Космический мусор: причины появления и возможные последствия, методы его уничтожения и защиты космических аппаратов

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.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика»
(№7, Июль 2006).

Немного о темной материи

Все звезды, многочисленные галактики и другие видимые астрономические объекты составляют лишь небольшую часть от общего количества вещества нашей Вселенной. Ее львиную долю занимает так называемая темная материя, которая не испускает электромагнитного излучения и не поглощает его. Следует понимать, что данное название не подразумевает ничего ужасного и зловещего, просто оно говорит о невозможности наблюдения данного феномена. Физики, астрономы и космологи не знают, что это такое, но ее существование является почти неоспоримым фактом.

Данная субстанция практически не взаимодействует с обычным веществом, поэтому ее так сложно обнаружить. Единственным способом узнать о существовании – отследить гравитационное воздействие, которое темная материя оказывает на астрономические объекты.

Темная материя — величайшая загадка Вселенной

Согласно некоторым моделям, темная материя и энергия занимает в составе Вселенной более 95%, при этом на звезды и другие небесные тела приходится менее 1%, а еще 3,6% занимает межгалактический газ.

Впервые предположение о существовании во Вселенной темной материи было выдвинуто астрономом Фрицем Цвики в 1933 году. Он изучал скорости галактики и обнаружил, что для их устойчивости необходима масса в несколько раз больше, чем весят звезды, входящие в их состав. На эту работу поначалу не обратили особого внимания, но вскоре аналогичные результаты стали получать и другие астрономы.

Существует множество теорий относительно этой загадочной субстанции, но все они остаются недоказанными. Над исследованиями в данной области бьются десятки научных коллективов в разных странах, но пока, к сожалению, безрезультатно. Видимо, темная материя взаимодействует с нашим миром только посредством гравитации, зафиксировать которую наши детекторы сегодня не в состоянии.

Полезные изобретения

Вопрос засорения космоса отходами стоит очень остро, и любое государство пробует отыскать собственные способы для его решения. Недавно специалисты из Китая предложили уничтожать обломки при помощи лазерного луча. На основании их анализа на орбите возможно установить лазерную станцию, которая будет результативно работать — при условии, что у станции и мусора будет идентичное прямое восхождение механизма.

При помощи лазера специалисты хотят увеличить сход космических отходов с орбиты или отклонить его направление. Японское космическое агентство изобретает сверхчувствительный радар для обнаружения мельчайших космических отходов. Данный радар планируют ввести в работу через несколько лет. Предполагается, что он окажет помощь в предотвращении столкновения космических обломков со спутниками.

До этого времени агентство занималось изобретением шнура длиной семьсот метров. Он должен формировать электромагнитное поле, которое будет тормозить разнообразные обломки на орбите и выводить их в атмосферу планеты. Начальная попытка избавиться от обломков при помощи данного аппарата не завершилась успехом, т. к. космический корабль не смог запустить шнур. Ранее японское агентство предлагало также удалять отходы в космосе при помощи стальных сетей, которые на специальном спутнике выводились бы на орбиту, собирали там мусор, а затем отсоединялись и направлялись к слоям атмосферы.

Американские специалисты изобретают космическое оборудование — так называемые «одеяла», которые будут собирать все космические отходы и направлять их атмосферу, где они будут сгорать.

Но сколько бы ни существовало предложений, на сегодняшний день не получилось разработать эффективный прием борьбы с отходами в космосе по разным причинам, в частности, из-за дорогой цены способов чистки пространства около нашей планеты. Одновременно с этим от научных и псевдонаучных групп поступают разные, иногда не очень хорошие предостережения и версии развития проблемы.

