Сколько в космосе мусора, откуда он берется, чем опасен и как все это убирать

С момента начала освоения космоса у человечества появилась новая проблема – космический мусор. Его очень много на земной орбите, хоть некоторая часть и улетает в космос (но потенциально может вызвать некоторые трудности уже там). Сейчас люди задумываются над решением этой проблемы. Некоторые компании планируют специальные миссии для очистки космоса – и часть из них стартует в ближайшие несколько лет.

Что такое космический мусор

Если кратко, то это не астероиды и прочие космические тела. Это продукты космической деятельности человека. Под космическим мусором понимают:

• Выведенные из строя спутники. Глава исследовательской группы астронавтики университета Саутгемптона Хью Льюис говорил: «Каждый спутник, выходящий на орбиту, потенциально может стать космическим мусором»;
• Разрушенные космические корабли и их части;
• Части ракет, которыми были уничтожены спутники.

Сайт Всемирного экономического форума публикует данные (актуальны на ноябрь-2021, но в целом картина кардинально не поменялась): сейчас на орбите Земли летает 9600 тонн космического мусора. Правительство США отслеживает полеты более 23 тысяч объектов, размеры которых не превышают мяч для софтбола. Существует около 500 тысяч объектов, которые по длине чуть больше 1 см, и более 100 миллионов – чья длина не достигает и сантиметра. Всего же на орбите Земли вращаются около трех тысяч неактивных спутников разных размеров.

И с каждым запуском спутника, с каждым полетом ракет количество космического мусора может только увеличиваться. Вот пример: в 1982 году СССР отправил на орбиту спутник «Космос-1408», который весил более 2 тысяч кг. Его уничтожение в ноябре 2021-го привело к появлению более 1,5 тысячи объектов орбитального мусора. Часть объектов покинула земную орбиту и улетела в космос или горела в земной атмосфере. Другая – до сих пор движется по одной и той же траектории. По независимым оценкам, на орбите осталось более 75% от всей массы «Космоса-1408».

А это более наглядный пример: отделение части ракеты SL-10 в открытом космосе. Обломки и общая часть остались в космосе.

Ведущий инженер компании SpaceX Томас Мюллер говорит: «Мы покоряем космос, за что заслуживаем отдельную оценку в эволюционном плане. Но мы умудряемся мусорить даже там. Это халатность: люди не должны думать, что все рассосется самостоятельно. Это не так! Это вообще не так. В перспективе это может вызвать огромную проблему, которая уничтожит миллионы и миллиарды долларов».

Чем опасен космический мусор

Для самой Земли – ничем. Физика позволяет мусору балансировать на орбите планеты, что исключает внезапный дождь из обломков ракет и спутников (только если притяжение планеты внезапно не станет сильнее). Но вот для космической деятельности это огромные проблемы:

1. Если человек не займется очисткой орбиты от космического мусора, то через пару десятков лет резко снизится число мест, откуда службы смогут запускать объекты в космос.

2. Не забывайте про огромные скорости, на которых движутся такие объекты – около 27 тысяч км/ч. На такой скорости гайка пробьет металлический пласт толщиной в несколько десятков сантиметров. То есть под угрозой целостность спутников и ракет. Фатальные аварии случаются редко. Например, в последний раз кто-то ломался из-за космического мусора в 2021 году (китайский спутник). До этого последняя подобная катастрофа происходила в 2009-м.

3. В основном заполнится зона, находящаяся на высоте в тысяче км над Землей. Это повлияет на безопасность миссий, рассчитанных на освоение дальнего космоса. То есть возможны в первую очередь проблемы с приемом и передачей сигнала. Это касается как спутников (например, «Джеймс Уэбб», который настроен на удаление от нашей звездной системы), так и колониальных миссий (в ближайшее десятилетие сразу несколько компаний запланировали полеты на Марс с участием людей). Довольно проблематично прорваться через слой металлического мусора, не повредив космический корабль.

4. Космический мусор увеличивает расходы для спутниковых операторов.

NASA классифицирует мусор по высотам:

• 600-1000 км над Землей и меньше – через несколько лет он упадет на Землю. Часть объектов из-за небольших размеров сгорит в атмосфере;
• 1000+ км – мусор так и останется на орбите.

Хью Льюис рассказывал: «Ученые хорошо следят за космическим мусором. Но правда в том, что ни одна компания в мире не сможет сказать, сколько его на орбите. Люди научились отслеживать мусор по скорости. Но есть и такой, который летает медленнее. Люди смогут обнаружить весь мусор, если будут запускать больше спутников. Чувствуете парадокс: больше мусора мы увидим, если потенциально создадим больше мусора?»

В науке даже есть термин «Синдром Кесслера». Он связан с теорией американского ученого и астрофизика Дональда Кесслера. Кесслер в 1976-м предположил, что со временем люди создадут столько мусора, что ограничат сами себе изучение космоса на ближайшие несколько десятков лет.

Борется ли человек с загрязнением космоса

Да, и самую большую инициативу в этом деле проявляют японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) вместе Европейским космическим агентством. На данный момент они сотрудничают с несколькими стартапами по всему миру, которые поставили перед собой цель очистить ближайший космос от мусора.

Как именно люди борются с космическим мусором? Две важные программы за последнее время:

1. В 2018 году была запущена миссия Surrey Satellite Technology RemoveDEBRIS с выбросом огромной сети. Она захватывала его и меняла траекторию полета. Но такая ситуация работала с крупными объектами: они либо улетали в космос, либо падали вниз и сгорали в атмосфере.

2. Другой вариант предложила японская компания Astroscale, которая сотрудничает с провайдером широкополосной спутниковой связи OneWeb. Европейское космическое агентство и Космическое агентство Великобритании предоставили миссии финансовую поддержку в размере 14,8 млн евро. В планах – сбор мусора c помощью специальных устройств, которые притягивают спутники и его части с помощью магнитов. Такие аппараты состоят из двух частей: сервисный спутник (175 кг) и клиентский спутник (15 кг).

Это работает так:

Первое испытание было проведено еще в 2021 году (запуск произошел на Байконуре). Тогда клиентский спутник от соединился от сервисного, провел в полете пару минут, собрал некоторые детали и состыковался с базой снова. В дальнейшем компании проработают сервис, чтобы тот мог совершать длительные полеты, полеты на сложных траекториях и без труда захватывать сильно крутящиеся объекты. Полномасштабная миссия запланирована на 2024 год.

Логичный вопрос: как можно контролировать количество мусора устройством, которое может стать мусором? После завершения миссии устройство Astroscale покидает орбиту и сгорает в атмосфере. То есть самоуничтожается и не оставляет за собой следов.