Космический мусор
        Под космическим мусором подразумеваются все искусственные объекты и их фрагменты в космосе, которые уже неисправны, не функционируют и никогда более не смогут служить никаким полезным целям, но являются опасным фактором воздействия на функционирующие космические аппараты, особенно пилотируемые. При экстраполяции существующих условий засорения низких околоземных орбит (НОО), даже с учётом мер по снижению в будущем числа орбитальных взрывов и других мероприятий по уменьшению техногенного засорения, этот эффект может в долгосрочной перспективе привести к катастрофическому росту количества объектов орбитального мусора на НОО и, как следствие, к практической невозможности дальнейшего освоения космоса.
        В настоящее время в районе НОО вплоть до высот около 2000 км находится, по разным оценкам, порядка 220 тыс. (300 тыс. по другим данным) техногенных объектов общей массой до 5000 тонн. На основе статистических оценок делаются выводы, что общее число подобных объектов поперечником более 1 см достаточно неопределённо и может достигать 60 – 100 тыс. Лишь небольшая их часть (порядка 10 %) была обнаружена, отслеживается и внесена в каталоги с помощью наземных радиолокационных и оптических средств. Например, на 2013 год каталог Стратегического командования США содержал 16 600 объектов (в основном, размером более 10 см), большая часть которых была создана СССР, США и Китаем. Российский каталог, ГИАЦ АСПОС ОКП (ЦНИИмаш), содержал в августе 2014 года 15,8 тыс. объектов космического мусора, а всего на околоземных орбитах находилось более 17,1 тыс. объектов, столкновение с любым из которых приведёт к полному разрушению КА.
        Около 6 % отслеживаемых объектов – действующие; около 22% объектов прекратили функционирование; 17% представляют собой отработанные верхние ступени и разгонные блоки ракет-носителей и около 55% – отходы, технологические элементы, сопутствующие запускам, и обломки взрывов и фрагментации. Наиболее засорены те области орбит вокруг Земли, которые чаще всего используются для работы КА. Это НОО, геостационарная орбита (ГСО) и солнечно-синхронные орбиты (ССО). Эффективных практических мер по уничтожению космического мусора на орбитах высотой более 600 км (где не сказывается очищающий эффект от торможения об атмосферу) на настоящем уровне технического развития человечества пока не разработано.
        В ряду других рассматривались проекты спутников, испаряющих обломки мощным лазерным лучом или меняющих их орбиту ионными пучками, которые должны тормозить обломки для их входа в атмосферу с частичным или полным сгоранием в ней или, в случае аппаратов на геостационарной орбите, уводить их на орбиту захоронения, или наземные лазеры, либо аппарат, который будет собирать мусор для его дальнейшей переработки. Обратим внимание – в этих проектах шла речь шла о «каталогизированных» обломках, обнаруженных тем или иным способом и внесённых в чей-либо каталог, то есть о примерно десятой доле существующего мусора. В настоящее время предложено (но не реализовано) несколько способов борьбы с мусором:
     – Миссия e.DeOrbit, впервые предложенная в начале 2014 года, предполагает поиск мусора на полярной орбите на высоте от 800 до 1000 километров. При этом ЕКА разрабатывает несколько видов «механизмов захвата», чтобы подобрать мусор, например, сети, гарпуны, роботизированные конечности и щупальца.
     – Японское аэрокосмическое агентство предлагает «электродинамический невод», уменьшающий скорость спутников или космических обломков, что приблизило бы их к Земле, в атмосфере которой они бы просто сгорели.
     – Британское предложение CubeSail предлагает использовать солнечный парус для вывода мусора на более низкую орбиту. Планировалось, что запуск состоится в 2011 году, но предложение всё ещё находится в разработке.
     – Метод Space Debris Elimination или SpaDE, использующий воздушные взрывы в атмосфере, которых, согласно исследованиям начала 2012 года, достаточно, чтобы сбить с пути низкоорбитальный космический мусор.
     – Сеть наноспутников, связанных электропроводной сетью, длиной в 3 километра, может сбивать спутники вниз по мере прохождения через магнитное поле Земли.
        К сожалению, во-первых, ни один из предлагаемых способов пока так и не реализован, а во-вторых, ни один из них не рассчитан на мелкий, санти- и миллиметрового размера мусор, который как раз наиболее опасен, так как не обнаружим современными средствами наблюдения, а пробоины от него достаточно серьёзны! Например, в мае 2016 года космонавт Европейского космического агентства (ESA) Тим Пик выложил в Twitter фотографию следа диаметром 7 мм – результата столкновения МКС с частицей в пару миллиметров. 12 мая 2021 года обнаружена дыра в теплоизоляционном покрытии на манипуляторе Canadarm 2, которую оставил фрагмент космического мусора размером менее сантиметра.
        Это значит, что необходим метод, не требующий локализации каждого мусорного элемента, действующий на них, так сказать, «общим чохом». Так может работать японский электродинамический невод, но не с композитами. Следовательно, нужно воздействовать на мусор независимо от физических свойств его материала, размеров и других параметров. Это можно осуществить, создав на орбите газовый тороид, вращающийся в сторону, противоположную вращению Земли, поскольку обычно все спутники запускают по направлению её вращения.
        Наиболее подходящим газом для такого тороида может быть углекислый газ – его молекулы достаточно весомы при относительной дешевизне*. Плотность газа в тороиде должна быть настолько низкой, чтобы можно было пренебречь столкновениями молекул между собой, но в то же время достаточно высокой для торможения «мусорной» частицы. Такой тороид тем удобен, что будет работать «автоматически», но он может тормозить и работающие спутники. Однако, нужен он только для радикальной очистки от мусора низких околоземных орбит. Если в такой тороид запустить ~ 5000 тонн СО2, то в результате встречных столкновений молекул и «мусоринок» обоюдное торможение переведёт на орбиты взаимодействия с атмосферой и «мусоринки», и тороид, тем самым «ликвидирует» и то, и другое независимо от индивидуальных характеристик мусора.
        В дальнейшем, для эпизодической очистки орбит вместо тороида можно применять «тормозящее облако», локализованное на орбите по протяжённости и времени существования. Для этого необходим спутник на круговой орбите от 800 до 1000 км, который по управляющей команде будет испускать тот же углекислый газ в сторону, противоположную своему движению, снижая орбитальную скорость газа для его перевода на внутреннюю эллиптическую орбиту. Созданное таким образом газовое облако, выполнив свою миссию, уйдёт в атмосферу. Протяжённость облака и время «жизни» однозначно определяются параметрами его создания.
* Годовое производство сухого льда в России более 30 000 тонн по цене 100 руб/кг
В оглавление