Одни говорят, что если не заниматься данным вопросом, то спустя два столетия работа в космосе прекратится навсегда. Иные считают, что существует опасность от космических отходов, которая состоит в том, что нельзя будет установить причину аварии или повреждения спутника: или это будет связано с обломками в космосе, или этому поспособствует какая-либо страна.

https://youtube.com/watch?v=0MNsQAV5zNA

Свидетельства астронавтов

Когда речь заходит о присутствии на земной орбите чужих НКО, уфологи обычно вспоминают свидетельства астронавтов, которые позволяют выявить многие важные детали наблюдений и разгадать тайны появления этих объектов. Среди массы данных, накопленных в эру пилотируемой космонавтики, выделяются показания пилота капсулы «Джемини-4» Джеймса Макдивитта. Ему посчастливилось наблюдать некий «цилиндрический объект с выступом и странные вспышки света». Макдивитт даже попытался сфотографировать загадочное тело, но не сумел правильно установить выдержку камеры, и снимки получились очень низкого качества. А во время экспедиции челнока «Дискавери» при выводе на орбиту зонда «Улисс» астронавты провели видеосъёмку странного «искривлённого объекта, дрейфовавшего рядом с шаттлом». Подобный полутораметровый объект попал в объектив телекамеры и во время миссии челнока «Атлантис» 3 августа 1991 года. После того как были отсеяны наиболее тенденциозные версии уфологов и конспирологов, эксперты НАСА пришли к выводу, что они имеют дело либо с кусками льда, выброшенными им при продувке топливных трубопроводов, либо с осколками спутников и ракет. Была также высказана гипотеза о микрочастицах краски, льда и остатках топлива, окружающих космические корабли на орбите. Специалисты склонны относить все подобные наблюдения на счёт неизвестных фрагментов старых спутников и невозвращаемых разгонных блоков. Но появление неотождествленных сателлитов в доспутниковый период заставляет задуматься о действительной природе данных тел. При этом безудержные фантазии уфологов наносят только вред, выдавая желаемое за действительное и полностью дискредитируя саму идею поиска НКО в виде инопланетных артефактов. Известный харьковский астроном-уфолог Алексей Архипов, которого мы цитировали вначале, считал: не беда, если тревога окажется ложной, и опасения энтузиастов поиска инопланетных зондов-разведчиков не подтвердятся. Гораздо опаснее, если спутники-шпионы давно следят за землянами и строят какие-то планы относительно нашей планеты, а «компетентные органы» остаются в полном неведении.

Знаете ли вы что…

РКК «Энергия» разрабатывает проект корабля-ремонтника. Двухместная капсула позволит осматривать спутники, менять топливные элементы и выводить их на орбиты консервации или уничтожения.

Самые известные происшествия с участием космического мусора

Пока мы еще можем выводить аппараты на орбиту, но это уже связано с серьезным риском. Катастрофы уже случались — но пока, к счастью, без человеческих жертв.

В марте 2006 года вышел из строя российский спутник связи «Экспресс-АМ11», в результате чего восточные области нашей страны остались без телевизионного вещания, начались перебои в работе интернета. Экспертная комиссия, которая занималась расследованием этого инцидента, пришла к выводу, что авария случилась из-за воздействия на аппарат постороннего объекта.

Летом 1996 года французский спутник, находящийся на низкой околоземной орбите, столкнулся с обломком разгонного блока ракеты Arian, запущенной ранее. В результате происшествия сложный и очень дорогой аппарат был потерян. Это событие неминуемо закончилось бы крупным международным скандалом и выплатой многомиллионных компенсаций, если бы оба объекта не имели французского происхождения.

10 февраля 2009 года один из спутников связи американской компании Iridium столкнулся с российским военным аппаратом «Космос-2251», выведенным из эксплуатации в 1995 году.

Иногда на Землю прилетают и такие «подарки» из космоса, но, как правило, большинство обломков сгорает в атмосфере

Естественно, орбитальный мусор опасен и для пилотируемой космонавтики. В 1983 году американские астронавты шаттла Challenger обнаружили след от столкновения с посторонним предметом на лобовом стекле корабля. Снимок повреждения, переданный на Землю, заставил инженеров NASA изрядно поволноваться. После успешного приземления корабля специалисты пришли к выводу, что причиной переполоха стала микроскопическая частичка краски, которая отломилась от какого-то космического аппарата.

