Космонавтика

Космический мусор

За последние 30 лет запускалось в среднем 100 космических аппаратов в год. В результате этого, а также аварий и взрывов, выполнения различных технологических операций в околоземном пространстве ежегодно образуются 600 - 700 объектов. А в целом за указанное время в специальные каталоги было внесено около 22 тыс. космических "странников" искусственного происхождения размером более 10-30 см, обнаруженных средствами контроля космического пространства США и России. Примерно 14500 из них под действием торможения в атмосфере достигли ее плотных слоев, разрушились и сгорели, а 7500 находятся в космосе, из которых лишь 5 % составляют действующие аппараты, остальное, по существу, "мусор".

Специалисты уже давно отмечают опасную тенденцию: темпы засорения космоса почти в 2 раза превышают скорость его самоочищения. Причем, в основном, загрязняются орбиты на высотах от 600 км до 1100 и от 1400 до 1600 км, где работает наибольшее число спутников.

Особое значение приобретает перенасыщение геостационарной орбиты (ГСО). Здесь находится более тысячи объектов. Из-за дрейфа отработавших спутников возможны их сближения на расстояние менее 10 км, что создает помехи в работе средств связи и ограничивает ресурсы использования ГСО.

Первыми обратили внимание на неблагополучную ситуацию в НАСА (США). Еще в 1981 г. при американском правительстве была создана межведомственная группа, объединившая представителей заинтересованных министерств и организаций. Около 10 лет назад к исследованиям подключилось Европейское космическое агентство. Не осталась в стороне и Россия. У нас этой проблемой занимаются в Московском государственном университете им. М. В. Ломоносова, Институте космических исследований РАН, Центральном научно-исследовательском институте машиностроения, Научно-исследовательском институте Министерства обороны, Межгосударственной корпорации "Вымпел", Центре программных исследований (ЦПИ) РАН и др.

Особую тревогу вызывают запуски и опасность падения на Землю спутников с ядерными источниками энергии. Обычно после окончания срока службы их переводят на более высокие орбиты (800 - 1000 км), где они остаются на сотни лет и уже не представляют угрозы. Однако известны случаи вхождения таких аппаратов в атмосферу и даже падения на Землю из-за неисправности механизма перевода на высокую орбиту Так было с "Космосом-954" и "Космосом-1402". В соответствии с международным правом страна, которой принадлежит спутник, должна возместить ущерб, нанесенный его приземлением.

Дважды внимание международной общественности привлекали падения крупных фрагментов и осколков прекративших существование орбитальных станций "Скайлэб" и "Салют-7" / "Космос-1686".

Но самая главная проблема - возможность столкновения космических аппаратов с находящимися в космосе техногенными частицами. Диапазон размеров последних очень широк - от нескольких микрон до нескольких метров. Последствия тоже могут быть самыми разнообразными - от взрыва и полного разрушения до медленной эрозии поверхности космических аппаратов, датчиков, приборов, панелей солнечных батарей и т. д.

Как это ни странно, опасность представляют и мелкие частицы (размером свыше 8-10 мм). По оценкам специалистов, их количество превышает число каталогизированных объектов примерно в 40 - 100 раз и составляет несколько миллионов. Скажем, уже сейчас вполне реально столкновение крупных космических аппаратов с частицами размером более 1 см. Например, для орбитальной станции "Мир", работающей на высоте около 400 км, вероятность встречи с ними составляет несколько процентов. При относительной средней скорости около 12 км/с сила удара такой "крошки" равнозначна взрыву. Поскольку со временем вероятность подобных столкновений возрастает, необходимо разрабатывать дополнительные средства защиты проектируемых космических аппаратов.

Существует еще один аспект. Загрязнение околоземного пространства чревато тем, что столкновение частиц приобретет лавинообразный характер. В результате все находящиеся на данной и меньшей высотах космические аппараты будут разрушены. Дальнейшая деятельность в космосе станет невозможной, пока большинство крупных осколков не войдет в верхние слои атмосферы и не сгорит. А на это понадобятся десятки лет. Кстати, некоторые специалисты считают, что на самых "заселенных" орбитах данный процесс уже начался и лет через 50 число столкновений там увеличится в 10-20 раз. Вот почему исследования условий возникновения такой цепной реакции - одна из актуальных задач.

Но в деле обнаружения и слежения за искусственными объектами в космосе есть свои особенности. Так, их количество, занесенное в российский каталог, составляет примерно 80 % от объема американского. Разрыв объясняется тем, что измерительные средства, расположенные на территории стран СНГ, охватывают меньшую часть околоземного космического пространства. А объективность контроля степени загрязнения подтверждается тем, что более 90 % объектов российского каталога зарегистрировано в каталоге США.

