Уборка на орбите

Чем опасен космический мусор и как от него избавиться

Земля окружена космическим мусором. Иллюстрация: NASA

С каждым годом вокруг Земли становится все больше и больше мусора: «мертвые» спутники, ступени ракет, ошметки взрывов и столкновений и даже инструменты, улетевшие у экипажа МКС. Чем опасен мусор и как планируется проводить уборку на орбите, — в материале «Чердака».

В мае этого года частичка космического мусора попала в иллюминатор МКС. Кусочек то ли краски, то ли металла размером в тысячные доли миллиметра не пробил стекло насквозь, так как оно толще и прочнее обычных стекол, но оставил вмятину диаметром семь миллиметров.

Вмятина на иллюминаторе МКС
Вмятина на иллюминаторе МКС. Фото: ESA/NASA


Жизненно важные отсеки МКС устоят против мелких фрагментов космического мусора, но, если фрагмент будет больше 1 сантиметра в поперечнике, он пробьет защиту. За космическим мусором на орбите ведется наблюдение с Земли, и при угрозе столкновения станции с куском мусора МКС маневрирует, чтобы уклониться от него. НАСА отслеживает движение фрагментов космического мусора размером от пяти сантиметров в поперечнике на низкой орбите. По оценкам космического агентства, вокруг Земли летает около 20 тысяч фрагментов размером с теннисный мяч и примерно 500 тысяч более мелких кусочков.

Солнечные панели станции «Мир» пострадали не только из-за столкновения с «Прогрессом М-34» в 1997 году, но и из-за бомбардировки мелким космическим мусором и микрометеоритами
Солнечные панели станции «Мир» пострадали не только из-за столкновения с «Прогрессом М-34» в 1997 году, но и из-за бомбардировки мелким космическим мусором и микрометеоритами. Фото: NASA/Crew of STS-91


Меньше грамма космического мусора убивает спутник

Мелкий мусор не так опасен для тщательно защищенной МКС, но для обычного спутника может оказаться смертельным. 28 января 2013 года российский научный наноспутник BLITS, запущенный в 2009 году, внезапно изменил свою орбиту и скорость вращения. Он столкнулся с фрагментом космического мусора и развалился на части. Поскольку движется мусор с большой скоростью — до 8 км/с, то для гибели 7,5-килограммового спутника, по расчетам ученых, оказалось достаточно фрагмента массой всего 0,017–0,019 граммов.
Спутник BLITZ
Спутник BLITZ. Фото: Kelso, T. S. et al. Proceedings of the Advanced Maui Optical and Space Surveillance Technologies Conference, 2013


Откуда берется мусор

Орбита Земли замусорена «мертвыми» спутниками, отработанными ступенями ракет и более мелким мусором. Большая часть мелкого мусора образуется, когда спутники взрываются (наиболее частая причина — поломки двигателей), сталкиваются друг с другом или становятся мишенями противоспутниковых ракет.

Первое столкновение в космосе случилось в 1996 году, когда ступень европейской ракеты «Ариан-1» столкнулась с французским спутником Cerise. Спутник пострадал, но выжил и продолжил работать. Более серьезное ДТП произошло в 2009 году, когда спутник связи «Иридиум» столкнулся с военным российским спутником «Космос-2251», на тот момент уже не работающим. Оба спутника разлетелись вдребезги где-то над Сибирью.

Больше всего в космосе намусорили китайцы, которые в 2007 году сбили свой собственный спутник при испытаниях противоспутниковой ракеты, оставив на орбите более 3000 мелких обломков.

Кроме того, в открытом космосе можно встретить плоскогубцы, камеру, шпатель и целую сумку с инструментами — их в разное время потерял экипаж МКС. А до тех пор, пока на станции не появилась система переработки мочи, ее просто выливали в космос, где она становилась частью космического мусора в виде мелких замороженных кристалликов.


Космонавт Сунита Уильямс теряет камеру в открытом космосе в 2007 году

Куда уходят спутники

Как долго космический мусор остается в космосе, зависит от высоты орбиты. На низкой орбите космический мусор, подчиняясь притяжению Земли, в конце концов сгорает в атмосфере. Часть долетает до Земли, но пока не было случаев, чтобы они кому-то сильно навредили.

Самый известный случай падения космического мусора на живого человека произошел в Оклахоме: кусок космического мусора весом с пустую банку из-под колы ударил по плечу женщину по имени Лотти Вильямс. Фрагмент был похож на ткань, но из металлических волокон. Женщина была уверена, что поймала кусочек падающей звезды, но расследование показало, что это, скорее всего, была деталь ракеты-носителя «Дельта-2». Вильямс эта версия разочаровала.

Спутники, находящиеся на более высокой геостанционарной орбите слишком затратно уводить на низкую, чтобы они в конце концов сгорели, поэтому их, наоборот, поднимают выше — на так называемую орбиту захоронения, где они могут оставаться веками. Чтобы на орбите не происходило взрывов, при которых обломки могут попасть ближе к Земле, перед захоронением спутники разряжают батареи, выпускают запасы сжатого газа и сбрасывают топливо. Это может уменьшить дальнейшее замусоривание орбиты Земли, но проблемы уже существующего мусора не решает.


Космический мусор на орбите, 1957—2016 годы

Охота на мусор

В 2023 году для уборки на орбите Европейское космическое агентство планирует запустить аппарат e.Deorbit. Как он будет захватывать мусор, пока неизвестно: ученые рассматривают сеть, гарпун или зажим. После захвата аппарат будет уводить мусор с орбиты, чтобы тот сгорел в атмосфере.

ESA планирует использовать для поимки мусора зажим, гарпун или сеть
ESA планирует использовать для поимки мусора зажим, гарпун или сеть. Иллюстрация: Airbus Defence and Space


В Федеральной политехнической школе Лозанны разрабатывают аппарат CleanSpace One, который будет уводить с орбиты спутники, захватывая их в ловушку. На сайте проекта пишут, что аппарат выйдет на орбиту в 2018 году и его первой жертвой станет студенческий наноспутник SwissCube, запущенный в 2009 году. Одна из сложностей, которую должны решить разработчики, — «узнавание» космическим уборщиком спутника. Для этого CleanSpace One будет ориентироваться на мерцание света, которой отражается от спутника при вращении.
CleanSpace One
CleanSpace One. Иллюстрация: 2015 EPFL/Jamani Caillet
Теги:

Читать еще на Чердаке: