[Править]Историческое значение орбитального мусора

Историки науки указывают на то, что некоторые объекты на орбите, рассматриваемые как мусор, будут представлять интерес для космических археологов будущего и поэтому должны быть сохранены.^[10]

Впервые о масштабном загрязнении космоса ученые заговорили в 1980-х, когда концентрация мусора на орбите Земли достигла такой плотности, что баллистикам требовалось хорошенько поработать, чтобы безопасно разместить среди него тот или иной спутник. В последнее десятилетие ситуация только ухудшилась. «Количество мусора в околоземном пространстве столь велико, что это создает реальную опасность для работающих там автоматических станций. В ближайшем будущем сложности будут нарастать как снежный ком», – полагает старший научный сотрудник НИИ астрономии РАН Александр Багров. Основания для этого у него весьма серьезные. Свалка на небе – неприятности на Земле В первую очередь от космического мусора страдают, конечно, объекты, находящиеся на орбите. «Службы наземного наблюдения иногда фиксируют столкновения частиц космического мусора друг с другом, из-за чего их количество множится в геометрической прогрессии, – рассказывает председатель комиссии по проблемам космического мусора РАН, заместитель директора Института прикладной математики им. Келдыша Эфраим Аким. – Мелкие фракции представляют не меньшую опасность, чем крупные. Только представьте крупнокалиберную пулю, движущуюся со скоростью 8–10 км/с. При попадании подобной частицы в действующий космический аппарат сила соударения просто чудовищная. Ни один корабль не выдержит такого столкновения. Если же соударение произошло, облако обломков на орбите расползется по всем направлениям всего за пару недель, угрожая уничтожить и других соседей». И хотя вероятность вывода из строя орбитальных спутников космическим мусором все еще крайне мала, неприятные инциденты уже были, в том числе с пассажирскими космическими кораблями и орбитальными станциями. В 1983 году экипаж печально знаменитого шаттла Challenger обнаружил на лобовом стекле своего корабля небольшой след от соударения с посторонним предметом. Кратер был всего 2,5 мм в глубину и столько же в ширину, но заставил сильно поволноваться инженеров NASA. После приземления корабля специалисты тщательно осмотрели повреждения и пришли к выводу, что причиной соударения стала микрочастичка краски, отслоившаяся от какого-то другого космического аппарата. Пострадала от космического мусора и советская орбитальная станция «Салют-7», поверхность которой была буквально испещрена микроскопическими кратерами от соударения с частицами мусора. Чтобы предотвратить возможность подобных инцидентов в дальнейшем, станция «Мир» и пришедшая ей на смену МКС были оснащены экранами, защищавшими обитаемые модули от соударений с мелким мусором. Впрочем, и это не помогло. В июне 1999 года тогда еще необитаемая МКС имела все шансы столкнуться с обломком разгонного блока одной из ракет, уже долгие годы вращавшегося вокруг Земли. К счастью, специалистам российского Центра управления полетами (ЦУП) удалось своевременно скорректировать ее орбиту, и обломок пролетел мимо на расстоянии 6,5 км. В 2001 году МКС пришлось предпринимать специальный маневр, чтобы не столкнуться с семикилограммовым прибором, потерянным во время выхода в открытый космос американскими астронавтами. С тех пор станция уворачивается от космического мусора с завидной регулярностью, несколько раз в год. Космический мусор представляет опасность и для далеких от космоса землян, падая на их головы в прямом смысле этого слова. В 1978 году таежные области на севере Канады пострадали от падения советского спутника «Космос-594». Годом позже обломки американской космической станции Skylab рассыпались над пустынными районами Австралии. В 1964 году в ходе неудачного запуска навигационного спутника США с ядерными источниками энергии на борту радиоактивные материалы рассеялись над акваторией Индийского океана. Всем памятна ситуация и со станцией «Мир», затопленной в Тихом океане. Тогда у десятков тысяч жителей островных государств случился форменный массовый психоз. Люди панически боялись, что «русская громадина» свалится им прямо на голову. А вот для жителей Алтайского края этот кошмар стал реальностью. Именно над этим регионом России пролегают траектории полета ракет, запускаемых с Байконура, и именно сюда валятся обломки первых ступеней с остатками высокотоксичного топлива. Но что же представляет собой космический мусор? Откуда он берется? Это кто же здесь сорит? «Ситуация складывается парадоксальная, – считает Александр Багров. – Чем больше мы запускаем аппаратов в космос, тем менее пригодным для использования он становится». И действительно, по оценкам российских специалистов, в настоящее время в космосе находится более 10 тысяч летательных аппаратов и спутников Земли, при этом функционируют из них только 6%. Космические аппараты выходят из строя с завидной регулярностью, а в результате плотность космического мусора на орбите ежегодно увеличивается на 4%. В настоящее время вокруг нашей планеты вращается около 70–150 тысяч объектов размером от 1 до 10 см, частиц же менее 1 см в диаметре – миллионы. «И если на низких орбитах, примерно до 400 км, мусор притормаживает о верхние слои атмосферы и со временем падает на Землю, то на геостационарных орбитах он может вращаться бесконечно долго», – продолжает Александр Багров. Свой вклад в дело увеличения космического мусора вносят и разгонные блоки ракет, с помощью которых спутники выводятся на геостационарные орбиты. В их баках остается примерно 5–10% топлива, которое весьма летуче и легко превращается в пар, что нередко приводит к мощным взрывам. После нескольких лет пребывания в космосе отслужившие ступени ракет разлетаются на куски, разбрасывая вокруг себя «шрапнель» мелких осколков. За последние годы в околоземном пространстве было зафиксировано 182 подобных фейерверка. Только один