Ми живемо в епоху, яку в майбутньому, цілком можливо, назвуть початком повномасштабної космічної експансії людства. Якщо 2014 року на навколоземній орбіті налічувалося трохи більше тисячі активних супутників, то на кінець 2023-го їхня кількість перевищила позначку в 9000.
Це вибухове зростання забезпечене розгортанням мегасупутникових сузір’їв, насамперед систем Starlink і OneWeb. І навряд чи варто очікувати, що в найближчому майбутньому така тенденція серйозно сповільниться. Наразі Міжнародний союз електрозв’язку отримав заявки на створення понад 300 супутникових сузір’їв, які сумарно налічують мільйон (!) апаратів. Так, переважна їх частина, найімовірніше, залишиться на папері. Але й те, що буде запущено, ще більше завантажить навколоземну орбіту.
Усе це підводить нас до закономірного запитання: наскільки суттєво таке ущільнення підвищує ризики виникнення небезпечних ситуацій на кшталт зіткнення між супутниками та/або за участю космічного сміття? Давайте спробуємо розібратися.
Коротка історія появи космічного сміття
Багато любителів космонавтики напевно знають про те, що першим в історії фрагментом космічного сміття була та сама легендарна зірочка, що засяяла в нічному небі після 4 жовтня 1957 року. Річ у тім, що перший “Супутник” був надто малий, аби його можна було розгледіти неозброєним оком. Тому спостерігачі бачили саме верхній ступінь ракети, що запустила його, який залишився на орбіті.
У подальші десятиліття мало хто зважав на проблему космічного сміття, що досить логічно, адже навколоземний простір тоді ще був практично порожнім. Тож наддержави активно виводили численні апарати та проводили експерименти, які абсолютно неможливо уявити зараз. Чого варта хоча б серія висотних ядерних вибухів наприкінці 1950-х — початку 1960-х! Або проєкт West Ford, під час якого на орбіту скинули майже пів мільярда мідних голок з метою створення навколо Землі штучного кільця? Також не слід забувати, що наддержави вельми інтенсивно випробовували протисупутникову зброю, не надто зважаючи на наслідки подібних дій.
Перші побоювання щодо космічного сміття оприлюднили наприкінці 1970-х. Велику роль зіграло дослідження вченого Дональда Кесслера, який описав сценарій так званого каскадного ефекту, пізніше названого на його честь. Його стартовою точкою є зіткнення двох досить великих об’єктів на орбіті, або якась подія, що призводить до утворення великої кількості уламків. Вони б’ються об інші супутники, з’являються нові уламки, які, зі свого боку, стикаються між собою. І так доти, доки орбіта не стає повністю непридатною для використання. Подібний сценарій, нехай і в художньо сильно прикрашеній формі, змальований у фільмі “Гравітація”.
Джерело: @Rainmaker1973 з X
Після цього почали вживати деяких заходів, спрямованих на обмеження зростання кількості космічного сміття. Серед них відведення старих апаратів на орбіту поховання, а також пасивація відпрацьованих ступенів і розгінних блоків — тобто злив з них залишків палива. Річ у тім, що відпрацьована космічна техніка має тенденцію вибухати. Зазвичай це відбувається через утворення парів палива, інколи акумулятори провокують вибухи. Саме старі ступені, що вибухнули, відповідальні за значну частину нинішнього орбітального сміттєзвалища.
Але такі заходи могли лише сповільнити швидкість появи нового космічного мотлоху, а не розв’язати проблему — тим паче, що знадобилося багато років, щоб вони стали загальноприйнятим стандартом, якого зараз дотримується більшість країн.
Ситуацію додатково погіршила серія випробувань протисупутникової зброї, що почалася в XXI столітті: від китайського тесту 2007 року до сумнозвісного російського експерименту, під час якого знищили супутник “Космос-1408”. Це породило тисячі уламків, багато з яких досі залишаються на орбіті.
З огляду на все це, справді небезпечний інцидент з утворенням космічного сміття був лише питанням часу. “Історична” подія сталася 2009 року, коли в небі над Антарктидою зіштовхнулися супутники “Космос-2251” та Iridium 33. Обидва апарати були дезінтегровані, розсипалися на кілька тисяч уламків — і світ одержав наочний приклад того, що відбувається, якщо не розв’язувати проблему космічного сміття.
Джерело: wikipedia.org
Поточна обстановка на орбіті
То як же просуваються справи зараз? Станом на початок 2024 року на орбіті налічувалося 12 597 супутників. З них 3356 були неактивними — тобто, по суті, космічним сміттям.
Але супутники, що вийшли з ладу — лише вершина айсберга. Загалом засоби стеження фіксують понад 25 000 об’єктів на навколоземній орбіті розміром понад 10 см. До них належать уламки від випробувань протисупутникової зброї, ступені, що вибухнули, деталі ракет і розгінних блоків, ба навіть загублені космонавтами інструменти.
На кожен такий відстежений уламок припадає два десятки фрагментів розміром від 1 до 10 см, які вже занадто малі, аби їх побачив радар. А якщо брати до уваги об’єкти розміром менше ніж 1 см, рахунок піде уже на мільйони.
Зрозуміло, космос великий. Але проблема в тому, що всі ці уламки заполоняють навколоземний простір нерівномірно. Вони зосереджені на кількох основних орбітальних ешелонах. Першою є ділянка на висотах від 400 до 600 км, де перебуває основна маса космічних апаратів. Тут можна зустріти все — від Starlink до радянських і російських військових супутників, які давно вийшли з ладу.
Далі слідує регіон на висоті 740-780 км, що служить “домівкою” для безлічі старих супутників зв’язку. Наступний сміттєвий пояс височіє за 940-1000 км над Землею. Там теж величезна кількість давніх несправних супутників, включно з радянськими апаратами УС-А, які оснащувалися ядерними реакторами. Ще одне кладовище радянської космічної техніки — на висоті 1400-1500 км.
