Космический мусор стал глобальной проблемой

Спустя пять лет после столкновения российского спутника "Космос-2251" с американским Iridium 33 на орбите все еще остаются около 1,5 тысяч крупных обломков этих аппаратов, которые представляют колоссальную угрозу.

Количество мусора, за все время полетов

Последствия первого в истории "космического ДТП" — столкновения российского спутника "Космос-2251" с американским Iridium 33 ("Иридиум-33"), произошедшего пять лет назад — будет влиять на ситуацию в околоземном пространстве еще 20-30 лет, сказал представитель информационно-аналитическом центре Межгосударственной акционерной корпорации (МАК) "Вымпел".

"Сегодня, спустя пять лет, на орбите все еще остаются около 1,5 тысяч крупных обломков этих аппаратов, которые представляют колоссальную угрозу. Эти объекты будут на орбите еще 20-30 лет. Одно это столкновение увеличило на 20-30% риск столкновений в космическом пространстве", — сказал собеседник агентства.

Обломки падающие с неба:

Когда стали бить серьезную тревогу:

Американский космический аппарат Iridium-33 и "Космос-2251", российский военный спутник серии "Стрела", столкнулись на высоте примерно 805 километров над Сибирью в 19.56 мск 10 февраля 2009 года. За два часа до этого математическое моделирование, проведенное негосударственной системой SOCRATES, показало, что два объекта пройдут в опасной близости друг к другу — в 584 метрах. Но в момент сближения "Иридиум" перестал выходить на связь, а затем американские военные увидели на этой орбите облако фрагментов — столкновение произошло.

"И Россия, и США прозевали это столкновение. Ни у нас, ни у них на тот момент не было системы оперативного предупреждения об угрозе столкновения", — сказал собеседник агентства.

По его словам, нынешние системы, созданные в России и США, могли бы предупредить об этой угрозе примерно за сутки. "Космос-2251" на тот момент не работал (он был выведен из эксплуатации в 1995 году), а "Иридиум" был "жив", и мы могли бы его увести", — отметил он.

Последствия:

Вид на Iridium 33 и "Космос-2251" через 180 минут после столкновения

После столкновения на орбите образовалось огромное облако из тысяч фрагментов. Одно это событие увеличило число космического мусора более чем на 10% — сейчас на орбите отслеживают около 16,7 тысячи мусорных объектов. Сопоставимым по "мощности" событием было только разрушение китайского метеоспутника "Фэнъюнь-1C" во время испытаний противоспутникового оружия в КНР, когда возникло около 3 тысяч фрагментов.

"Иридиум" распался на 605 обломков, из них на данный момент 195 сгорело в атмосфере, "Космос-2251" породил 1609 фрагментов, из них "выбыло" на данный момент 420, сообщил эксперт.

"Американец и русский" не разошлись в космосе
При этом, отметил он, системы слежения видят только объекты размером не меньше 10 сантиметров. Но даже сантиметровый фрагмент, летящий со скоростью 11 километров в секунду, эквивалентен по энергии трехтонному грузовику на скорости 100 километров в час.

Сейчас наивысшая концентрация обломков "ДТП" приходится на орбиты с высотами около 800-1000 километров, а также орбиты высотой около 1,5 тысячи километров. На высоте около 400 километров, где находится МКС и летают "Союзы" и грузовые космические корабли, их относительно немного.

Кусок оторвавшийся от ракеты:

"На высоте 400 километров они быстро сгорают, плотность у этих объектов на этой высоте не очень большая. Там они не могут очень долго жить. Но там есть проблема, связанная с размером "мишени". Одно дело, когда у вас спутник размером 1-2 метра, а другое дело — МКС, которая имеет размер 30-50 метров. А риск столкновения пропорционален квадрату размера. Даже небольшое количество фрагментов могут быть опасны для станции", — сказал собеседник агентства.
Каскадный эффект

После случая с "Иридиумом" и в России, и в США были созданы системы предупреждения об угрозе столкновений. В частности, в России для контроля космического пространства используются радары системы предупреждения о ракетном нападении — СПРН. Она существовала и раньше, однако лишь недавно была организована цепочка оперативной передачи информации об угрозе столкновений заинтересованным ведомствам, отметил эксперт.

Моделирование космического мусора на орбите Земли. Создано Институтом аэрокосмических систем технического университета Брауншвейга.

В первую очередь от космического мусора страдают, конечно, объекты, находящиеся на орбите. «Службы наземного наблюдения иногда фиксируют столкновения частиц космического мусора друг с другом, из-за чего их количество множится в геометрической прогрессии, – рассказывает председатель комиссии по проблемам космического мусора РАН, заместитель директора Института прикладной математики им. Келдыша Эфраим Аким. – Мелкие фракции представляют не меньшую опасность, чем крупные. Только представьте крупнокалиберную пулю, движущуюся со скоростью 8–10 км/с. При попадании подобной частицы в действующий космический аппарат сила соударения просто чудовищная. Ни один корабль не выдержит такого столкновения. Если же соударение произошло, облако обломков на орбите расползется по всем направлениям всего за пару недель, угрожая уничтожить и других соседей».

