Чем опасен космический мусор

Масса накапливающегося в околоземном космическом пространстве мусора постоянно увеличивается, на начало 2019 года она уже превысила 8000 т. Главную опасность представляет количественный фактор. Сотни тысяч объектов космического мусора могут нанести значительный урон космическим аппаратам. Другая опасность космического мусора связана с падением на нашу планету сошедших с орбиты крупных техногенных объектов, которые могут вызвать химическое поражение значительных территорий высокотоксичным топливом ракетных ступеней или спровоцировать ядерный взрыв.

Куда он девается?

За время наблюдения за космическим мусором можно заметить и положительную динамику — незначительные спады его численности. Они обусловлены естественным механизмом очищения на низких орбитах: объекты сходят в нижние слои атмосферы и сгорают. На орбитах высотой 200 км время торможения (схода с орбиты) крупных объектов измеряется днями или неделями. Ниже 400 км — несколько лет, на высотах 800 км и более космический мусор может находиться десятки и сотни лет. Уверенно отслеживаются только самые крупные объекты космического мусора, размером более 10 см на низких и более 30–50 см на высоких орбитах. При этом проводится мониторинг не всего околоземного космического пространства, а только наиболее засоренных орбит, которые чаще всего используются для работы космических аппаратов — солнечно-синхронные орбиты, геостационарные орбиты и область орбит навигационных искусственных спутников Земли.

Как решать проблему космического мусора?

Сейчас человечество находится на стадии интенсивного изучения проблемы космического мусора, и роль науки здесь особенно велика. Выделяют три основных направления исследований.

Оценка риска

Риск, связанный с угрозой повреждения космического аппарата, определяется вероятностью столкновения с космическим мусором с учетом гипотетических последствий. Определение возможности конкретного столкновения требует знания орбиты обоих объектов.

Обнаружение и мониторинг объектов космического мусора

В качестве основных средств используются радары (только для низкоорбитальной области околоземного космического пространства) и оптические средства: камеры и лидары. С помощью радаров можно отслеживать объекты размером до 1 см, однако они очень легко теряются из-за сложности точного прогнозирования их движения. Большинство обломков остается незамеченным, несмотря на то что средства отслеживания постоянно совершенствуются.

Разработка методов предотвращения засорения и очистки околоземного космического пространства

Выделяют пассивные и активные методы улучшения экологии ближнего космоса. Первые подразумевают постоянный контроль объектов космического мусора, а также минимизацию его количества при запусках и технологических экспериментах. Активные методы, предполагающие изменение орбит или — намного реже — разрушение опасных объектов, разнообразны. Для объектов на высотах до 600–800 км разрабатывают способы, позволяющие перевести опасный объект на более низкую орбиту, чтобы он вошел в атмосферу Земли и сгорел. Для космического мусора на более высоких орбитах энергетически более выгодными оказываются средства отвода объектов на орбиты захоронения.

Специальные разработки

В России создаются специальные аппараты для уменьшения количества космического мусора: сборщик космического мусора, буксир для крупных объектов, средства увеличения миделевого сечения объектов космического мусора на низких орбитах (баллоны, плавучие якоря и т. д.), электродинамические тросовые системы, лазерные средства изменения орбиты космического мусора, пучковые средства и т. п. Некоторые методы достаточно проработаны (например, буксир), другие — довольно перспективные — находятся на стадии исследований. Эксперименты по очистке околоземного космического пространства уже начались. Но нужно помнить, что проблема космического мусора является многоплановой — просто очистить космос от мусора недостаточно. Необходимо с большей серьезностью относиться к экологии космоса, чтобы человечество не узнало на практике, что такое синдром Кесслера.

Синдром Кесслера

Невозможно проводить постоянный мониторинг всех малоразмерных опасных объектов космического мусора. Для анализа их поведения применяют модели, описывающие структуру и динамику их численности. Важный элемент таких моделей — описание процесса саморазмножения космического мусора вследствие столкновений. Наиболее обсуждаемый сценарий подобной ситуации выдвинул в конце прошлого века эксперт
Д. Кесслер. Согласно самому негативному варианту этого сценария, при превышении некоторой критической концентрации объектов космического мусора его самогенерация (даже при прекращении дальнейших запусков) начнет расти по экспоненте, что грозит полным прекращением космической деятельности. Подобное гипотетическое развитие событий называется синдромом (эффектом) Кесслера.

Классификация космического мусора

Естественный космический мусор

В околоземном космическом пространстве постоянно присутствует естественный мусор, состоящий из пыли и каменистых обломков, — строительный мусор, оставшийся после стадии формирования планетной системы. На низких орбитах и в областях концентрации космических аппаратов количество техногенного мусора превышает природную составляющую. При этом в микронном диапазоне размеров частиц всего космоса преобладает естественный компонент космического мусора.

Техногенный космический мусор

Вышедшие из строя спутники, отработавшие ступени ракет, фрагменты от их распада — это мусор, оставленный на орбите, главная опасность которого — повреждение или уничтожение рабочих космических аппаратов. Частота их фатальных столкновений с космическим мусором, по современным оценкам, одно в год. Помимо вывода из строя рабочего аппарата космические аварии приводят к образованию новых мусорных объектов вследствие их фрагментации.

Материал подготовлен по лекции Бориса Михайловича Шустова о космическом мусоре, прочитанной в рамках проекта «Кружок от академика».