Космический мусор

Космический мусор — это все находящиеся в космосе искусственные объекты (и их фрагменты), которые неисправны, не функционируют, не смогут служить никаким полезным целям и при этом представляют опасность для функционирующих космических аппаратов, особенно пилотируемых. Под это определение попадают обломки и целые части отработанных спутников, последние ступени ракет-носителей, а также потерянные предметы и другой мусор, который каким-то образом не сошел с орбиты и не сгорел в атмосфере Земли.

Чаще всего такой мусор образуется в результате космических запусков, также среди этих объектов много вышедших из строя или отработавших свое космических спутников.

Опасность космического мусора

Космический мусор несет существенную угрозу для безопасности спутников и кораблей на орбите. Вращаясь на огромной скорости, даже капли краски при попадании могут повредить скафандр. В некоторых случаях крупные объекты космического мусора могут представлять прямую опасность и для Земли при их неконтролируемом сходе с орбиты и неполном сгорании при прохождении плотных слоев атмосферы. В виде обломков они могут упасть на населенные пункты, промышленные объекты, транспортные коммуникации и т. п.

По подсчетам ученых, сейчас в космосе находится почти 128 млн кусков мусора размером более 1 мм и 34 тыс. обломков размером более 10 см. А частиц до 1 миллиметра в диаметре насчитываются уже триллионы. Раньше задача их обнаружения вообще казалась фактически невозможной, но с лета 2021 года благодаря радару, созданному американскими учеными, микрочастицы мусора стало возможно отслеживать в режиме реального времени.

Среди крупных объектов — пришедшие в негодность (в том числе вышедшие из строя из-за столкновений с космическим мусором) искусственные спутники Земли и их фрагменты, а также ступени ракет-носителей. Около 26 тысяч объектов отслеживается на интерактивной карте AstriaGraph, созданной учеными из Университета Техаса, и все они попали в околоземное пространство всего за 60 лет.

Скорость крупных частиц может достигать 14 км/с, что делает их опасными для космических кораблей, аппаратов и орбитальных станций. Для повреждения противометеоритных защит достаточно даже столкновения с частицами менее 1 см, а после встречи с объектом от 10 см в диаметре искусственные космические объекты уничтожаются практически всегда. В мае 2016 года частица космического мусора размером всего в сотые доли миллиметра оставила на МКС 7-миллиметровый скол. С тех пор станция регулярно меняет свою орбиту во избежание трагических последствий.

Буквально недавно, в ноябре 2021 года, экипаж МКС подвергался угрозе столкновения с космическим мусором: за ситуацией следили эксперты NASA и Роскосмоса. В ночь на 12 ноября фрагмент китайского метеоспутника Fengyun-1C должен был оказаться в 600 метрах от МКС, и во избежание катастрофы орбиту станции подняли на 1200 метров, а экипаж укрылся в космических кораблях. Три дня спустя стало ясно, что столкновения удалось избежать, но гарантий, что ситуация не повторится, дать никто не может. По мнению экспертов, с каждым годом риск возникновения критической ситуации только растет.

Еще одно существенное неудобство, связанное с космическим мусором — световое загрязнение космоса, мешающее исследованиям астрономов. Иногда ученые принимают свет от техногенных объектов за вспышки в далеких галактиках, а искусственные спутники, включая высокотехнологичные SpaceX, делают наблюдения за космосом невозможными, ухудшая обзор телескопов.

Часть космического мусора падает на Землю: по подсчетам специалистов, это порядка 150 тонн ежегодно. Для отработанных космических кораблей, не сгоревших в атмосфере, существует кладбище в южной части Тихого океана, в 4000 километрах от побережья Новой Зеландии. Несмотря на то, что морская фауна в этом месте традиционно считается бедной, всегда существует риск столкновения космического объекта с морскими животными. Пока эксперты считают вероятность таких событий достаточно низкой, но с ростом числа захороненных объектов растут и риски для Мирового океана и его обитателей. В целом, считается, что для поверхности Земли, для людей, а также флоры, фауны и наземной инфраструктуры опасность столкновения с космическим мусором не очень велика благодаря защите атмосферы, но опять же: со временем ситуация может усугубиться из-за увеличения количества обломков на орбите.

Еще одна серьезная опасность — это захоронения военно-космической техники с ядерными установками на высоте от 650 до 1000 км, вопрос утилизации которых также никак не решен. В случае падения такого объекта на Землю последствия могут быть серьезными, вплоть до масштабной катастрофы с эвакуацией населения.

