Чтобы внимательно и более информировано следить за орбитальным мусором, необходимы гораздо более эффективные подходы.
В этом нет сомнений. Околоземная орбита - грязное место.
Но существует ли бизнес по удалению космического мусора с орбиты Земли? По всему миру частные компании и национальные космические агентства разрабатывают концепции борьбы с вызывающим беспокойство мусором. Однако подсчеты того, сколько неприятного мусора на самом деле находится на орбите — от огромных кусков космического металлолома до крошечных сколов краски и даже радиоактивных частиц, — сложны и их сложно произвести.
Когда спутник подвергается удару остатками мусора или взрыв происходит на околоземной орбите, особенно на больших высотах, пагубные последствия являются совокупными. Мусор, образующийся в результате этих высокоскоростных событий, сохраняется годами, десятилетиями и даже столетиями.
Cloudy ClearSpace
Мусор, попадающий на Землю, представляет опасность. Этот факт был только что подчеркнут странным образом. Инцидент связан с тем, что считается первой в истории миссией по удалению существующего заброшенного объекта с орбиты.
Европейское космическое агентство (ЕКА) закупило миссию ClearSpace-1 в качестве услуги у швейцарского стартапа ClearSpace, чтобы продемонстрировать технические ноу-хау по удалению космического мусора и "в качестве первого шага к созданию новой, устойчивой и перспективной коммерческой космической экосистемы", согласно ЕКА.
Вокруг Земли кружит ракетный адаптер под названием VESPA, оставшийся от запуска ракеты Vega в 2013 году, которая стартовала с космодрома ЕКА в Куру, Французская Гвиана. Этот адаптер полезной нагрузки в настоящее время рассматривается в качестве целевой установки для предстоящей миссии по активному удалению мусора ClearSpace-1 (ADR). План предусматривает удаление мусора с орбиты для безопасного возвращения в атмосферу.
Но только что были найдены новые фрагменты вблизи адаптера. Эти обломки, скорее всего, являются результатом сверхскоростного удара небольшого неотслеживаемого объекта, который врезался в адаптер, высвободив фрагменты.
ЕКА случайно отметило этот случай, возможно, в тоне "мы же вам говорили".
"Это событие фрагментации подчеркивает актуальность миссии ClearSpace-1", - говорится в заявлении ЕКА. "Самая значительная угроза, которую представляют более крупные объекты космического мусора, заключается в том, что они распадаются на облака более мелких объектов, каждый из которых может нанести значительный ущерб активным спутникам. Чтобы свести к минимуму количество случаев фрагментации, мы должны срочно сократить образование нового космического мусора и начать активно смягчать воздействие существующих объектов ".
Перво-наперво. Необходимо пролить некоторый свет на количество объектов космического мусора, которые находятся там.
Маршалл Каплан, соучредитель и директор Launchspace Technologies Corporation из Бока-Ратон, Флорида, разделяет космический мусор на три группы.
- Самая большая группа составляет 10 сантиметров или больше, возможно, равная 35 000 объектов.
- Средняя группа составляет примерно от 1 миллиметра до 10 сантиметров. Таких осколков примерно миллионы.
- Затем существует третья группа, состоящая из предметов размером менее 1 миллиметра, численность которых оценивается в триллионы.
"Реальный вопрос в том, что нам с этим делать? И ответ довольно прост", - сказал Каплан. "Мы игнорируем все, что больше 10 сантиметров, потому что вероятность столкновений достаточно мала, чтобы статистически это не было проблемой".
Однако наиболее интересна именно средняя группа, продолжил Каплан, "но идентифицировать и локализовать эти обломки очень сложно". Он сказал, что единственный способ, которым мы можем контролировать его, - это пассивно собирать его, используя специально разработанные коллекторы.
"Наконец, для группы наименьших размеров мы можем их игнорировать, потому что экранирование космического корабля может предотвратить серьезный ущерб от очень, очень маленьких объектов", - сказал Каплан.
"Я считаю, что коммерческое активное удаление мусора сейчас нежизнеспособно, точно так же, как коммерческий запуск и коммерческие спутники наблюдения Земли были нежизнеспособны в какой-то момент времени", - сказал Даррен Макнайт, старший технический сотрудник LeoLabs, коммерческого поставщика услуг по информированию о космической области и составлению карт низкой околоземной орбиты, базирующейся в Менло-Парке, Калифорния.
"Я думаю и надеюсь, что у ADR будет начальный этап, когда крупные космические агентства будут финансировать миссии по удалению объектов, оставленных правительственными программами. Со временем компании начнут снижать свои цены в коммерческих целях ", - сказал Макнайт Space.com. Например, у некоторых группировок спутников на высокой околоземной орбите может произойти сбой полезной нагрузки, которую необходимо будет устранить, сказал он.
