Начинается охота на «космический мусор»

Космос, в особенности околоземное пространство, хоть в основном и представляет собой вакуум, тем не менее отнюдь не пустота.  Его, как мы знаем, «бороздят семимильными шагами» космические корабли, орбитальные станции, спутники.

Но это не единственные участники «карусели», вращающейся вокруг нашей планеты.

За ширмой «Гравитации»

Явление, о котором пойдет речь в этой статье, было невольно «огламурено» в фильме голливудского кинорежссера Альфонса Куарона «Гравитация».  Без него не было бы драматических сцен разрушения космической станции, споровождающихся улетом героини Сандры Буллок в никуда, откуда ей помог вернуться герой Джорджа Клуни.

Но это очередное произведение «фабрики грез».  Насколько оно соответствует действительности? 

Уже упомянутое явление, которое легло в основу кинокартины Куарона, носит, в отличии от этой ленты не масштабно-возвышенное, а вполне повседневно-бытовое название. Его вторая половина – «мусор» заставит каждого, кто услышит это слово, невольно поморщить нос. Правда, первая половина – «космический» все-таки поможет нам преодолеть чувство брезгливости, которое всегда охватывает нас при ассоциации чего-либо с мусорной кучей. 

Итак, «космический мусор». На самом деле каждая его частица, если б ее можно было поймать и продать на аукционе, или на ebay, принесла бы продавцу немалые деньги.  Ведь она является раритетом искусственно-космического происхождения, найти, который на земле даже труднее, чем прилетевший из глубин Вселенной метеорит. 

Просто, в отличие от небесных «обломков», отличающихся большой плотной и массой, а потому нередко выживающих в огненном падении на нашу планету, частицы «космического мусора» достаточно легки и низкоплотны, а потому, как правило, сгорают при входе в атмосферу.  

Из досье «космического мусора»

Как и обычный земной мусор, своим происхождением он обязан человеку:  состоит из обломков взорвавшихся верхних ступеней ракет-носителей (осколки размером более одного сантиметра с большой долей вероятности имеют этот источник происхождения), вышедших из строя космических аппаратов (КА), или их обломков. 

Сколько же таких частиц вращается вокруг Земли? Специалисты американской «Сети космического наблюдения», входящей в состав «Стратегического командования» США, отслеживают около 22 000 объектов размером более 10 сантиметров. По их мнению, численность объектов размером с шарик для игры в пейнтбол достигает 500 000. Ну а тех, которые меньше этого шарика, в околоземном пространстве может быть до 100 миллионов единиц. 

А может Бог с ним, с этим мусором? 

Кружится он себе вокруг нашей планеты и никому на ней жить не мешает.  Были, правда, несколько исключений.  В 1979 году обломок американской станции «Скайлэб» убил в Австралии корову, а обломок сетчатого элемента топливного ракетного банка стукнул сзади какую-то американку (правда, без каких-либо серьезных последствий для женщины). 

Самый же большой вред Земле был причинен в 1978 году, когда радиоактивные обломки советского спутника «Космос-954» усыпали в длину почти 600 километров северо-западной части территории Канады.  

Но это все. Никакого ущерба подобного тому, который понесли земляне в прошлом году от Челябинского метеорита (выбитые стекла, пораненные их осколками люди), «космический мусор» не наносил и нанести не может.

Однако, человечество, как известно уже достаточно «плотно» присутствует в околоземном пространстве.  И вот тут «космический мусор» может натворить немало бед, что было весьма правдоподобно показано в «Гравитации». 
Представьте себе шар для боулинга, который движется со скоростью порядка 500 километров в час. А теперь представьте, что он врезается во что-то на такой скорости. А если это что-то космический корабль, станция, или просто КА?

Вот такие разрушения может причинить осколок величиной около 1 сантиметра, двигающийся со скорость около 8 километров в секунду, или в 7 раз быстрее скорости пули. И это при учете того, что столкновение произойдет не на встречном курсе, иначе скорость удара будет суммой скоростей двух встретившихся объектов, что окажет на них еще более разрушительное воздействие.

Космические «ДТП»: жертвы и последствия

Среди наиболее крупных, из тех, что «на слуху», можно упомянуть два.  Первое носило преднамеренный характер.   В январе 2007-го года Китай провел испытание противоспутникового оружия, разрушив ударом специального КА-болванки свой вышедший из строя метеоспутник «Фенгюн –1С». 

Образовавшееся облако из 35 000 обломков величиной более 1 сантиметра, среди которых 900 были достаточно крупными, чтобы их зарегистрировать, захватило высоты от 200 до почти 4 000 километров.      