Определенную угрозу представляют и выхлопные газы от вышедших из строя космических кораблей, которые скапливаются на геостационарной орбите над экватором (поясе Кларка). Эта орбита наиболее удобна для запуска новых спутников, поэтому ее очистка становится задачей глобального масштаба.

Эксперты предупреждают: рост количества мусора в космосе может привести к катастрофическим последствиям. Однажды его может стать так много, что Земля окажется окружена кольцом, похожим на кольцо Сатурна. Только состоять оно будет из вышедших из строя техногенных объектов и их обломков и мешать траекториям полета действующей техники. Если так пойдет дальше, то человечество больше не сможет запускать искусственные спутники.

Какие существуют методы уничтожения космического мусора?

В целом, по мнению экспертов, проблему космического мусора можно разложить на две важные составляющие. Первая: необходимость прекратить рост объемов космического мусора. Для этого при запуске новых аппаратов нужно предусмотреть возможность их сгорания в атмосфере или выведения на орбиту захоронения, что требует многостороннего соглашения на международном уровне.

Вторая проблема состоит в том, как поступать с уже вышедшими из строя искусственными объектами в космосе. Эксперт РАН полагает, что для этого потребуется специальная международная организация, действующая в интересах трех ведущих космических держав — США, России и Китая. Она должна быть политически нейтральной (аналогично Красному Кресту), так как на околоземной орбите остаются вышедшие из строя аппараты, которые использовались в секретных целях.

Эффективных практических мер по уничтожению космического мусора на орбитах более 600 км пока не разработано. Некоторые страны рассматривали проекты спутников, испаряющих обломки мощным лазерным лучом или меняющих их орбиту ионными пучками.

Как сообщил 6 июня телеканал NHK, японские специалисты заявили, что намерены заняться разработкой космического спутника, который сможет при помощи лазера уничтожать дрейфующие на околоземной орбите мелкие обломки от ступеней ракет и другой мусор. Запустить его на орбиту предполагается не раньше чем через три года. Аппарат должен будет воздействовать на мусор лазерным лучом и таким образом сбрасывать его в атмосферу для последующего сгорания.

В числе других современных проектов — «сборщики» космического мусора Европейского космического агентства (ЕКА), а также спутники с клеевым слоем для налипания обломков и электродинамические ловушки для замедления скорости их полета. Вместе со швейцарским стартапом ClearSpace ЕКА планирует в 2025 году запустить аппарат для борьбы с космическим мусором. Спутник должен будет свести с орбиты крупную часть ракеты Vega, которую запустили еще в 2013 году.

А сингапурский стартап Astroscale планирует запускать спутники, которые будут собирать космический мусор на орбите Земли благодаря специальной «липучке». На поверхности спутника разместят листы, покрытые специальным клеем, которые будут цеплять мусор размером более 10 сантиметров. После того как спутник «схватит» обломок, он вернется в атмосферу Земли, чтобы уничтожить себя и налипший мусор.

В январе 2020 года самарские ученые предложили убирать космический мусор на околоземной орбите путем его захвата «гарпуном». Исследователи предлагают использовать активный спутник, который будет хватать объект «гарпуном» или «сетью», разматывать трос и буксировать мусор в плотные слои земной атмосферы для уничтожения. Эффективность данной технологии ранее продемонстрировал космический аппарат RemoveDEBRIS, отправленный в 2018 году на МКС с помощью ракеты-носителя SpaceX. В феврале 2019 года он успешно отработал технологию и смог захватить «сетью» импровизированный обломок космического мусора, находящегося на орбите планеты.

Космические роботы-уборщики

Последнее время инженеры из разных стран мира предлагают все больше решений для борьбы с космическим мусором. В 2016-17 годах устройства для уборки мусора за пределами Земли анонсировали российские и японские специалисты.

А в 2018 году Россия объявила о строительстве станции слежения за космическим мусором в Чили, но в феврале 2021 года работы были заморожены. Тогда же ученые из России, Франции, Японии и Италии думали о применении лазерных технологий для очистки космоса. В 2019-м году Европа анонсировала разработку сборщика космического мусора к 2025 году, а в 2020-21 годах о тематических проектах говорили представители российских, японских и американских компаний, включая сооснователя Apple Стива Возняка. Но системного решения этой проблемы на международном уровне пока не существует.