Космос превращается в мусорную свалку

Ученые ОАО «МАК «Вымпел» проанализировали уровень замусоренности околоземного пространства

В процесс создания современных космических аппаратов все активнее вторгаются новые микро- и нанотехнологии.
Они позволяют создавать космические аппараты размером до 10 сантиметров в поперечнике. Вывод их на орбиту значительно удешевляется. Так и хочется воскликнуть: “Мы стоим на пороге новой эры освоения космоса!” Однако не все так просто. Запуску искусственных спутников Земли и их работе на околоземной орбите уже мешают тысячи тонн мусора, которые скопились на всех орбитах, где работают умные машины. Если ничего не предпринять в ближайшее время, то в не столь уж отдаленном будущем космический мусор способен полностью парализовать дальнейшее проникновение человека в глубины Космоса. Наверняка не думал поэт Владимир Войнович, что его слова к песне “Я верю, друзья”, написанной в соавторстве с композитором Оскаром Фельцманом весной 1961 года по случаю выхода в космос Юрия Гагарина, станут настолько пророческими.

Через какие-то полвека человеческих следов, хотя и не “на пыльных тропинках далеких планет”, но в околоземном Космосе стало настолько много, что и “ходить” по орбитам вокруг Земли уже стало опасно. С вопросами о том, каков уровень и темпы техногенного засорения ближнего космоса сегодня и какие последствия могут ожидать человека при непринятии необходимых мер по предотвращению дальнейшего засорения космоса, мы обратились в ведущую организацию России по контролю космического пространства – Межгосударственную акционерную корпорацию “Вымпел” (Президент корпорации – Фатеев Вячеслав Филиппович, доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ; Генеральный конструктор – Суханов Сергей Александрович, доктор технических наук, профессор, заслуженный конструктор Российской Федерации).

О том, что происходит сейчас над нашими головами корреспонденту “Вечерки” рассказал ведущий научный сотрудник межгосударственной акционерной корпорации “Вымпел” Владимир Агапов.

Что там, над Землей?
– Владимир Михайлович, что такое космический мусор?
– Это – неработающие космические аппараты, ступени ракет-носителей, которые выводили эти аппараты на орбиту, различные технологические фрагменты, фрагменты разрушения.
– С 4 октября 1957 года, когда в СССР был запущен первый в мире искусственный спутник Земли, и по нынешнее время, люди в космосе намусорили очень сильно. Первое масштабное событие засорения Космоса произошло 29 июня 1961 г., когда всего через 77 минут после выхода на орбиту взорвалась ступень американской космической ракеты-носителя весом около 750 кг. Даже на уровне возможностей технических средств наблюдения того времени удалось обнаружить более 200 фрагментов, разлетевшихся по орбитам высотой от 300 до 2200 км. Сегодня объектов космического мусора размером в поперечнике от 10-15 сантиметров и больше на околоземной орбите отслеживается около 15 тысяч. Сантиметровых кусочков, недоступных для постоянного контроля, – уже несколько сот тысяч! Миллиметрового размера частичек – миллионы.

Причины разрушения аппаратов и ступеней разные: самоуничтожение по окончании срока эксплуатации, аварии бортовых систем, столкновения. Иногда отработавшие ступени ракет-носителей летают на орбите целыми годами. Но под воздействием жестких условий космоса: разницы температур, радиации, под ударами частиц того же мусора, метеоритов, их оболочки истончаются, оставшиеся пары компонентов топлива в баках смешиваются друг с другом и взрываются, вызывая разрушение ступеней и образование облаков осколков разрушения.

Поэтому космический мусор множится. По опубликованным данным к настоящему времени на околоземной орбите разрушились более 200 крупных объектов. Реальное количество разрушений больше.

