Синдром на Кеслер: Бавно се улавяме под чадъра на космически боклук

През септември 2019 г. два спътника бяха на около 200 мили над повърхността на планетата приближаващи се един към друг с главоломна скорост от 32 000 мили в час. Единият беше сателитът за наблюдение на Земята Aeolus на Европейската космическа агенция (ESA), а другият беше един от Сателитите Starlink на SpaceX, и когато двамата се движат бързо към един и същи регион на пространството, учените изчислиха вероятността 1 на 1000 да се сблъскат.

Военновъздушните сили на САЩ видяха двата спътника да се насочват един към друг и предупредиха и двете организации, но поради това, което SpaceX описа като „бъг“ в своите комуникационни системи, отказа да предприеме каквото и да е действие. Ако сателитите се бяха разбили, и двата щяха да бъдат напълно заличени - и ударът щеше да изхвърли милиони малки и големи отломки, които се въртят в космоса. Представете си началната сцена от

Филмът Земно притегляне, и сега увеличете това с порядък.

За щастие на всички нас ESA успя да маневрира сателита си, за да избегне сблъсъка, и двата сателита сега продължават безопасно в своите орбити. Това близко обаждане обаче показва какво може да се случи, когато пространството стане твърде пълно. Когато хиляди или дори милиони обекти летят около нашата планета с огромни скорости, потенциалът за сблъсъци е голям.

Разследвахме какви са последствията от всички тези космически отпадъци, носещи се в космоса, и получихме вътрешната информация от Доналд Кеслър, бивш старши учен на НАСА за изследване на орбиталните отпадъци и един от водещите световни експерти по космоса отломки.

Капанът за боклуци

Когато един сателит се повреди, обикновено никой не отива в космоса, за да го поправи. Когато една ракета изхвърли една от своите степени, степента остава да плува, където и да бъде изхвърлена. И когато два обекта в орбита се сблъскат един с друг, те могат да произведат буквално милиони малки частици, които излитат в космоса и в крайна сметка обикалят около Земята.

Целият този изхвърлен материал е известен като космически отломки. Това е боклукът, който сме оставили в пространството около нашата планета, и той нараства всяка година.

В края на 70-те години на миналия век, когато изследванията върху космическите отпадъци едва започваха, Кеслер предложи страшна възможност: че един ден може да има толкова много боклук в ниска околоземна орбита, че сблъсъците биха каскадни, докато стане трудно или невъзможно да се изстрелят сателити, без те да бъдат ударени от отломки. По същество щяхме да станем затворници на собствената си планета и нямаше да имаме кого да обвиняваме освен себе си.

Сблъсъци са се случвали и преди и вероятно ще се случат отново

Ако притесненията за отломки или за потенциално сблъсък на сателитите на SpaceX и ESA прозвучаха преувеличено за вас, струва си да се отбележи, че сателитите са се сблъсквали в миналото с ужасни последствия.

през 2009г. два сателита се сблъскаха с удивителната скорост от 11 700 метра в секунда (26 000 мили в час), не само унищожавайки двата обекта, но и размазвайки огромно поле от отломки в двете им орбити и отвъд тях. Един от сателитите беше част от съзвездието комуникационни спътници Иридиум, а единият беше деактивираният спътник Космос на руските космически сили. Сателитът Космос беше изхвърлен и оставен в орбита в момент, когато малко хора приемаха сериозно заплахата от отломки.

Този инцидент събуди хората за сериозността на заплахата, която представляват отломките. Не само можеше да унищожи скъпи сателити, но сблъсъкът направи проблема много по-лош: НАСА прецени, че събитието създаде 1000 отломки по-голям от 10 сантиметра, който може да продължи да заплашва други спътници в продължение на хиляди години.

Отломките заплашват както Международната космическа станция, така и космическия телескоп Хъбъл

Има два основни проблема, които трябва да се вземат предвид, когато става дума за пренаселеност в пространството. Първият е как космическите отпадъци могат да засегнат плавателни съдове, които вече са в орбита около Земята, като например Международната космическа станция (МКС). МКС се намира в много ниска земна орбита, на средна надморска височина от 330 километра (205 мили), което я поставя в средата на много космически отпадъци. МКС е особено уязвима от сблъсъци с отломки, тъй като е толкова голяма, така че трябваше да бъде проектирана да издържи на сблъсъци с отломки с размер до 1 см.

