Космический мусор: чем он опасен для жителей Земли
Что такое космический мусор
Космический мусор представляет собой твердые отходы космической деятельности. Сюда относятся неработоспособные спутники, запущенные человеком за 60 лет освоения космоса, вторая и третья ступени ракета-носителя (первая обычно падает в Тихий океан), разгонные блоки и фрагменты спутников после взрыва или столкновений, например, фрагменты обшивки — так появляется космический мусор.
Ученые подсчитали, что сейчас в космосе находится почти 128 млн кусков космического мусора размером более 1 мм и 34 тыс. частиц размером более 10 см. Все, что меньше 1 мм подсчитать крайне трудно, некоторые ученые говорят о триллионах таких частиц. Около 3 тыс. спутников вышли из строя из-за мусора и сами превратились в космический мусор.
Астрономы могут отследить только крупные фрагменты, так как скорость частиц может доходить до 14 км/с (зависит от орбиты). Россия и США сейчас наблюдают за 23 тыс. космических объектов размером от 10 см, каталогизировано же и того меньше — 17 тыс. При этом 95% каталога космических объектов составляет космический мусор.
Проблемы и угрозы
Степень опасности космического мусора определяется в основном тремя факторами:
- как долго космический мусор находится на орбите;
- какова скорость движения;
- велика ли сложность утилизации космического мусора.
Главная проблема мусорного кризиса в космосе — выход из строя работающих спутников при столкновении с космическим мусором. Из-за больших скоростей опасность представляют даже частицы менее 1 см, они могут пробить противометеоритную защиту орбитальной станции. При столкновении с объектом более 10 см любой космический аппарат или станция гарантированно уничтожаются.
В мае 2016 года в Международную космическую станцию (МКС) влетела частица космического мусора размером в сотые доли миллиметра и оставила на МКС скол диаметром около 7 мм. Чтобы не допустить более разрушительных последствий МКС приходится регулярно менять свою орбиту, уворачиваясь от мусора.
Хоть мелкий мусор и не влечет за собой катастрофических последствий, однако его опасность заключается в гигантском объеме, неконтролируемом распределении в пространстве, огромной скорости и абсолютной непредсказуемости столкновений.
Сейчас около 99% потенциально опасных объектов вовсе не контролируется из-за их малых размеров и огромных скоростей.
Что такое синдром Кесслера и при чем он здесь
Ученые предполагают, что в какой-то момент мы больше не сможем выводить новые спутники на орбиты, так как они будут полностью заняты космическим мусором. Это может произойти из-за каскадного эффекта, который называется синдромом Кесслера:
стремительно растущий объем космического мусора будет производить другой мусор, а он, в свою очередь, по цепной реакции — новый мусор.
Общий характер каскадного эффекта такой же, как и у ядерной цепной реакции. Таким образом орбиты будут заняты, и человек больше не сможет запускать летательные аппараты по причине неконтролируемых столкновений.
Вероятность столкновений на любой орбите растет приблизительно пропорционально квадрату количества космических объектов. Есть ученые, которые считают, что каскадный эффект уже начался в некоторых орбитальных областях и для некоторых классов космического мусора (на высотах 900–1000 км и 1500 км).
Наиль Бахтигараев, старший научный сотрудник Института астрономии РАН:
«Где-то десять лет назад поднялся шум из-за эффекта Кесслера. Считалось, что он вот-вот начнется, но затем его отложили. Когда он все-таки начнется, зависит от уровня развития науки и технологий. Но даже если мы будем предпринимать технические мероприятия по уничтожению мусора, то этот момент все равно настанет. Сейчас мы лишь замедляем и отдаляем его»
10 февраля 2009 года на расстоянии 790 км над уровнем моря столкнулись два спутника: американский Iridium-33 и российский «Космос-2251». В результате летательные аппараты разлетелись на 600 осколков размером более 5 см и несколько тысяч более мелких.
Впрочем, на сегодняшний день столкновения работающих летательных аппаратов с космическим мусором на орбите происходят довольно редко благодаря работающим системам слежения. Существует другая проблема — взрывы старых спутников, на борту которых осталось топливо и отработанные аккумуляторы. Под различного рода воздействием они могут повреждать работающие спутники сильнее, чем обычные столкновения.
Утилизация космического мусора
Говорить о том, что космический мусор станет серьезной проблемой, начали еще в 1960-е годы, на заре освоения космоса. Но до сих пор не придумали реальной возможности массово удалять мусор с околоземных орбит. «Существуют программы по удалению космического мусора, но они единичные и не решают проблему. Удалить можно только крупный мусор, то есть более 20 см, с объектами менее 10 см возникают большие сложности», — говорит Бахтигараев из Института астрономии РАН.
Так как существующие технологии не способны избавить космос от мусора, то космические агентства начали уделять внимание профилактике. Для новых аппаратов предъявляют стандарты, например, на борту космических аппаратов закладывают ресурс, чтобы они могли уходить от столкновений с мусором. Также их снабжают броней, которая защищает космического мусора, но только от мелкого.
