Есть пробитие: чем опасен мусор в космосе и сколько времени осталось у человечества до катастрофы

Пару недель назад российский «Прогресс» увёл МКС от столкновения с космическим мусором в очередной раз, а в новом отчёте NASA отчитались о том, что SpaceX Dragon по возвращении со станции получил около 14 новых отверстий в своей обшивке. Вот такие сейчас сложились будни космических полётов. А теперь подумайте, насколько всё усугубится в ближайшем будущем...

О чём вообще речь?

Космический мусор — это всё, что остаётся от космических объектов после их использования или крушения. Он может быть очень разнообразным: от старых спутников и осколков до отходов, которые оставляют космонавты. На первый взгляд космический мусор кажется не такой уж и опасной проблемой. Но проблем от него будет гораздо больше, чем вы себе можете представить.

Во-первых, космический мусор — угроза для космических миссий. Спутники, космические аппараты и ракеты, которые не смогут уклониться от осколков в космосе, получат повреждения и выйдут из строя. То есть потеряют данные, ради которых летали настолько далеко, перестанут выходить на связь и навечно «зависнут» в космосе. А в некоторых случаях мусор может протаранить и вывести из строя космические системы, которые критически важны для жизни на Земле.

Во-вторых, космический мусор может представлять угрозу для жизни и на самой Земле. Большинство единиц космического мусора находятся на околоземной орбите. На этой самой орбите он будет периодически сталкиваться с другими объектами — в итоге всё это разлетается на множество осколков, которые будут лететь на Землю. Если осколки достаточно большие, они будут прилетать в здания, транспорт и людей, иногда со смертельными последствиями.

Угроза из космоса

Показательным случаем в своё время стали советские спутники УС-А, которые входили в состав системы морской космической разведки и целеуказания МКРЦ «Легенда». Из-за особенностей конструкции и положения на орбите солнечные батареи в таких спутниках не давали достаточно энергии, поэтому на УС-А установили ядерные реакторы с обогащённым ураном-235.

Всего запустили серию из 30 аппаратов, несколько из них уже вернулись на Землю. В 1978 году один из этих аппаратов под названием «Космос-954» упал на территорию Канады, а обломки спутника вызвали радиоактивное заражение местности, которая (повезло) была малонаселённой. Всего на территорию площадью 124 000 км² упало около сотни радиоактивных обломков. В местах падения некоторых из них радиоактивность действительно была значительной — до 200 рентген/час. За такую оплошность СССР пришлось выплачивать компенсацию в размере 3 млн канадских долларов и на три года отказаться от запуска подобных спутников.

А ещё в 1970-х годах произошли выбросы калий-натриевых капель из реакторов этих спутников, они превратились в облака взвешенных частиц размером около 10 миллиметров на высоте 950 километров, которые очень медленно испаряются (они просуществуют около 800 лет).

После сворачивания программы неисправные аппараты оставили на орбите на высоте около 1000 километров, где они будут висеть ещё 2000 лет (!).

Угроза в космосе

Столкновений на орбите тоже очень много (особенно для такого огромного пространства): например, ещё в 1996 году французский спутник налетел на третью ступень французской ракеты Arian. Столкновение стоило EKA от 360 до 500 млн долларов (в которые входит не только стоимость ракеты, но и научное оборудование полезной нагрузки), и это не считая репутационных потерь.

В 2009 году столкнулись «Космос-2251» и Iridium 33 на относительной скорости почти 10 км/с. Спустя год космические наблюдатели подсчитали во что это вылилось — 528 фрагментов обломков Iridium 33 и 1347 фрагментов обломков «Космоса-2251» размером более 10 см на орбите. При этом на начало 2023 года только 29 фрагментов Iridium 33 и 60 фрагментов «Космоса-2251» упали на Землю. Специалисты говорят, что часть обломков останутся в космосе более 30 лет, а другая часть может пробыть на орбите более 100 лет.

