Как новые технологии и стартапы спасают орбиту от космического мусора: от лазеров и гарпунов до двигателей

Ежедневно на Землю падают три фрагмента космического мусора, и это не фантастика, а реальность — такую информацию опубликовало в своем отчете Европейское космическое агентство (ESA). По его данным, космический мусор будет неуклонно накапливаться, если человечество не начнет действовать немедленно. Рассказываем, из-за чего орбита так быстро и хаотично засоряется обломками, а также, как новые технологии, подходы и отдельные стартапы помогают решить эту проблему. 

ЕSА: космический мусор может сделать орбиты непригодными для использования

ESA опубликовало свой новый отчет о космическом мусоре 1 апреля 2025 года, но в нем явно нет и намека на юмор. Наоборот, в агентстве предупреждают о серьезных проблемах, нависших над человечеством, которое все активнее изучает космос — если в 2024 году было совершено 254 запуска, то пятью годами ранее, по данным сервиса Space Stat, их было всего 104. 

В ESA прогнозируют, что без активной уборки космического мусора запустится синдром Кесслера. Так называют цепную реакцию столкновений, которая сделает некоторые орбиты непригодными для использования, ведь даже без новых запусков существующий мусор продолжит фрагментироваться, а риски каскадных столкновений — расти. «Столкновения спутников приведут к появлению орбитальных фрагментов, каждый из которых увеличит вероятность дальнейших столкновений, что приведет к накоплению пояса мусора вокруг Земли», — поясняли Дональд Кесслер, консультант NASA, и Бертон Кур-Пале, его соавтор, в своем совместном исследовании. 

Эксперты ESA подчеркивают, что масштабы проблемы на самом деле больше, чем кажется на первый взгляд, ведь космический мусор — это не только крупные фрагменты спутников. Даже микрочастицы диаметром менее 1 мм могут причинить значительный ущерб, поскольку движутся на высокой скорости. Если на орбите спутник столкнется с частицей всего в 1 см, летящей со скоростью 10 км/с, удар будет таким же сильным, как при столкновении с легковым автомобилем на 40 км/ч. Поскольку суммарное количество обломков размерами более 1 см уже превысило 1,2 млн, это представляет серьезную угрозу спутникам и МКС. Сейчас на орбите Земли около 10 000 активных спутников, а общее количество объектов достигло 40 000. 

По оценке ESA, большую угрозу представляет рост количества спутников — особенно таких как Starlink. Астрофизик и один из главных мировых экспертов по космическому мусору Джонатан Макдауэлл утверждает, что именно спутники Starlink генерируют значительное количество падающего сегодня на Землю из космоса хлама, и эта тенденция лишь усугубляется. Хотя часть спутников сгорают в атмосфере, высока вероятность столкновений друг с другом зависших на орбите старых космических аппаратов, таким образом продуцируя новый космический мусор.

Космические обломки регулярно падают на Землю, что потенциально может причинить вред здоровью и имуществу людей. Поскольку значительная часть нашей планеты покрыта океаном или необитаема, эта угроза минимальная, но не нулевая. Так, вероятно, несколько обломков советского спутника «Космос-1340» достигли поверхности Земли в результате испытания россией противоспутникового оружия в 2021 году. В 2024-м осколок из космоса пробил крышу дома во Флориде, а в феврале 2025-го как минимум три фрагмента ракеты SpaceX Falcon 9 разлетелись по территории Польши. 

Борьба с космическим мусором началась, но без радикальных шагов

Для решения проблемы космического мусора в ESA разрабатывают миссию ClearSpace-1 совместно с одноименным космическим стартапом. Запланированная на 2028 год, она станет первой в своем роде операцией по захвату и удалению спутников с орбиты. Эксперимент будут проводить на 95-килограммовом спутнике PROBA-1, запущенном еще в 2001-м. ClearSpace-1 встретится с ним, захватит четырьмя роботизированными руками и обеспечит безопасный выход в атмосферу. 

