Что такое космический мусор?
С начала космической эры в 1957 году и до настоящего момента в мире запустили больше 4000 ракет космического назначения с искусственными спутниками, межпланетными станциями и космическими кораблями. Если раньше одной ракетой запускали один космический аппарат, то с развитием микроэлектроники спутники становились меньше. Их начали запускать партиями, от 2 до 100 штук за раз. Количество одних лишь активных спутников давно превысило отметку в 8000 единиц.
Когда спутники отрабатывают положенный срок, они остаются на рабочей орбите мёртвым грузом, представляя собой опасность для существующих рабочих космических аппаратов.
130 миллионов объектов!
Сейчас на околоземной орбите находится более 130 миллионов объектов. Это и нерабочие спутники, и последние ступени ракет-носителей, и производные от них (грубо говоря — развалившиеся на части спутники и ступени ракет). В основном они маленькие, размером в несколько миллиметров, и всё же опасные.
Механика космического полёта такова, что для сопротивления гравитации планеты космический аппарат должен развить большую скорость. Минимальную скорость, позволяющую остаться на низкой околоземной орбите с высотой в 200 километров над уровнем моря, часто называют первой космической скоростью, она составляет 7,9 километра в секунду.
Орбиты Земли
Одним из важнейших для нас параметром любой орбиты является наклонение этой орбиты к экваториальной плоскости планеты. Для орбиты МКС, например, наклонение составляет 51,6 градуса. Годами человечество «разбрасывает» спутники различного назначения по орбитам с разной высотой и разным наклонением.
Представьте себе, что существует нерабочий спутник, который имеет сходные с МКС параметры орбиты, высоту порядка 420 километров и наклонение в 51,6 градуса. Однако плоскость орбиты этого спутника не совпадает с плоскостью орбиты МКС.
Манёвры уклонения
При правильных баллистических условиях спутник может столкнуться со станцией. Относительная скорость соударения может в несколько раз превышать скорость пули и составлять несколько километров в секунду. Пилотируемые космические аппараты имеют весьма тонкие алюминиевые стенки — редко толще 1,5–2 миллиметров. Такое соударение будет катастрофой.
При возникновении опасности экипаж МКС предупреждают, что N-й осколок может пройти на N-м расстоянии от станции. И экипаж либо укрывается в своих космических кораблях (размеры которых на порядок меньше станции, а значит, и вероятность того, что осколок космического мусора ударит именно в корабль — меньше), либо станция производит манёвр уклонения — включаются двигатели грузового корабля «Прогресс» и незначительно (но достаточно для уклонения от мусора) меняют орбиту станции.
Можно убрать весь мусор из космоса вообще?
Единственный реальный способ борьбы с космическим мусором — проектирование всех спутниковых группировок так, чтобы они находились только на низких орбитах до 1000 километров над уровнем моря. В таком случае остаточное давление атмосферы сделает всю работу за нас: после истечения рабочего срока спутники из-за деградации орбиты сгорят в плотных слоях атмосферы.
Но рабочие орбиты бывают разные, например, геостационарная орбита с высотой около 36 000 километров над уровнем моря. Чтобы сбросить спутник с такой орбиты в атмосферу, нужно придать ему скорость 3 километра в секунду. Спутник с запасом топлива, достаточным для этого, будет в несколько раз тяжелее существующих.
А если сделать аппараты-уборщики?
Запуская спутник, вы тратите на это огромное количество энергии за счёт сжигания топлива в ракете-носителе, притом что коэффициент полезного действия ракеты колеблется в районе 1–2% (!). Чтобы запустить космический аппарат-уборщик (который может «схватить» спутник и свести его с орбиты), придётся тратить точно такое же количество энергии, а то и больше. А значит, любая прямолинейная борьба с мусором, пусть это и теоретически возможно, очень затратна. И теперь представьте, что таких объектов на орбитах разной высоты и разных наклонений буквально миллионы.
Может, сбросить на Солнце?
Идея со сбрасыванием мусора на Солнце вовсе является фантастической. По аналогии со спутником на геостационарной орбите, наша планета тоже вращается вокруг светила с большой скоростью. Чтобы сбросить что-то, находящееся на солнечной орбите недалеко от Земли, потребуется торможение в 30 километров в секунду, что соответствует орбитальной скорости нашей планеты. Естественно, такие величины огромны и такой разгон будет стоить очень дорого, если специально проектировать под эти задачи космический аппарат. И не только дорого, но ещё и бессмысленно.
Да и в целом борьба с космическим мусором — это очень, очень дорого, и пока эффективных методов в этом направлении у человечества нет.
На вопрос ответил старший научный сотрудник Политехнического музея Павел Гайдук. Если у вас тоже есть вопросы, связанные с устройством мира или человека, вы можете задать их в комментариях или в письме по адресу question@polytech.one