Ракета-носій Falcon 9 кілька днів тому вивела на орбіту космічну вантажівку Dragon, на борту якої знаходиться експериментальний космічний смітник, апарат RemoveDebris. Він дозволить перевірити на практиці технологію прибирання відпрацьованих своє космічних апаратів і їх фрагментів за допомогою гарпуну і мережі. Наскільки засмучений навколоземний простір? Чи вистачить у ньому місця для нових супутників? Ми вирішили розібратися в цьому питанні за допомогою наукового співробітника Інституту прикладної математики імені М.В. Келдиша Михайла Захваткіна.
Таким апаратам, як RemoveDebris, буде чим зайнятися. Згідно з даними програми NASA з вивчення космічного сміття, кількість сміттєвих об'єктів розміром більше 10 сантиметрів наближається до 20 тисяч, а їх сумарна маса - до 8 тисяч тонн, при цьому більша їх частина - уламки космічних апаратів.
За розрахунками Європейського космічного агентства, кількість об'єктів розміром більше одного сантиметра досягає 750 тисяч, а фрагментів меншого розміру може бути в тисячі разів більше. Величезна кількість дрібних фрагментів мікронного розміру породжує робота двигунів, серед них дуже багато дрібних частинок фарби, і цей рукотворний пил вже сьогодні завдає реальної шкоди, залишаючи дірки і мікрократери в корпусах і на сонячних батареях космічних апаратів.
Звідки береться сміття
При цьому запаси сміття на орбіті постійно поповнюються - щороку в навколоземному просторі з'являється близько сотні нових космічних апаратів, причому це не тільки супутники, це ще й треті ступені ракет, розгінні блоки.
Рано чи пізно інтенсивне заселення орбіти повинно було призвести до «комунальних проблем», і в 1978 році співробітники NASA Дональд Кесслер і Бертон Кур-Пале прийшли до висновку, що в недалекому майбутньому зіткнення між вийшли з ладу супутниками почнуть відбуватися так часто, що кількість уламків буде рости експоненціально (навіть якщо в цей момент космічні запуски припиняться взагалі) і в кінцевому рахунку навколо Землі сформується кільце з уламків космічних апаратів, схоже на кільце Сатурна. Вони передбачали, що перше зіткнення космічних апаратів відбудеться ще до 2000 року. Насправді зіткнення супутників «Космос-2251» і Iridium 33 сталося 19 лютого 2009 року, причому їхня «зустріч» породила відразу 1150 настільки великих уламків, що їх могли помітити радари системи контролю космічного простору.
Хоча синдром Кесслера - неконтрольовану ланцюгову реакцію руйнування апаратів на орбіті і перетворення навколоземного простору в заборонену зону - ми поки можемо спостерігати тільки у фільмах, таких як «Гравітація» або «Валлі-І», космічне сміття вже зараз стає відчутною перешкодою. Досить згадати, що Міжнародній космічній станції (МКС) регулярно доводиться коригувати орбіту, щоб уникнути зіткнень, а ще частіше космонавтам доводиться кидати всі справи і забиратися в корабель «Союз», щоб перечекати момент небезпечного зближення станції c фрагментом космічного сміття. Деталі, доставлені на Землю з МКС, часто несуть мікропошкодження - сліди ударів дрібних сміттєвих уламків.
Деяке самоочищення навколоземного простору все ж відбувається, пояснює науковий співробітник Інституту прикладної математики імені М.В. Келдиша Михайло Захваткін. За його словами, в межах 11-річного циклу сонячної активності близько 250-300 сміттєвих об'єктів на рік доводиться виключати з каталогів - вони просто входять в атмосферу і згорають. Але швидкість цього очищення дуже сильно змінюється залежно від фази циклу сонячної активності (в періоди активного Сонця атмосфера Землі «розбухає» і починає сильніше гальмувати об'єкти) і від висоти орбіти.
"Хоча вплив атмосфери відчувається на висотах до 1500 кілометрів, дійсно ефективно атмосферне гальмо працює тільки на низькій навколоземній орбіті, тобто на орбітах висотою до 500-600 кілометрів. У цій зоні супутники без постійного підйому орбіти за допомогою двигунів можуть проіснувати максимум пару десятків років, потім вони увійдуть в атмосферу і згорять. Але вже на висотах 700-1000 кілометрів космічні апарати можуть перебувати 50-100 років, тобто в масштабах людського життя - практично вічно. Причому ці орбіти найбільш популярні, там дуже багато сонячно-синхронних супутників, тому що їм не потрібно витрачати багато палива, щоб підтримувати цю орбіту. На ці висоти запускають багато апаратів, тому що вони можуть вижити там досить довго ", - каже вчений.
Поверх від 700 до 1000 кілометрів - найпопулярніший і заселяється найшвидше, проте навіть на цих висотах реалізація катастрофічного сценарію, описаного Кесслером, - справа далекого майбутнього.
"На низьких орбітах обертається 13 тисяч супутників, за 200 років при самому негативному сценарії їх кількість зросте до 100 тисяч, а значить, ймовірність зіткнень зросте приблизно в 100 разів. Сьогодні ймовірність катастрофічного зіткнення - приблизно один раз на п'ять років, зі зростанням ймовірності зіткнень ми отримуємо значення приблизно 20 інцидентів на рік на популяцію в 100 тисяч апаратів. Це не настільки високий ризик, щоб зробити запуск супутників у цю зону комерційно безглуздою ", - пояснює Захваткін.
Однак, вважає вчений, не слід посилювати проблему, залишаючи її вирішення майбутнім поколінням, тому заходи для боротьби із забрудненням навколоземного простору потрібно опрацьовувати вже зараз.