Главная / Полезно знать / Космический мусор: проблемы и пути решения

Космический мусор: проблемы и пути решения

Одной из главных проблем, с которой столкнулось человечество при освоении ближнего космоса, является накопление на околоземной орбите вышедших из строя аппаратов и их обломков. Такие объекты получили название космического мусора. Сейчас накопление этих обломков на геостационарной орбите угрожает дальнейшему освоению человечеством ближнего космического пространства.

Понятие космического мусора

Только 6% из отслеживаемых с Земли космических объектов являются действующими аппаратами, все остальные в полной мере можно признать мусором. Размер обломков, остающихся после запусков, может быть не более 1 см, но из-за огромных скоростей вращения вокруг планеты столкновение даже с таким крохотным фрагментом может привести к фатальным последствиям для любого космического аппарата.

Космический мусор
Космический мусор — результат каждого запуска ракеты с Земли

Всего на орбитах нашей планеты насчитывается неопределённое количество обломков. По разным оценкам их суммарный вес доходит до 5000 тонн, а общее число фрагментов — до 100 тыс., однако в каталогах отслеживания различных космических стран числится всего лишь 15–16 тыс. обломков. Все остальные орбитальные объекты потенциально могут угрожать освоению человечеством ближнего космоса.

Причины возникновения и основные источники

Первый мусор на околоземных орбитах появился с началом космической эры в 50-х годах XX столетия, когда на орбиту были доставлены первые спутники. Дальнейшее покорение ближнего космоса неизменно увеличивало количество мусора на околоземных орбитах.

Главными «загрязнителями» земных орбит являются основные космические державы: на Россию (СССР), США и Китай приходится более 90% всего мусора в ближнем космосе, причём доля каждой страны примерно одинакова.

Весь космический мусор имеет земное происхождение, однако сам по себе он неоднороден. Наименьшую долю в числе движущихся по орбите объектов имеют действующие космические аппараты (не более 6%). Все остальные объекты не представляют ценности и являются в полной мере мусором. Среди них порядка 20% — вышедшие из строя спутники и геостационарные объекты, 17% — разгонные блоки и отработавшие ступени ракет, оставшиеся примерно 55% — различные отходы космической деятельности и результаты столкновений и взрывов.

Запуск ракеты в космос
Больше всех засоряют космос Россия, США и Китай

В чём состоит опасность

Главную опасность представляет не сам по себе мусор, вращающийся по земной орбите, а столкновения с ним. Для запускаемых с Земли космических аппаратов столкновение даже с сантиметровым фрагментом может привести к фатальным последствиям, то есть выходу аппарата из строя, его разрушению и, следовательно, образованию нового мусора. Под угрозой оказываются не только и не столько запуск человека на Международную космическую станцию и научная программа МКС, но и коммерческие запуски. Выход из строя спутников из-за столкновения с космическим мусором — это уже реальность.

Наибольшую опасность представляют небольшие обломки, так как крупных можно избежать, своевременно заметив и пересчитав траекторию полёта космического аппарата.

Ещё одна опасность космического мусора, грозящая деятельности человечества, — это падение фрагментов на поверхность планеты. В отличие от орбитальных столкновений в этом случае основную опасность представляют крупные обломки — ведь именно у них есть шанс хотя бы частично долететь до поверхности, не сгорев в верхних слоях атмосферы. В такой ситуации остаётся лишь надеяться, что фрагменты упадут в пустынной местности, а не на какой-нибудь крупный город.

Падение обломков из космоса
Крупные обломки космического мусора могу упасть на Землю, а это может привести к трагедии

Эффект Кесслера

Эффект (синдром) Кесслера — гипотетическая ситуация, при которой накопившийся на земной орбите мусор сделает ближний космос недоступным для человечества. Своё название синдром получил по имени консультанта космического агентства НАСА Дональда Кесслера, впервые детально представившего такой сценарий в своих исследованиях.

Суть эффекта Кесслера состоит в постоянно повышающейся плотности объектов на околоземной орбите и, следовательно, увеличении вероятности столкновения двух крупных объектов. Результатом такого столкновения должно стать образование множества более мелких осколков, таким образом, каждый из них также в дальнейшем может столкнуться с другими осколками. По мнению Кесслера, нарастание плотности космического мусора будет расти по экспоненте.

Особенно опасным считается крупный взрыв или столкновение на орбите Земли, в результате чего ближнее космическое пространство может быть полностью загрязнено осколками, и после этого космос для человека станет полностью недоступен.

Эффект Кесслера
Эффект Кесслера может сделать космос недоступным для человека

Согласно расчётам НАСА, уже в 2007 году на околоземной орбите (от 200 до 2000 км над поверхностью Земли) было достаточное для начала реализации сценария эффекта мусора. Вероятные крупные столкновения должны в среднем совершаться каждый 5 лет даже в том случае, если все дальнейшие космические запуски будут отменены.