И хотя вероятность вывода из строя орбитальных спутников космическим мусором все еще крайне мала, неприятные инциденты уже были, в том числе с пилотируемыми космическими кораблями и орбитальными станциями.

В 1983 году экипаж печально знаменитого шаттла Challenger обнаружил на лобовом стекле своего корабля небольшой след от соударения с посторонним предметом. Кратер был всего 2,5 мм в глубину и столько же в ширину, но заставил сильно поволноваться инженеров NASA. После приземления корабля специалисты тщательно осмотрели повреждения и пришли к выводу, что причиной соударения стала микрочастичка краски, отслоившаяся от какого-то другого космического аппарата. Пострадала от космического мусора и советская орбитальная станция «Салют-7», поверхность которой была буквально испещрена микроскопическими кратерами от соударения с частицами мусора. Чтобы предотвратить возможность подобных инцидентов в дальнейшем, станция «Мир» и пришедшая ей на смену МКС были оснащены экранами, защищавшими обитаемые модули от соударений с мелким мусором. Впрочем, и это не помогло. В июне 1999 года тогда еще необитаемая МКС имела все шансы столкнуться с обломком разгонного блока одной из ракет, уже долгие годы вращавшегося вокруг Земли. К счастью, специалистам российского Центра управления полетами (ЦУП) удалось своевременно скорректировать ее орбиту, и обломок пролетел мимо на расстоянии 6,5 км. В 2001 году МКС пришлось предпринимать специальный маневр, чтобы не столкнуться с семикилограммовым прибором, потерянным во время выхода в открытый космос американскими астронавтами. С тех пор станция уворачивается от космического мусора с завидной регулярностью, несколько раз в год.

Космический мусор представляет опасность и для далеких от космоса землян, падая на их головы в прямом смысле этого слова. В 1978 году таежные области на севере Канады пострадали от падения советского спутника «Космос-594». Годом позже обломки американской космической станции Skylab рассыпались над пустынными районами Австралии.

В 1964 году в ходе неудачного запуска навигационного спутника США с ядерными источниками энергии на борту радиоактивные материалы рассеялись над акваторией Индийского океана. Всем памятна ситуация и со станцией «Мир», затопленной в Тихом океане. Тогда у десятков тысяч жителей островных государств случился форменный массовый психоз. Люди панически боялись, что «русская громадина» свалится им прямо на голову. А вот для жителей Алтайского края этот кошмар стал реальностью. Именно над этим регионом России пролегают траектории полета ракет, запускаемых с Байконура, и именно сюда валятся обломки первых ступеней с остатками высокотоксичного топлива.

Но что же представляет собой космический мусор? Откуда он берется?

Это кто же здесь сорит?

«Ситуация складывается парадоксальная, – считает Александр Багров. – Чем больше мы запускаем аппаратов в космос, тем менее пригодным для использования он становится». И действительно, по оценкам российских специалистов, в настоящее время в космосе находится более 10 тысяч летательных аппаратов и спутников Земли, при этом функционируют из них только 6%. Космические аппараты выходят из строя с завидной регулярностью, а в результате плотность космического мусора на орбите ежегодно увеличивается на 4%. В настоящее время вокруг нашей планеты вращается около 70–150 тысяч объектов размером от 1 до 10 см, частиц же менее 1 см в диаметре – миллионы. «И если на низких орбитах, примерно до 400 км, мусор притормаживает о верхние слои атмосферы и со временем падает на Землю, то на геостационарных орбитах он может вращаться бесконечно долго», – продолжает Александр Багров.

Свой вклад в дело увеличения космического мусора вносят и разгонные блоки ракет, с помощью которых спутники выводятся на геостационарные орбиты. В их баках остается примерно 5–10% топлива, которое весьма летуче и легко превращается в пар, что нередко приводит к мощным взрывам. После нескольких лет пребывания в космосе отслужившие ступени ракет разлетаются на куски, разбрасывая вокруг себя «шрапнель» мелких осколков. За последние годы в околоземном пространстве было зафиксировано 182 подобных фейерверка. Только один недавний взрыв ступени индийской ракеты-носителя привел к образованию 300 крупных обломков и бесчисленного множества мелких, но не менее опасных объектов. Первые жертвы уже были.

В июле 1996 года на высоте примерно 660 км французский спутник столкнулся с фрагментом третьей ступени французской же ракеты Arian, запущенной много раньше. Относительная скорость во время столкновения составляла около 15 км/с, или около 50 000 км/ч. Французские баллистики, прозевавшие на орбите приближение своего же крупного объекта, потом долго кусали локти, и было от чего. Происшествие не закончилось крупным международным скандалом только потому, что оба объекта имели французское происхождение. Как же очистить орбиту от космического мусора?