На вечном поводке
– А почему они не улетают в безвоздушное пространство, к Солнцу, например?
– Чтобы от Земли попасть к Солнцу, любому объекту надо преодолеть силу земного притяжения, что возможно только при скоростях свыше 11 км/сек.
Для достижения этой скорости, образно говоря, каждая пылинка должна иметь собственный двигатель и баки с топливом. Но у мусора таких разгонных устройств, как мы понимаем, нет. И он вращается на околоземных орбитах и множится, множится….
– Ну и пусть взрываются. За три-то тысячи километров от Земли...
– Обычная стальная пуля летит со скоростью всего лишь 1,5 километра в секунду. И она легко “прошивает” железный лист толщиной в 1.2 мм. А частицы космического мусора на низких орбитах (от 200 до 3000 километров) движутся со скоростью 7-8 километров в секунду, – т.е. в 5 с лишним раз быстрее! К тому же относительная скорость при “лобовом” столкновении таких объектов равна сумме скоростей каждого из них, что известно всем автомобилистам. Поэтому встреча с такими “дробинками” любого космического аппарата, в том числе пилотируемого, не предвещает ничего хорошего. Осколок, размером даже в несколько миллиметров, обладает огромной энергией и легко прошивает насквозь на первый взгляд прочные металлические оболочки космических аппаратов.

Подпоясанные... мусором
– Как зрительно выглядит слой осколков на орбите – летящая кучка, вытянутое облако, подобие колец Сатурна?
– Самые низкие освоенные человеком орбиты используются аппаратами съемки поверхности Земли, метеонаблюдения и связи, пилотируемыми кораблями и станциями. Они летают на высотах от 300 до 2000 тысяч километров. В зоне от 2 до 6 и от 12 до 19 тысяч километров космических аппаратов практически нет, так как здесь расположены слои высокой радиации (радиационные пояса Земли). Находиться в них длительное время можно. Но для этого надо, образно говоря, обвесить корабль свинцовыми плитами, которые туда тоже надо как-то доставить. Между 6 и 12 тысячами километров есть небольшая область, куда сейчас только начинают запускать спутники связи. Следующая востребованная орбита находится на высоте 19-22 тысячи километров от поверхности Земли. Там находятся уже известные нашим читателям спутники навигационных систем России и США (Глонасс и Навстар), разворачиваются аналогичные системы для Европы (Галилео) и Китая (Компас). В широкой продаже появились бытовые приемники (навигаторы нового поколения), позволяющие по сигналам КА этих систем ориентироваться на местности (такие приборы работают в автомобилях, в московских такси и доступны каждому человеку, желающему знать свое местоположение в каждый текущий момент времени).

Выше 22 тысяч км расположена довольно большая “незаселенная” область космического пространства вплоть до орбит геостационарных спутников на высоте 32 000.40000 километров. Геостационарная область – своеобразный аналог “колец Сатурна”, но только рукотворных. Угловая скорость движения спутника на высоте 35800 км равна угловой скорости движения находящейся под ними поверхности Земли. Поэтому они как бы “зависают” относительно поверхности планеты. Это очень удобно для размещения космических аппаратов, на которые направлены, например, домашние спутниковые “тарелки”, с помощью которых мы имеем возможность смотреть множество дополнительных телевизионных программ.

Естественно, что именно на этих, и еще некоторых других освоенных в настоящее время человеком орбитах, и собирается космический мусор – отработавшие свой срок аппараты, как правило, там и бросают. А поскольку эти орбиты наиболее востребованы для работы космических аппаратов, то мусор становится весьма важным фактором, определяющим безопасность полетов КА. На сегодня документально подтверждены 3 столкновения КА с фрагментами космического “мусора”. Один из случаев произошел с небольшим французским аппаратом “Сириз”. Ему обломком отсекло часть конструкции, т. н. гравитационную штангу, в результате чего он потерял ориентацию. Некоторое время его не могли использовать по назначению. С учетом опасности на некоторых модулях МКС с момента их создания уже предусмотрена специальная защита от таких столкновений.

Самые известные случаи падения неуправляемых аппаратов – падение американской станции “Скайлэб” на территорию Австралии и нашего комплекса “Салют – 7” на территорию Чили и Аргентины. Известны находки “предметов с космической свалки”, упавших на территории ЮАР, Арабских Эмиратов, Саудовской Аравии, Новой Зеландии, США.
– На Москву что-то падало?
– Пока ни одного факта падения космического мусора на нашу столицу документально не подтверждено.
– А такой факт теоретически возможен?
– Конечно, потому что отследить случай падения небольшого по размеру орбитального объекта и отреагировать на него практически невозможно. Площадь рассеяния осколков разрушенного объекта при его входе в плотные слои атмосферы измеряется сотнями и тысячами квадратных километров.