Второе «ДТП» по своей нежелательности и незапланированности носило уже более приближенный к реальной аварии характер. Оно произошло 10 февраля 2009 г. над Сибирью. Там на  высоте 790 километров на пересекающихся курсах столкнулись два спутника – неработающий российский «Космос-2251» и действующий американский «Иридиум-33».  

По мнению специалистов в области «космического мусора», именно эти два инцидента привели к образованию наибольшого числа осколков искусственного происхождения, вращающихся в настоящее время вокруг Земли. 

Логово «космического мусора»

Его основная масса, двигающаяся со скоростью примерно 27 200 километров в час, располагается над Землей до высоты около 2 000 километров (именно в данном околоземном слое летает большинство КА). Но «логово" этого мусора "трехэтажное». 

Первый «этаж» занимает высоты от 200 до 600 километров. Именно там мусор представляет особую опасность для пилотируемых кораблей и станций.  Рабочая высота МКС – это приблизительно 400 километров над поверхностью Земли. 

Правда, мусор, «обитающий» на этих высотах не долгоживуч. Там еще присутствует достаточное количество частиц воздуха, залетающих туда из верхних слоев атмосферы. Сталкиваясь с этими частицами, мусор тормозится и в течение 2-3 лет сходит с орбиты. 

Второй «этаж» занимает слои высоты от 750 до 1000 километров, а третий – от 1350 до 1600 километров. Они куда более «густонаселены», чем первый. 
Это и не удивительно. Ведь там влияние земной атмосферы уже практически отсутствует, а потому ничем не тормозимый мусор может веками  летать вокруг Земли. Достаточно сказать, что на втором «этаже» до сих пор летает второй американский искусственный спутник Земли «Авангард-1», запущенный в космос в 1958 году. 

И, наконец, есть еще «пентхауз».  Он находится на геостационарной орбите на высоте 36 000 километров над Землй. Как и положено, в этом элитном жилье «проживают» самые сложные и дорогостоящие КА – спутники связи, «висящие» над одной точкой на поверхности нашей планеты. 

Элитность этих КА заключается еще и в том, что после выхода из строя они обретают «вечную жизнь» (правда, в качестве памятников самим себе), ибо объекты, располагающиеся на геостационарной орбите могут существовать столько же, сколько еще просуществует Земля. 

Угроза «эффекта Кесслера»

Дон Кесслер, бывший ученый из НАСА, еще в 1978 году предсказал, что увеличение «космического мусора» в околоземном пространстве может принять самовоспроизводящийся характер, даже если человечество вообще перестанет запускать в космос искусственные объекты. 

Произойдет это потому, что осколки-обломки КА и верхних ступеней ракет-носителей, сталкиваясь друг с другом, будет фрагментироваться еще на более мелкие частицы.  Данный феномен получил название «эффекта Кесслера». 
Масса «космического мусора», оцениваемая в настоящее время в 6 300 тонн (средний вес грузового 100-вагонного состава, включая локомотив) от этого не увеличится, но он, по своему поражающему воздействию, станет все больше напоминать шрапнель. 

Для справки:  осколок величиной около 5 сантиметров, столкнувшийся с МКС на скорости порядка 8 километров секунду, почти гарантированно пробьет ее противометеоритную защиту.  Но и куда меньший осколок, размером не более 0,2 миллиметра (то есть обычная чешуйка краски), может представлять угрозу для скафандра космонавта, работающего за бортом, или повредить стекла кабины космического корабля. 

По мнению членов «Национального исследовательского совета» США, «эффект Кесслера» уже дал о себе знать в начале нынешнего десятилетия.   

Не уничтожим, так хоть увидим

Одна из наиболее эффективных систем отслеживания «космического мусора» имеется в настоящее на вооружении Пентагона. Она называется «Космическая преграда» (Space fence).  «Преграда» эта является составным элементом уже упомянутой «Сети космического наблюдения».  

Преграда эта славно потрудилась. Благодаря ей лишь только в 2012-м году США смогли более 10 000 раз предупредить операторов спутников во всем мире о возможности столкновения их КА с «космическим мусором». Чтобы этого не произошло было предпринято 75 маневров уклонений КА. 

Однако, держать в поле зрения лишь 22 000 осколков размером более 10 сантиметров уже не соответствует современным нормам безопасности космоплавания, да и срок эксплуатации «Космической преграды» закончился в прошлом году. Поэтому на смену старой «преграде» идет новая, которая будет способна отслеживать до 200 000 объектов в околоземном пространстве размером от шарика для пинг-понга и больше. 

На разработку ее прототипа уже было потрачено несколько лет работы и миллионы долларов.  В настоящее время за за право ее создать конкурируют две крупных американских фирмы: «Рейтеон» и «Локхид Мартин». Ожидается, что в течение ближайших нескольких недель будет объявлен победитель, который и станет творцом новой «Космической преграды».