Необхідно пам’ятати, що вище пролягає орбіта — то більше часу знадобиться об’єкту, аби увійти в земну атмосферу. Якщо говорити про найбільш “засмічені” орбіти, йдеться про часові проміжки, що вимірюються роками (для висот близько 400 км) і кількома десятиліттями (для висот 600 км). У процесі природного очищення дуже важливу роль відіграє сонячна активність. Її сплески можуть значно прискорити процес сходження об’єктів з орбіти.
Однак на позначці понад 700 км цей природний механізм уже практично не працює. Мотлох на високих орбітах залишиться в космосі на сотні й тисячі років. Окремо треба згадати геостаціонарну орбіту. Непотріб там існуватиме практично вічно (йдеться про мільйони років). Тому супутники, які відпрацювали своє, зазвичай відводять на так звану орбіту поховання, розташовану на кілька сотень кілометрів вище геостаціонарної. Наразі там перебуває понад 500 виведених з експлуатації апаратів.
Джерело ESA
Утім, хоча міжнародні правила і вимагають відводити відпрацьовані геостаціонарні супутники на орбіту поховання, іноді (зазвичай через технічні причини) цього не відбувається. Згодом такі апарати починають дрейфувати, створюючи перешкоди своїм сусідам. Ще більше ситуацію загострює запуск нових супутників. За даними компанії Slingshot Aerospace, до 2023 року середня дистанція між апаратами на геостаціонарній орбіті зменшилася на 33%, якщо порівняти з 2010-м. І цей тренд зберігатиметься в міру розгортання нових супутників.
Боротьба з космічним сміттям
Усе вищесказане підводить нас до поставленого на самому початку запитання: наскільки великою є ймовірність того, що в один “прекрасний” день ситуація вийде з-під контролю? Відразу варто сказати, що вона дійсно є, але поки що нам щастить. Повномасштабне зіткнення між “Космосом-2251” і Iridium 33 все ще залишається одиничною подією, хоча інциденти, коли в діючі супутники потрапляли якісь уламки, траплялися, і не раз.
Навряд чи так триватиме вічно. Вибухове зростання кількості супутників на навколоземній орбіті практично неминуче гарантує повторення чогось схожого. За даними компанії LeoLabs, що займається моніторингом навколоземної орбіти, у 2022 році відбулося 836 небезпечних зближень, під час яких об’єкти в космосі розминулися на відстані менше ніж 100 м. Третина цих наближень припала на орбіти висотою 800-900 км, які наразі найнебезпечніші. Саме там, наприклад, розташований 8-тонний супутник Envisat, якого деякі експерти називають найзагрозливішим у світі фрагментом космічного сміття. Його руйнування створить величезну кількість уламків, що за деяких обставин може призвести до виникнення того самого передбаченого Кесслером ефекту доміно.
Фото: ESA
Звісно, слід розуміти, що в цьому разі йдеться про одну з орбіт. Умовне руйнування Envisat не позначиться на геостаціонарних супутниках, і не створить загрози тій же МКС. Але воно цілком може призвести до того, що людство надовго втратить можливість безпечно використовувати частину навколоземного простору.
Справи на нижчих орбітах дещо кращі. Якщо там станеться велике зіткнення, принаймні породжені ним уламки згорять в атмосфері в осяжній перспективі.
Проте загалом ситуація залишається дійсно складною — і щиро кажучи, навряд чи спроститься в найближчі десятиліття. Річ у тім, що фактично всі наявні нині заходи щодо боротьби з космічним сміттям є пасивними. Це означає, що вони спрямовані на запобігання зростанню його кількості. З основних заходів це вже згадана пасивація ракетних ступенів, виведення супутників на орбіту поховання або їхнє зведення з орбіти після закінчення служби. У міру того, як зростає розуміння загрози від сміття, подібні ініціативи починають переходити зі статусу добровільних в обов’язкові. Наприклад, у 2022 році Федеральна комісія зі зв’язку США зобов’язала супутникових операторів прибирати апарати з орбіти протягом п’яти років після завершення їхньої роботи.
Ще однією цікавою новацією є оснащення космічних апаратів системами запобігання зіткненням на кшталт тієї, яка є у супутників Starlink. Але, знову ж таки, всі ці заходи здебільшого спрямовані на недопущення появи нового космічного сміття, а не на боротьбу з уламками, що вже наявні.
Джерело: ESA
Звичайно, існують і більш “активні” проєкти, завданням яких є утилізація сміття, що вже перебуває на орбіті. Утім, треба розуміти, поки що йдеться в кращому разі про окремі демонстраційні місії. І знову ж таки, їхньою метою стануть лише найбільші та найнебезпечніші об’єкти. Однак, як прибрати з орбіти умовну гайку — велике питання. Деякі експерти пропонують використовувати для цього лазери. Але автори подібних ініціатив забувають один дуже важливий момент. Здатний знищувати космічне сміття лазер так само зможе знищувати і звичайні супутники, тобто, зважаючи на геополітичну ситуацію, розглядатиметься як зброя — з усіма наслідками, що випливають з цього. У теорії, такий пристрій можна було б передати під контроль якоїсь незалежної міжнародної організації. Проте, з огляду на поточні реалії, слід визнати, що це видається вкрай малоймовірним.
У зв’язку з цим супутниковим операторам і космічним агентствам уже зараз варто почати розробку протоколів і планів дій на випадок великого зіткнення на орбіті. Те, що воно відбудеться, майже не викликає сумнівів. І темпи запуску нових супутників свідчать, що це може статися набагато швидше, ніж багато хто вважає.
