Космічне сміття навколо землі. Тема першої сторінки

За більш ніж півстоліття польотів на навколоземну орбіту на ній скупчилося майже 170 мільйонів частинок космічного сміття - тут і металеві уламки, і вийшли з ладу супутники, і навіть втрачені космонавтами інструменти. Експерти ламають голови: як захистити літальні апарати

текст: Тіль Хайн

Чого тільки не літає навколо Землі. На найближчій до планети орбіті, на висоті до двох тисяч кілометрів, обертається мало не 2800 тонн самого різного мотлоху: тут і відпрацьовані фрагменти ракет-носіїв, і несправні супутники, і уламки космічних апаратів, що потерпіли катастрофу, і викрутки, і навіть сміттєві мішки з російської орбітальної станції «Мир», що містять серед іншого захололі фекалії ... І хоча станція затонула в Тихому океані ще в березні 2001 року, деякі такі пакети продовжують літати в космосі.

Ні багато ні мало 23 тисячі предметів діаметром від десяти сантиметрів зафіксовані радарами на навколоземній орбіті. Вони мчать в космічному вакуумі зі швидкістю до 28 тисяч кілометрів на годину. Крім того, на думку експертів, навколо нашої планети по різних орбітах кружляють більш 170 мільйонів предметів розміром від одного міліметра до одного сантиметра. Більш дрібні частинки сміття з Землі виявити важко.

З усім цим потрібно терміново щось робити. «Пора очищати космос від цього мотлоху», - вважає Хайнер Клінкрад, керівник Бюро з космічного сміття при Європейському космічному агентстві (ЄКА) і один з провідних світових фахівців у цій сфері.

Його заклопотаність цілком зрозуміла: навіть найдрібніші частинки сміття, зіткнувшись з Міжнародною космічною станцією(МКС) або з будь-яким з тисячі метеорологічних, телекомунікаційних, навігаційних, військових і інших супутників, можуть серйозно пошкодити їх або навіть вивести з ладу. Недарма штучні супутники Землі застраховані на суму близько 20 мільярдів доларів США.

«Якщо, припустимо, в космічний апарат вріжеться алюмінієвий кулька діаметром всього лише один сантиметр, то наслідки будуть такими ж, як якби в нього врізався легковий автомобіль середнього класу, що рухається зі швидкістю 50 кілометрів на годину», - пояснює Хайнер Клінкрад. А десятисантиметровий об'єкт просто-напросто рознесе супутник на шматки.

Сміття з космосу може навіть впасти на нашу планету. У вересні 2011 року відслужив своє американський метеорологічний супутник UARS розміром з автобус помчав до Землі і тримав в страху безліч людей, поки його уламки не рухнули в Тихий океан.

Але головну небезпеку для космонавтики представляють зіткнення великих шматків космічного сміття: врізавшись один в одного, вони «кришаться» на безліч дрібних фрагментів, які, в свою чергу, можуть натрапити на інші частинки, породжуючи нові уламки, - загроза для пілотованих і безпілотних кораблів зростає лавиноподібно. Це явище називається «ефектом Кесслера» - на честь американського консультанта НАСА Дональда Кесслера, який першим описав такий гіпотетичний сценарій розвитку подій в навколоземному просторі.

Щоб цей похмурий сюжет не став реальністю, ЄКА пропонує кардинально поліпшити «санітарну обстановку» в космосі. По-перше, в майбутньому всі великі супутники повинні мати запас палива, достатній для того, щоб їх можна було відправити або на так звану «мертву орбіту», або в атмосферу Землі, де вони згорять. По-друге, кожен рік з космосу передбачається видаляти від п'яти до десяти великих об'єктів - чим швидше, тим краще. Ось тільки як?

Фолькер Гасс зі Швейцарського космічного центру при Федеральній політехнічній школі Лозанни знає відповідь: нам потрібні роботи-прибиральники. Зараз він з групою колег розробляє апарат «КлінСпейсУан», який буде першим космічним сміттярем. Скоро закінчиться термін служби «СвіссКьюб», що залишився від двох міні-супутників, запущених в космос Швейцарією. (Інший - «Тлсат» - припинив роботу ще в 2011 році.) З одного з них і піде відлік апаратів, усунених з орбіти за допомогою «прибиральника». «Кожен повинен підмітати хоча б у себе перед порогом», - каже Гасс. Ця ідея народилася у швейцарських фахівців після падіння супутника UARS. «Ми з колегою обідали в їдальні, - згадує Гасс, - і він запропонував збирати космічне сміття за допомогою роботів». Потім хтось накидав на серветці схему апарату з іонним двигуном, який повинен переміщатися в космосі, захоплювати своїми маніпуляторами сміття й переносити в сторону Землі.

