земной поверхности.
Статистика свидетельствует о том, что риск для человека пострадать от падения космического мусора крайне мал. Даже в периоды высокой активности, когда на Землю падает множество мелких метеоритов, риск пострадать для отдельно взятого человека остается пренебрежимо малым. Шанс того, что падающий космический мусор ударит именно вас, меньше, чем шанс выиграть в лотерею.
Этот риск не увеличивается из-за синдрома Кесслера, поскольку большинство объектов на низкой околоземной орбите и так регулярно сходят с орбиты и сгорают в атмосфере.
Как предотвратить?
Как и в случае с пожаром, данную проблему проще предотвратить, чем решать по факту наличия. Поэтому сегодня инженеры стараются спроектировать аппараты и ход их миссий так, чтобы не оставлять за собой лишнего мусора. Разгонные блоки намеренно сводятся с орбиты после выполнения своих функций, а старые спутники отводятся на безопасные высокие орбиты. И тем не менее, полностью избежать создания новых мусорных объектов не удается.
Поэтому исследователи предлагают методики активного устранения уже существующего мусора. Существуют разные предложения, но многие из них еще находятся на стадии концепции и требуют дополнительного изучения и разработки.
- Один из подходов - это использование "мусорных судов", которые могут сблизиться и захватить обломки, а затем затормозить их, чтобы они сгорели в атмосфере. Концепции таких судов варьируются от простых роботов-тягачей до более сложных систем с лазерами для уничтожения мусора.
- Еще один подход - это использование сетей или гарпунов для захвата и перенаправления обломков. Это может быть особенно полезно для более крупных объектов, которые могут вызвать массовую цепную реакцию столкновений.
- Лазерная абляция - еще одна технология, которая находится в стадии исследования. В этом случае мощный лазер нацеливается на обломки, в результате чего с их поверхности испаряется материал, что создает реактивную тягу и изменяет траекторию обломка.
Важно отметить, что все эти методы сталкиваются с большими техническими и операционными сложностями. Кроме того, они поднимают вопросы в области международного права и политики, поскольку некоторые методы могут быть использованы для военных целей или могут нанести вред чужому имуществу в космосе.
Несмотря на эти сложности, многие ученые и инженеры считают, что разработка эффективных методов удаления мусора является жизненно необходимой, если мы хотим сохранить космос чистым и доступным для будущих поколений.
Заключение.
Синдром Кесслера - не просто научная гипотеза, но и реальное предостережение для человечества. Он представляет собой возможный сценарий будущего, в котором небрежное отношение к космическому пространству приведет к его засорению и потенциальной непригодности для использования на долгие годы.
Однако, несмотря на всю серьезность этой угрозы, она не обязательно означает конец космической эры человечества. Сложности, которые сопровождают синдром Кесслера, подталкивают ученых и инженеров к разработке новых технологий, стратегий и норм поведения для устойчивого использования космоса.
Если мы приложим достаточно усилий, мы можем избежать сценария Кесслера или по крайней мере снизить его влияние. Управление космическим мусором, использование более продуманных методов запуска и эксплуатации спутников, и прежде всего международное сотрудничество и согласованность действий могут помочь сохранить космическое пространство для будущих поколений.
В конце концов, космос - это общее наследие всего человечества, и его защита зависит от нас всех.