На сегодняшний день работающей технологией по утилизации космического мусора является увод старых спутников на соседние орбиты. Это можно сделать с помощью аппаратов-захватчиков, которые буксируют мусор на орбиты для захоронения. Также отработанные спутники могут сами уходить со своих мест на остатках топлива. Но массово эти методы не применяются.
Считается, что космический мусор не падает на Землю, но это не совсем так. Для отработанных крупных спутников и грузовых кораблей на Земле в Тихом океане существует свое кладбище, где их затапливают, так как они не сгорают в атмосфере. Это место расположено в южной части Тихого океана около точки Немо, самого удаленного от суши места на Земле. Над этим местом запрещено летать и проплывать кораблям. Так проблема космического мусора превращается в проблему земного мусора. С 1971 по 2016 года там захоронили минимум 260 аппаратов.
Сейчас перед астрофизиками стоит задача, как избавиться от мусора на геостационарной орбите или поясе Кларка. Она находится непосредственно над экватором Земли на расстоянии 35 786 км. Эта орбита очень привлекательна для запуска спутников, так как на ней летательные аппараты требуют меньше топлива и охватывают значительно больше поверхности Земли, чем на других орбитах. Однако количество точек стояния спутников на геостационарной орбите ограничено — их около 180. Помимо очистки геостационарной орбиты, важное значение имеет удаление космического мусора в окрестностях МКС, так как станция является дорогостоящей и очень уязвимой.
Космический мусор: карты и модели
Чтобы убедиться, что наша планета окружена мусором, не надо лететь в космос. Ученые смоделировали то, как выглядят околоземные орбиты. Один из таких сайтов — «Гид в мире космоса». Карта показывает соотношение работающих спутников к тем, которые уже стали мусором.
Видео от Европейского космического агентства демонстрирует, насколько много мусора находится вокруг Земли. В начале модель показывает обломки больше 1 м, а в самом конце — количество космических объектов от 1 мм:
Источник
10 обескураживающих фактов о космическом мусоре
Представьте, что вы едете в машине, которая мчится без тормозов и возможности повернуть. Теперь представьте себе множество других водителей, которые оказались в таких же условиях. Столкновение неизбежно, это лишь вопрос времени. Примерно это нас ждет, если мы не начнем борьбу с постоянно растущим количеством барахла, плавающего на орбите нашей планеты. Перед вами десять волнующих, обескураживающих и пугающих фактов о космическом мусоре.
Проблема космического мусора гораздо серьёзнее, чем вы думаете
Космический мусор каталогизируют и отслеживают
С начала 1980-х годов ВВС США поддерживают особенную команду, которая регистрирует и отслеживает максимально возможное количество космического мусора.
В настоящее время наблюдается более 20 000 отдельных элементов размером с небольшой мяч и около 500 000 элементов размером с небольшой камешек — и это число растет.
Каждый из этих элементов движется вокруг Земли на скорости 28 000 километров в час. Если два таких столкнутся — будь то космический мусор, «живой» спутник или даже Международная космическая станция — последствия могут быть трагичными. Даже одна крупинка краски (которая слишком мала, чтобы ее отслеживать) может существенно повредить космический аппарат или убить космонавта во время выхода в открытый космос.
Существует «соглашение» по возвращению космического мусора на Землю
Один из способов борьбы с космическим мусором — отправить его обратно на Землю и сжечь в атмосфере во время повторного входа. Как именно это будет протекать на практике, пока не согласовано до конца, но считается вполне жизнеспособным вариантом по очистке полей обломков на орбите.
Когда было предсказано приземление WT1190F (порядковый номер определенного куска мусора) в Индийском океане — после того, как он побывал чуть ли не на лунной орбите — появилась возможность отслеживать и прогнозировать движения объекта. Приземление WT1190F также позволило ученым наблюдать непосредственный вход обломка в атмосферу и проверить план действия на случай возникновения чрезвычайно ситуации.
Космический мусор вынудил МКС трижды менять курс в 2014
Космический мусор доставил МКС проблем
Не забывайте, что даже незначительное изменение положения МКС требует нескольких дней для маневра. В 2014 году Международная космическая станция была вынуждена трижды менять положение, чтобы избежать возможного катастрофического и смертельного столкновения. Что более важно, 2014 год не был чем-то особенным по части таких маневров. Мусор постоянно отслеживается с Земли и на борту МКС, так что изменения орбиты происходят постоянно.
Однако бывают времена, когда мусор замечают слишком поздно, чтобы успеть передвинуть МКС. В такие напряженные моменты все астронавты отсиживаются в укрытии.
Существует опасность критического повреждения спутников
Если кусок космического мусора попадет в спутник, тот либо будет серьезно поврежден, либо полностью уничтожен. Но если это произойдет с несколькими важнейшими спутниками, это окажет серьезное влияние на жизнь на Земле. Живое теле- и радиовещание, Интернет, GPS, мобильная связь — все это окажется нарушенным.