Досталось от мусора и советской орбитальной станции «Салют-7»: ее поверхность была буквально усеяна отметинами от соударения с инородными частицами. К счастью, все они имели небольшие размеры, поэтому катастрофы удалось избежать. Позже на «Мир», а затем и на МКС были установлены специальные экраны, которые, по мнению конструкторов, должны были защитить эти объекты от соударений с мелкими частицами. Но это вряд ли поможет от крупных обломков. В июне 1999 года МКС – тогда еще необитаемая – едва не столкнулась с фрагментом разгонного блока одной из ракет. Ситуацию спасли специалисты российского ЦУПа, своевременно скорректировав орбиту станции – обломок пролетел на расстоянии в 6,5 км. Через два года уклоняться пришлось от семикилограммового прибора, который был потерян американскими астронавтами во время работы в открытом космосе. В последние годы станция с завидной регулярностью уворачивается от тех или иных обломков.

Свалка на небе — неприятности на Земле

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».

Кратер на стекле иллюминатора шаттла Endeavour возник в результате удара микрочастицы космического мусора, врезавшейся на высокой скорости в корабль.

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.

Технологии
Как кошки ведут себя в невесомости (и зачем это проверять)

Мусорный пирог На сегодняшний день космический мусор хорошо изучен. Как отмечают ученые, он распределен по орбитам слоями, словно начинка пирога. Это напрямую связано с функциональной нагрузкой на ту или иную орбиту. Чем она удобнее, тем больше спутников на ней работают. Через некоторое время часть из них превращается в безжизненный металлолом, который и загрязняет пространство, в котором еще недавно проходила их жизнь. Первый пояс мусора находится на высоте 850−1200 км от поверхности Земли. Именно здесь движется огромное количество метеорологических, военных, научных спутников и зондов. Второй пояс загрязнения лежит в районе геостационарных орбит (свыше 30 тыс. км). Сейчас там находится около 800 объектов разных стран. Каждый год к ним присоединяется 20−30 новых станций.

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?

Основные источники засорения орбиты

Спутник-1 – первый в мире искусственный спутник Земли

В 1979 году американцы запустили первую программу по изучению космических аппаратов, находящихся в нерабочем состоянии. С тех пор это название «космический мусор» прикрепилось к рукотворным объектам, вращающимся вокруг Земли. Любопытна структура искусственных объектов, находящихся в непосредственной близости от нашей планеты:

• работающие аппараты – 6%;
• выведенные из эксплуатации КА – 22%;
• разгонные блоки и ступени РН – 17%;
• технологические элементы, отходы, сопутствующие запускам, фрагменты и обломки – 55%.

Мусор обладает неприятной особенностью: он способен воспроизводиться прямо на орбите. Крупные обломки фрагментируются и образуют миллионы мелких осколков.

Инженеры НАСА считают, что треть обломков на орбите – это следствие всего лишь 10 неудачных миссий.

Отработавшие спутники

Большинство космических аппаратов работает пять-десять лет, после чего их меняют на новые.

За пятьдесят лет было запущено более 6.5 тысяч спутников, из которых около 3.5 тысяч все еще вращается вокруг нашей планеты.

Сегодня сразу несколько компаний планируют покрыть планету доступным спутниковым интернетом. OneWeb для этого хочет вывести на НОО около 700 аппаратов, а SpaceX – более 12 тысяч.

Система спутников Starlink

Подобные проекты способны не только увеличить количество орбитального мусора, но и создают опасность столкновений работающих аппаратов. В начале сентября 2019 года европейский метеоспутник ADM-Aeolus чудом избежал столкновения с аппаратом Starlink от SpaceX.

