• Объем космического мусора на низкой околоземной орбите, или НОО, быстро растет, что провоцирует больше загрязнения и ставит под угрозу исследование космоса.
  • Международные космические агентства разрабатывают инструкции по уменьшению космического мусора, в то время как аэрокосмические корпорации создают космические аппараты для активной минимизации и даже сбора мусора.
  • Необходимы согласованные совместные усилия на нескольких фронтах для устранения существующего мусора и предотвращения его последующего образования.

«Космос большой. Действительно большой. Вы просто не поверите, насколько он невероятно велик», — пишет Дуглас Адамс в культовом научно-фантастическом романе «Автостопом по Галактике».

Может показаться абсурдным, что космос тоже переполнен — по крайней мере, в ближайшем к Земле пространстве.

Почему мы так стремимся исследовать космос, когда у нас так много проблем здесь, на Земле? От управления ресурсами до получения многоспектральных изображений и радиолокационных карт — наши космические инструменты могут помочь нам в решении земных проблем. Вскоре армады малых спутников объединят мир, сделав Интернет доступным для всех.

Однако по мере того, как мы осознаем преимущества нашей рабочей силы на орбите, мы также должны проявлять инициативу по предотвращению быстрого распространения космического мусора — чтобы мы не столкнулись с проблемой масштаба загрязнения воздуха или океана еще до того, как у нас появится шанс заселить следующий рубеж.

Масштаб космического загрязнения

В настоящее время на орбите Земли находится более 2200 действующих спутников. Но всё большую обеспокоенность вызывают неработающие спутники, отработанные ракеты и мусор, которые также захламляют регион — все вместе они называются космическим мусором или космическим хламом.

С того момента, как человечество вышло в космос с запуском Спутник I в 1957 году, орбитальный мусор начал накапливаться. К 2020 году к этим 2200 работающим спутникам присоединилось примерно 34000 обломков диаметром 10 см и более, примерно 900000 объектов размером от 1 до 10 см, и более 128000000 единиц размером менее 1 см. Масса обломков на околоземной орбите составляет почти 7 миллионов килограммов. В то время как орбиты в конечном итоге распадаются, а обломки могут повторно войти и сгореть в атмосфере Земли, этот процесс может занять годы.

И спутники, и космический мусор в основном сосредоточены в двух регионах.

В экваториальной плоскости Земли, на высоте чуть менее 30 000 км над поверхностью планеты, на геостационарной орбите находятся сотни спутников. Большинство из них — спутники связи и метеорологические спутники, но они делят свою орбиту с пришедшими в негодность предшественниками.

Количество мусора на геостационарной орбите меркнет по сравнению со спутниками и обломками в зоне, которая простирается чуть выше атмосферы Земли и достигает 2000 км над ее поверхностью, известной как низкая околоземная орбита или НОО. Чтобы попасть на более высокие орбиты, на Луну или на другие планеты, космический корабль должен пройти через низкую околоземную орбиту, где обломки наиболее плотны, а орбитальные скорости максимальны. Таким образом, космический мусор подвергает опасности не только космические корабли на НОО, но и все формы космических путешествий.

Откуда взялся космический мусор?

Пока люди запускают объекты на орбиту, появление космического мусора неизбежно.

При запуске ракет на НОО остаются ускорители, обтекатели, промежуточные ступени и другой мусор. То же самое и с ракетными взрывами, на которые в настоящее время приходится 7 из 10 основных событий, провоцирующих образование мусора.

Деятельность человека на НОО также создает орбитальные обломки, такие как фотоаппараты, плоскогубцы, перчатки космонавта, гаечный ключ, шпатель и даже сумка с инструментами, потерянная во время выходов в открытый космос.

Некоторые обломки создаются естественным образом, в результате ударов микрометеоритов — фрагментов астероидов и комет размером с пыль.

При ограниченном сроке службы работающие спутники могут превратиться в космический мусор. У спутников заканчивается топливо для маневрирования, батареи изнашиваются, а солнечные панели приходят в негодность, создавая петлю обратной связи орбитального мусора, в которой проблема усугубляется, когда солнечные панели подвергаются пескоструйной очистке микрометеоритами и крошечным мусором. Как и в случае с ракетными обломками, отработанные спутники в конечном итоге снова входят в атмосферу Земли и сгорают, но этот процесс может занять годы — и чем выше они вращаются на орбитах над Землей, тем дольше эти орбиты разрушаются.