Ставний і енергійний Фолькер Гасс вже освоївся в самих різних ролях: він виступає і як вчений-винахідник, і як менеджер, і як мотиватор. Але найкраще ця людина, який розробляв раніше механічні елементи для супутників, вміє викликати інтерес до свого проекту-прототипу вартістю близько десяти мільйонів євро. У його команді працюють не тільки фізики, інженери і фахівці з робототехніки - радником Гасса став Клод Ніколь, колишній астронавт ЕКА, який тепер розповідає про небезпеки, пов'язані з космічним сміттям.

«Зовнішність» у робота-прибиральника нічим не примітна: довгастий алюмінієвий корпусрозміром з дві-три взуттєві коробки, оснащений надкомпактний двигуном, відеокамерою і загарбним пристроєм.

«Руку» -маніпулятор для робота Гасс конструює у співпраці з Од Бійяр, дослідницею роботів. Якраз зараз Бійяр тренує в лабораторії одне зі своїх створінь. Вона кидає в сторону пластикової «руки», встановленої на рухомій платформі, банку кока-коли - і машина впевнено ловить її. Бійяр посміхається: «Робот повинен вміти не тільки хапати і ловити предмети - головне, щоб він навчився реагувати на несподівані ситуації».

Шматки космічного сміття поводяться зовсім не так, як банка кока-коли в лабораторії, а, як правило, досить швидко обертаються навколо своєї осі. «Якщо їх спробувати схопити звичайної роботизованою« рукою », то вони просто вислизнути з пальців», - пояснює Гасс. Тому його група розробляє альтернативний спосібзахоплення - на зразок того, яким користуються під час полювання актинії.

Фізик Герберт Ши, який приїхав до Швейцарії з Канади, вже сконструював кілька гумових прототипів «руки». Його план такий: чотири еластичних щупальця будуть хапати об'єкт і обвивати його. А вбудовані в гумові маніпулятори електроди дозволять керувати щупальцями з Землі за допомогою радіосигналів.

Крім того, Ши розробляє двигун для космічного прибиральника. У маленьких супутників, до яких відноситься і «СвіссКьюб», немає власних двигунів. Їх доставляють на орбіту ракети, а потім вони рухаються завдяки взаємній компенсації відцентрової сили і сили тяжіння Землі. А ось прибиральникові двигун потрібен, інакше він не зможе відловлювати сміття.

Ши робить ставку на іонні технології, що використовуються в космічних зондахз 1990-х. У такому двигуні газ, що складається з іонів (молекул з електричним зарядом), Розганяється за допомогою електричного поля і викидається через сопло зі швидкістю до 144 тисяч кілометрів на годину. Ши проводить експерименти з рідкими іонами, намагаючись удосконалити існуючі двигуни. Для газу необхідний важкий резервуар, а для іонної рідини - немає, і за рахунок цього Ши розраховує зменшити кількість палива, необхідного для роботи свого космічного «двірника».

Передбачається, що іони будуть викидатися через сотні розташованих на задній поверхні «КлінСпейсУан» голкоподібних сопел - крихітних отворів діаметром в п'ять разів менше людської волосини. Завдяки такому двигуну робот-прибиральник виявиться швидше і спритніше будь-якого шматка сміття.

В інших країнах теж шукають способи вивезення сміття з космосу. Раніше багатьох цивільних фахівців турбувало те, що подібними технологіями можуть скористатися військові, наприклад для ліквідації ворожих супутників-шпигунів. Тепер таких побоювань майже не залишилося.

На міжнародних наукових симпозіумах обговорюються найоригінальніші і екзотичні проекти: фізики з Іспанії, наприклад, пропонують видаляти космічне сміття за допомогою іонної гармати, встановленої на супутнику-прибиральника. Японські інженери винаходять гігантські мережі для виловлювання сміття.

«За допомогою троса довжиною кілька кілометрів можна буде за кілька тижнів або місяців прибрати супутники з орбіти на висоті 1400 кілометрів», - упевнений експерт ЄКА Хайнер Клінкрад. А німецький виробник супутників «Астріум» і Німецький центр авіації та космонавтики працюють над створенням комбінованої системи ліквідації сміття і ремонту. Передбачається, що вийшли з ладу супутники будуть захоплюватися маніпулятором, а потім або ремонтуватися, або знищуватися за допомогою «контрольованого падіння в атмосферу». Цей проект, загальна вартість якого оцінюється в 180 мільйонів євро, партнери збираються запустити вже в 2018-му.

У тому ж році швейцарський космічний двірник повинен буде забрати з орбіти перший супутник, який відпрацював свій вік. За допомогою дорогої комп'ютерної анімаціїГасс демонструє, як робот-прибиральник підлітає до міні-супутнику, охоплює його своїми щупальцями і направляється з видобутком в сторону Землі. За тиждень це відео зібрало на порталі YouTube більше ста тисяч переглядів.