Можно ли предсказать опасное столкновение конкретного аппарата с фрагментами "космического мусора"? К сожалению, ответ отрицателен по двум причинам. Во-первых, существующие измерительные приборы не позволяют постоянно наблюдать за самыми многочисленными и опасными частицами (менее 10-30 см). Во-вторых, точность орбит даже каталогизированных объектов недостаточна для надежного прогноза. Поэтому есть один выход: воспользоваться достоверной статистической моделью опасных мелких фрагментов "космического мусора".

Она строится на основе опытных данных: космических наблюдениях, результатах воздействия микрочастиц на конструкции орбитальных станций и транспортных кораблей. И еще. По мере изменения обстановки в космосе для уточнения модели необходимо большое число дополнительных экспериментов. При этом нужно учесть: процесс засорения продолжителен по времени и, кроме того, полученные опытным путем данные относятся к узкому высотному диапазону. Сложно определить и другие баллистические параметры мелких фрагментов, необходимые для предсказания изменений обстановки в околоземном космическом пространстве.

Начав заниматься проблемой загрязнения позже специалистов США и Западной Европы, российские ученые смогли создать свои собственные эффективные методики для решения комплекса задач и прогноза обстановки.

До последнего времени и у нас, и на Западе для оценки объемной плотности объектов и расчета вероятности их столкновения широко применяли традиционный подход, основанный на поштучном анализе каталогизированных космических объектов. Для решения задачи использовали простые алгоритмы и мощную вычислительную технику, причем затраты машинного времени составляли десятки и сотни часов.

В России, на наш взгляд, наиболее существенные достижения в области моделирования "космического мусора" получены в ЦПИ РАН. Здесь разработали новую статистическую теорию, которая рассматривает движение множества спутников как непрерывную среду. Метод оказался весьма эффективным. Он позволяет быстро получать результаты на обычном персональном компьютере.

Что же предсказывают специалисты? Были составлены прогнозы количества космических объектов с 1960 по 2004 г. На высотах до 2000 км в 1990 г. их должно было быть 5100. Следовательно, разница от величины 4860, указанной в каталоге НОРАД (система аэрокосмической обороны Северной Америки), не превысила 5 %, т. е. прогноз достаточно точен. Ожидается, что в 2004 г. на высотах до 2000 км станет уже около 7000 объектов. Долгосрочные прогнозы обстановки в космосе тоже, к сожалению, подтверждают тенденцию необратимого увеличения количества "космического мусора" на больших высотах.

Но неужели ситуация столь безнадежна и проблема засорения околоземного пространства неразрешима? Скорее всего, да, если не изменим отношение к ней в самое ближайшее время.

Специалисты рассмотрели четыре варианта технической политики освоения космоса мировым сообществом и сделали прогноз до 2023 г. для орбит на высотах 200-2000 км. Во всех случаях (кроме того, при котором полностью исключаются взрывы космических аппаратов и сокращается количество запусков) число объектов со временем увеличивается. Выходит, для стабилизации количества "космического мусора" необходимо уменьшить интенсивность его образования, ограничить число запусков и увеличить срок активного существования космических аппаратов.

Однако анализ показал, что и такие меры не приведут к очищению околоземного пространства на высотах более 1100 км - слишком мы здесь уж "насорили". На этих орбитах необходимо обеспечить возвращение отслуживших срок аппаратов на Землю или увод на менее насыщенные высоты, а также полностью исключить образование фрагментов за счет уменьшения числа аварий и отказа от преднамеренных подрывов отработавших спутников.

Кроме того, нужно свести к минимуму количество отделяемых элементов: последних ступеней ракет-носителей, разгонных блоков и др. Один из подобных способов реализован на ракете "Энергия" - ее последняя ступень не выходит на орбиту.

Более сложной представляется задача активной "очистки" космоса от "мусора". Проектов существует множество: использование многоразовых орбитальных кораблей типа "Буран" и "Шаттл" в качестве перспективных средств поиска и захвата пассивных космических объектов, создание межорбитальных буксиров, оснащенных роботами- манипуляторами, мусоросборщиков и т. п. Однако в ближайшем будущем их реализация затруднена, ибо требует больших экономических и энергетических затрат, да и более глубокой проработки.


Доктор технических наук А. И. НАЗАРЕНКО, Центр программных исследований РАН

Смотрите - монтаж люстры цена в Москве.
Авторские права на статьи принадлежат их авторам
Проект компании Kocmi LTD