Зубы дракона
– Хорошо, часть космического “мусора” самоуничтожится.

А что будет с остальным?
– Исследования американского ученого Кеслера еще в конце 70-х годов прошлого века доказали, что возможно возникновение ситуации, когда количество космического мусора начнет увеличиваться (за счет столкновения объектов между собой. Он, как зубы Дракона в древнегреческой мифологии, начнет множиться в геометрической прогрессии.

До некоторого времени подобная ситуация рассматривалась как исключительно гипотетическая, пока в начале 2006 г. американскими исследователями не был представлен ошеломляющий результат моделирования современного состояния ситуации в космосе. Оказалось, что уже сейчас на высотах от 900 до 1500 километров количество мусора достигло такой концентрации, что примерно с 2055 года (если даже сейчас прекратить все пуски) количество вновь образующихся объектов мусора начнет превышать его убыль, происходящую за счет самоочищения. Это, по существу, цепная реакция воспроизводства мусора – чем больше мусора, тем быстрее он множится.

– Допустим, мусор измельчится до пыли. Тогда что будет?
– Тогда через это пространство вообще невозможно будет пролететь. На высотах больше 1000 км такая пыль может сохраняться тысячи лет. Убрать мелкую пыль в космосе невозможно – это не квартира, где можно все пропылесосить. Сейчас ученые думают над тем, как избавиться от крупных обломков, чтобы они не перетирались в пыль. Это очень дорогостоящее занятие. Для примера – пуск нашей ракеты-носителя “Протон” или аналогичной по классу европейской или американской стоит около 60 миллионов долларов. Сам аппарат, который будет собирать мусор, вполне возможно обойдется минимум на порядок дороже – около 600 миллионов долларов. Потом его, уже с мусором, надо “снять” с орбиты и где-нибудь в безопасном месте утопить.

И таких аппаратов потребуется не один десяток. Вот и считайте… При этом очень сложным является решение проблемы сбора мусора космическим аппаратом как с точки зрения безопасного сближения КА с обломками космического мусора, так и самого механизма его сбора.

В то же время человечеству необходимо принять и “кодекс поведения” в космосе, предписывающий выполнение превентивных мер, исключающих образование мусора.

Первый шаг к этому уже сделан – в конце прошлого года Генеральная Ассамблея ООН одобрила “Руководящие принципы предупреждения образования космического мусора”. И хотя пока что этот документ носит рекомендательный характер, тем не менее сам факт его появления говорит о взрослении человечества и изменении его отношения к использованию тех благ, которыми нас одарила природа.
– Нельзя ли создать аппарат-магнит, который без всякого топлива будет собирать в космосе металлический “мусор” и опускаться вместе с ним на землю?

– Если бы все было так просто... Магнит действует не на произвольном расстоянии и захватывать мы собираемся отнюдь не пылинки массой несколько грамм. Поэтому ему придется сблизиться с захватываемым объектом, то есть маневрировать. Тем более, что объекты придется собирать с разных орбит. Они же не летают строем. Так что ему тоже нужны двигатели и топливо. К тому же в последние годы в конструкции космической техники все чаще используются композитные неметаллические материалы, так что магнит не поможет.
– ...или нужен пилотируемый аппарат?
– Ни в коем случае! Автоматика справится с этой задачей лучше и безопасней. Просто все это очень дорого!

Космические кладбища – реальность
– Какие объекты нужно снять с орбит, чтобы остановить прогрессивное увеличение мусора в космосе? Готова ли уже модель действий? Как на проблему реагирует международное сообщество?
– В прошлом году Генеральная Ассамблея ООН приняла уже упомянутый первый в истории документ (носящий, правда, рекомендательный характер) по предупреждению образования космического мусора. Страны – участницы космической деятельности – должны уводить с орбит ступени и отработавшие спутники, проводить мероприятия по пассивации КА – сливать остатки топлива, отключать источники энергопитания. Для спутников, отработавших на геостационарных орбитах, в настоящее время выбраны области захоронения.

Это – кладбище космических аппаратов. Оттуда, с высоты 37-40 тысяч километров, эти аппараты не смогут возвратиться в область работающих аппаратов и будут находиться там миллионы лет. С низких орбит придется снимать объекты специально, но какие и в какой последовательности – вопрос очень не тривиальный и пока мы над ним только начали работать.
– Каков размах предстоящей работы?

