ПРОБЛЕМА КОСМИЧЕСКОГО МУСОРА

Космический мусор – мусор, оставленный человеком в результате работы на орбите Земли. Под эту категорию попадают все искусственные объекты в космосе, которые уже не функционируют, в частности отработавшие ступени ракет, «мертвые» спутники, оставшиеся после взрывов или столкновений частицы. Космический мусор представляет особую опасность для действующих космических аппаратов, особенно пилотируемых. Также при неконтролируемом сходе с орбиты и неполном сгорании при прохождении плотных слоев атмосферы обломки космического мусора могут представлять опасность и для самой планеты.

Основная опасность космического мусора заключается в том, что его количество на низкой околоземной орбите (НОО) увеличивается в геометрической прогрессии. Как чисто теоретическая, эта проблема возникла в пятидесятые годы прошлого века, когда начались запуски первых искусственных спутников Земли. 10 декабря 1993 года состоялся доклад Генерального секретаря ООН под названием «Воздействие космической деятельности на окружающую среду». Таким образом, проблема неконтролируемого увеличения количества космического мусора приобрела официальный статус. В докладе особо отмечалось, что этот вопрос имеет международный характер.

По данным US Space Surveillance Network сегодня общее количество космического мусора составляет:

•  30 тысяч обломков – больше 10 см в поперечнике,
•  670 тысяч обломков – больше 1 см в поперечнике,
•  170 миллионов обломков – больше 1 мм в поперечнике.

Лишь небольшую часть мусора удается обнаружить, отследить и занести в специальные каталоги. В США этим занимается Стратегическое командование (на 2013 год зафиксировано 16 600 объектов), в России – Главный информационно-аналитический центр ЦНИИмаш (август 2014 – 15,8 тыс. объектов).

На сегодняшний день эффективных мер защиты от объектов поперечником менее 1 см практически нет. Самый мелкий мусор это чаще всего краска или металлическая стружка, но, несмотря на свой размер, эти частицы могут достигать скорости более 27 тысяч км в час. Этого может быть достаточно, чтобы нанести значительный ущерб действующим космическим аппаратам. В 1983 году частичка космического мусора размером около 0,2 мм оставила серьезную трещину на иллюминаторе шаттла «Челленджер». Всего за время полетов шаттлов было обнаружено более 170 следов от столкновений на иллюминаторах, ввиду этого потребовалось более 70 замен иллюминаторов между полетами.

Истории известны следующие случаи столкновения космических аппаратов с объектами космического мусора:

•  в июле 1996 года французский спутник столкнулся с фрагментом третьей ступени ракеты Arian на высоте 660 км;
• 29 марта 2006 г. российский телекоммуникационный спутник «Экспресс-АМ11» пострадал от внешнего воздействия – космический аппарат получил внезапный динамический импульс, произошло разгерметизирование и потеря ориентации в пространстве. Комиссия, расследовавшая этот инцидент, пришла к выводу, что причиной аварии стало столкновение с космическим мусором;
• 28 января 2013 г. подобная ситуация повторилась с российским научным наноспутником BLITS, запущенным в 2009 году.  По расчетам ученых, для гибели спутника весом 7,5 кг было достаточно фрагмента космического мусора массой 0,017-0,019 грамм.

Существует несколько сценариев развития событий на НОО. Самый известный – синдром Кесслера, детально описанный консультантом НАСА Дональдом Кесслером в 1978 году. Автор считает, что имеет место «эффект домино»: при столкновении двух больших объектов в космосе появится множество осколков, которые, в свою очередь, тоже начнут сталкиваться и цепной реакцией порождать все новые осколки. Такое лавинообразное появление космического мусора приведет к тому, что НОО окажется совершенно непригодной для полетов. Для решения этой проблемы Кесслер предложил предусмотреть на этапе проектирования удаление спутников и ракет с орбиты путем сбрасывания их в плотные слои атмосферы, где их будет ожидать полное сгорание. Также автор предлагает отправлять космический мусор на «орбиты захоронения», которые будут находиться намного выше геостационарной орбиты.