недавний взрыв ступени индийской ракеты-носителя привел к образованию 300 крупных обломков и бесчисленного множества мелких, но не менее опасных объектов. Первые жертвы уже были. В июле 1996 года на высоте примерно 660 км французский спутник столкнулся с фрагментом третьей ступени французской же ракеты Arian, запущенной много раньше. Относительная скорость во время столкновения составляла около 15 км/с, или около 50 000 км/ч. Французские баллистики, прозевавшие на орбите приближение своего же крупного объекта, потом долго кусали локти, и было от чего. Происшествие не закончилось крупным международным скандалом только потому, что оба объекта имели французское происхождение. Как же очистить орбиту от космического мусора? Вакансия космического мусорщика все еще открыта «К сожалению, на данный момент эффективных способов уничтожения космического мусора не существует», – считает Эфраим Аким. По его мнению, собирать обломки при помощи американских шаттлов безумно дорого, да и челноки вот уже несколько лет стоят на приколе. Еще большее безумие сжигать космический мусор при помощи лазера, поскольку расплавленный металл, остывая, превратится в смертоносную «шрапнель», которая расползется по орбите, еще больше загрязнив космос. Заменить многоступенчатые ракеты многоразовыми системами тоже пока не представляется возможным, слишком уж они дороги. «Конечно, хорошо запускать и забирать спутники при помощи летающих тарелок. В любой момент взлетел, зацепил его и сел обратно на Землю, – смеется Эфраим Аким. – Увы, человечество подобными техническими устройствами не располагает. Пока они не появились, нам надо всеми силами предотвращать дальнейшее загрязнение космоса, иначе в будущем из-за опасности встречи с космическим мусором его освоение превратится в очень рискованное мероприятие». Единственное, что пока могут предложить ученые, – тщательное картографирование космической свалки. Но и здесь все не так просто. «На сегодняшний день только два государства в мире способны эффективно отслеживать поведение космического мусора», – считает главный баллистик ЦУП Николай Иванов. Легко догадаться, что это Россия и США, которые, к слову сказать, являются и главными «загрязнителями» космоса. «У нас, как и в Америке, существуют уникальные наземные комплексы, позволяющие обнаруживать на низких орбитах кусочки до нескольких сантиметров в диаметре, но необходимо также совместно разрабатывать меры по их нейтрализации. Было бы неплохо создать международную систему слежения, объединить каталоги объектов, разработать общую систему предупреждений о рисках столкновений, только в этом случае можно реально обезопасить полеты», – продолжает Николай Иванов. «Чтобы на космических дорогах не было аварий, необходимо выработать международные правила космического движения», – вторит ему Эфраим Аким. Первые шаги в этом направлении уже сделаны. Правила космического движения «Предотвращением дальнейшего загрязнения космического пространства занимаются несколько международных комиссий, в том числе под эгидой ООН, – рассказывает ученый секретарь Совета по космосу РАН Александр Алферов. – Правда, они сталкиваются с неповоротливостью ряда агентств, предпочитающих все очень тщательно взвесить, прежде чем идти на сотрудничество. Дело в том, что многие спутники принадлежат военным ведомствам и полную информацию о них получить весьма сложно. Нельзя сбрасывать со счетов и коммерческую сторону вопроса». Впрочем, приватизация космоса играет на руку тем, кто ратует за его чистоту. «Космос постепенно превращается в зону вложения капитала, а коммерсантов всегда интересовали вопросы страхования рисков и возмещения потерь в результате тех или иных форс-мажорных обстоятельств, – считает Александр Багров. – Без выработки единых правовых норм достичь этого не удастся. К примеру, кто должен отвечать, если старый безжизненный спутник или разгонный блок ракеты, запущенной одним государством, протаранит автоматическую станцию, принадлежащую другой стране? Пока на этот вопрос ответа нет, хотя подобные прецеденты уже имели место». И хотя частные космические компании делают только первые шаги, сам факт их появления на свет подтолкнул к выработке единых международных правил. «В настоящее время интенсивно вырабатываются новые требования к космической технике, определяются зоны работы спутников и оговариваются методики захоронения выработавших свой срок аппаратов», – рассказывает Эфраим Аким. Одним из первых реальных достижений в деле борьбы с космическим мусором стала выработка новых международных стандартов в отношении искусственных спутников Земли. Теперь на их борту должны присутствовать резервные запасы топлива, чтобы по истечении срока работы увести аппараты в специально отведенные районы околоземных орбит или направить к Земле. Желательно также оснащать спутники дополнительными системами управления, способными в случае поражения аппарата частицами мусора уводить его с рабочих орбит. Предполагается, что «кладбища спутников» будут располагаться на 200–300 км выше зоны геостационарных орбит. «Конечно, внедрение новых стандартов идет очень медленно, – признает Эфраим Аким, – ведь они связаны с существенными затратами. Изменение в конструкции спутников влечет за собой дополнительные многомиллионные вложения, что нравится не всем аэрокосмическим корпорациям. Но без этих мер на данный момент просто не обойтись, и все это понимают». Другой важный шаг – внесение в международные правила использования космоса требования оснащать разгонные блоки ракет системами слива топлива. Оказавшись в космосе, после завершения маневра управляющая электроника в обязательном порядке должна открыть клапаны и выбросить излишки горючего. К сожалению, и этого порой недостаточно. Из-за особенностей топлива и невозможности полностью выбросить его из резервуаров взрываются даже «опустошенные» баки. А значит, должны быть предприняты меры по совершенствованию конструкции космических ракет.