Звичайно, з урахуванням масштабів «сміттєзвалища», влаштованої людьми на навколоземній орбіті, це, скоріше, нагадує спробу привести в порядок каналізацію мільйонного мегаполісу за допомогою самої звичайної зубної щітки.

Більш того, щоб ліквідувати один кілограм космічного сміття - а саме стільки важить супутник «СвіссКьюб», - швейцарцям доведеться запустити в космос робота вагою цілих тридцять кілограмів. Причому це буде робот-самогубець: забравши з орбіти відпрацював своє апарат, він згорить разом з ним в щільних шарах атмосфери.

І для кожного нового шматка космічного сміття доведеться виготовляти нового робота.

Чи не занадто це дороге задоволення? Ні, запевняє експерт ЄКА Хайнер Клінкрад. За його словами, витрати на заміну активної космічної техніки набагато перевищують витрати на їх ліквідацію.

«Ми всі - в якійсь мірі першопрохідці в цій області», - каже Фолькер Гасс. Він уже думає про роботів наступного покоління, які зможуть збирати космічне сміття в контейнери і відправляти їх згоряти в атмосферу.

На сьогоднішній день зрозуміло одне: якщо ми хочемо зберегти навколоземну орбіту для господарського і наукового використання, потрібно обов'язково щось робити, і чим швидше - тим краще.

Інакше щільний «сміттєвий пояс» навколо Землі стане найгострішою проблемою і серйозною перешкодою для кожного, хто захоче піднятися з Блакитної планети в космос. У цьому сходяться всі без винятку експерти по навколоземній сміттю.

Минуло трохи більше половини століття з тих пір, як людина запустив в 1957 році в космос і ось вже неймовірна, екзотична проблема перестала бути такою, а перетворилася в досить реальну загрозу. Перші польоти в космос пройшли під знаком загальної ейфорії. Нікому і в голову не приходив питання: а куди подінуться відпрацьовані супутники, що станеться з ракетоносіями, як бути з пилом від згорілого палива? СРСР і США наввипередки освоювали навколоземний простір, виводячи на орбіту все нові і нові ракети, супутники та станції. І наслідки цієї недалекоглядної політики не змусили себе чекати: у 1978 році на Канаду впали уламки радянського супутника «Космос-594». тоді радянський Союзсплатив величезну суму грошей постраждалій країні за ліквідацію наслідків радіаційного зараження. Але не минуло й року, як уламки американської станції, відпрацювавши свій термін, розсипалися над Австралією.

До людських жертв впав на землю космічне сміття в обох випадках не привів, однак інциденти змусили вчених задуматися. Адже в навколоземному просторі по своїх орбітах курсують не тільки штучні супутники і (числом приблизно 700), але і вже відпрацювали свій термін станції, їх фрагменти і інші рукотворні об'єкти. І якщо сміття на нашій планеті можна десь локалізувати і утилізувати, то з об'єктами бурхливої космічної діяльностілюдства таке зробити не вийде. Про ці викиди можна було б і забути, якби вони не рухалися. А летять вони в з величезною швидкістю - 9 кілометрів в секунду. Зіткнення на такий апарату з дрібної залізякою величиною всього кілька сантиметрів може протаранити обшивку і привести до катастрофи.

За даними вчених, космічне сміття за останні півстоліття розрісся до неймовірних розмірів. По різних орбітах навколо Землі обертається 11 тисяч об'єктів величиною більше 10 см і 600 тисяч покидьків від одного до десяти сантиметрів величиною. Зараз, розробляючи нові зразки космічних апаратів, інженери продумують і захист їх від можливих зіткнень з небажаними літаючими об'єктами. За рухом особливо великих шматків стежать спеціальні радари, які попереджають космонавтів про навислу загрозу. МКС 3-4 рази на рік повинні відхилятися від свого маршруту, щоб уникнути зіткнення зі сміттям.

Таким чином, космічні польоти стали небезпечні ще й тому, що підкорювачі космосу можуть несподівано і фатально зустрітися з об'ємним сміттям, борознять зоряні простори. І якщо обшивка корабля дозволяє зберегти цілим корпус (та й то, від дрібних покидьків), то це не стосується сонячних батарей, Які нічим прикрити і захистити. Найгірше те, що іноді два різні об'єктистикаються між собою і розбиваються. Великий об'єкт зникає з радарів, а натомість з'являються тисячі дрібніших, але не менш небезпечних осколків.

Але як прибрати космічне сміття? Поки що нічого розумнішого, як спостерігати за рухом особливо великих відходів і розробляти нові супутників з урахуванням руху уламків старих кораблів, не придумано. Є утопічний проект, висунутий Швейцарським технологічним інститутом Лозанни, згідно з яким, потрібно відрядити на орбіту супутник «Clean Space One», який знайде один фрагмент сміття, захопить його і кинеться до Землі, де обидва вони і згорять в щільних Але, як видається, 8 млн. євро - занадто висока ціна за прибирання одного фрагмента.

