Космический мусор становится проблемой и с этим нужно что-то делать

Когда мы думаем о мусоре, на ум приходят такие вещи, как мусорные баки, свалки и мусорная реформа, но существует и другая проблема мусора, которую трудно увидеть невооруженным глазом с Земли. Космический мусор, как предупреждают ученые, является все более серьезной проблемой и если мы не примем срочных мер, то завтра может оказаться слишком поздно. 

В настоящее время на орбите Земли находятся 6542 спутника, но только половина из них действительно выполняют какую-то работу. Другая половина бездействует - это просто хлам. Что еще больше осложняет ситуацию, в 2020 году было запущено более 1 200 спутников – это пока рекорд. Но проблема в том, что с каждым годом на орбиту будет выводиться все больше и больше космических аппаратов. 

Спутники, вращающиеся вокруг Земли    

 

Теперь представьте, что однажды орбита Земли станет переполненной и два больших спутника столкнутся друг с другом. Оба спутника разрушатся на более мелкие части, которые в дальнейшем столкнутся с другими спутниками и вызовут серию новых столкновений, в результате чего по орбите разлетится огромное количество мусора. И такое уже несколько раз случалось.  

В результате таких столкновений орбита нашей планеты все больше и больше захламляется мусором, до такой степени, что в конце концов у нас не останется места для запуска новых ракет и спутников. Подобная ситуация, когда орбита Земли становится совершенно непригодной для использования из-за большого скопления космического мусора, называется синдромом Кесслера - явление, впервые предсказанное ученым НАСА Дональдом Дж. Кесслером в 1978 году.

К счастью, мы еще не достигли этой стадии. Пока космический мусор не кажется серьезной проблемой, но эксперты аэрокосмической отрасли предполагают, что в ближайшие годы количество запусков спутников и космических миссий может резко возрасти, а это, скорее всего, приведет к увеличению количества мусора в космосе и сделает орбиту Земли более перегруженной, чем когда-либо. Проще говоря, если мы не начнем быстро принимать меры, то скоро будет слишком поздно. 

Что такое космический мусор и почему он опасен?

Космический мусор - это общий термин. Неиспользуемые части спутников, элементы ракет и обломки искусственных аппаратов в космосе называются "космическим мусором". До настоящего времени НАСА отследило около 27 000 подобных объектов, которые бесцельно движутся по орбите вокруг Земли. Этот орбитальный мусор движется со скоростью  24 000 км/час и поэтому в любой момент один из них может столкнуться и уничтожить действующий спутник или пролетающую мимо ракету.  

Графическое представление мусора на орбите Земли. (NASA)

 

Такие аварии уже происходили. Так в марте 2021 года 18-я эскадрилья контроля космического пространства (18SPCS) США подтвердила, что небольшой фрагмент космического мусора под названием "Объект 48078" врезался в китайский спутник Yunhai 1-02. По словам астрофизика Джонатана Макдауэлла, объект 48078 был остатком ракеты Zenit-2, запущенной в 1996 году. Макдауэлл добавил, что после столкновения "спутник Yunhai 1-02 был уничтожен и распался на фрагменты". 

Однако такие столкновения из-за космического мусора пока еще редкость. До аварии Yunhai 1-02 последнее зарегистрированное столкновение произошло в 2009 году. Более того, такие столкновения могут быть предотвращены диспетчерами миссий путем корректировки позиционирования спутника. Каждый год многие спутники многократно маневрируют, чтобы избежать столкновения с космическим мусором, даже Международная космическая станция (МКС) с момента запуска в 1998 году совершила более 20 маневров по предотвращению столкновения с космическим мусором.

Пока проблема космического мусора не кажется чем-то важным, но если не решать ее должным образом, то в будущем она может привести к полному хаосу на орбите нашей планеты, с которым будет крайне сложно справиться. 

Небольшая, но нарастающая проблема

До 2010 года ежегодно запускалось всего около 100 спутников, но в 2020 году впервые в космос их было отправлено более 1000. Цифры продолжат расти и в 2021 году, на орбиту уже было выведено более 1400 новых аппаратов. 

Более того, на заре освоения космоса было всего несколько агентств, которые отправляли в космос летательные аппараты - Роскосмос, NASA и Европейское космическое агентство. В настоящее время такие частные компании, как SpaceX и Blue Origin, вызвали бум в аэрокосмической отрасли и запускают все больше и больше спутников. Они планируют в ближайшие годы запустить на орбиту Земли мега-констелляции (группы спутников, покрывающие большую орбитальную территорию) для предоставления услуг беспроводного широкополосного интернета по всему миру.  Этот проект, с одной стороны должен помочь миллионам людей по всему миру, а с другой создаст новые проблемы с космическим мусором. 