Мусор на орбите Земли – побочный эффект исследований космоса. Как сообщает «Словарь космических терминов» Роскосмоса, космический мусор – это вышедшие из строя космические аппараты, отработавшие ракетные и прочие устройства, их обломки и другие предметы разного размера и различного происхождения, находящиеся в околоземном космическом пространстве.

За более чем полвека освоения космоса человеком, мусора накопилось уже очень много, и засорение космоса продолжается и нарастает.

По приблизительным оценкам, сделанным несколько лет назад, рукотворных объектов с размерами более 10 сантиметров в космосе было более 8000, с размерами 1-10 сантиметров – уже десятки тысяч, с размерами  менее 1 сантиметра – сотни тысяч.

США через свою систему слежения наблюдают за более чем 19 000 предметов, но, по их расчётам, фрагментов размерами более одного сантиметра на орбите может быть до 600 тысяч.

Со своей стороны, Роскосмос информирует, что на конец 2008 года было каталогизировано около 12 500 космических объектов размером более 10 см, из них всего 1000, или около 6%  - функционирующих. До 40% - аппараты, вышедшие из эксплуатации, а также использованные разгонные блоки и  последние ступени ракет-носителей. Остальные же 54% - фрагменты, образовавшиеся в результате взрывов или столкновений космических аппаратов. Более 300 000 фрагментов имеют размер от 1 до 10 см. А общая масса объектов оценивается в более чем 5 тыс. тонн.

При этом ситуация продолжает ухудшаться. На высотах 750-850 км только за последние три года концентрация мусора выросла вдвое.

По некоторым данным, также приводимым Роскосмосом, на орбите уже свыше 15 000 фрагментов мусора, «классифицируемого» следующим образом:

• 12 058 объектов – третьи ступени ракет, разгонные блоки и обломки космической техники;

• 3 312 объектов – работающие и вышедшие из строя космические аппараты.

Две трети всего мусора, что вполне ожидаемо, приходится на две страны – Россию и США: соответственно 5 770 и 4 821 фрагментов.

И ещё почти треть – на Китай, выбросивший на «космическую помойку» 3 292 единицы мусора (заметим, это косвенно говорит и об интенсивности исследований космоса Китаем, уже вполне сопоставимой с американской и российской).

Вклад других стран в данном случае намного «скромнее»:

• Франция – 469 фрагментов;

• Япония – 189;

• Индия – 170;

• Европейское космическое агентство – 82;

• Другие страны и организации – 577.

На середину 2010 года число частиц космического мусора размером до 10 см оценивается уже в 200 тысяч, а до 1 см - в десятки миллионов штук.

В основном космический мусор собирается на высотах 850 - 1500 км, также его много  на высотах полета космических кораблей (250-350 км) и МКС (около 350 км).

Космический мусор, как и все материальные объекты в мире, подчиняется законам гравитации. Поэтому он постепенно приближается к поверхности Земли и, в итоге, входит в атмосферу (на высотах порядка десятков километров) и сгорает в ней.

Но на это требуется много времени. В течение нескольких лет это может произойти с объектами, «выброшенными» в космос на высоте ниже 600 км. При высоте 800 км на это потребуются уже десятки лет, а при изначальной высоте от тысяч километров – столетия. Накопление мусора явно опережает его естественную утилизацию.

Почему его так много?

