Космический
«мусор»
Испытание китайского противоспутникового
оружия, проведённое в январе 2007 года, вновь стало предметом обсуждения
специалистов. Напомним, в результате того теста был уничтожен старый метеоспутник
Fengyun-1C, который обратился миллионом обломков самого разного калибра.
Текущие орбиты тысяч
крупных (более 10 сантиметров в поперечнике) обломков Fengyun-1C и сбившей
его противоспутниковой ракеты показаны красным. Белым –
орбита МКС (иллюстрация NASA/JSC Orbital Debris Program Office).
Только каталогизированы
2300 штук, превышающих в размере 10 сантиметров. Ещё 400 кусочков американские
специалисты просто отслеживают. Число же мелких обломков, невидимых для
радаров, и подсчитать затруднительно. Все эти «гостинцы» добавляют хаоса
в обширное скопище мусора, который человечество пополняет с самого рождения
космонавтики.
За последние 40 лет
ежедневно выпадало на Землю (сгорало в атмосфере) в среднем по одному кусочку
космического мусора. Увы, всё это время пополнение космоса новым мусором
шло с гораздо большей интенсивностью (иллюстрация NASA).
В НАСА провели новое
моделирование и подняли тревогу: необычайно долго продолжающийся минимум
солнечной активности, который наблюдается в настоящее время, задержит обломки
спутника в небе на значительно больший срок, чем предсказывали прежние
расчёты.
Но при чём тут дневное
светило? «Чем больший поток выходит из Солнца, тем быстрее идёт естественная
очистка околоземного пространства от обломков и мусора, тем быстрее мусор
упадёт обратно на Землю и уберётся с пути действующих спутников», –
поясняет инженер Дэвид Уитлок (David Whitlock) из американской программы
контроля за космическим мусором (NASA Orbital Debris Program Office –
ODP) при центре Джонсона (Johnson Space Center). –
«Если солнечный цикл находится на своём минимуме, обломки остаются в космосе
намного дольше».
Интенсивный
солнечный ветер, атакующий Землю во время солнечных вспышек, не только
мешает работе действующих спутников (создают помехи связи), но и проделывает
полезную работу. Своими выбросами Солнце сдвигает орбиты спутников, обломков
и мелкого мусора пониже, тем самым приближая момент, когда эти объекты
начнут тормозиться в атмосфере и, в конце концов, сойдут с орбиты и сгорят.
Действующие спутники свою «дорожку» регулярно корректируют и приподнимают,
мусору же это, понятно, не дано.
Нынешний минимум солнечной
активности несколько затянулся. Да ещё по некоторым прогнозам следующий
цикл (пик активности дневной звезды ожидается в 2012 году) будет сравнительно
спокойным. А значит, самоочистка околоземного пространства окажется замедленной
не только сейчас, но и в несколько следующих лет. Размножаться же космический
мусор умеет –
за счёт взаимных столкновений кусочков. Если взять тот же Fengyun-1C, то,
по расчёту специалистов центра Джонсона, к 2019 году на орбите останутся
ещё сотни «лишних» его обломков крупнее 10 сантиметров. Не говоря о нескольких
тысячах мелких фрагментов, которые прекрасно доживут до того времени. Это
добавит головной боли операторам –
им придётся планировать манёвры уклонения спутников. Кстати, в прошлом
году американский спутник Terra разминулся с одним из кусков Fengyun-1C
всего на 19 метров.
Правда, специалисты
по солнечной активности радикально расходятся в прогнозах относительно
силы следующего цикла –
помимо группы, предсказывающей спокойное Солнце, есть учёные, которые по
неким соображениям говорят, напротив, об очень высокой активности в следующем
цикле. Если окажутся правы вторые, то специалисты по космическому мусору
вздохнут чуть-чуть свободнее. Но, по большому счёту, проблему это не снимет.
Так, в 2004-м Международная космическая станция чуть не столкнулась с болтом,
а в 2007-м один из модулей станции пострадал от микрометеорита (который,
к счастью, не пробил все слои обшивки).
В 1996 же году, к примеру,
потребовался тщательный анализ орбит множества обломков развалившейся верхней
ступени американской ракеты Pegasus: точка разрушения лежала всего на 25
километров ниже орбиты телескопа Hubble. И это лишь вершина айсберга. На
данный момент статистика «всемирного» космического мусора такова: это 17
тысяч объектов крупнее 10 сантиметров, более 200 тысяч тел в диапазоне
от 1 до 10 сантиметров и десятки миллионов более мелких кусочков.
