В околоземном пространстве сегодня находится огромное количество объектов, которые уже не выполняют никаких полезных функций. Отработавшие спутники, разгонные блоки ракет, фрагменты разрушившихся конструкций и обломки помельче — всё это формирует среду, которая представляет вполне реальную угрозу для действующих космических аппаратов и пилотируемых миссий. Ситуация, при которой этот мусор начинает размножаться сам себя, сталкиваясь и порождая новые обломки, получила название синдрома Кесслера.
Впервые этот сценарий описал в 1978 году американский астрофизик Дональд Кесслер, работавший в NASA. Он обратил внимание на то, что по мере увеличения количества объектов на орбите растет и вероятность их столкновений. А каждое столкновение порождает новые фрагменты, которые, в свою очередь, повышают риски дальнейших соударений. Теоретически это может привести к цепной реакции, когда низкая околоземная орбита окажется настолько переполненной обломками, что станет непригодной для запусков и эксплуатации спутников.
Согласно последним данным, на околоземной орбите средства наблюдения фиксируют почти 30 тысяч достаточно крупных объектов искусственного происхождения. Из них около половины составляют космические аппараты, как работающие, так и выведенные из эксплуатации, а остальное — ступени ракет и различные обломки. Однако это лишь видимая часть проблемы. По оценкам, реальное количество фрагментов размером от одного сантиметра может достигать миллиона, а частиц миллиметрового диапазона — более 130 миллионов.
По данным NASA, именно эти, казалось бы, мелкие частицы представляют едва ли не главную опасность. Объекты на орбите движутся со скоростью около десяти километров в секунду. При такой скорости даже крошечный кусочек краски диаметром в один сантиметр обладает кинетической энергией, сопоставимой с падением груза весом в четверть тонны на земле. Частица размером около десяти сантиметров по разрушительной силе уже сравнима с семью килограммами тротила. Для космических аппаратов и станций столкновение с таким объектом может стать фатальным.
Особую озабоченность вызывает стремительный рост числа спутниковых группировок. Сегодня на низких орбитах работают тысячи аппаратов, и их количество продолжает увеличиваться. Маневры уклонения от потенциально опасных сближений стали для таких созвездий рутинной задачей: ежегодно выполняются десятки тысяч коррекций орбиты. Международная космическая станция тоже несколько раз в год меняет свое положение, чтобы избежать столкновения с особо крупными фрагментами.
Ситуация усугубляется тем, что атмосфера над Землей меняется. Из-за роста концентрации парниковых газов верхние слои атмосферы охлаждаются и сжимаются. Это снижает плотность воздуха на высотах полета спутников, а значит, ослабевает естественное торможение, которое помогает мусору постепенно сходить с орбиты и сгорать. По расчетам, к концу столетия количество спутников, способных безопасно работать на низкой орбите, может сократиться вдвое из-за накопления не удаляемого естественным путем мусора.
Ученые и инженеры предлагают разные подходы к решению проблемы. Наиболее действенный — профилактика. Согласно международным рекомендациям, спутники по окончании службы должны либо переводиться на орбиты захоронения, либо сводиться с орбиты для сгорания в плотных слоях атмосферы. Для малых аппаратов разрабатываются надувные тормозные устройства, увеличивающие площадь спутника и ускоряющие его спуск.
Параллельно ведутся эксперименты по активной очистке орбиты. Тестируются различные методы захвата крупных обломков: сети, гарпуны, специальные манипуляторы. Несколько демонстрационных миссий уже подтвердили принципиальную возможность таких операций, хотя до промышленного использования еще далеко.
Вопрос о том, наступит ли синдром Кесслера или человечество решит эту проблему в ближайшее время, остается открытым. Пока ситуация остается управляемой: столкновения случаются, но они не приводят к лавинообразному росту числа обломков. Однако с каждым годом интенсивность использования космоса растет, а значит, растут и риски. Если цепная реакция все же запустится, последствия затронут не только космическую отрасль. От спутников зависят навигация, связь, прогноз погоды, мониторинг природных ресурсов и многие другие сферы повседневной жизни. Потеря доступа к орбите станет проблемой для всей цивилизации.