Поки що вчені сфокусувалися на проблемі, як зробити так, щоб космічне сміття не збільшувався в обсязі в подальшому. Зараз відслужили свій вік супутники переводять на більш низьку орбіту, щоб вони увійшли в тяжіння Землі і згоріли в атмосфері, або, навпаки, їх виводять на більш високу траєкторію, де вони не ризикують наразитися на діючі апарати. Залишки ядерного палива із ступенів ракет зливають, щоб запобігти вибухам від зіткнень.

Перший штучний супутник Землі був запущений в космос 4 жовтня 1957 року. З того часу було скоєно понад 4600 запусків, в результаті яких у Землі з'явилося близько 6000 супутників, при цьому переважна більшість з них було виведено на геостаціонарні (GEO - Geostationary Earth Orbit) і нізкостаціонарние (LEO - Low Earth Orbit) навколоземні орбіти. Незважаючи на таку велику кількість запущених супутників, Реально сьогодні їх експлуатується не більше тисячі. Але де ж знаходяться інші?

Космічне сміття в масштабному кількості вперше народився 29 червня 1961 року, що через 77 хвилин після виходу на орбіту ступеня американської космічної ракети-носія вагою близько 750 кг. Більше 200 її фрагментів розлетілися по орбітах заввишки від 300 до 2200 км. А сьогодні на навколоземних орбітах відслідковуються вже тони фрагментів різноманітних руйнувань у величезних кількостях: розміром від 10-15 сантиметрів і більше - близько 15 тисяч, сантиметрових, недоступних для постійного контролю - кілька сот тисяч, а частинок міліметрового розміру - мільйони. Причини руйнування супутників найрізноманітніші - самознищення після закінчення терміну експлуатації, аварії, зіткнення. Буває, що і відпрацьовані ступені ракет-носіїв, які по ідеї відразу повинні падати на Землю в розрахункове місце після того, як виконають своє завдання, роками літають навколо Землі.

Приблизно ось так виглядає космічне сміття на навколоземних орбітах. Художник спеціально для Європейського Космічного Агентства (ESA) намалював ці малюнки. Ви можете розглянути їх в хорошому дозволіна сайті Агентства. .

Найнижчі освоєння людиною орбіти використовуються апаратами зйомки поверхні Землі, метеоспостережень і зв'язку, пілотованими кораблями і станціями. Вони літають на висотах від 300 до 2000 тисяч кілометрів. Саме тут знаходиться приблизно 70% космічного сміття і його концентрація на самих «заселених» висотах - від 900 до 1500 кілометрів - досягла такої величини, що навіть якщо зараз припинити всі нові запуски супутників, то приблизно з 2055 роки кількість знову утворюються об'єктів сміття почне перевищувати його спад (так зване «самоочищення»).

Космічне сміття на LEO-орбітах. .

А ось на орбітах, розташованих в діапазонах від 2 до 6 і від 12 до 19 тисяч кілометрів космічних апаратів практично немає, оскільки тут розташовані шари високої радіації (радіаційні пояси Землі). Перебувати в апаратах на цих орбітах теоретично можна і довгий час, але для цього їх потрібно захистити свинцевими плитами - але ж їх теж потрібно якось туди доставити, що важко і дорого, а, значить, комерційно необгрунтовано. А ось область висот між 6 і 12 тисячами кілометрів потихеньку починає «заселятися» - правда, супутники зв'язку туди тільки-тільки починають запускати.

Вид LEO-орбіт при розгляді над Північним полюсом. .

Вид LEO-орбіт при розгляді над екватором. .

Вище 22 тисяч км над Землею розташовується «незаселена» область космічного простору аж до орбіт геостаціонарних супутників на висоті 32 000 - 40000 кілометрів. На висоті 35800 км кутова швидкість руху супутника дорівнює кутової швидкостіруху знаходиться під ними поверхні Землі, тому супутники рухаються приблизно над однією і тією ж областю на поверхні нашої планети. Це робить GEO-орбіту ідеальної орбітою для зв'язку, так як немає необхідності супроводжувати супутник, щоб визначити, куди направляти антену. Наші супутникові тарілкинаправляються на такий космічний апарат, і ми можемо дивитися безліч різних телепрограм.

Моделювання вибуху на GEO-орбіті. .

Що ж відбувається в космосі після вибуху? Геостаціонарний супутник має швидкість близько 11 км / сек. При швидкостях вище цього порогу (третя космічна швидкість) космічне сміття міг би подолати земне тяжіння і полетіти з орбіти. Але паливний бак і персональний двигун до кожної частинки космічного сміття НЕ прикріпити, тому він залишається на орбіті, обертається навколо Землі і множиться, множиться, множиться.

Моделювання вибуху на GEO-орбіті. На другий день після вибуху. .