Специалисты говорят, что с 1957 года – когда был запущен первый  искусственный спутник Земли – по настоящее время состоялось почти 5000 запусков и около 250 разрушений спутников на орбите.

Почему это опасно?

Мусор опасен, прежде всего, для космических аппаратов, а бороться с ним пока не научились. КосмонавтАлександр Лавейкин говорил по этому поводу в интервью радиостанции «Вести-FM»:

«Вести-FM»: … космический мусор представляет серьезную угрозу для МКС? Александр Лавейкин: Мусора действительно много в космосе. Тут уж как повезет. Может мимо пролететь, а может зацепить.

Вероятно, всем известно, насколько опасным может быть столкновение самолёта с обычной птицей, в космосе же речь идёт уже о совсем иных скоростях.

Специалисты ФГУП ЦНИИМАШ пишут, что на скорости 10 км/с даже частицы размером 0,5 мм пробивают скафандр.

О внештатной ситуации, связанной с космическим мусором, рассказывает космонавт Максим Сураев (из «Дневника космонавта Максима Сураева», опубликовано пресс-службой Роскосмоса):

Дело было так. С утра в пятницу на связь вышел ЦУП Хьюстона. Говорят: «По нашим данным, в «красной зоне» станции – это около 1 км от МКС – окажется осколок размером примерно 1см». Мы, конечно, напряглись. Переполошились наши американские коллеги. В «красную зону» космический мусор должен был войти, по расчетам хьюстонских специалистов, в период с 03.48 до 03.50 ночи (на МКС действует универсальная система отсчета времени по Гринвичу - ред.).

То есть, ребятам с американского сегмента к этому времени нужно было «переселиться» в российский сегмент и занять свои места в наших «Союзах» (российские корабли «Союз» – единственное средство спасения экипажа станции в чрезвычайной ситуации – ред.). Хьюстон велел закрыть все люки на американском сегменте, собраться… Нам наш ЦУП тоже выдал рекомендации - вещи упаковать, воздуховоды убрать - вдруг на станции возникнет разгерметизация…

Ближе к вечеру ЦУП-Х опять вышел на связь: «Ребята, пока не дергайтесь. Мы все пересчитали, возможно, осколок пройдет мимо. На всякий случай, в три часа ночи позвоните, и тогда решим, что делать». Я поставил будильник, проснулся. Американцы разговаривают с ЦУПом. Те говорят: «Спите дальше, ложная тревога». Я связался с нашим центром управления. Наши сказали: «Не волнуйтесь, все в порядке».  

 

Есть и совсем мрачные прогнозы. Так, представитель Академии инженерных наук Юрий Зайцев говорил в интервью «Интерфаксу», что космический мусор может привести к прекращению полётов и запусков спутников.

Пока два космических лидера – США и Россия – способны лишь отслеживать движение мусора и просчитывать его траекторию, чтобы избежать столкновений. Способов уборки мусора ещё нет.

При этом нет и возможности предотвратить его попадание в космос. По словам Зайцева, последние ступени ракет можно вернуть в атмосферу с помощью тормозного импульса, но при выведении, например, космического аппарата на геостационарную орбиту разгонный блок так и остаётся на ней.

В результате она засорена сильнее, чем менее высокие орбиты – в несколько сотен километров, откуда мусор постепенно падает на Землю, сгорая в атмосфере. Что же касается геостационарной орбиты, с высотой около 35 тысяч км, объект там практически «бессмертен» и способен угрожать работающим спутникам связи, погоды и другим аппаратам.

Впрочем, требование вывода спутника с геостационарной орбиты (на так называемую орбиту захоронения, высотой в несколько сотен километров) прописано в международном законодательстве.

 

Как бороться с мусором?

 

Предлагаются разные способы борьбы с мусором в космосе. Так, по информации Роскосмоса со ссылкой на lenta.ru, в свою очередь ссылающегося на агентство Asahi, японское космическое агентство JAXA предполагает «чистить» орбиту гигантскими – в несколько километров – металлическими сетями. Такая сеть может быть выведена в космос с помощью спутника и, после того как наберёт достаточно мусора, отсоединена от него. Спустя некоторое время сеть всё равно войдёт в атмосферу и сгорит в ней вместе с собранным мусором. Но пока это только планы.

Своё решение – многофункциональный космический буксир, способный, в том числе, убирать космический мусор – предлагает 27-летний инженер ФГУП КБ «Арсенал» Леонид Бурылов. Его изобретение уже было названо «техникой XXII века», но пока на дворе начало XXI века.

На данный момент российскими, американскими и другими учёными разрабатываются, прежде всего, разные способы и системы мониторинга космического мусора.

Американская мера борьбы

Американцы собираются сократить число «мертвых» спутников в околоземном пространстве. Их планируется разбирать и затем интегрировать добытые ценные запчасти в конструкцию новых сателлитов.