На иллюстрациях показаны
отслеживаемые в околоземном пространстве объекты, 95% из которых –
космический мусор. Слева: тела, обитающие от самых низких орбит до высоты
2 тысячи километров. Справа: объекты в районе геосинхронной орбиты. К сожалению,
разрешение монитора не позволяет действительно отобразить все эти «точки»
(иллюстрации NASA Orbital Debris Program Office).
Ранее специалисты предлагали
создать небольших роботов-мусорщиков, которые могли бы присоединяться к
самым крупным обломкам (или выведенным из эксплуатации спутникам) и за
счёт собственных движков понижать их орбиту так, чтобы кусок мусора быстрее
упал на Землю (и сгорел в атмосфере).
Несколькими
научными группами рассматривался даже вариант выпуска таких сборщиков с
борта одного материнского корабля на некое расстояние, возвращения их с
«добычей» и последующее коллективное самоуничтожение. Однако потом от данной
идеи отказались –
слишком велико количество хлама, да и топлива вкупе с армией мусорщиков
потребуется очень много.
В другом проекте предлагается
оснащать новые спутники специальным электромагнитным приводом –
очень длинным кабелем, выпускаемым в конце срока службы. Он прекрасно справился
бы с задачей «сброса» ненужного спутника вниз.
Трос-терминатор в действии
(иллюстрация John MacNeil).
Так считает глава американской
компании Tethers Unlimited Роберт Хойт (Robert Hoyt). Технология, разработанная
Хойтом и его подчинёнными, может быть готова к массовому применению уже
через несколько лет. Но это не единственный вариант.
Изменение орбиты куска
мусора при помощи лазера (иллюстрация John MacNeil).
Небольшие обломки (примерно
как футбольный мяч) можно попробовать убрать при помощи мощного наземного
лазера. Не такого, очевидно, что разделит кусок на ещё большее число фрагментов,
но достаточного, чтобы испарить часть материала на поверхности.
Этот миниатюрный
взрыв создаст импульс, который чуть-чуть изменит орбиту объекта (допустим,
её эксцентриситет), что повлечёт за собой чуть большее торможение в верхних
слоях атмосферы и сократит время жизни обломка в космосе. Над теорией такой
системы, в частности, несколько лет назад работали сотрудники базы ВВС
США Air University.
Другой вариант, больше подходящий
для совсем мелких кусочков мусора, –
это огромная ловушка, или «липкая лента для мух» в космосе. Лёгкий тонкостенный
шар или плёнка диаметром порядка 800 метров, конечно, не сможет задержать
даже миллиметровые кусочки облупившейся с ракет и спутников краски, не
говоря уж о всяческих болтах и потерянных на орбите гаечных ключах. Но,
пробивая его, подобный мусор будет терять часть своей энергии, следовательно,
переходить на чуть более низкую орбиту. Тем самым и приближая финал. Как
сделать такую ловушку –
пока не вполне ясно, хотя некоторые намёки на подходящую технологию уже
давно имеются.
Гигантская космическая
«промокашка» (иллюстрация John MacNeil).
А пока ничего из перечисленного
инженеры не испытали в космосе, странам, запускающим на орбиту свои спутники
и корабли, остаётся уповать на ряд мер, призванных по возможности ограничить
дальнейший рост мусора в околоземном пространстве.
Это относится
и к проектированию спутников, и к возвращению на борту шаттла на Землю
ненужных частей со станции, и к процедурам затопления космических аппаратов
в океане, и к переводу заканчивающих работу спутников на высокие орбиты.
В общем, Международному координационному комитету космических агентств
по проблеме мусора (IADC) есть чем заняться даже без рассмотрения проектов
«санитарной чистки» космоса.
Кстати, в данном комитете
представлены десять национальных космических агентств (включая Европейское,
считающееся за единичку). И во всех этих странах различные компании, исследователи
в институтах да и просто изобретатели-одиночки давно ломают головы над
проблемой удаления «космических обломков». Какой способ в результате окажется
жизнеспособным и эффективным? Может, как говорит Джонсон, самый (на данный
момент) диковинный?