Ну, пробудут и пробудут, что такого? В чём опасность осколков на орбите? А дело в том, что эти осколки движутся с огромной скоростью — до 30 000 км/ч. Даже мелкий объект размером до миллиметра на такой скорости способен пробить обшивку (как в случае с микрометеороидами и «Прогрессами») и привести к аварии. А теперь представьте, если «пуля» из космического мусора будет уже размером со смартфон? Для МКС, например, это будет катастрофой.

Станцию спасает то, что её высоте (около 400 километров) судьба космического мусора уже предопределена. Там атмосфера достаточно плотная, поэтому всякие обломки замедляют своё хаотическое движение, начинают тормозиться и благополучно падают на Землю, где они уже окончательно сгорают от трения о воздух.

Кстати, сама 400-тонная конструкция МКС тоже постоянно падает: для коррекции орбиты запускают двигатели грузовых кораблей «Прогресс» и Cygnus и поднимают её, иначе беда.

Совсем недавно вот опять: 14 марта орбиту Международной космической станции скорректировали (то есть МКС подвигали туда-сюда) уже второй раз, чтобы уклониться от столкновения с космическим мусором.

За всё время работы станции ей корректировали высоту орбиты 336 раз, 35 из них пришлось выполнять из-за риска столкнуться с космическим мусором. Из общего числа 185 корректировок выполняли с помощью двигателей «Прогрессов».

Есть пробитие!

В недавнем отчёте NASA рассказали о 14 отверстиях от космического мусора/микрометеороидов на корпусе возвратившегося Crew Dragon.

Средний размер входных отверстий в теплозащите корабля немного больше 1 миллиметра в диаметре при глубине 0,76 мм. В то же время, в сопле двигателя диаметр отверстий более 2 мм, а глубина — 0,47 мм. Самым крупным повреждением оказался скол 3,5 мм с центральным отверстием диаметром 0,814 мм и глубиной 0,82 мм. Несмотря на это, повреждения не повлияли на работу систем корабля.

В период с 2012 по 2020 годы при проверке 20 космических кораблей из семейства Dragon на их поверхности нашли более 300 отверстий — космический мусор и микрометеороиды понемногу «решетят» технику.

С российскими кораблями вообще случилось какое-то удивительное бинго. В декабре 2022 года произошла разгерметизация системы охлаждения «Союза МС-22» после попадания микрометеороида. Для возвращения космонавтов домой пришлось отправить другой корабль к МКС.

Но 11 февраля 2023 года произошло аналогичное событие с ещё одним космическим кораблём — грузовиком «Прогресс МС-21». Космонавты отстыковали «Прогресс» 18 февраля и затопили 19 февраля. Дополнительно сделали фотографии корабля, и позже в Роскосмосе пришли к выводу, что он также был поврежден в результате воздействия внешних факторов.

Что делать?

В общем, теперь вы понимаете, что космический мусор — это огромная проблема, которая возникает из-за того, что человечество отправляет всё больше и больше космических объектов на орбиту Земли. Сегодня на орбите находится более 26 000 крупных кусков космического мусора (мелких обломков ещё больше — сотни тысяч, а микроскопических, которые и отследить-то невозможно — миллионы), и их становится всё больше и больше.

Искусственные объекты на орбите (данные из каталога U.S. SPACE SURVEILLANCE NETWORK на 4 февраля 2023 года Страна/организация Космические аппараты Ступени ракет–носителей, фрагменты конструкций и др. Общее количество Китай 604 4299 4903 СНГ 1564 5970 7534 ESA 96 57 153 Франция 84 516 600 Индия 111 105 216 Япония 209 112 321 Великобритания 595 1 596 США 5718 5172 10890 Другие 1152 92 1244 Сумма 10133 16324 26457

Столкновения на орбите опасны по ещё одной причине. Учёные считают, что скоро настанет момент (по настоящим оценкам — к 2055 году), когда человечество вообще не сможет летать в космос и выводить новые спутники на орбиту, потому что там всё будет тотально захламлено. Это явление называется синдромом Кесслера: когда объекты на орбите сталкиваются, они зачастую создают ещё больше мусора, из-за которого риск столкновений становится ещё выше. Такая вот цепная реакция, которая приводит к бесконечному количеству обломков в космосе.