Надо сказать, что уже существует идея реанимации неработающих спутников: канадская компания MacDonald Dettwiler and Associates хочет ремонтировать и заправлять старые спутники прямо на орбите, давая им тем самым вторую жизнь.

Однако американское Управление перспективных исследовательских программ в области обороны (DARPA) задумало нечто иное. Предполагается, что на орбиту выйдет корабль, который будет перехватывать подобный космический мусор, выдирать из него антенну или какие-то иные важные детали, а потом монтировать на аппарат, который только должен заступить на вахту. Причем предполагается, что эти действия будут полностью автоматизированы: сборкой и разборкой займется робот.

Идея выглядит здравой, поскольку многие элементы спутника, списанного в утиль, например, из-за устаревшей электроники, действительно могут быть задействованы повторно. А в более широком смысле система должна будет стать чем-то вроде санитара околоземного пространства и уменьшить количество непригодных объектов на орбите. Вот только в экономической целесообразности такого начинания есть серьезные сомнения.

«Стоимость любой подобной операции будет превышать стоимость изготовления спутника из каких бы то ни было редких металлов», — убежден доцент Московского физико-технического института, старший научный сотрудник Института космических исследований РАН Александр Родин.

Дело в том, что на сегодняшний момент подобные операции, которые осуществлялись бы без участия человека, выглядят трудноосуществимыми с технической точки зрения. С другой стороны, участие человека в процессе приведет к запредельному росту затрат. Ярким примером является ремонт телескопа «Хаббл» на орбите. Телескоп существенно улучшил свою работу, но стоимость операции была гигантской, сопоставимой чуть ли не со всем проектом по созданию объекта.

Хотя в далекой перспективе обнародованный DARPA проект, по мнению Александра Родина, может иметь потенциал. «Он мог бы помочь сэкономить на человеческом труде, если сборка в космосе действительно будет роботизированной», — отмечает ученый. Рынок космического мусора в 2020 году будет стоить 3 млрд долларов и Россия вполне могла бы занять его четверть. Такое мнение высказал президент одного из предприятий российской ракетно-космической промышленности — РКК «Энергия» — Виталий Лопота.

По словам Лопоты, ликвидация одного неработающего объекта на орбите может стоить 20-50 млн долларов. Помимо получения доходов, уборка мусора может стать «завоеванием территориальных интересов», поскольку на освободившееся место Россия сможет помещать свои новые космические аппараты.

В качестве «корабля-уборщика», отметил Лопота, может использоваться универсальная космическая платформа, предварительные разработки которой уже имеет РКК «Энергия».

На орбите находится до 11 тысяч объектов

Понятие «космического мусора» включает в себя разнообразные объекты искусственного происхождения, вращающиеся вокруг Земли. «Это космические корабли и аппараты, как работающие, так и уже отработавшие свое. Последние ступени ракетоносителей, которые выводили эти аппараты на орбиту. Фрагменты космических аппаратов и ракетоносителей, которые по тем или иным причинам либо оторвались в процессе выведения от кораблей-носителей, либо появились в результате столкновения этих объектов искусственного происхождения друг с другом. Вся эта совокупность и именуется космическим мусором», — рассказал BFM.ru член-корреспондент Российской академии космонавтики имени К.Э. Циолковского (РАКЦ) Александр Железняков.

По словам Виталия Лопоты, в настоящее время на орбите насчитывается 1,2 тысячи неработающих объектов. Президент Московского аэрокосмического салона, космонавт-испытатель Отраслевого комплекса подготовки космонавтов-испытателей (ОКПКИ) Магомед Толбоев говорит, что таких объектов не менее 5 тысяч. А вот Александр Железняков оценивает количество крупных объектов в 11 тысяч и еще 150 тысяч единиц — это более мелкие фрагменты, которые нельзя рассмотреть с Земли (менее 5 см в диаметре).

По словам Толбоева, засорение космоса — общемировая проблема. «Начали Россия и Америка, затем к ним присоединились Китай, Индия, Япония, а потом продолжили и космические агентства Европы, — вспоминает космонавт. — Космический мусор — это огромная опасность. Мы можем потерять спутник стоимостью 50-60 млн долларов из-за куска, который развалился в космосе. А если не будут выполнены поставленные задачи, потери составят уже сотни миллионов долларов».

В космосе прав нет

На данный момент правового регулирования проблемы отработавших спутников и обломков космических аппаратов не существует. «Неработающий аппарат, который не способен совершать маневры на орбите, также можно отнести к космическому мусору. Поэтому на него не может претендовать даже страна, запустившая этот объект», — уточняет Железняков.

Между тем, расчистка геостационарной орбиты действительно может стать определенным территориальным завоеванием. «Каждая точка на геостационарной орбите принадлежит какой-то стране или компании. Распределением занимается Международная федерация электросвязи. И в случае, если точка занята космическим мусором и не может использоваться, страна, которая ее расчистит, может претендовать на ее использование в дальнейшем. Таким образом, это действительно расширение интересов той или иной державы на геостационарной орбите. Думаю, России стоит работать в этом направлении, так как это экономически выгодно, и в стратегическом плане повышает роль России в освоении космического пространства», — объясняет Александр Железняков.

