Существуют такие проблемы планетарного масштаба, актуальность и значимость которых априори касается всей человеческой цивилизации живущей в индустриальном обществе. Одна из них – космический мусор.
Что такое космический мусор и его количество
Космический мусор, это объекты искусственного происхождения находящиеся на орбите, но полностью и окончательно утратившие свою функциональность. Это могут быть вышедшие из строя спутники и последние ступени ракет, масса которых достигает нескольких тонн. Но к космическому мусору относятся и мелкие частицы обшивки ИСЗ, вроде обломка заклёпки массой менее грамма, и даже облупившаяся краска.
Космический мусор отслеживают многие страны, но самые масштабные и полные данные имеются только у России и США. Это обусловлено тем фактом, что обе страны с начала 60-х годов создавали свои системы предупреждения о ракетном нападении. Впоследствии от этих военных систем отпочковались организации занимающиеся поиском и каталогизаций космического мусора.
В последние 25 лет, вплотную к двум лидерам приближается Китай и Евросоюз.
Наблюдение ведётся двумя способами: радиолокационным и оптическим. Особо следует отметить, что в каталоги всех стран включены объекты космического мусора размером от 10 см. Более мелкие структуры чрезвычайно трудны для регистрации и наблюдения.
Соотношения между ними приблизительно следующее:
- Целые спутники с которыми потеряна связь и ступени ракет ≈ 1900 шт. Масса любого их них от 150 кг, до 7 тонн.
- Фрагменты аппаратов и утерянные детали, размером более 10 см в поперечнике ≈ 19000.
- Осколки от 1 до 10 см ≈ 450-500 тысяч.
- Осколки менее 1 см – более 10 млн.
Сведения по объектам первых двух пунктов, записаны в каталоги нескольких стран и находятся под постоянным наблюдением. Но так как весьма часто и Россия, и США, маскируют под космический мусор свои разведывательные спутники, то имеются расхождения в их количестве.
Объекты из 3 и 4 пункта, не подлежат наблюдению по причине малого размера. Но об их наличии свидетельствуют повреждения на спутниках, орбитальных станциях, пилотируемых космических кораблях и в некоторых случаях, их видят космонавты в иллюминаторы МКС.
Источники загрязнения космоса
До 2006 года, лидерами в загрязнении космоса были Россия и США. Но после испытания Китаем противоспутниковой ракеты в январе 2006 года, каталог сразу увеличился на 2200 объектов более 10 см, и теперь статистика выглядит примерно так:
- Россия(СССР) ≈ 32%;
- Китай ≈ 31%;
- США ≈ 29%;
- Остальные ≈ 8%.
«Отставание» США объясняется тем, что они уже 7 лет не производят ракетные двигатели, а все военные спутники запускают на двигателях российского производства. Обходится это достаточно дорого, и поэтому в общем списке они потеряли лидирующую позицию.
Но следует упомянуть американский Проект «Вестфорд». Во время воплощения этой разработки в жизнь, США с помощью трёх ракет вывели в 1961-63 гг, на высокую орбиту 480 млн. медных игл! После завершения операции, они образовали огромный тор (бублик) вокруг Земли, на расстоянии 3-3,5 тыс. км.
Сделано это было для повышения отражательной способности ионосферы и улучшения качества дальней связи.
И хотя иглы больше напоминали обрезки тончайшей поволоки длиной менее 2 см, но почти полмиллиарда штук… это весомый вклад в замусоривание космоса.
Фактическая опасность космического мусора
Не следует думать, что объекты маленького размера не способны нанести большого урона. Дело в том, что все эти осколки двигаются со скоростью более 7,2 км/с. Для сравнения, пуля из АК-47, весом 7 грамм, вылетая из ствола обладает скоростью ≈ 720 м/с. Но её энергии хватает чтобы насквозь пробить лист брони толщиной 7 мм. А если скорость и массу увеличить в 10 раз?
Именно этим объясняется столь частые манёвры МКС в последнее десятилетие.
Но кроме опасности прямого повреждения рабочего спутника, существует и возможность серьёзно испортить экологию на родной планете. Начиная с 1965 года, на околоземную орбиту выводили спутники, оснащённые ядерными реакторами. Причём это были не только РиТэГи, а самые настоящие ядерные реакторы, в которых содержались высокообогащённые соединения Урана235 массой от 11,5 до 35 килограмм.
Первыми такой запуск осуществили США в 1965 году. Рассчитанный на два месяца работы спутник SNAP-10A вышел из строя через 43 дня. Реактор вывели на орбиту захоронения, а спутник утопили в Тихом океане.
До 1988 года, Советский Союз запускал в космос более 30 реакторов, а США более 40 РиТэГов. Часть из них потерпела аварию во время старта, некоторые потеряли управление и во время падения вызвали загрязнение обширных территорий. Например 40 лет назад, 24.01.78 г, спутник «Космос-954», при аварийном падении загрязнил более 120 т. кв. км. северной территории Канады.