Японский спутник ELSA-d (End-of-Life Services by Astroscale-demonstration)   Image credits: Lucpiguet/Wikimedia Commons    

 

Эти мега-констелляции приведут к беспрецедентному увеличению числа спутников, вращающихся вокруг Земли (по некоторым данным, к 2030 году на орбите Земли может находиться около 100 000 спутников). С каждым запуском будет увеличиваться и количество космического мусора, что сделает орбиту еще более перегруженной. В результате как существующим, так и новым спутникам придется выполнять больше маневров по предотвращению столкновений. 

Поэтому на спасение спутников от космического мусора будет тратиться больше энергии и ресурсов. Рано или поздно, с увеличением числа космических полетов, растущее количество космического хлама может увеличить частоту столкновений в космосе и со временем привести к синдрому Кесслера.

Можно ли очистить орбиту Земли от космического мусора?

Избавиться от космического мусора не так просто, как кажется. Ведь нельзя же  просто ввести запрет на полеты. Космические корабли запускаются для исследования космоса и сбора информации о других планетах нашей галактики, в то время как искусственные спутники выводятся на орбиту Земли для обеспечения связи, навигации, военной поддержки, наблюдения за Землей, прогноза погоды, поиска полезных ископаемых и многих других видов деятельности, имеющих большое значение для человека. Поэтому запрет на космические полеты и запуски новых спутников, не является решением проблемы.

Процесс "по расчистке" орбиты нашей планеты является дорогостоящим и сложным. Однако ученые и космические агентства работают над этим и предлагают новые и интересные методы удаления космического мусора с орбиты Земли.

Примерно в 2012 году группа ученых, работающих в EPFL (Швейцарский федеральный технологический институт), выдвинула идею создания специального спутника (под названием CleanSpaceOne), который мог бы самостоятельно захватить необходимый фрагмент космического хлама и вернуть его на Землю. Ученые предположили, что во время полета к Земле и спутник, и космический мусор сгорят в плотных слоях атмосферы. Подобная идея звучит довольно интересно, но  такая технология будет достаточно дорогостоящей, а спуск таких спутников займет много времени.

Концептуальное изображение космического аппарата CleanSpaceOne. Image credits: Lucpiguet/Wikimedia Commons     

 

В 2016 году Японское агентство аэрокосмических исследований отправило в космос электродинамический трос, который может направлять космический мусор в сторону атмосферы Земли, используя магнитное поле планеты. Через несколько лет, в апреле 2018 года, Космический центр Суррея в Великобритании запустил проект RemoveDEBRIS, направленный на развитие и тестирование различных технологий удаления космического мусора. В рамках инициативы RemoveDEBRIS была проверена эффективность методов с использованием сети, гарпуна и буксировки для захвата космического хлама. 

Сеть RemoveDEBRIS захватывает космический мусор

Ученые из Университета Пердью в 2020 году разработали буксировочный парус под названием Spinnaker3. Это достаточно эффективный и экономичный способ борьбы с космическим мусором, поскольку он не требует энергии во время работы. Более того, он может захватывать даже космические объекты размером с ракету и направлять его в атмосферу Земли, чтобы затем уничтожить его при спуске. Запуск миссии Spinnaker3 планируется в ноябре 2021 года на ракете Firefly.

Японская компания Astroscale,также занимающаяся удалением орбитального мусора, запустила спутник ELSA-d  в марте 2021 года. Данная система использует технологию магнитного захвата для сбора небольших неактивных спутников с орбиты Земли. ELSA-d успешно завершила свое первое испытание 25 августа 2021 года, и сейчас выполняет следующие этапы тестирования. 

Итог

Как известно, профилактика болезни лучше, чем её лечение. В случае с космическим мусором это еще не серьезная проблема, но главное - не упустить момент, иначе может быть слишком поздно, поэтому лучше начать действовать как можно быстрее.

Эксперты аэрокосмической отрасли внимательно следят за развитием событий, и если их исследования подтвердятся, то, скорее всего, вскоре мы увидим эффективные стратегии утилизации отходов в космосе - и к тому времени, когда мы будем готовы отправиться в наш первый межпланетный полёт, у нас будет чистый и красивый вид с орбиты.