Россия ждет заказа от мирового сообщества

Как всегда, у России на очищение космического пространства денег нет, сетует официальный представитель Роскосмоса Александр Воробьев. Но в то же время есть человеческий ресурс, поэтому проблему замусоренности околоземного пространства можно решить. «Любые цифры и сроки связаны с отсутствием или присутствием денег. Вряд ли России стоит брать на себя полностью решение этой проблемы. Не за счет же России чистить космос? Вот если последует заказ мирового сообщества и будут выделяться деньги, тогда конечно», — говорит Воробьев.

По словам представителя Роскосмоса, проблема важна с точки зрения предстоящих запусков, так как может дойти до того, что Россия вынуждена будет уменьшать количество запускаемых космических аппаратов и думать, не попадет ли очередной аппарат в громадную платформу.

«Но если будет финансирование, то и Российское космическое агентство, и Минобороны сразу же приступят к работе», — резюмирует Магомед Долбоебов.. Сперва – леса, озёра и реки, потом – атмосфера, моря и океаны... Человечество не слишком бережно относится к родной планете, иначе проблема загрязнения окружающей среды не стояла бы сегодня так остро. Но если наша Земля имеет всё же ограниченные размеры, то уж Вселенная-то бесконечна, и её, казалось бы, мусором не завалишь. Как бы не так! Законы гравитации заставляют большую часть космического мусора накапливаться в околоземном пространстве. Между тем, хотя с начала освоения космоса прошло менее полувека, что по меркам Вселенной – исчезающе малый промежуток времени, – человечество за столь короткий срок не только успело произвести более 4-х тысяч запусков ракет-носителей, но и умудрилось изрядно засорить космическое пространство. Ближние и дальние окрестности нашей планеты постепенно превратились в помойку. Конечно, если сравнивать с земными свалками, то космического мусора ничтожно мало – его масса на низких околоземных орбитах составляет всего около 5-ти тысяч тонн, – но и он представляет нешуточную угрозу для человечества. И угроза эта с каждым годом растёт, а эффективных решений проблемы пока не предложено. Их поиску и был посвящён прошедший недавно в Дармштадте, в Центре управления полётами Европейского космического агентства, уже четвёртый по счёту международный конгресс, собравший более 250-ти специалистов. Особая опасность космического мусора связана с тем, что он перемещается в пространстве с огромной скоростью. В космосе мы имеем дело со скоростями столкновений до 15-ти километров в секунду, это почти 50 тысяч километров в час. Поэтому даже частица, линейные размеры которой составляют лишь 1 сантиметр, может серьёзно повредить космический аппарат. Такая частица обычно летит со скоростью около 10-ти километров в секунду, то есть как минимум в 20 раз быстрее пули. Для космического аппарата встретиться с этой частицей – всё равно что столкнуться с легковым автомобилем среднего класса, движущимся со скоростью 80 километров в час.

 

И такие аварии случаются, хоть пока и нечасто. Зато «встречи» с более мелкими частицами происходят уже регулярно. По словам Хайнера Клинкрада (Heiner Klinkrad), ведущего аналитика Центра управления полётами в Дармштадте, за время эксплуатации американских «шаттлов» зарегистрированы тысячи столкновений с частицами размером в 1 миллиметр и меньше. Обшивка возвратившихся из космоса «челноков» каждый раз оказывалась буквально усеяна выбоинами до сантиметра глубиной. 80 раз на «шаттлах» приходилось менять иллюминаторы. Да и на доставленных на Землю солнечных батареях космического телескопа «Хаббл» было обнаружено немало царапин, вмятин и пробоин. Особенно остро проблема безопасности стоит перед Международной космической станцией. По словам Сергея Кулика, эксперта Российского космического агентства, МКС приходится не реже раза в год совершать маневрирование, чтобы избежать опасного сближения с крупными объектами. Повысить живучесть станции можно также за счёт её компоновки, размещая жизненно-важные модули за второстепенными. Однако наиболее эффективное средство защиты – это специальные экранные конструкции. Один из таких экранов изготовлен во Фрайбурге по заказу Европейского космического агентства для научно-исследовательского лабораторного модуля «Колумбус». Правда, его пристыковка к МКС, запланированная на 2004-й год, не состоялась, но европейцы надеются, что с возобновлением полётов «шаттлов» им удастся наверстать упущенное. Тогда-то защитный экран и пригодится. Один из его разработчиков – Франк Шефер – рассказывает:

 

Речь идёт о защитном экране, способном задерживать частицы с линейными размерами до 2-х сантиметров и скоростями до 7-ми километров в секунду. Он состоит из нескольких слоёв: снаружи – листовой алюминий, под ним – керамические и полиамидные волокна. Конечно, ещё более толстый экран смог бы задерживать и более крупные частицы, но ведь он должен удовлетворять двум условиям. Во-первых, стоимость его доставки в космос не должна выходить за разумные рамки. Во-вторых, экран не должен быть слишком тяжёлым, иначе запустить весь модуль на орбиту будет невозможно технически. Конечно, рассматриваются и другие методы защиты от космического мусора: например, передвижной экран, который реагирует на сигнал, подаваемый системой автоматического обнаружения, и тотчас занимает «оборонительную» позицию.