Так же, как космические запуски и системы наблюдения Земли начинались как чисто государственная деятельность, промышленность в конечном итоге смогла начать снижать цены и стимулировать коммерческий спрос. "Оба аспекта послужили катализатором развития этих отраслей. Я подозреваю, что то же самое произойдет и с активным удалением мусора ", - сказал Макнайт.
Оставленный на орбите
Идея попытаться доказать чистую стоимость — выгоду для ADR, чтобы оправдать удаление массовых отходов, оставшихся в 1980-2000—х годах, - это неправильный подход, сказал Макнайт.
"В обязанности крупнейших космических держав, таких как США, Россия, Китай, Европейское космическое агентство и Япония, входит уборка того, что их государственные программы оставляли на орбите десятилетиями", — посоветовал Макнайт. "Можно подумать, что при всей шумихе вокруг предотвращения образования космического мусора крупнейшие космические страны улучшили бы свое поведение".
Данные, собранные Макнайтом, показали, что скорость накопления обломков ракет на низкой околоземной орбите увеличилась за последние 20 лет по сравнению с примерно 45 годами космической эры до этого.
"В то время как США и Россия снизили уровень выброса корпусов ракет на низкой околоземной орбите, все остальные, особенно Китай, за последние двадцать лет заметно увеличили массу выброшенных корпусов ракет", - сказал Макнайт. По его словам, две трети массы корпуса ракеты, оставленного на низкой околоземной орбите, принадлежало Китаю и всем другим космическим странам, за исключением США и России.
По словам Макнайта, подавляющее большинство, примерно 80 процентов корпусов ракет, оставленных на низкой околоземной орбите за последние 20 лет, не будут соответствовать самым длительным 25-летним рекомендациям по утилизации после полета. Более 40 процентов "новой" (за последние 20 лет) массы корпуса ракеты, которая была оставлена на низкой околоземной орбите и не вернется на нее в течение 25 лет, было оставлено Китаем, а 25 процентов принадлежит России.
Потенциал образования космического мусора
Что касается ценообразования ADR, Макнайт считает, что миссии ADR будут сосредоточены на объектах весом более 2205 фунтов (1000 килограммов) на высоте более 435 миль (700 километров), поскольку они представляют наибольший потенциал образования мусора, и образующиеся фрагменты будут более устойчивыми на этих больших высотах.
"Итак, я думаю, что цены, как правило, будут одинаковыми для массивных старых обломков, которые не были предназначены для извлечения. Однако новые спутники с захватными приспособлениями намного меньших размеров могут стоить меньше для извлечения ", - заключил Макнайт.
"Интересно, что реальная экономия средств наступит, когда одна миссия сможет извлечь несколько объектов, которые были оставлены в сходных местах, - сказал Макнайт, - но не обязательно на одинаковых высотах".
Неопределенности
Чтобы внимательно и более информировано следить за орбитальным мусором и возможными поломками крыльев в космосе, необходимы гораздо более эффективные подходы.
"Дополнительные наблюдения могут не улучшить оценки, когда существуют неопределенности в моделировании и численных показателях", - сказал Дэвид Финклеман, опытный специалист по орбитальному мусору и бывший главный технический директор Космического командования Соединенных Штатов. "Размер обломков, меньший, чем мы когда-либо видели, не может быть экстраполирован на количество обломков, которое мы видели. Все оценки мельчайших обломков "не соответствуют выборке" и недействительны", - сказал он Space.com.
То же самое может быть верно и в отношении вероятностей столкновений, отметил Финклеман. "Столкновения единичны. Нет выборочной совокупности. Фактически, мы никогда не видели ни одного столкновения, которое мы оценивали. Мы разрабатываем вероятности на основе набора образцов без столкновений ".
Финклеман считает, что эксперты по космическому мусору и ученые мужи "усилили угрозу, предсказывают последствия, которые невозможны в рамках известной физики, и не желают или неспособны разглашать большие неопределенности, которые оценивает fog, посоветовал Финклеман.
Под влиянием явлений
"Спутники лучше знают, где они находятся и что находится поблизости, и действия должны быть автономными для обеспечения максимальной уверенности", - сказал Финклеман. На данный момент орбиты объектов зависят от явлений во многих временных масштабах, сказал он, указывая на солнечную эмиссию и космическую погоду, которые меняются в течение нескольких минут, приливы на поверхности Земли или независимое вращение в расплавленном ядре Земли, которые длятся часами, и лунные гравитационные воздействия, на устранение которых уходят дни.
"Многие важнейшие явления нельзя с уверенностью предсказать, будь то извержения вулканов, землетрясения, следы ураганов или вызванные молнией лесные пожары и многое другое. Неопределенность - наш удел, устойчивость - наш лучший ответ, - сказал Финклеман.
"Некоторые проблемы настолько сложны, что мы можем никогда их не решить. Одной из них могут быть столкновения между спутниками", - заключил Финклеман.