– Сейчас в околоземном пространстве находятся около 950 работающих аппаратов, в том числе на геостационарной орбите – около 350. Со временем точно все они станут космическим мусором. На геостационарной орбите, например, уже скопилось около 1000 старых объектов. Все они крупнее 0,5 метра в поперечнике. Мелких еще больше, но их трудно обнаружить, хотя и развернута целая международная сеть слежения за этими объектами. Мы стараемся понять, как они образовались, чтобы потом, при конструировании новых аппаратов, не допустить появления подобных обломков.
– То есть все космонавты находятся под постоянным прицелом, как на передовой?
– Да, это в каком то смысле настоящая боевая работа в условиях постоянно существующей угрозы, что тебя вдруг “подобьют”. Понятно, что последствия в случае внезапного столкновения могут быть очень печальные.
– Санитарки там нет, и лазарета – тоже?

– Быстро забрать космонавтов с орбиты тоже пока невозможно. У землян нет в настоящее время транспортных космических систем оперативной готовности, способных стартовать, сблизиться, состыковаться с терпящим бедствие КА и забрать с его борта экипаж и возможных пассажиров хотя бы в течение суток.
– Какой же выход из сложившейся ситуации?
– Постепенно создается мировая система слежения за состоянием космоса.
Она включает в себя оптические и радиолокационные приборы слежения. В создании системы участвуют США, Россия, Европа и, в перспективе возможно Китай. Уже в настоящее время развернутой сетью измерительных средств обладают США и Россия. В Европе Германия и Франция тоже обладают мощными радиолокаторами и телескопами. На Канарских островах есть специализированный европейский телескоп для контроля ситуации в области геостационарных орбит.
– Но Москве, насколько я вас правильно понял, этот мусор точно ничем не грозит? Ну, шлепнется ли какая либо болванка...
– Да, весь вопрос только в том – куда она шлепнется? Объекты метрового размера сгорают в атмосфере. Более крупные, в одну– две тонны весом,
– ... Долетят до Красной площади, рухнут на Каменный мост, Черкизовский рынок...
-...Возможно. Но вероятность небольшая. Гораздо хуже, если этот объект упадет на опасное производство или химический объект. На некоторых объектах (космических) используются и ядерные источники энергии. Последствия могут быть неприятными.

СПРАВКА “ВМ”
В 2007 году российские ученые ОАО “МАК “Вымпел” и ЦУП ЦНИИМАШ проводили работы по тому, как избежать опасного сближения МКС с осколками китайского аппарата “Фень-юнь”, который Китай своей ракетой перехватил и подорвал в космосе. Минимальное сближение образовавшихся фрагментов с МКС доходило до 18 километров! Недели полторы ведущие специалисты России совместно с зарубежными партнерами работали в состоянии боевой готовности и контролировали возможность столкновения МКС с этими китайскими фрагментами. Ведь в случае их столкновения с относительной скорости до (16 километров в секунду, МКС превратилась бы в еще одну груду космического мусора.

КОМПЕТЕНТНОЕ МНЕНИЕ
Степан ОРЛОВ, председатель комитета МГД по городскому хозяйству и жилищной политике:
– Проблема возникновения, размножения и утилизации космического мусора, несомненно, очень важная. Необходимо не только изучать ее, но и принимать меры по утилизации отходов космонавтики. Что же касается Москвы, ее региона, то вряд ли мелкий космический мусор сможет оказать какое-то заметное влияние на ухудшение экологии города.
Честно говоря, я еще ни разу не слышал, чтобы на территорию города упал какой-то космический осколок значительного и опасного размера. А мелочь и пыль наши коммунальные службы убирают довольно тщательно и с каждым годом все лучше.

Конечно, опасность падения на город крупных фрагментов разрушившихся (или специально разрушенных) космических аппаратов теоретически существует. Но Москва, ее системы гражданской обороны и организации по предотвращению и устранению чрезвычайных ситуаций, вполне способны противостоять подобной угрозе. Так что москвичам не стоит беспокоиться по поводу того, что на их головы вдруг упадет какой-то неопознанный объект, которыми частенько пугают обывателей уфологии и досужие газетчики. Наш город надежно защищен от любого вторжения из космоса.