Космосфера Земли
«Космос» по-гречески –
это порядок...
Отечественная космическая промышленность должна радикально изменить подходы
к созданию орбитальных аппаратов, заявляет глава Роскосмоса Юрий Борисов.
Это очень верно, вот только как и в каком направлении? Он заявил о том,
что проект «Сфера» по созданию многоспутниковой орбитальной системы требует
от России перехода на новые технические принципы создания и управления
космическими группировками. «Сфера» – это гигантский госпроект по созданию
сотен многофункциональных спутников различного назначения. Сейчас это мировая
тенденция. Миниатюризация электроники, снижение требований по энергопотреблению,
снижение общего тепловыделения и общее удешевление компонентов создали
возможность строить космические аппараты открытого типа, без использования
герметичного объёма.
Электроника устанавливается прямо на термостабилизирующее основание, внутри
которого проходят трубы с теплоносителем для охлаждения компонентов. Тепло
передаётся от приборов к радиаторам, где и рассеивается в космосе. Всё
это в итоге позволило упростить конструкцию космических аппаратов и привело
к созданию наноспутников – кубсатов. Один юнит кубсата (1U) – это алюминиевый
корпус размером 10 на 10 на 10 см, вес его около 1 кг. К примеру, спутники
дистанционного зондирования Земли Dove-2, принадлежащие компании Planet
Labs, имеют размер 3U (10х10х34см). Вес с аккумуляторами и солнечными батареями,
раскрываемыми снаружи корпуса, всего 5,8 килограмма. Небольшая цена позволила
компании запустить несколько сотен таких космических аппаратов и обеспечить
съёмку всей поверхности Земли с ежесуточным обновлением.
Умение ставить производство на поток показали компании SpaceX и Airbus.
SpaceX для создания группировки Starlink по обеспечению широкополосного
доступа в интернет создала спутники Starlink 1 и 1,5, выпустив их с 2019
года более 3000 штук (более чем по три штуки в сутки). У Airbus пока успехи
меньше, но тоже впечатляют. OneWeb разработана спутниковая платформа Airbus
Arrow, позволяющая производить по несколько космических аппаратов в неделю.
Платформа многофункциональна и позволяет строить самые разные космические
аппараты: спутники связи, спутники оптического наблюдения, спутники-радары,
размещая их на стокилограммовой платформе, адаптированной для запуска сразу
большого количества аппаратов за один пуск.
Всё это очень хорошо, но сейчас свои спутники на орбитах Земли имеют 109
государств, не все из них активные, некоторые уже считаются космическим
мусором, хотя от этого никому не легче. США имеет 1779 спутников (971 –
активен), Россия – 1527 (167 – активных). На орбитах Земли летает 5202
спутника (2401 – активен). Всего искусственных объектов кружится вокруг
Земли 44468 штук с «коэффициентом использования» 5,4 %! Раньше пространство,
в котором теперь летают все эти спутники, называлось «экзосферой», но какая
же она «экзо», если мы её так замусорили! Хотя и космического порядка там
не очень-то видно!
Долгое время проблема засорения пространства вокруг нашей планеты казалась
исключительно теоретической. Всерьёз заниматься мусором в космосе стали
только в 80-е годы прошлого столетия. Наибольшую опасность обломки спутников
и ракет представляют для работающих аппаратов. Даже маленький осколок способен
повредить большой аппарат, уничтожить спутник или убить космонавта. Наихудший
сценарий развития событий в конце 70-х годов описал американский инженер
Дональд Кесслер. Согласно ему, бесконтрольное увеличение числа аппаратов
в космосе может привести к каскадному эффекту. Взрыв или разрушение одного
из них породит тысячи осколков, которые ударят по соседним объектам. Они,
в свою очередь, станут источником новых обломков. Пока вероятность столкновений
не слишком высока, но неприятные инциденты уже случались:
В 1996 году ИСЗ CERISE столкнулся с частью бака РН «Ариан-5».
В 2006 году после столкновения из строя был выведен российский аппарат
«Экспресс-АМ11».
В 2009 году спутник Iridium налетел на не работающий российский ИСЗ «Космос-2251».