Согласно данным НАСА, уже начиная с 2007 года космического мусора на НОО достаточно для начала синдрома Кесслера. В современной истории немало случаев, увеличивших вероятность развития такого сюжета:

•  11 января 2007 г. в рамках демонстрации силы китайские военные сбили отработавший метеорологический спутник «Фэнъюнь-1С» на высоте 865 км. Каталог космического мусора Space Surveillance Network USA увеличился на 2,8 тыс. единиц;
•  20 февраля 2008 г. на высоте 250 км американская ракета SM-3 уничтожила неисправный спутник-шпион, имеющий в баках около 400 кг ядовитой жидкости под названием гидразин;
•  10 февраля 2009 г. произошло непреднамеренное столкновение частного американского спутника связи Iridium 33 и российского военного спутника «Космос-2251» на высоте 789 км. Скорость при столкновении была равна 11,7 км/с, а количество крупных обломков составляло 600 штук, большая часть из которых так и остается на прежней орбите.

На сегодняшний день стремительно растет актуальность решения задачи непрерывного увеличения объема космического мусора, а также обеспечения безопасности космических аппаратов и поверхности Земли, в случае схода обломков мусора с орбиты. Международное сотрудничество по проблемам космической безопасности развивается по следующим направлениям:

•  экологический мониторинг околоземного космического пространства, включая область геостационарной орбиты: обнаружение и отслеживание космического мусора с занесением в специальные каталоги;
•  прогнозирование засоренности НОО: расчет безопасных полетов, критических ситуаций, связанных с возможными столкновениями с фрагментами космического мусора или входом мусора в плотные слои атмосферы;
•  разработка способов и средств защиты космических аппаратов от воздействия обломков космического мусора, обладающих высокой скоростью;
•  разработка и внедрение мероприятий, направленных на снижение засоренности околоземного космического пространства.

Экономически приемлемых способов очистки космоса от мусора пока нет. Все силы Международного сотрудничества сегодня направлены на предотвращение появления нового. Однако в Федеральную космическую программу РФ включено создание к 2025 году «Ликвидатора» - специального устройства для уборки мусора с геостационарной орбиты. Планируется, что «Ликвидаторы» будут задействовать орбиту захоронения и переводить на нее до 20 объектов в течение года.

Существуют также и более футуристические идеи для решения проблемы космического мусора. Компания Star Inc. на конференции Space Elevator в 2010 году представила проект под названием ElectroDynamic Debris Eliminator (EDDE) – многоразовый космический спутник, оборудованный гигантскими сетями, которыми он будет сгребать крупные фрагменты космического мусора. Разработчики полагают, что один EDDE мог бы убирать до 45 объектов в год. В том же году доктор Кристин Гейтс на Конференции специалистов по астродинамике предложила простой и легкореализуемый проект Gossamer Orbit Lowering Device (GOLD). Идея заключается в том, чтобы запускать на НОО очень большой и тонкий воздушный шар, который при соприкосновении с объектом будет оборачивать его. Тем самым аэродинамическое сопротивление объекта будет изменяться, что приведет к его падению в атмосферу Земли. В федеральной политехнической школе Лозанны разрабатывают аппарат CleanSpace One, который будет уводить с орбиты «мертвые» спутники, захватывая их в ловушку. На сайте проекта пишут, что аппарат выйдет на орбиту в 2018 году и первой его жертвой станет наноспутник SwissCube, запущенный в 2009 году.

Список литературы:

1. Интерактивная модель расположения объектов на орбите Земли [Электронный ресурс] URL: http://stuffin.space/ (Дата обращения 16.08.2017)
2. Kessler D.J. Collision Frequency of Artificial Satellites: The Creation of a Debris Belt / D.J. Kessler, B.G. Cour-Palais // Journal of Geophysical Research. – 1978. Vol. 83. P.2637-2646
3. Новости высоких технологий [Электронный ресурс] URL: https://hi-news.ru/ (Дата обращения 16.08.2017)
4. Официальный сайт госкорпорации «Роскосмос» [Электронный ресурс] URL: https://www.roscosmos.ru/ (Дата обращения 16.08.2017)