Зараз на геостаціонарній орбіті число працюючих станцій - приблизно 350. Всі вони з часом перетворяться на космічне сміття, як перетворилися накопичилися там були у використанні близько тисячі старих об'єктів, розмір яких більше 0,5 метра в поперечному перерізі. Дрібного сміття, зрозуміло, ще більше, але виявляти їх важче, хоча існує ціла міжнародна системастеження і за цими об'єктами.

Тяжіння землі і відцентрові сили впливають на геостаціонарні супутники. .

Переваги руху супутників по GEO орбітах очевидні. Але є і недоліки, і один з них - велика відстань між супутником і земною поверхнею. Але достатня потужність або досить велика антена, тим не менше, дозволяють подолати це обмеження. Більш серйозне обмеження пов'язане з тим, що є тільки одна геостаціонарна орбіта, представляє більш серйозне обмеження, значить, обмежена кількість місць, в які геостаціонарні супутники можуть бути поміщені - це пов'язано з тим, щоб обмежити кількість частот, призначених для зв'язку, щоб не було перешкод при прийомі і передачі сигналів з різних супутників. Але є деякі сили, які змінюють орбіти з часом. Наприклад, оскільки геостаціонарна орбітальна площину не збігається з площиною орбіти Землі (екліптикою) або площиною орбіти Місяця, гравітаційне тяжіння Сонця і Місяця поступово збільшує орбітальне нахил кожного супутника, щоб перемістити геостаціонарні супутники з їх екваторіальній орбіти.

Орбіти на висоті 19-22 тисячі кілометрів від поверхні Землі. .

Тут знаходяться супутники навігаційних системРосії і США (Глонасс і Навстар), і поступово розгортаються системи такого ж роду для Європи (Галілео) і Китаю (Компас). Навігатори нового покоління за сигналами КА цих систем нам дозволяють орієнтуватися на місцевості, саме вони встановлюються в автомобілях, в таксі - їх може придбати будь-який бажаючий.

Щоб зменшити ризик зіткнення, геостаціонарні супутники після закінчення їх космічної місії повинні бути видалені із зони GEO. .

Надати супутнику третю космічну швидкістьсьогодні обходиться в два рази дорожче будь-якого переміщення з однієї GEO- орбіти на іншу, і сьогодні додатковими двигунами оснащена приблизно п'ята частина космольотів. Щоб здійснити такий підйом, потрібно затратити стільки палива, скільки потрібно супутнику на 3 місяці роботи. Але можна «закидати» супутники не так далеко - підйом супутників на 300 км вище їх робочої орбіти дозволяє перевести їх на безпечне «цвинтар», тобто орбіта б захаращували, але тривалість життя працездатних супутників продовжувалися б і їм рідше була потрібна б заміна, а, значить, нехай частково, але проблема сміття може вирішуватися. Сьогодні це єдина можливість зберегти унікальний ресурс GEO-орбіт.

Однак, цей маневр можливий в тому випадку, якщо не тільки вистачає палива, але і не відбуваються незаплановані відмови і несправності, на кшталт відмови зв'язку або несправностей в електроживленні.

Відхилення GEO-супутника від початкової орбіти. .

Неідеальна, тобто некруговой форма земного екватора змушує GEO-супутники поволі «стікати» до однієї з двох точок стійкої рівноваги уздовж екватора, тобто до дрейфу назад і вперед щодо цих точок. Крім того, довгостроковий вплив Сонця, Місяця і Землі проявляється таким чином, що, якщо супутник витратить паливо, поступово орбітальна площину, на якій він буде обертатися навколо Землі (хоча це відбувається і не моментально) відхилиться по відношенню до первісної. За законами небесної механіки площину орбіти прецессирует з періодом 52 роки і амплітудою близько 15 °. А це означає загрозу іншим геостаціонарним супутникам, оскільки двічі в день такий старий сміття буде перетинати їх GEO-орбіту.

Коригування орбіти супутника. .

Але дрейфує не тільки космічне сміття. Працюючий супутник не може переміщатися строго по розрахунковій орбіті. З тих же причин, що і сміття, GEO супутник постійно йде з ідеальною орбіти, і необхідно компенсувати цей догляд за допомогою періодичного включення коригувальних двигунів, що штовхають супутники в напрямку «північ-південь» і «схід-захід». Якби наземні служби цього не робили, то всі вони в напрямку «схід-захід» теж би «стекли» в дві природні «западини» (105 ° західної і 75 ° східної довготи). Через таких маневрів орбіта GEO- жодного супутника не кругова, а злегка еліптична, і відстань від центру Землі до супутника коливається протягом доби. Ці коливання досить значні - по 10-20 і більше кілометрів вгору-вниз від ідеальної орбіти. На одній такій еліптичній орбіті може перебувати теоретично кілька супутників, але щоб вони не зіткнулися ними потрібно управляти так, щоб вони весь час перебували в протилежних точках цієї орбіти. На практиці через неминучих помилок при виконанні маневрів супутників і неможливості суперточна визначити відносну орбіту, супутники рухаються все-таки не за однаковими траєкторіями і не зовсім в фазі «один навпроти іншого», і зараз це звичайно не більше шести супутників в одному такому ось «вікні допуску».