Каскадный эффект Кесслера пока ещё не проявился, но на то он и «каскадный»,
чтобы протекать лавиной. Между тем желающих обзавестись своим спутником
всё больше, спутников и, соответственно, мусора всё больше.
20000 элементов, частей космических аппаратов, которые находятся сейчас
на низкой орбите, не единственная угроза. Есть ещё более 300000 тысяч частиц
мусора, находящихся ещё ближе к Земле, ниже 2000 км. Можно отслеживать
траектории движения тысяч частиц. К примеру, в 2000 году отслеживались
траектории более 9000 элементов. В 2007 году Китай испытал ракету, которая
создала 2000 новых осколков, а также изменила траектории старых. Сейчас
всё это сталкивается на орбите, образуя новые куски и кусочки.
Разумеется, вопросами борьбы с мусором озабочены многие, однако, чисто
бывает не только там, где регулярно убирают, но и там, где не мусорят.
Конечно, уже созданный мусор всё равно придётся убрать, но не нужно добавлять
нового взамен убранного. А для этого необходимо запретить ракетные старты
и пользоваться только «самолётными стартами», благо практические наработки
уже есть (см., напр, «Демиург N 1 2021г.»).
Это исключит заброс мусора на орбиту, но не исключит рост числа работающих
спутников, которые тоже могут сталкиваться. Для решения этой проблемы может
быть полезен опыт гражданской авиации. Всего в мире сейчас 34811 пассажирских
самолётов, не считая авиации общего назначения. Для предотвращения столкновений
существуют согласованные на международном уровне и имеющие обязательную
силу правила эшелонирования полётов самолётов по высоте. Понятно, что эшелонировать
спутники не удастся – иные принципы полёта, но сама идея сортировки объектов
полезна, благо в солнечной системе она довольно распространена – это системы
колец, которые, как выясняется есть у каждой планеты, хотя они и малозаметны.
Наиболее известны кольца Сатурна. У него примерно 13 концентрических колец.
Большая часть именована по буквам алфавита в порядке обнаружения (разрыв
Кассини отделяет А и В). Часть системы, наблюдаемая в телескоп, начинается
с D (66900 км от Сатурна) и движется к F (140180 км). Это дистанция в 73280
км. Но пылевые частички можно зафиксировать и на удалённости в 13 000 000
км. В 2004 г. миссия НАСА «Кассини-Гюйгенс» впервые в мире вышла на орбиту
вокруг Сатурна и произвела подробные наблюдения не только самой планеты,
но и её системы колец. Кольца Сатурна состоят из миллиардов частиц, размерами
от нескольких миллиметров до десятка километров. Напрашивается мысль
привести хаотическое облако ИСЗ в состояние колец.
Тогда, если искусственные
спутники Земли выводить строго на круговые орбиты, их можно «эшелонировать»
по радиусам колец. При этом их относительные скорости (внутри кольца) будут
малы, столкновения станут не только маловероятны, но и малоопасны. Важно
только, чтобы кольца имели разные радиусы, следовательно, не пересекались,
и были достаточно узкими и тонкими, чтобы скорости спутников одного кольца
были практически равными. При выполнении этих условий вместо столкновений
будут только «касания», не приводящие к появлению обломков. В процессе
работы с кольцами они скорее всего «специализируются» – одни кольца для
интернета, другие – для навигации, третьи – для ДЗЗ и так далее...
Поскольку параметры колец определяются при выведении спутника на орбиту,
возможно своего рода «квантование» спутников по различным параметрам: радиусу
кольца, высоте над поверхностью Земли, периоду обращения и наклону плоскости
кольца по отношению к экваториальной плоскости... Из них для «земной» фракции
спутников наиболее удобны сидерический период обращения спутников кольца
и наклон плоскости кольца к экватору. Далее можно использовать индивидуальные
характеристики спутников: спутники дистанционного зондирования, трансляционные
для ТВ и интернета, навигационные и др.
Справка. Сидерический период
обращения (от лат. sidus, звезда; род. падеж sideris) – промежуток времени,
в течение которого какое-либо небесное тело – спутник совершает вокруг
главного тела полный оборот относительно звёзд. Понятие «сидерический период
обращения» применяется к обращающимся вокруг Земли телам – Луне (сидерический
месяц) и искусственным спутникам.
В оглавление