Еще одной проблемой могут стать кубсаты – малые или сверхмалые спутники, ставшие особенно популярными в последнее десятилетие. Они немного весят и дешево стоят, поэтому их забрасывают на орбиту в виде дополнительного груза десятками штук. При этом они имеют малый срок жизни и практически неуправляемы.

Спутник формата CubeSat

Утилизация отработавших свой срок космических аппаратов происходит путем их спускания в атмосферу или вывода на орбиты захоронения. Крупные объекты затапливают в несудоходных районах Мирового океана. Для транспортировки аппарата на «мусорную» орбиту необходимо дополнительное горючее, а стоимость вывода в космос каждого лишнего килограмма – десятки тысячи долларов. А платить лишние деньги никто не хочет.

Проект «Вестфорд»

Одним из самых крупных единоразовых засорений космоса стал американский проект «Вестфорд», реализованный в начале 60-х годов. Военные хотели создать искусственную ионосферу для обеспечения надежной связи. Для этого на орбиту отправили почти половину миллиарда тонких медных иголок. Иглы работали всего несколько недель, после чего разлетелись, превратившись в мусор. Большая их часть быстро сгорела в атмосфере, но более 40 скоплений до сих пор кружит на орбите.

Ракетные блоки

На килограмм массы, выведенной в космос, приходится примерно пять килограмм дополнительной.

Отстыковка твердотопливных ракетных ускорителей

Другие источники

Космический мусор имеет разное происхождение. Есть вещи и инструменты, потерянные космонавтами. Значительная доля небольших частиц – это несгоревшие остатки твердого ракетного топлива и капли жидкого металла из ядерных установок. Еще одним источником являются испытания противоспутникового оружия: в 2007 году с помощью ракеты Китай сбил свой аппарат «Фэнъюнь-1C».

Космическая радиация

Земля, как мы знаем, окутана атмосферой и своим собственным магнитным полем. Можно сказать, защищена ими. Ведь именно эти слои защищают нас с вами от космической радиации. Космическое излучение это элементарные частицы атомов, обладающие высокой энергией. Плюс ко всему, тяжёлые протоны солнца, которые к тому же положительно заряжены. При взаимодействии этих атомов и протонов происходит облучение. Когда солнце активно, излучение повышается, но, как уже было сказано, на земле мы в безопасности. Конечно, учёные нашли способы защиты космонавтов и космических объектов. Это, к примеру, защитные костюмы — скафандры. Или, например, использование пластика при строительстве кораблей.

Откуда берется мусор

Микрократер от удара частички космического мусора на стекле иллюминатора шаттла «Индевор» (миссия STS-126)

NASA

Рост числа объектов космического мусора размером больше 10 сантиметров. Линии обозначают (сверху вниз): 1. Общее количество объектов на орбите; 2. Мелкие обломки, возникшие в результате разрушения спутников; 3. Космические аппараты; 4. Фрагменты, отделившиеся от космических аппаратов в результате штатной работы; 5. Верхние ступени ракет.

NASA

пришли к выводупородила

Хотя синдром Кесслера — неконтролируемую цепную реакцию разрушения аппаратов на орбите и превращение околоземного пространства в запретную зону — мы пока можем наблюдать только в фильмах, таких как «Гравитация» или «Валли-И», космический мусор уже сейчас становится ощутимой помехой. Достаточно вспомнить, что Международной космической станции (МКС) регулярно приходится корректировать орбиту, чтобы избежать столкновений, а еще чаще космонавтам приходится бросать все дела и забираться в корабль «Союз», чтобы переждать момент опасного сближения станции c фрагментом космического мусора. Детали, доставленные на Землю с МКС, часто несут микроповреждения — следы ударов мелких мусорных обломков.