Варіанти того, як можуть виглядати GEO-орбіти до 2112 році. .

Що буде, якщо космічний сміття не «прибирати» з GEO-орбіт, вже зрозуміло. Для LEO-висот найстрашніше - це космічне сміття, перетертий в пил. Він може обертатися там тисячі років, і, якщо такий пилу буде багато, через неї ці тисячі років не можна буде пролетіти. Тому прибирати сміття на низьких орбітах потрібно зараз, оскільки позбавлятися від великих об'єктів - завдання реальна, а позбутися мікропилу допоможе тільки чарівник. За оцінками фахівців вартість одиниці такої «збиральної» техніки обійдеться раз в десять дорожче, ніж запуск однієї ракети-носія типу «Протон». Навіть якщо починати їх використовувати зараз, кількість комічного сміття до 2112 року збільшиться, але, якщо все пустити на самоплив, і нічого не міняти в космічному бізнесі, ситуація може стати некерованою.

Щоб знову запускаються в космос супутники, і в тому числі ось такий «прибиральник» не стали відразу ж новими об'єктами космічного сміття, вже зараз ведеться спостереження, каталогізація літаючих об'єктів на орбітах і моделювання ситуацій на різних висотах навколоземного простору з урахуванням проходження Землі через численні метеорні потоки, а також відстеження найбільш небезпечних напрямків приходу в навколоземний простір природних космічних об'єктів. Це складна робота, що вимагає спеціальних техніки і знань. І все ж точність прогнозів таких ситуацій не може бути гарантовано високою. Це пов'язано з тим, що постійно зростає число користувачів космосу, з'являються нові технології, за якими для передбачень поки просто не вистачає статистики, це пов'язано і з невизначеністю майбутніх вибухів і зіткнень об'єктів на орбітах.

Процентне співвідношення об'єктів на GEO-орбітах. .

За даними на грудень 2004 року через 1 124 відомих об'єктів, що знаходяться на GEO-орбітах, 31% - це діючі супутники, 37% - що дрейфують навколо Землі об'єкти, 13% вагаються приблизно близько стабільно рівноважних точок, 153 об'єкти по орбітах яких немає даних і 60 неідентифікованих (невпізнаних) об'єктів.

12 лютого цього року на висоті 800 км над Сибіром зіткнулися російський супутник, виведений на орбіту в 1993 році, контрольований, але не функціонує, і американський, запущений в 1997 році, що забезпечує зв'язок компанії «Моторола» (система «Ірідіум»). «Ми ніяк не очікували зіткнення. Але неможливо відстежити рух всіх об'єктів на орбіті, і цей інцидент ще раз говорить про необхідність тісної співпраці між країнами з питань космосу », - заявив Пентагон, визнавши свою помилку в розрахунках траєкторії і уточнивши, що це перший випадок зіткнення на орбіті непошкоджених супутників.

Тим часом, нагадаємо, що в квітні 2005 року американцями в космос був виведений корабель «Dart», який повинен був зустрітися з відпрацьованим військовим супутником «Mublcom», щоб провести перевірку методу автономної стикування. Обидва агрегати, до речі, були неушкодженими об'єктами. В результаті комп'ютерної помилки навігація апаратів була проведена з помилками, вони зіткнулися, стали об'єктами пошкодженими і, як пояснювали американці, обидва повинні були згоріти при вході в щільні шари атмосфери без особливих складнощів. Так чи інакше, обидві ці ситуації незаплановані, і гарантій, що такого більше не повториться, бути не може.

Проблем в космосі вистачає і без цього. На сьогодні зафіксовано майже 200 вибухів космічних об'єктів, і, цілком можливо, що частина з них пов'язана із зіткненнями з фрагментами космічного сміття. Перевірити і довести це не завжди просто. Наші астрономи за останні 10 років зафіксували понад 1000 непрогнозованих змін швидкості дрейфу, знову ж частина з них може пояснюватися зіткненням з дрібними фрагментами.

Завдання утилізації космічних відходів повинна вирішуватися. .

Загалом, як не крути, тонни космічного сміття - це реальна проблема. Як її вирішувати в глобальному плані? Вчені країн, щось роблять уже зараз, щось вигадують на майбутнє. Головне, що всім ясно - це завдання, дорога, складна, до речі, комерційно вигідна, і все ж не та, рішення якої можна відкласти на післязавтра. Не варто забувати, що кілька десятків супутників мають на борту радіоактивні речовини. І вже сьогодні відомі два випадки радіоактивного зараження поверхні Землі при падінні таких апаратів - в Антарктиді і Канаді.