Методы удаления космического мусора

Эффективных способов борьбы с космическим мусором человечество пока не разработало. Учёные предлагают несколько вариантов решения проблемы, однако каждый из них выглядит либо фантастически дорогим, либо нереализуемым в рамках современного состояния науки, а чаще всего соединяет оба этих недостатка. Однако, так как угроза космического мусора реальна, предлагаются наиболее реалистичные варианты очистки околоземного пространства. Среди них можно выделить три основных метода борьбы: сбор, утилизацию и коррекцию траекторий полёта.

Одна из самых рациональных идей, предложенных НАСА — использовать мощные наземные лазерные установки непрерывного действия. В качестве разновидности этого метода выступает использование космических лазерных установок.

Конечно же, воображение рисует картины в духе «Звёздных войн», где обломки аннигилировались бы с помощью выстрела из лазерной пушки. Однако реальность несколько более тривиальна. С помощью лазеров можно лишь скорректировать траекторию полёта фрагментов, что позволило бы избежать столкновения. Для этого на каждый обломок должно воздействовать лазерное излучение в ежедневном режиме на протяжении 1–2 часов. Это позволит скорректировать скорость движения на считанные сантиметры в секунду, но из-за громадных показателей скорости такое воздействие значительно изменит траекторию. Лишь такая модель позволит реализовать идею в приемлемых ценах — одна лазерная установка, а также сопутствующая ей инфраструктура обойдётся «всего лишь» в несколько десятков миллионов долларов.

Звёздные войны
Борцам с космическим мусором приходится брать на заметку идеи из «Звёздных войн»

Европейское космическое агентство разработало несколько альтернативных идей.

  • Сходная с лазерными установками концепция, в которой вместо них применяется реактивная струя. Обстрел реактивной струёй с Земли невозможен, так что для реализации потребуются мощные космические аппараты. Естественно, такая идея может быть реализована исключительно при обстреле крупных космических объектов, угрожающих планете или стационарным спутникам.
  • Захват мусора с помощью сети и дальнейшая транспортировка обломков на орбиту захоронения, превышающую геостационарную орбиту на 235 километров. Именно эта высота выбрана в качестве места утилизации отработавших своё спутников. Однако подобный эксперимент японских учёных с попыткой захвата мусора с помощью 700-метровой сети провалился в конце 2016 года.
  • Согласно ещё одной концепции транспортировку должен осуществлять космический аппарат, использующий солнечный парус в качестве источника энергии движения.
  • Ну и последняя идея связана с прикреплением к каждому отдельному обломку реактивного двигателя и транспортировка в ручном режиме крупных объектов на орбиту захоронения.

Сторонние концепции по борьбе с мусором и вовсе выглядят на сегодняшний день фантастическими и нереализуемыми при уровне современной научной мысли. Среди них:

  • применение роботов, транспортирующих мусор с орбиты на поверхность Земли;
  • воздействие на мусор облака вольфрамовой пыли, что увеличит вес каждого объекта и заставит их сойти с орбиты;
  • запуск специального спутника, чьим предназначением будет отлов мусорных обломков и т. д.

Как бы то ни было, человечеству придётся разработать реально действующую модель уже в ближайшие десятилетия.

Интересные факты

С космическим мусором связано несколько любопытных фактов, небезынтересных не только тем, кто напрямую занимается этой проблемой, но и для любого человека, интересующегося популярной наукой.

Испытания в открытом космосе
Скорость движения обломков в космосе очень велика, поэтому человеку тяжело бороться с космическим мусором
  • Скорость взаимного движения обломков на околоземной орбите — 10 километров в секунду. Именно высокая скорость движения является одной из главных трудностей при борьбе с космическим мусором.
  • С начала космической эры и до 80-х годов СССР и США провели в открытом космосе ряд испытаний противоспутникового оружия, итогом чего стало образование огромного количества обломков, вращающихся на геостационарной орбите. До 7% всего мусора в ближнем космосе — итог именно таких испытаний.
  • В начале нашего столетия к подобным испытаниям подключился и Китай. В 2007 году противоспутниковая ракета уничтожила отслуживший своё китайский спутник «Фэнъюнь-1». Итог — образование на орбите тысяч новых обломков.
  • В 1983 году при столкновении американского шаттла с крохотной по размерам песчинкой (0,2 мм в диаметре) на иллюминаторе аппарата образовалась глубокая трещина.
  • В феврале 2009 года произошла крупнейшая космическая авария, связанная со столкновением двух крупных геостационарных объектов. В космосе столкнулись 2 спутника связи: американский «Иридиум» и вышедший из строя российский «Космос-2251». Результат — образование около 600 крупных и мелких обломков.

Космический мусор — новая проблема, с которой столкнулось человечество при освоении ближнего космоса. Однозначного решения стоящей перед главными космическими державами проблемы нет. Все основные методы избавления от космического мусора сталкиваются либо с излишней дороговизной, либо с невозможностью обеспечить эффективное техническое решение. Однако накопление мусора на геостационарной орбите уже сейчас может угрожать не только управляемым полётам на околоземное пространство, но и самим земным поселениям. Так что поиск путей решения проблемы — одна из главных задач, стоящая перед космическими державами в ближайшей перспективе.


Если Вам нравятся статьи, подпишитесь на наш канал в Яндекс Дзене, чтобы не пропустить свежие публикации. Вы с нами?