Утром 15 ноября 2021 года семь астронавтов на борту Международной космической станции получили плохие новости. Станция приближалась опасной зоне, которая неожиданно оказалась заваленной космическим мусором. Столкновение могло повредить станцию и угрожать безопасности всех, кто находится внутри. Космонавты закрыли люки между отсеками МКС и стали ждать столкновения, но к счастью, станция прошла этот район без происшествий.
Вскоре был обнаружен источник этого мусора. Ранее в тот же день с Земли была запущена ракета с целью уничтожения большого старого спутник который не работал с 1980-х годов. Этот пуск был произведён в рамках испытания новой ракетной технологии.
При этом взрыв ракеты создал целое «поле мусора» из примерно 1500 кусков, достаточно больших, чтобы их можно было увидеть и отследить в телескоп, также взрыв произвёл сотни тысяч более мелких обломков, каждый из которых мог пробить дыру в МКС.
При этом угроза от образовавшегося мусора может сохраняться годами, и даже десятилетиями.
Образованный космический мусор мчится вокруг планеты со скоростью до 8 километров в секунду, при этом, с учётом движения станции, скорость удара может достигать 15 километров в секунду, что в 10 раз быстрее пули.
Международная космическая станция, вращаясь вокруг планеты, проходит через одно и то же место каждые 93 минуты. В тот день в середине ноября все на борту опасались удара, но это был не первый и не последний раз, когда космический мусор угрожал миссии астронавтов. В этот раз из-за образовавшегося мусора пришлось отменить запланированный на 30 ноября выход в открытый космос, а Китайской космической станции с тремя астронавтами на борту пришлось изменить курс.
Космический мусор представляет собой растущую угрозу будущему космического транспорта. При этом по оценкам Европейского космического агентства, в настоящее время, около 36 500 фрагментов мусора размером более 10 сантиметров вращаются вокруг Земли. В то же время количество более мелких частиц может составлять более 300 миллионов.
Первый спутник был запущен 4 октября 1957 года и с тех пор правительства, военные и компании по всему миру запустили ещё десятки тысяч спутников. Только в 2020 году в космос вышло более 1200 новых спутников — больше, чем в любой предыдущий год.
При этом по оценкам учёных, из более чем 12 000 спутников, отправленных в космос, около 7 630 всё еще находятся на орбите и только около 4800 из них всё ещё работают.
Таким образом свалка космического мусора росла десятилетиями, при этом большая его часть находится на низкой околоземной орбите, а это означает, что он вращается на высоте около 1000 километров над поверхностью Земли, при этом МКС также находится на низкой околоземной орбите. Космический мусор включает в себя крупные объекты, такие как части ракет, используемых для запуска спутников в космос. Сюда также входят такие вещи, как носовые обтекатели и кожухи полезной нагрузки от этих ракет. Кроме того, есть спутники, которые больше не работают — или вышли из строя с самого начала. Одним из них является спутник Envisat, запущенный в 2002 году. Он перестал работать через 10 лет после начала своей миссии по мониторингу климата Земли. При этом его останки, скорее всего, будут представлять угрозу как минимум в течение следующих 100 лет.
Фото: naukatehnika.com
Большая часть известного космического мусора образовалась в результате нескольких крупных столкновений. так 2007 году Китай запустил ракету, чтобы взорвать один из своих старых метеорологических спутников. В результате взрыва образовалось более 3500 крупных обломков, а также гигантские облака мелких осколков. В 2009 году вышедший из строя российский спутник столкнулся со спутником связи, принадлежащим американской компании. В результате этого столкновения также образовались большие облака обломков.
Министерство обороны США управляет сетью космического наблюдения, которая включает радары и телескопы для отслеживания крупных обломков. В настоящее время эта сеть отслеживает более 25 000 больших фрагментов. Когда вероятность того, что один из этих кусков столкнется с МКС, превышает 1 из 10 000, космическая станция меняет курс. В последние годы частные компании также начали отслеживать мусор.
Космический мусор может быть весьма разнообразным, так в 1965 году астронавт Эдвард Уайт потерял перчатку во время выхода в открытый космос. Другие космонавты также теряли отвёртки и инструменты. Кроме того по орбите летают куски взорванных аккумуляторов и топливных баков, в некоторых из которых ещё осталось топливо. При этом учёные не могут разглядеть обломки малого размера, вместо этого они изучают царапины и вмятины, которые те оставляют на существующих спутниках. Так, во время осмотра в мае 2021 года, астронавты обнаружили, что роботизированный манипулятор МКС повреждён космическим мусором. Рука манипулятора всё ещё работала, но в ней было отверстие диаметром около 0,5 сантиметра.
Космический телескоп Хаббл предоставил множество данных о подобных встречах с обломками. Астронавты посещали и ремонтировали телескоп несколько раз за последние три десятилетия. Каждый раз они находили сотни крошечных кратеров в солнечных панелях телескопа, которые остались после столкновений с мелкими осколками. Учёные регистрируют характер и частоту этих воздействий. Эти данные позволят им построить компьютерные модели, которые смогут предсказать не только количество крошечных частиц, оставшихся на орбите, но и то, где они находятся.