Спуск Шаттла

Вакансия космического мусорщика все еще открыта

«К сожалению, на данный момент эффективных способов уничтожения космического мусора не существует», – считает Эфраим Аким. По его мнению, собирать обломки при помощи американских шаттлов безумно дорого, да и челноки вот уже несколько лет стоят на приколе. Еще большее безумие сжигать космический мусор при помощи лазера, поскольку расплавленный металл, остывая, превратится в смертоносную «шрапнель», которая расползется по орбите, еще больше загрязнив космос. Заменить многоступенчатые ракеты многоразовыми системами тоже пока не представляется возможным, слишком уж они дороги. «Конечно, хорошо запускать и забирать спутники при помощи летающих тарелок. В любой момент взлетел, зацепил его и сел обратно на Землю, – смеется Эфраим Аким. – Увы, человечество подобными техническими устройствами не располагает. Пока они не появились, нам надо всеми силами предотвращать дальнейшее загрязнение космоса, иначе в будущем из-за опасности встречи с космическим мусором его освоение превратится в очень рискованное мероприятие».

Единственное, что пока могут предложить ученые, – тщательное картографирование космической свалки. Но и здесь все не так просто. «На сегодняшний день только два государства в мире способны эффективно отслеживать поведение космического мусора», – считает главный баллистик ЦУП Николай Иванов. Легко догадаться, что это Россия и США, которые, к слову сказать, являются и главными «загрязнителями» космоса. «У нас, как и в Америке, существуют уникальные наземные комплексы, позволяющие обнаруживать на низких орбитах кусочки до нескольких сантиметров в диаметре, но необходимо также совместно разрабатывать меры по их нейтрализации. Было бы неплохо создать международную систему слежения, объединить каталоги объектов, разработать общую систему предупреждений о рисках столкновений, только в этом случае можно реально обезопасить полеты», – продолжает Николай Иванов. «Чтобы на космических дорогах не было аварий, необходимо выработать международные правила космического движения», – вторит ему Эфраим Аким. Первые шаги в этом направлении уже сделаны.

Правила космического движения

«Предотвращением дальнейшего загрязнения космического пространства занимаются несколько международных комиссий, в том числе под эгидой ООН, – рассказывает ученый секретарь Совета по космосу РАН Александр Алферов. – Правда, они сталкиваются с неповоротливостью ряда агентств, предпочитающих все очень тщательно взвесить, прежде чем идти на сотрудничество. Дело в том, что многие спутники принадлежат военным ведомствам и полную информацию о них получить весьма сложно. Нельзя сбрасывать со счетов и коммерческую сторону вопроса». Впрочем, приватизация космоса играет на руку тем, кто ратует за его чистоту. «Космос постепенно превращается в зону вложения капитала, а коммерсантов всегда интересовали вопросы страхования рисков и возмещения потерь в результате тех или иных форс-мажорных обстоятельств, – считает Александр Багров. – Без выработки единых правовых норм достичь этого не удастся. К примеру, кто должен отвечать, если старый безжизненный спутник или разгонный блок ракеты, запущенной одним государством, протаранит автоматическую станцию, принадлежащую другой стране? Пока на этот вопрос ответа нет, хотя подобные прецеденты уже имели место». И хотя частные космические компании делают только первые шаги, сам факт их появления на свет подтолкнул к выработке единых международных правил. «В настоящее время интенсивно вырабатываются новые требования к космической технике, определяются зоны работы спутников и оговариваются методики захоронения выработавших свой срок аппаратов», – рассказывает Эфраим Аким.

Одним из первых реальных достижений в деле борьбы с космическим мусором стала выработка новых международных стандартов в отношении искусственных спутников Земли. Теперь на их борту должны присутствовать резервные запасы топлива, чтобы по истечении срока работы увести аппараты в специально отведенные районы околоземных орбит или направить к Земле. Желательно также оснащать спутники дополнительными системами управления, способными в случае поражения аппарата частицами мусора уводить его с рабочих орбит. Предполагается, что «кладбища спутников» будут располагаться на 200–300 км выше зоны геостационарных орбит. «Конечно, внедрение новых стандартов идет очень медленно, – признает Эфраим Аким, – ведь они связаны с существенными затратами. Изменение в конструкции спутников влечет за собой дополнительные многомиллионные вложения, что нравится не всем аэрокосмическим корпорациям. Но без этих мер на данный момент просто не обойтись, и все это понимают».

Другой важный шаг – внесение в международные правила использования космоса требования оснащать разгонные блоки ракет системами слива топлива. Оказавшись в космосе, после завершения маневра управляющая электроника в обязательном порядке должна открыть клапаны и выбросить излишки горючего. К сожалению, и этого порой недостаточно. Из-за особенностей топлива и невозможности полностью выбросить его из резервуаров взрываются даже «опустошенные» баки. А значит, должны быть предприняты меры по совершенствованию конструкции космических ракет.