Ключевыми элементами данной системы станут высокочастотный радар и мощный компьютер. Они будут «ловить» частицы мусора, заносить их в каталог, чтобы после быть в состоянии предсказать, в какой момент времени и в какой точке пространства следует ждать появления этих частиц.

Новая «преграда» должна значительно повысить безопасность полета для примерно 1 100 спутников, работающих в настоящее время в околоземном пространстве, а также для МКС и космического телескопа «Хаббл».

Европейские и канадские «глаза» присоединятся к американским

В прошлом году Министерство обороны Канады отправило в космос небольшой спутник «Сапфир» (вес в районе 150 килограммов, а размер не более метра). 

Аппарат стоимостью 65 миллионов долларов был выведен на полярно-синхронную орбиту высотой около 800 километров.  В число задач данного КА входит работать «рука об руку» с «Сетью космического наблюдения» по отслеживанию «космического мусора». 

Занимается созданием системы аналогичной «Космической преграде» и Европа. Европейское космическое агентство выдало испанской фирме Indria Espacio контракт на сумму 2 миллиона долларов на постройку демонстрационного радара, который должен стать основой данной системы.  Ожидается, что она войдет в действие к 2019 году. 

А что кроме наблюдения?

Важно, конечно, вовремя увидеть падающую с крыши сосульку, чтобы успеть от нее увернуться, но не менее важно сбить эту сосульку с крыши до того, как она полетит в чью-либо голову.

Именно над такой системой ликвидации космических «сосулек» (в смысле, «космического мусора») и работают сейчас швейцарские инженеры.  КА под названием CleanSpace One стоимостью 11 миллионов долларов должен быть запущен во второй половине этого десятилетия.  Его первым заданием будет «захватить» два швейцарских спутника, запущенных соответственно в 2009 и 2010 годах, но уже вышедших из строя.

Возьмемся за руки, друзья

Проблема космического мусора носит международный характер.  С одной стороны «сорят»  все участники космической деятельности, в первую очередь Россия, США, Европа, Китай, Япония и Индия.  В этот же список попадают и страны, хоть и не имеющие возможности самостоятельно запускать КА в космос, но тем не менее имеющие и эксплуатирующие спутники. 
С другой стороны рукотворные осколки, роящиеся в околоземном пространстве, представляют одинаковую опасность для КА и кораблей любых стран, включая МКС. 

С целью координации усилия по борьбе с «космическим мусором» страны-участницы космической деятельности, включая США, Россию, Китай, Канаду, Англию, Италию, Францию, Германию, Индию, Японию, Украину, а также ЕКА учредили «Межведомственный координационный комитет по космическому мусору» (IADC). Его следующее заседание должно пройти 12-15 мая этого года в Пекине. 

Деятельность данного комитета ведется в четырех направлениях.  Первое – определение объема «космического мусора», второе – изучение среды его «обитания» включая каталогизацию частиц, третье – защита от «космического мусора» и четвертое – минимизация ущерба, который он может нанести.   

«Пифагоров рычаг» в борьбе с мусором

Среди обсуждаемых мер, не только в данном комитете, но и на уровне ООН – обязательное наличие на КА «похоронного» запаса топлива, который позволит свести данный аппарат с орбиты после завершения срока его службы, увод спутников с геостационарной орбиты на ту, где они могут находиться миллиарды лет, не представляя никакой угрозы для других КА, запуск в космос КА-мусорщиков и пр.

Все эти меры хороши по-своему, но у всех у них общий недостаток: они требуют дополнительных капиталовложений, на что государства-участники космической деятельности идут весьма неохотно.  Как же сдвинуть дело с «мертвой точки»? 

В свое время Пифагор сказал: «Дайте мне точку опоры и я сдвину Землю».  Экономисты из США полагают, что нашли рычаг, позволяющий если не сдвинуть Землю, то очистить ее пространство вокруг нее.

Это, так называемый пигувианский налог, которым облагается пользователь, в том числе для компенсации того ущерба, который его деятельность наносит окружающей среде. Применительно к космической деятельности это будет означать, что все страны – ее участницы будут платить в некий международный фонд по очистке околоземного пространства от «космического мусора» взносы, которые потом позволят данному фонду профинансировать работы по «обезмусориванию» орбит вокруг нашей планеты.   

Дело за малым – составить соответствующий международный договор, к которому присоединились бы все страны, так или иначе эксплуатирующие космическое пространство.  Возможно, что начавшийся «эффект Кесслера» будет способствовать его скорейшему заключению.