Этой миссии надлежит продемонстрировать, как можно очищать космос от старых спутников — основного источника космического мусора. Вместе с тем в ESA советуют для минимизации рисков столкновений сократить время пребывания спутников на орбите с 25 лет (как сейчас) до пяти. В агентстве настаивают и на необходимости внедрения технологии пассивации (разрядки источников энергии), чтобы предотвратить взрывы, спровоцированные остатками топлива или не полностью разряженными батареями. Кроме того, в ESA поддерживают хартию Zero Debris Charter, также известную как «хартия нулевого мусора». К 2030 году агентство пересмотрит требования к предотвращению появления и устранению накопленного мусора.

Дополнительным преимуществом станет экономия топлива — оно в больших количествах расходуется в процессе маневрирования, когда спутник пытается избежать потенциального столкновения. 

Отдельные национальные космические агентства тоже предпринимают определенные шаги в борьбе с космическим мусором. Так, в Японии JAXA разрабатывает технологии для захвата и вывода с орбиты крупных объектов; датчики для измерения микроскопических частиц мусора; инструменты планирования маневров уклонения на основе данных о возможных столкновениях. Также здесь озаботились созданием топливных баков из композитных материалов с более низкой температурой плавления — чтобы обеспечить безопасное сгорание спутника, когда он войдет в атмосферу Земли. В Бахрейне проектируют бортовую систему обнаружения и классификации мусора на основе искусственного интеллекта (ИИ), которая будет отслеживать малозаметные с Земли объекты размером менее 2 мм. В Италии фиксируют обломки спутников с помощью телескопов и радаров, а также используют ИИ — моделируют столкновения и разрабатывают методы мониторинга объектов от Земли до Луны. 

Как частные компании помогают справиться с космическим мусором 

Многие из описанных выше мер и инициатив либо только разрабатываются, либо существуют в виде рекомендаций. А это значит, что формально никто не обязан их выполнять и наказание за нарушение не последует. Часто национальным агентствам не хватает гибкости и скорости в принятии решений, что помогло бы решить проблему в кратко- и среднесрочной перспективе. И здесь в дело вступают стартапы — некоторые из них, кстати, работают вместе с крупными агентствами, и результаты этого сотрудничества весьма обнадеживающие. Наглядный пример — сотрудничество ESA со швейцарским стартапом ClearSpace, о котором упоминалось выше. 

Основные направления, прорабатываемые стартапами, которые прямо либо косвенно помогают очистить земную орбиту от космического мусора: 

• захват с помощью гарпуна и сети, что позволяет безопасно сводить с орбиты наиболее крупные объекты;
• лазерная абляция — специальные лазеры меняют траекторию мелкого мусора, чтобы он естественным образом сгорел в атмосфере;
• магнитное удаление, когда для захвата используют очень мощные магниты, с помощью которых обеспечивают контролируемый спуск;
• роботизированные манипуляторы, то есть специальные механические «руки» или «когти» захватывают и выводят космический мусор с орбиты.

Некоторые компании уже подошли вплотную к реализации этих сценариев и даже протестировали свои решения. Расскажем о них подробнее. 

Astroscale и ClearSpace — космические стартапы, которые уже очищают орбиту

Astroscale — японская компания, один из лидеров рынка в области обслуживания спутников, разработала технологию магнитного захвата. В начале 2024 года она успешно завершила свою пробную и одновременно первую коммерческую миссию такого плана — End-of-Life Services by Astroscale (ELSA-d), названную по имени спутника, безопасно и контролируемо сведенного с орбиты. Также Astroscale совершила еще одну похожую миссию — ADRAS-J, которая помогла собрать больше информации о поведении и состоянии крупного космического мусора на орбите Земли.

Недавно британская дочерняя компания японской Astroscale и швейцарская ClearSpace, которая разрабатывает космический аппарат с роботизированными руками для ESA, получили финансирование от космического агентства Великобритании (UK Space Agency). Средства, выделенные в виде грантов, позволят обеим компаниям продолжать разработку технологий роботизированного захвата спутников для их безопасного вывода с орбиты. Отдельно стартап ClearSpace реализует с UK Space Agency миссию CLEAR, направленную на удаление с низкой околоземной орбиты двух заброшенных объектов, очистку орбитального пространства для новой деятельности и снижение риска столкновения для соседей.