Космический мусор может ударить по работающему космическому кораблю, образуя еще больше обломков всех размеров, что еще больше увеличивает риск столкновения. Это известно как «синдром Кесслера» по имени ученого NASA, Дональда Дж. Кесслера, который предположил, что космический корабль и орбитальный мусор могут достичь такой плотности, что при каждом ударе образуется больше мусора и повышается вероятность столкновения с другими объектами, что делает использование НОО невозможным на десятилетия. (Это было показано в фильме 2013 года «Гравитация», в котором астронавты, которых играли Джордж Клуни и Сандра Буллок, оказались в космосе после того, как обломки попали в их шаттл.)

Опасность представляет даже самый крошечный космический мусор: частицы размером с пылинки, даже осколки краски могут разъедать трудно защищаемые компоненты, такие как оптика и солнечные панели, сокращая срок службы и создавая еще более крошечные частицы мусора. Удар объекта весом 1 кг, движущегося со скоростью 7,0 км/с, высвобождает такое же количество энергии, что и при взрыве 6 кг тротила.

Теперь НОО может стать еще более переполненной. SpaceX, Amazon Project Kuiper, OneWeb Corporation и канадская Telesat планируют разместить на ней созвездия из 50 000 спутников. Между тем аварийные ситуации между космическими кораблями и сохранившимся космическим мусором уже происходят с большей регулярностью. В сентябре 2020 года NASA запустило двигатели модуля снабжения «Прогресс», стыкованного с Международной космической станцией, чтобы увеличить высоту станции и предотвратить столкновение с осколком ракеты.

Что нам делать с космическим мусором?

В середине 1990-х NASA выпустило первые рекомендации по снижению растущей опасности орбитального мусора; другие международные агентства последовали этому примеру. В 2002 году Межагентский координационный комитет по космическому мусору, состоящий из 10 стран-членов, принял согласованный набор руководящих принципов для «координации деятельности, связанной с проблемами антропогенного и природного мусора в космосе». Если следовать этому руководству, мы можем иметь более чистую и подходящую среду в космосе в будущем.

В настоящее время аэрокосмические корпорации разрабатывают небольшие спутники для упреждающего обращения с космическим мусором. Спутники включают в себя электрические двигательные системы, такие как ионные двигатели и двигатели на эффекте Холла, плазменные двигатели для сведения к минимуму мелких частиц от химических ракет, а также двигатели для обеспечения схода с орбиты по окончании срока службы, для продвижения вышедших из строя или неработающих космических кораблей в атмосферу Земли. Исследователи в Японии даже экспериментируют с деревянными космическими кораблями, чтобы минимизировать уровень токсического загрязнения, попадающего в верхние слои атмосферы планеты при сходе космического корабля с орбиты.

Но как насчет сохранившихся обломков, а также обломков, которые неизбежно появятся в результате запуска десятков тысяч новых спутников?

Некоторые компании планируют использовать космические корабли для сбора космического мусора. Другие разрабатывают методы захвата орбитального мусора, включая сети, гарпуны и магниты. Исследователи из Университета Тохоку в Японии разрабатывают решение для бесконтактного спуска с орбиты, при котором спутник запускает луч частиц по обломкам, заставляя их замедляться, опускать орбиту и входить в атмосферу Земли.

Чтобы свести к минимуму космический мусор — и позволить нам эффективно использовать низкую околоземную орбиту для будущих исследований — нам нужны согласованные совместные усилия на нескольких фронтах, чтобы одновременно устранить существующий космический мусор и предотвратить его образование в будущем.

В то время как космический мусор представляет опасность, уменьшение его образования дает умным предпринимателям возможность решить эту проблему — как на следующем рубеже, так и, пожалуй, прямо здесь, у себя дома.

Прочитать оригинал статьи на World Economic Forum: We’re polluting our future home – before we even live there. Here’s why we need to clean up our space junk.