Исследования космического мусора подтверждают, что угроза растёт, при этом после события 2007 года, когда Китай взорвал спутник и образовал гигантское облако обломков, учёные считали, что человечество будет обеспокоено и станет усердно работать над проблемой космического мусора, но это не так.
Частная компания SpaceX запустила целые «созвездия» из десятков спутников. Компания использует проект под названием Starlink для создания глобальной интернет-системы.
Уже сейчас около 40 процентов работающих спутников в космосе принадлежат SpaceX и компания планирует запустить ещё тысячи.
В то же время SpaceX не одинока. Коммуникационная компания OneWeb объявила о планах запустить собственную группировку из 300 000 спутников. При этом если компания узнаёт, что её спутник будет пролетать на расстоянии менее 1 километра от другого, или рядом с куском космического мусора — она может немного изменить курс своего спутника. В то же время исследователи сообщили, что спутники SpaceX были задействованы примерно в половине всех случаев предотвращения столкновений на низкой околоземной орбите и в ближайшем будущем, по их прогнозам, эта доля может вырасти до 90 процентов.
Астрономы опасаются, что по мере роста космического мусора эти фрагменты также будут мешать наблюдениям в телескопы и ограничить возможность исследования космоса. Этот мусор может отражать так много света, что скрывает свет далеких звезд. Прямо сейчас учёные пытаются определить, как космический мусор и будущий поток спутниковых созвездий могут повлиять на наблюдения с помощью телескопов.
Фото: naukatehnika.com
Другой менее очевидный риск — это так называемый «синдромом Кесслера». В 1978 году астроном NASA Дональд Кесслер изучил данные о космическом мусоре и сделал зловещий прогноз. В конце концов, сказал он, накопится столько космического мусора, что это может вызвать каскадные столкновения. Он предположил, что осколки от одного столкновения вызовут другие столкновения. Обломки от этих столкновений вызовут следующие и так далее. Это стало известно как синдром Кесслера или эффект Кесслера.
На данный момент такой угрозы нет, но по мнению учёных если частные компании, военные и правительства не отнесутся к проблеме серьезно, то такой каскад может произойти и создаст ещё больше мелких обломков.
Некоторые эксперты опасаются, что люди не воспримут проблему всерьез, пока не случится трагедия, ведь космический мусор уже представляет опасность для окружающей среды. При этом учёные NASA предупреждали об опасности загрязнения околоземного пространства с 1960-х годов.
В настоящее время есть компании и учёные, работающие над идеями, как навести порядок на орбите, но им потребуются разные стратегии в зависимости от того, какую часть космоса они хотят очистить, ведь чем выше вы поднимаетесь, тем больше времени уходит на то, чтобы спутник сошёл с орбиты, при этом большие куски мусора можно было бы перенаправить обратно к планете, чтобы они сгорели в атмосфере. К примеру японская компания Astroscale разработала космический корабль, который может магнитом «хватать» космический мусор и перетаскивать его на более низкую орбиту, откуда он упадет и сгорит в атмосфере. Компания запустила пару спутников в космос для тестирования технологии в марте 2020 года.
Космический мусор, находящийся выше, может потребовать другой стратегии. Большие куски на геостационарной орбите — около 36 000 километров — могут быть отправлены на «орбиту-кладбище». Они будут отброшены еще на 300 километров от Земли, где и останутся, вдали от того места, где они могли бы нанести какой-либо серьезный ущерб. В рамках такого подхода спутник может состыковаться или соединиться с отслужившим геостационарным спутником, а затем вывести его на орбиту захоронения и отпустить. При этом, возможно, это уже происходит.
В конце января 2022 года компания ExoAnalytic Solutions, занимающаяся мониторингом космического пространства, сообщила о любопытном наблюдении. Китайский спутник пролетел рядом с большим «мёртвым» спутником и отбуксировал его на орбиту захоронения. Другие эксперты говорят, что средства для удаления спутников с орбиты должны быть встроены в их конструкцию. Так компания Astroscale разработала магнитную стыковочную станцию, которая крепится к спутнику перед запуском. Позже, когда он нуждается в ремонте или демонтаже, за ним может быть отправлен другой спутник.
Международный комитет, в состав которого входят представители космических агентств со всего мира, рекомендует, чтобы все новые спутники могли сходить с орбиты в течение 25 лет. При этом некоторые спутники находятся достаточно низко, чтобы сделать это естественным образом, а другие нет. В то же время, согласно отчету Европейского космического агентства за июль 2019 года, из спутников, которые находятся относительно высоко, самостоятельно покинуть орбиту могут менее 25 процентов. Таким образом на текущий момент существует необходимость как минимум прекратить процесс лавинообразного роста количества мусора на низкой околоземной орбите иначе это может стать серьёзной проблемой для человечества в будущем.