Посмотрите, как на этой визуализации космический аппарат ClearSpace бережно обхватывает спутник:

Устойчивые спутники помогут решать проблему космического мусора превентивно

Главная задача — в проектировании и эксплуатации спутников с минимальными рисками образования космического мусора. Как этого можно достичь?

Один из рабочих вариантов заключается в том, чтобы создавать модульные аппараты, которые можно ремонтировать и модернизировать прямо на орбите. Это увеличит срок их службы, сократит количество запусков и объемы потенциального мусора, ведь стандартизированные модульные спутниковые платформы можно использовать в нескольких миссиях. Подобные решения уже разрабатывает Northrop Grumman — в частности, в рамках программы Mission Extension Vehicle (MEV) и проектов, связанных со Space Development Agency (SDA), где ведутся работы по многоразовым архитектурам.

Еще одной полезной функцией является самостоятельный спуск спутника с орбиты, который можно реализовать разными способами. Во-первых, воспользовавшись двигательными установками, позволяющими аппарату сойти с орбиты и контролируемо войти в атмосферу, где он сгорит, не оставив обломков. Во-вторых, посредством деорбитационных парусов, усиливающих сопротивление воздуха и ускоряющих снижение спутника. Однако это подходит только для аппаратов, работающих на низких орбитах. В-третьих, за счет пассивных систем торможения, которые подразумевают использование гравитации и атмосферного трения без включения двигателей. Этот вариант актуален прежде всего для малых спутников и кубсатов. И, наконец, это можно сделать с помощью автоматических таймеров, заранее запрограммированных запускать процесс схода с орбиты по окончании срока службы, даже если связь с оператором потеряна.

Помимо модульной конструкции и разнообразных способов реализации спуска, снизить количество космического мусора можно, применяя интеллектуальные системы управления. Например, компании Helsing и Loft Orbital планируют воспользоваться искусственным интеллектом для слежения и предотвращения столкновений. В начале 2025 года они объявили о развертывании первой в Европе многосенсорной спутниковой группировки с полезной нагрузкой в виде камер и радиочастотных датчиков с функциями интеллектуальной обработки данных. 

Альтернативой обычным могут стать и спутники, изготовленные из биоразлагаемых материалов. В декабре 2024 года на орбиту Земли с МКС вывели деревянный спутник LignoSat Японского агентства аэрокосмических исследований.

Управлять спутниками для безопасного схода позволяют двигатели с эффективной космической тягой. Благодаря ей спутники могут менять свое положение так, чтобы избегать столкновений с космическим мусором и адаптировать траекторию под потребности миссии. Подобные двигатели уже разрабатывает украинская аэрокосмическая компания SETS (Space Electric Thruster Systems), которая входит в группу проектов Noosphere. Инженеры компании подчеркивают важность наличия двигателя именно для успешного схода с орбиты и последующего безопасного сгорания спутника в атмосфере. 

Но если крупные, преимущественно телекоммуникационные спутники оснащены такими двигателями, то в малых аппаратах это не всегда оправдано: они увеличивают его массу и стоимость, а также требуют специальных бортовых систем. В SETS смогли обойти это ограничение и разработали экономичные двигатели с малым расходом топлива, высоким удельным импульсом и большим ресурсом работы. Сейчас компания предлагает разные по мощности решения, которые подходят для эксплуатации на широком спектре космических аппаратов. 

Выводы

В краткосрочной перспективе проблему космического мусора можно решить посредством технологий активного удаления. Это могут быть миссии по захвату и выведению объектов с орбиты, лазерная абляция или использование роботизированных манипуляторов. Все они позволяют относительно быстро снизить риск столкновений и предотвратить развитие синдрома Кесслера. 

Однако стратегические усилия следует направить на внедрение превентивных мер — тех, что способны предотвратить образование космического мусора в будущем. Одним из ключевых направлений здесь видятся двигательные установки, обеспечивающие контролируемый сход спутников с орбиты по завершении их работы. И уже существуют эффективные электрореактивные системы, которые успешно прошли испытания и применяются для коррекции орбит и контролируемого схода спутников с орбиты. Впрочем, в конечном итоге оптимальным будет сочетание двух решений: удаление существующего мусора и параллельное внедрение долгосрочных решений, предотвращающих его накопление.