 

Понятно, что экраны – это лишь частичное решение проблемы безопасности космических полётов. Однако, по мнению экспертов, технические средства радикальной очистки космоса от хлама в обозримой перспективе созданы не будут. Более того, даже если с сегодняшнего дня вообще прекратить запуск в космос каких бы то ни было новых аппаратов, всё равно мусора там год от года будет прибывать. Главный источник загрязнения – это случайные взрывы ракет-носителей и космических аппаратов: они дают до 80-ти процентов всех объектов космического мусора размером более 5-ти сантиметров. Каждый год происходит в среднем 4 таких взрыва. Они объясняются наличием на борту источников и накопителей энергии – таких как компоненты топлива, аккумуляторные батареи, газовые баллоны и прочее. Между тем, каждый такой взрыв приводит к более значительному увеличению числа только наблюдаемых элементов космического мусора (а сколько ненаблюдаемых!), чем все запуски космических аппаратов за год.

 

На заре космической эры неисправные детали было принято просто выбрасывать за борт, а пустые топливные баки ракет-носителей – взрывать. Но после того как в 1996-м году французский разведывательный спутник «CERISE» вышел из строя, столкнувшись с осколком топливного бака французской же ракеты-носителя «Ариан-5», космические державы заключили договор, запрещающий взрывать топливные баки и ступени ракет-носителей. Гораздо проще следить за одним крупным объектом, чем за сотнями мелких частиц и фрагментов.

 

Аварии возникают и из-за «перенаселённости» некоторых орбит. В космосе нет межгосударственных границ, поэтому долгое время космические державы размещали свои спутники там, где считали нужным. В результате ёмкость так называемых «удобных» орбит уже сегодня практически исчерпана. На низких околоземных орбитах, то есть на высотах до двух тысяч километров, сегодня находятся несколько сотен активных и более двух с половиной тысяч уже не действующих спутников, и численность этой флотилии стремительно растёт. Ещё хуже обстоят дела на геостационарной орбите, расположенной на высоте около 36-ти тысяч километров. Её главное достоинство в том, что находящиеся на ней спутники неподвижны относительно Земли. Это позволяет вести с них наблюдение и обеспечивать надёжную связь на территории, превышающей 90 процентов земной поверхности. Франк Шефер поясняет:

 

Обычно спутник – например, спутник связи, – используется от пяти до десяти лет. Потом он технологически устаревает, и ему на смену запускают новый. Сегодня 95 процентов спутников – попросту металлолом, и этот хлам будет засорять Вселенную веками, поскольку время баллистического существования объектов в космическом пространстве очень велико. На геостационарной орбите оно может достигать миллиона лет, на низких околоземных орбитах составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч лет.

 

По расчётам специалистов, при такой тесноте на геостационарной орбите высока вероятность возникновения так называемого «каскадного эффекта», то есть цепи последовательных столкновений, способных привести не только к разрушению действующих космических аппаратов, но и к образованию огромного количества мелкого мусора. Чтобы предотвратить перенасыщение геостационарной орбиты, ООН объявила её «ограниченным природным ресурсом», и теперь места там «выдаются» строго по заявкам. Франк Шефер добавляет:

 

Чтобы решить эту проблему, на международном уровне было предложено уводить вышедшие из строя спутники на так называемую «орбиту захоронения», расположенную на 300 километров выше рабочей орбиты. Конечно, со временем и она окажется заполненной, но на сегодня это единственный выход. Проблема же в том, что для транспортировки спутника на «орбиту захоронения» нужно горючее, а доставка каждого лишнего килограмма груза в космос обходится в десятки тысяч долларов. Никто не хочет нести эти дополнительные расходы.

 

Поэтому сегодня лишь треть отслуживших свой срок спутников уводятся на «орбиту захоронения», весь прочий металлолом остаётся на геостационарной орбите, угрожая безопасности соседних спутников.