След удара микроскопического фрагмента космического мусора

NASA

N + 1

«Хотя влияние атмосферы ощущается на высотах до 1500 километров, действительно эффективно атмосферный тормоз работает только на низкой околоземной орбите, то есть на орбитах высотой до 500–600 километров. В этой зоне спутники без постоянного подъема орбиты с помощью двигателей могут просуществовать максимум пару десятков лет, затем они войдут в атмосферу и сгорят. Но уже на высотах 700-1000 километров космические аппараты могут находиться 50-100 лет, то есть в масштабах человеческой жизни — практически вечно. Причем эти орбиты наиболее популярны, там очень много солнечно-синхронных спутников, потому что им не нужно тратить много топлива, чтобы поддерживать эту орбиту. На эти высоты запускают много аппаратов, потому что они могут выжить там достаточно долго», — говорит ученый.

Распределение количества спутников в зависимости от высоты орбиты

CNES

«На низких орбитах вращается 13 тысяч спутников, за 200 лет при самом негативном сценарии их число возрастет до 100 тысяч, а значит, вероятность столкновений вырастет примерно в 100 раз. Сегодня вероятность катастрофического столкновения — примерно один раз в пять лет, с ростом вероятности столкновений мы получаем значение примерно 20 инцидентов в год на популяцию в 100 тысяч аппаратов. Это не настолько высокий риск, чтобы сделать запуск спутников в эту зону коммерчески бессмысленной», — объясняет Захваткин.

Однако, полагает ученый, не следует усугублять проблему, оставляя ее решение будущим поколениям, поэтому меры для борьбы с загрязнением околоземного пространства нужно прорабатывать уже сейчас.

Мы не полетим на Марс из‑за радиации

Иллюстрация: ESA/DLR/FU Berlin/J. Cowart

К планам покорения Марса от того же Илона Маска многие относятся скептически, и вот почему. Космос полон радиации. Основным её источником в нашей системе служит Солнце, но и от далёких звёзд прилетает изрядно. На Земле нас предохраняет магнитное поле, но в открытом космосе и на Марсе такой защиты нет. Так что первые марсианские поселенцы неминуемо погибнут.

Что на самом деле. Зонд NASA MARS Odyssey с помощью прибора под названием MARIE (Martian Radiation Experiment, «Марсианский радиационный эксперимент»), а также марсоход Curiosity, изучали MARS Odyssey, First radiation measurements from the surface of Mars, Measurements of Energetic Particle Radiation in Transit to Mars on the Mars Science Laboratory радиационную обстановку на орбите Марса. Оказалось, что постоянный уровень радиации там в 2,5 раза превышает таковой на МКС. На поверхности фонит не так сильно: средняя доза составляет около 0,67 миллизиверта (мЗв) (для сравнения: на орбите — 1,8 мЗв).

Это много, но говорить о том, что полетевшие на Марс астронавты непременно умрут, нельзя. Специалисты NASA утверждают Mars’ Surface Radiation Environment Measured with the Mars Science Laboratory’s Curiosity Rover, How Much Radiation Would You Get During A Mars Mission?, How Bad is the Radiation on Mars? , что, если люди проведут на этой планете 500 дней, плюс потратят 180 дней на дорогу туда и столько же на возвращение, космический радиационный фон увеличит риск возникновения у них рака на 5%. Для сравнения: на МКС риск составляет 3%. Вообще астронавты, даже те, что летали на Луну, не испытывали серьёзных последствий Contrapositive logic suggests space radiation not having a strong impact on mortality of US astronauts and Soviet and Russian cosmonauts радиации.

У NASA есть много проектов защиты космических кораблей от излучения — например, экранирование экипажа специальными резервуарами Real Martians: How to Protect Astronauts from Space Radiation on Mars с водой. Полёт на Марс будет не особо полезен для здоровья, но люди шли ради науки и на большие жертвы.

Чем опасно засорение космоса?

Проблемой загрязнения околоземного пространства ученые озаботились практически сразу после первых запусков космических аппаратов. Но в те далекие времена она считалась исключительно теоретической. Статус глобального этот вопрос получил только в начале 90-х годов прошлого века.