И хотя такие нарушения однозначно должны быть временными, существует реальная и мрачная вероятность, что они могут привести к конфликту между странами. В и без того подозрительном мире невинный акт уничтожения спутника силами космического мусора может быть по ошибке принят за атаку другого государства. Во времена холодной войны такие прогнозы воспринимались очень серьезно и война постоянно стояла на пороге.
Дистанционно управляемый космонавт
Европейское космическое агентство надеется развернуть технологию, которая сделает жизнь космонавтов чуть менее опасной с точки зрения работы с космическим мусором. Робот с дистанционным управлением по имени «Джастин» может проводить внекорабельную активность вместо космонавтов, тем самым уменьшая шансы на столкновение людей с обломками.
Вместо человека в скафандре может быть робот
Робот-космонавт будет управляться из лаборатории ЕКА «Коламбус» оператором на борту Международной космической станции с помощью экзоскелетной перчатки. Электронные датчики воспроизводят ощущение прикосновения, так что оператор будет чувствовать все, к чему прикасается «Джастин».
Что такое кубсаты?
Известно, что кубсаты (CubeSat) можно забрасывать на орбиту постоянно, перевозить их десятками в качестве дополнительного груза. Однако они живут недолго и не особо управляемы. После выхода на орбиту они тоже становятся кусками космического мусора, который вполне может столкнуться с чем-то более полезным.
Неуправляемая природа кубсатов не единственная побочная сторона этого продукта; считается, что одна пятая часть всех кубсатов фактически нарушает международные правила утилизации орбитальных аппаратов и, следовательно, вообще не должна запускаться.
Хотя известных случаев столкновений с участием кубсатов пока не было, темпы их вывода на орбиту постоянно растут и увеличивают вероятность того, что это произойдет в ближайшем будущем.
Каждое столкновение усугубляет проблему
Мусором переполнена не только наша планета, но и пространство вокруг нее
Хотя столкновений с активными спутникам или космическими аппаратами пока не было, даже космический мусор, который сталкивается с другим космическим мусором, может повлечь серьезные проблемы. Говорят, что каждое столкновение между космическими обломками увеличивает проблему во сто крат, поскольку столкновение превращает два куска в двести, а их приходится заново выявлять и ставить на учет. И чем меньше эти части, тем сложнее обстоит дело.
По сути, это основная проблема тех, кто хочет бороться с проблемой космического мусора — что мертвый орбитальный мусор нельзя взять под контроль. Спутник можно переместить, но кусок мусора, который планирует столкнуться с другим, нет.
Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на нас в Яндекс.Дзен, чтобы не пропускать новые материалы!
Проект космического забора
Некоторые астрономы предлагают ловить космический мусор при помощи сетей
Хотя программа космического забора не сможет снизить количество космических обломков на орбите, она позволит лучше отслеживать, что там уже находится. Космический забор — это по сути система цифровой радиолокации, которая разворачивает виртуальный забор вокруг планеты и может отслеживать обломки до 10 сантиметров, используя оптические датчики и длины волн более высокой частоты, чем сейчас.
Возможность отслеживать небольшие объекты в дополнение к более крупным позволит ученым лучше прогнозировать движения таких объектов в будущем, а также направлять космонавтов и спутники точнее и безопаснее. Это небольшой шаг в правильном направлении: нам нужно повышать возможности контроля.
Как бороться с космическим мусором?
Есть много идей и теорий на тему того, как лучше бороться с космическим мусором, от вполне выполнимых до крайне амбициозных. Единственное, что их объединяет, это то, что какое бы решение ни было принято, финансовая часть будет очень большой. Это создает дополнительное давление на ситуацию. Ошибка будет не только стоить денег, но и вызовет негодование общественности.
Говоря о широком спектре идей решения этой проблемы, предлагают метод, например, «гарпуна», который сможет захватывать крупные куски космического мусора и перетаскивать их в нужное место. Другой способ — развернуть большую «космическую сеть», которая будет собирать космический мусор и выводить его на курс отправки в космическое пространство или обратно на Землю, чтобы он сгорел в атмосфере. Предлагают также использовать лазеры, чтобы «подталкивать» объекты с орбиты.
Многие частные компании тоже подсели за круглый стол предложений по борьбе с этой проблемой, что приветствуется, поскольку частные компании тратят частные деньги.
Мы окажемся в ловушке космического мусора через 200 лет
Если мы не найдем способ остановить постоянно растущее число мертвых искусственных объектов вокруг нашей планеты, то уже через пару сотен лет мы окажемся в ловушке на Земле. Космические миссии станут невозможны, поскольку вероятность столкновения и смерти будет слишком высокой. Неизвестно также, как нарастающее количество космического мусора может сказаться на будущем Земли и планеты. Например, если какой-то мусор сгорит не до конца и обрушится на головы несчастных людей.
Сможем ли мы решить эту проблему? Я думаю, если мы собираемся каждые два года отправлять вереницу кораблей на Марс или построим новый орбитальный форпост на замену МКС, без этого никак. Иначе риск будет слишком высок.
Источник