Что же касается более низких орбит, то очистить их от вышедших из строя космических аппаратов в принципе возможно: например, использовать остатки топлива для перевода спутников на траекторию снижения. Или применять специальные оболочки для увеличения внешней поверхности космических аппаратов, что способствовало бы их скорейшему вхождению в плотные слои атмосферы. Вот только сгорают они там, к сожалению, не всегда. По оценке Сергея Кулика, крупные объекты вроде орбитальных станций «Союз 6 – Салют», «SkyLab» и «Мир» сгорели лишь на 60-90 процентов. Остальное развалилось на множество фрагментов, которые рассеялись на площади в несколько тысяч квадратных километров. Более того, несколько раз дело чуть было не дошло до радиоактивного заражения местности. Григорий Чернявский, директор Центра программных исследований Российского космического агентства, говорит:

 

Случаи падения космических аппаратов с ядерными источниками энергии – двух советских и одного американского – действительно имели место в период выполнения соответствующих программ и были связаны с аварийными ситуациями.

 

Утешает лишь то, что сегодня все программы применения ядерной энергетики в космической технике закрыты. Но как быть со старыми спутниками? Григорий Чернявский говорит:

 

Что касается ранее запущенных космических аппаратов с радиоактивными элементами, то они находятся на высоких орбитах со сроком баллистического существования не менее 300 лет. За это время объекты должны стать радиационно-безопасными. Их фрагменты – в случае возможного пробоя корпуса космического аппарата и вытекания радиоактивных веществ в космосе – могут представлять опасность как обычный мусор и создавать некоторый дополнительный радиоактивный фон.

 

Риск, что обломки космического аппарата упадут на Землю, существует всегда, - считает Франк Шефер:

 

Известен пример, когда топливный бак американской ракеты «Delta» упал в Техасе, хотя – по расчётам специалистов – он должен был сгореть в плотных слоях атмосферы. Сегодня государства тесно сотрудничают в этом вопросе: если какая-то страна знает, что один из её спутников может упасть на Землю, она всех предупреждает об опасности.

 

К сожалению, точно указать район и время прибытия такого «небесного подарка» эксперты могут не ранее чем за сутки до падения, так что времени на принятие мер предосторожности почти не остаётся.

Сегодня за космическим мусором следят мощные радиолокационные и оптические  установки. Полученные данные регистрируются в специальных каталогах – это позволяет перед запуском космических аппаратов рассчитывать их курсы так, чтобы избежать столкновений с частицами мусора. Но это помогает далеко не всегда. С помощью наземных средств удаётся наблюдать лишь те космические объекты, линейные размеры которых составляют не менее 10-ти сантиметров. Их зарегистрировано уже почти 9 тысяч, причём лишь около 6-ти процентов из них – действующие спутники, всё остальное – мусор. А ведь опасными при столкновении в космосе считаются объекты размером от одного сантиметра.

 

Для более точного прогнозирования такого рода событий немецкие учёные разработали недавно новую компьютерная модель. Карстен Видеман (Carsten Wiedemann), сотрудник Института аэрокосмических систем при Техническом университете в Брауншвейге, говорит:

 

Наша цель состоит в том, чтобы с помощью этой модели оценить вероятность аварийного отказа космического аппарата вследствие его столкновения с частицами космического мусора. Программа позволяет определить, из какого направления, с какой скоростью, то есть с какой кинетической энергией, и какие частицы с определённой вероятностью столкнутся с тем или иным спутником на той или иной орбите.

 

Европейское космическое агентство намерено уже в конце текущего года предоставить новую программу всем заинтересованным организациям и фирмам. Конечно, компьютерным моделированием и прогнозированием нежелательных космических встреч давно занимается и НАСА, но расчёты американцев надёжны лишь в том случае, если речь идёт о низких орбитах.

 

Преимущество же нашей программы – в том, что она даёт реалистическое распределение космического мусора во всём околоземном пространстве. Таким образом, мы имеем возможность и на геостационарной орбите моделировать потоки частиц мусора размером до 1 микрометра.

 

Расчёты НАСА базируются на данных радарных станций и обсерваторий. Немецкие специалисты пошли иным путём: они смоделировали все запуски, аварии и прочие события, так или иначе породившие космический мусор, и ввели эту информацию в свои компьютеры. Карстен Видеман поясняет:

 

Три главных источника космического мусора – это, во-первых, обломки после взрывов, затем частицы шлака от твердотопливных ракетных двигателей, и капли жидкого металла из ядерных реакторов. В околоземном пространстве с начала космической эры до сегодняшнего дня имели место в общей сложности 189 взрывов, и все они учтены в наших расчётах.

 

Учтены и 1069 включений твердотопливных двигателей на орбитах, и примерно 66 тысяч металлических капель, образовавшихся ещё в 80-е годы при сбросе выгоревших реакторов. Конечно, такой подход потребовал огромного объёма расчётов, но он себя оправдал. Браушвейгская программа даёт более точную информацию об угрозе столкновений, чем все прочие программы.

Что же касается проблемы космического мусора в целом, то бороться с ним надо так же, как и с мусором на Земле: не допускать его возникновения. И так же, как на Земле, это связано со значительными расходами. Но другого пути нет – в этом были едины все участники конгресса в Дармштадте.