Звичайно, це не означає, що потрібно закочувати очі від страху і напружено чекати, коли з нами станеться щось жахливе. Вчені нас лякають не тільки цим. Наприклад, в статті «У 2012 році нас чекає Великий БУМ планети Земля?» В. Берест пояснює суть двох теорій, що з'явилися не так давно і не мають статус офіційних, але все-таки створеним людьми вельми компетентними в своїх областях - у фізиці і геології - і задає питання: так чи безпідставно хвилювання обивателів з приводу сумного прогнозу календаря майя , якщо і серйозні фахівці вважають, що багато в чому грудень 2012 року може зробити проблему засмічення космічних орбітЗемлі в 2112 році несуттєвою порівняно з тією, що нам «світить»? Радує лише те, що це тільки теорії, які ніяких однозначних відповідей на це питання не дають, а лише пророкують події, які можуть статися з определеной ступенем ймовірності -а це значить, що можуть і не відбутися. Так що не будемо завчасно переживати або опускати руки. Навпаки, закатати рукава, і все, як один зрозуміємо, як це важливо - не смітити у власному будинку, особливо, якщо цей будинок - наша планета, така тендітна Земля.

Момент входження космічного сміття, що знаходиться нижче 600 км над Землею, в атмосферу планети настає вже через кілька років, для більш віддалених відходів на це потрібні десятиліття або навіть століття. Однак, потрапивши в верхні шари атмосфери, невеликий космічне сміття згорає, не досягаючи декількох десятків кілометрів до поверхні планети, а значить, не загрожує життю людей і інших мешканців Землі. Інша працювати з більшим сміттям, деякі вчені стверджують, що він здатний пройти через всі шари атмосфери і досягти земної поверхні. Так, наприклад, в 1978 році на територію Канади впав радянський супутник «Космос-594», а через рік над Австралією розсипалися уламки американської космічної станції.

Набагато більш небезпечний сміття для космічних апаратів. Сьогодні деякі вчені висловлюють побоювання про те, що подальше його накопичення може призвести до припинення запусків супутників і польотів в космос. Справа в тому, що уламки мають досить велику швидкість вільного польоту, і при ненавмисному зіткненні з космічним апаратомможуть завдати йому істотної шкоди. Тільки за останні десятиліття відомо кілька випадків пошкодження супутників, пасажирських космічних кораблів і орбітальних станційз перебувають в навколоземному просторі сміттям, а сьогодні ситуація ще більш ускладнюється.

В даний час ще не розроблені способи запобігання потрапляння сміття на навколоземну орбіту або його знищення, ведеться лише спостереження за рухом і місцезнаходженням космічних відходів. Однак вчені різних країн пропонують різні методи вирішення цієї проблеми, починаючи з збору космічних відходів гігантськими металевими мережами і закінчуючи винаходом космічного буксира, здатного прибирати знаходиться в космосі сміття. Нещодавно вчені США запропонували позбутися сміття за допомогою вольфрамової пилу, розсіяною навколо Землі у вигляді оболонки товщиною до 30 км. При цьому хмара вольфрамової пилу повинно буде гальмувати дрібні уламки, очищаючи від них навколоземний простір.

Одночасно з цим розробляються і нові правила використання космосу. Так, наприклад, на борту кожного штучного супутникаповинні бути присутніми резервні запаси палива, що дозволяють після закінчення терміну його придатності направити супутник до Землі або перевести його в спеціально відведені для цього райони навколоземних орбіт. Крім цього, розгінні блоки ракет зобов'язані забезпечуватися системами зливу палива, щоб уникнути їх подальшого вибуху. Однак, дані заходи є недостатніми, і проблема космічного сміття сьогодні як і раніше залишається відкритою.

У травні цього року частинка космічного сміття потрапила в ілюмінатор МКС. Шматочок чи фарби, чи то металу розміром в тисячні частки міліметра не пробитися скло наскрізь, так як воно товщі і міцніше звичайних стекол, але залишив вм'ятину діаметром сім міліметрів.

Вм'ятина на ілюмінаторі МКС. Фото: ESA / NASA

Життєво важливі відсіки МКС встоять проти дрібних фрагментів космічного сміття, але, якщо фрагмент буде більше 1 сантиметра в діаметрі, він проб'є захист. За космічним сміттям на орбіті ведеться спостереження з Землі, і при загрозі зіткнення станції з шматком сміття МКС маневрує, щоб ухилитися від нього. НАСА відстежує рух фрагментів космічного сміття розміром від п'яти сантиметрів в діаметрі на низькій орбіті. За оцінками космічного агентства, навколо Землі літає близько 20 тисяч фрагментів розміром з тенісний м'яч і приблизно 500 тисяч більше дрібних шматочків.