Реально ли решить эту проблему? Да, есть для этого новые технологии — сбор мусора в космосе и новые материалы для космических кораблей и спутников, которые (материалы) не будут распадаться на дикое количество обломков в космосе. В общем, способы вполне земные — или убирать мусор, или перестать мусорить совсем.

Учёные предлагали всякое для уничтожения мусора на орбите: испарять его лазерами (мощно!), буксировать подальше от Земли или отбрасывать подальше огромными магнитами, ловить сетями, рассеять вокруг планеты облако вольфрамовой пыли толщиной 30 км, которое будет захватывать объекты... или просто собирать и перерабатывать.

Уборка на орбите

Например, РКС (Российские космические системы) предложили проект спутника-охотника, который будет собирать мусор — СКМ. Он способен собирать космический мусор, такой как маленькие спутники, обломки космических аппаратов и части ракет и т.д. с помощью специальной сети, а потом — перерабатывать его в топливо. А это топливо уже будет использоваться самим аппаратом для продолжения очистки от мусора более высоких орбит.

Зарубежные проекты по очистке от космического мусора тоже понемногу развиваются: например, есть похожий, но более агрессивный проект из Великобритании от Surrey Satellite Technology — RemoveDEBRIS. Он будет пробивать корпус космических аппаратов гарпуном! В 2018 году его успешно испытали, так что захватывать объекты на орбите оказалось вполне реально: с борта МКС успешно выстрелили гарпуном по имитатору цели.

Ещё есть швейцарский стартап CleanSpace — они разрабатывают небольшой спутник CleanSpace One, который будет захватывать мусор в свои сети. Первой целью уборщика должен стать студенческий наноспутник (размером 10х10 см) SwissCube. А позже предлагают выводить на орбиту платформу с такими ~~дворниками~~ чистильщиками, которые займутся массовой уборкой. Правда, на сегодняшний день запуск CleanSpace One отложили до 2024 года.

У ESA (Европейское космическое агентство) тоже есть свой проект: e.Deorbit. Изначально с его помощью хотели свести с орбиты неработающий 26-метровый восьмитонный Envisat, который из-за своего расположения и размера стал очень опасным. Но в итоге в 2019 году e.Deorbit перепрофилировали в многоцелевой аппарат (для агентства оказалось слишком трудно собрать деньги для одной конкретной миссии) — теперь он ещё будет перемещать, модифицировать и заправлять другие спутники. Полноценно работать новый многоцелевой аппарат должен в 2025 году.

Короче говоря, сегодня очищать космос от мусора предлагают в основном перемещением ненужных спутников на другие орбиты. Для этого начнут использовать специальные аппараты, которые уведут мусор на места захоронения. А в каких-то случаях спутники смогут перемещаться сами, если у них есть достаточное количество топлива. С другой стороны уменьшить количество мусора помогут многоразовые ракеты. Но их используют пока довольно редко.

При всём желании ни Россия, ни США, ни кто-то ещё не смогут бороться с этой проблемой в одиночку — проблему придётся решать совместно силами всех космических держав и организаций.

Ну и ещё об этом нужно говорить в обществе. Большинство людей даже не знают о том, что он существует, или не понимают, насколько он опасен. Когда этот мусор начнёт падать вам на головы или выводить из строя связь, будет уже немного поздно, поэтому обойдитесь без «А нафиг это нужно вообще?!», когда правительство решит потратить какую-то часть денег для очистки орбиты от мусора.

Борьба с проблемой космического мусора — она не только ради космоса, но и ради жизни на Земле. Тем более, что технологии для его ликвидации, как это водится с космическими технологиями, могут пригодиться и в земных условиях — экология и сохранение планеты лишним никогда не будет, потому что другой планеты у нас с вами по-прежнему нет.