Большая часть реакторов была уведена на орбиту захоронения, но около 15 спутников с ядерным топливом, потеряв управление, остались на околоземной орбите и считаются космическим мусором.
Эффект Кесслера
В 1978 году, специалист НАСА Дональд Кесслер, представил доклад в котором он описал и доказал что накопление космического мусора на околоземной орбите после определённого предела должно запустить цепную реакцию столкновений. В результате запуски космических ракет с Земли будут крайне затруднены, а само околоземное пространство станет полностью непригодным для хозяйственного использования.
Вся серьёзность эффекта Кесслера заключена в том, что на данном этапе развития информационных технологий, невозможно спрогнозировать начало процесса. А вот его неизбежность убедительно доказана.
Одним из эпизодов такого сценария можно считать первое в истории столкновение спутников.
Произошло оно 10.02.09 г, над Таймыром. Высота столкновения около 835 км. С действующим спутником системы Iridium, столкнулся отработавший свой срок спутник МО РФ Космос 2251. Российский аппарат вышел из строя в 96 году, и являлся, по сути, космическим мусором. Вывести отработавший аппарат на орбиту захоронения было невозможно, так как отсутствовали маневровые двигатели.
В результате аварии образовалось около 650 крупных обломков, и несколько тысяч мелких (менее 10 см).
Хотя в РОСКОСМОСЕ заявили, что опасности для МКС осколки не представляют, тем не менее, в апреле 2012 года было осуществлено маневрирование для уклонения от одного из обломков Iridium.
До этого момента, происходили и другие столкновения объектов искусственного происхождения на околоземной орбите. Но столкновение двух спутников, зафиксировано впервые.
Что можно предпринять?
Начиная с 1988 года, при ООН функционирует Международный координационный комитет космических агентств по проблеме мусора (IADC). В него входят космические агентства всех стран, которые обладают технологией запуска ракет на околоземную орбиту.
Согласно заключениям специалистов, в настоящее время, человеческая цивилизация не обладает технологиями, которые бы могли эффективно очищать околоземное пространство от космического мусора.
Хотя за время существования этой организации, предлагались разные варианты утилизации орбитального мусора, но ни один из них не был использован.
Все эти варианты можно разделить не несколько групп:
- Лазерные технологии.
В зависимости от места нахождения лазера, они в свою очередь тоже подразделяются на «Системы космического базирования» и «Системы наземного базирования».
Принцип довольно прост. Лазер мощность 10-20 кВт, должен воздействовать на обнаруженный элемент космического мусора, имея цель не разрезать или испепелить его (ибо для этого требуется мощность на два порядка больше), а всего лишь изменить его скорость с помощью светового давления. Названа эта система «Лазерная метла».
Расчёты показывают, что при освещение лазером чёрного обломка в течении секунды, его скорость уменьшиться на 1 мм/сек. Следовательно, если светить на него целый час, то скорость измениться на 3,6 м/с.
Вроде бы лучше, чем ничего. Но минимальная скорость таких элементов около 7,5 км/сек. Так что, для того чтобы изменить орбиту всего одного обломка, потребуется светить на него несколько суток подряд.
- Проект «CleanSpace One»
Этот проект предложили в Швейцарском университете Лозанны. Суть его в том, что запущенный на орбиту наноспутник должен приблизиться к отслужившему свой срок космическому аппарату, захватить его и вместе с ним упасть на Землю.
С одной стороны, идея вроде как абсурдная: запускать один спутник, чтобы «уронить» другой.
Но! Запуск наноспутника вместе с его производством обходится приблизительно в 200 тысяч долларов. А вот разрушение работающего спутника связи, может стоить нескольких десятков миллионов долларов.
Кстати, на 2016 году, страховая сумма всех работающих орбитальных спутников связи составляла более 30 млрд. долларов.
- Солнечный парус, проект CubeSail.
Эту идею предложили в Суррейском институте (Великобритания). Для торможения отработавших спутников и сведения их с орбиты, предлагается оснащать их солнечным парусом.
Давления солнечного ветра должно быть достаточно, чтобы спутник массой 500 кг, в течении месяца сошёл с орбиты высотой 300 км.
Запуск первого образца намечен на 2018 год в Новой Зеландии.
- Проект Gossamer Orbit Lowering Device (GOLD)
В переводе «Лёгкое как паутинка снижение». Для сведения с орбиты любого аппарата, к нему надо прикрепить большой воздушный шар накачанный гелием. На высоте до 700 км, хотя и в очень разреженном виде, но существует атмосфера.
Поэтому такой шар будет тормозить аппарат, и за год сможет спустить его в более плотные слои, где он и сгорит.
Предложили эту безумную идею канадские астрофизики ещё в 2010 году. Как раз на следующий год, после легализации марихуаны в Канаде. Не знаем, но это может быть просто совпадением.