Мусор на орбите, в первую очередь, опасен для космических аппаратов. Обломки движутся с чудовищной скоростью (до 10 км/с), вследствие чего имеют огромную кинетическую энергию. Угрозу представляют собой не только крупные объекты, но даже небольшие осколки. Последние, возможно, еще более коварны, потому что их труднее обнаружить. Для любого действующего спутника или станции встреча с подобным фрагментом, скорее всего, будет фатальной.

Космический мусор представляет опасность и для обитателей планеты, поскольку обломки, находящиеся на низких орбитах, рано или поздно падают на Землю. Однако она минимальна: большая часть фрагментов сгорает в атмосфере, до поверхности долетают лишь самые крупные. Но и они могут стать проблемой. Дело в том, что отдельные космические аппараты оснащены ядерной силовой установкой, разрушение которой гарантировано приводит к радиационному заражению местности. Прецеденты уже были. Советский аппарат «Космос-954» с тридцатью килограммами урана на борту внезапно вышел из строя и упал на северо-востоке Канады. К счастью, катастрофа случилась в малообитаемой местности, но международный скандал все равно получился весьма громким. Ранее американский спутник с радиоактивными материалами рассыпался над акваторией Индийского океана. А перед затоплением станции «Мир» в Тихом океане у жителей многих островов региона случился настоящий психоз – они боялись, что «русская громадина» рухнет им прямо на голову.

Дыра, оставленная небольшим фрагментом, в американском спутнике SolarMax

Проблема с орбитальным мусором заключается еще и в том, что он буквально самовоспроизводится. Крупные обломки сталкиваются, порождая множество мелких, но при этом не менее опасных фрагментов. Их действие очень хорошо показано в нашумевшем американском фильме «Гравитация». Это так называемый эффект Кесслера, и он может привести к неконтролируемому росту загрязненности космического пространства.

Способы решения проблемы

Все существующие и перспективные пути решения проблемы космического мусора вокруг Земли можно разделить на две большие группы: профилактика и уборка.

К профилактическим мерам относят:

• снижение веса запускаемых аппаратов;
• усиление защиты;
• увеличение срока эксплуатации;
• обязательная утилизация КА;
• повышение маневренности.

Такие решения способны замедлить дальнейшее «замусоривание» пространства, но они не уберут объекты, уже находящиеся там. Сегодня проверенных и надежных средств борьбы с орбитальным мусором не существует. Ниже приведены проекты, над которыми работают ученые.

Лазеры

По замыслу инженеров, лазерный луч будет буквально испарять опасные объекты. Сейчас российские ученые ведут работы над созданием подобной системы для защиты МКС.

Гарпун и невод

Идея в том, чтобы захватывать нефункционирующие аппараты с помощью сверхпрочной сети или гарпунить их, а затем отправлять в плотные слои атмосферы. В начале 2019 года она была успешно испытана – британский аппарат RemoveDEBRIS сумел захватить фрагмент спутника.

Воздушные шары для мусора

Данный проект называется GOLD System. Большой и тонкий воздушный шар должен оборачивать фрагменты мусора, увеличивая их аэродинамическое сопротивление.

Буксир с солнечным парусом

Исследовательский центр Surrey Space Centre работает над космической системой уборки мусора с солнечным парусом. Аппарат HybridSail с помощью троса будет цеплять фрагменты, разворачивать парус и уводить их с орбиты.

Солнечный парус

Вольфрамовый веник на орбите

Идею придумал ученый Гурудас Гангули из США. Он предложил распылить на высоте 1,1 тыс. км облако из частиц вольфрама. По его расчетам, такой тяжелый и плотный металл будет медленно опускаться к Земле, попутно тормозя мелкие фрагменты мусора. Гангули полагает, что пыль не будет вредить работающим аппаратам. Для реализации проекта потребуется 20-25 лет.