Сонячні панелі станції «Мир» постраждали не тільки через зіткнення з «Поступом М-34» в 1997 році, але і через бомбардування дрібним космічним сміттям і мікрометеоритами. Фото: NASA / Crew of STS-91

Менше грама космічного сміття вбиває супутник

Дрібне сміття не так небезпечний для ретельно захищеною МКС, але для звичайного супутника може виявитися смертельним. 28 січня 2013 року російський науковий наносупутник BLITS, запущений в 2009 році, раптово змінив свою орбіту і швидкість обертання. Він зіткнувся з фрагментом космічного сміття і розвалився на частини. Оскільки рухається сміття з великою швидкістю - до 8 км / с, то для загибелі 7,5-кілограмового супутника, за розрахунками вчених, виявилося досить фрагмента масою всього 0,017-0,019 грамів.

Супутник BLITZ. Фото: Kelso, T. S. et al. Proceedings of the Advanced Maui Optical and Space Surveillance Technologies Conference, 2013

Звідки береться сміття

Орбіта Землі засмічена «мертвими» супутниками, відпрацьованими ступенями ракет і більш дрібним сміттям. Велика частина дрібного сміття утворюється, коли супутники вибухають (найбільш часта причина- поломки двигунів), стикаються один з одним або стають мішенями протисупутникових ракет.

Перше зіткнення в космосі сталося в 1996 році, коли рівень європейської ракети «Аріан-1» зіткнулася з французьким супутником Cerise. Супутник постраждав, але вижив і продовжив працювати. Більш серйозне ДТП сталося в 2009 році, коли супутник зв'язку «Ірідіум» зіткнувся з військовим російським супутником«Космос-2251», на той момент вже не працюють. Обидва супутники розлетілися вщент десь над Сибіром.

Найбільше в космосі насмітили китайці, які в 2007 році збили свій власний супутник при випробуваннях противоспутниковой ракети, залишивши на орбіті більше 3000 дрібних уламків.

Крім того, в відкритому космосіможна зустріти плоскогубці, камеру, шпатель і цілу сумку з інструментами - їх в різний час втратив екіпаж МКС. А до тих пір, поки на станції не з'явилася система переробки сечі, її просто виливали в космос, де вона ставала частиною космічного сміття у вигляді дрібних заморожених кристаликів.

Космонавт Суніта Вільямс втрачає камеру у відкритому космосі в 2007 році

Куди йдуть супутники

Як довго космічне сміття залишається в космосі, залежить від висоти орбіти. На низькій орбіті космічний сміття, підкоряючись тяжінню Землі, в кінці кінців згорає в атмосфері. Частина долітає до Землі, але поки не було випадків, щоб вони комусь сильно нашкодили.

Найвідоміший випадок падіння космічного сміття на живу людину стався в Оклахомі: шматок космічного сміття вагою з порожню банку з-під коли вдарив по плечу жінку на ім'я Лотті Вільямс. Фрагмент був схожий на тканину, але з металевих волокон. Жінка була впевнена, що зловила шматочок падаючої зірки, але розслідування показало, що це, швидше за все, була деталь ракети-носія «Дельта-2». Вільямс ця версія розчарувала.

Супутники, що знаходяться на більш високій геостанционарной орбіті занадто витратно відводити на низьку, щоб вони врешті-решт згоріли, тому їх, навпаки, піднімають вище - на так звану орбіту поховання, де вони можуть залишатися століттями. Щоб на орбіті не відбувалося вибухів, при яких уламки можуть потрапити ближче до Землі, перед похованням супутники розряджають батареї, випускають запаси стисненого газу і скидають паливо. Це може зменшити подальше засмічення орбіти Землі, але проблеми вже існуючого сміття не вирішує.

Космічне сміття на орбіті, 1957-2016 роки

Полювання на сміття

У 2023 році для прибирання на орбіті Європейське космічне агентство планує запустити апарат e.Deorbit. Як він буде захоплювати сміття, поки невідомо: вчені розглядають мережу, гарпун або затиск. Після захоплення апарат буде відводити сміття з орбіти, щоб той згорів в атмосфері.

ESA планує використовувати для упіймання сміття затиск, гарпун або мережу. Ілюстрація: Airbus Defence and Space

У Федеральній політехнічній школі Лозанни розробляють апарат CleanSpace One, який буде вести з орбіти супутники, захоплюючи їх у пастку. На сайті проекту пишуть, що апарат вийде на орбіту в 2018 році і його першою жертвою стане студентський наносупутник SwissCube, запущений в 2009 році. Одна зі складностей, яку повинні вирішити розробники, - «впізнавання» космічним прибиральником супутника. Для цього CleanSpace One буде орієнтуватися на мерехтіння світла, якій відбивається від супутника при обертанні.

CleanSpace One. Ілюстрація до: 2015 EPFL / Jamani Caillet