Реактивный буксир-самоубийца

Для уборки орбитального мусора предлагают использовать аппараты-буксиры, заталкивающие опасные объекты в атмосферу. Предполагается, что при этом они и сами будут сходить с орбиты.

Орбитальный мусоровоз

Есть несколько проектов по переработке космического мусора прямо на орбите. Рациональное зерно в этой идее есть – спутники содержат много редких и драгоценных металлов.

vote

Article Rating

Мониторинг космического мусора

Вам будет интересно:Куда и как направлен импульс силы?

Существующие опасности, связанные с наличием космического мусора, обуславливают и необходимость постоянного исследования околоземных орбит. Специальные аппараты сканируют техногенные отходы по нескольким характеристикам, в числе которых размер, масса, форма, скорость движения, траектория, состав и др. В зависимости от величины расстояния от Земли применяется определенное оборудование. К примеру, низкая околоземная орбита системы LEO условно охватывает дистанцию от 100 до 2000 км. В этом спектре действуют радиотехнические, радиолокационные, оптические, оптикоэлектронные, лазерные и другие устройства для наблюдения за космическим мусором. При этом разрабатываются и специальные алгоритмы для анализа полученной на данных аппаратах информации. Для объединения множества фрагментарных данных применяются сложные математические вычислительные модели, дающие относительно цельную картину происходящего на конкретном участке наблюдения.

Несмотря на применение высокотехнологичных способов мониторинга, пока еще остаются проблемы отслеживания мелких частиц размером в несколько миллиметров. Такие фрагменты поддаются лишь частичному исследованию бортовыми датчиками, но этого недостаточно для получения комплексных сведений, к примеру, о химическом составе объекта. Одним из направлений мониторинга подобных частиц является так называемое пассивное измерение. В свое время по такому принципу изучались компоненты космической станции «Мир», возвращенные на Землю. Суть данной технологии заключается в регистрации ударов исследуемых частиц о поверхности аппарата в условиях открытого космоса. В лабораториях подвергались анализу повреждения разного типа, что позволяло получить дополнительные сведения о космическом мусоре. Сегодня по этому пути исследования работают бригады космонавтов непосредственно на орбитах, инспектируя поверхности действующих кораблей.

Воздействие космического пространства на человеческий организм

Человечество уже более полувека активно исследует околоземное пространство, поэтому мы неплохо представляем, как оно воздействует на наше тело. Вопреки распространенному мнению, человека, оказавшегося в космическом вакууме без скафандра, не разорвет на части и кровь не закипит у него в сосудах, ему даже не угрожает моментальная потеря сознания. Он просто умрет от недостатка кислорода, другими словами, задохнется.

Прочими очевидными опасностями, которые поджидают незадачливого космонавта, является декомпрессия, солнечные ожоги незащищенных частей тела, переохлаждение. Эти процессы начинаются через 10-15 секунд после контакта нашего тела с космическим пространством. Необратимые повреждения, несовместимые с жизнью, они наносят не сразу: считается, что смерть наступает через одну-две минуты. Все вышесказанное – это скорее теоретические выкладки, на практике их по понятным причинам не проверяли.

Человек только начинает изучение и освоение космоса

В истории НАСА описан случай, когда человек из-за повреждения скафандра оказался в условиях, близких к космическому вакууму (давление ниже 1 Па). Он потерял сознание только через 14 секунд – примерно такое время потребовалось для начала кислородного голодания мозга. Он пришел в себя только после повышения давления до уровня высоты 4,6 км. Позже астронавт рассказывал, что чувствовал потерю воздуха и слюну, закипающую на языке.

В середине 90-х годов появилась информация о еще одном похожем инциденте, произошедшем в 1960 году. Во время подъема в открытом аэростате на высоту 19,5 мили, у пилота произошла разгерметизация рукава скафандра. Это создало ему серьезный дискомфорт, но после возвращения в более низкие слои атмосферы они исчезли без особых негативных последствий.