За да се справи със заплахата от други отломки, МКС следи за потенциални удари и се отдалечава от пътя. „Космическата станция беше първата, която започна да прави маневри, за да избегне всичко, което се доближи до нея,“ Кеслер обясни, „но проблемът с тези маневри е, че не можете да предвидите, че ще има сблъсък. Точността на проследяване е достатъчно точна, за да каже, че нещо ще премине неудобно близо до вас и че има вероятност от сблъсък. Така че те ще правят маневри при тези обстоятелства.

В случая с МКС е важно да бъдете изключително внимателни, тъй като е толкова голяма и защото са застрашени човешки животи. Има и всички други обекти в ниска земна орбита, които трябва да се вземат предвид, като телескопа Хъбъл, който обикаля на около 545 километра (340 мили) и други мисии, както пилотирани, така и без екипаж. И това дори не споменава всички сателити, които се намират на по-висока геосинхронна орбита, където също има проблем с отломките.

Възможно ли е отломките да станат толкова лоши, че да попречат напълно на изстрелването на сателити?

Вторият въпрос, който трябва да се разгледа, е как отломките ще повлияят на бъдещите изстрелвания. По отношение на пътуването до далечни планети, когато оставите Земята зад себе си, вие пътувате през полето от отломки за толкова кратко време, че е по-малко вероятно да причините проблем. Проблемът възниква, когато гледате обекти, които остават постоянно в полетата от отломки, като сателити и пилотирани или безпилотни космически мисии.

„Можете да пресечете улицата много по-безопасно, отколкото да живеете в средата й“, обяснява Кеслер.

В момента въпросът се разглежда най-вече от икономическа гледна точка. По същество, тъй като отломките се влошават, изстрелването на сателити ще става все по-скъпо. Но какво ще се случи отвъд това все още е неизвестно поради липса на изследвания по тази тема.

„Никой никога не е дал отговор на въпроса „колко лоша среда е твърде лоша [за да е възможно изстрелването на сателит]?“, каза Кеслер. Жизненоважно е този въпрос да получи отговор, преди да сме сигурни в кой момент космическите отпадъци ще ни попречат да изстреляме обекти в орбита изцяло.

За да разрешим проблема, се нуждаем от агресивни действия сега

Ако искаме да решим този проблем, не можем просто да стискаме палци и да се надяваме на най-доброто. За да се реши наистина проблемът с отломките, казва Кеслер, „трябва да има по-агресивни действия“.

Най-належащият проблем е законодателният. Има съгласувани насоки за смекчаването на отломките, като насока, че всичко, изстреляно в орбита под 2000 километра (1240 мили) трябва да влезе отново в атмосферата, за да изгори в рамките на 25 години от мисията си завършване. Това поставя отговорността за премахването на обекти върху компанията или агенцията, която ги пуска.

Но както е сега, това са насоки, а не закони. Кеслер предлага да превърнем насоките за премахване на отломки в правила и да налагаме санкции на организациите, които не ги спазват. Това би насърчило хората да ги следват в полза на всички.

Въпреки това дори да накарате всички да следват настоящите указания може да не е достатъчно. „Има доста проучвания, които стигат до едно и също заключение: дори ако всички спазват правилата, това би било недостатъчно, за да се спре растежа на отломките“, каза Кеслер. Това е така, защото сблъсъците все още продължават и създават все повече малки отломки.

Това е причината да се нуждаем от втора стъпка: да премахнем най-големите 500 парчета отломки от орбита. Това са големите парчета, които са относително лесни за проследяване и за които знаем, че представляват най-голяма опасност. И тук идва новата технология.

Новите технологии могат да ни помогнат да изчистим действията си

Кеслер посочи документ на изследователи от НАСА J.C. Liou и N.L. Джонсън от 2006 г., който разглежда какво ще е необходимо за изчистване на космическите отпадъци. „Ако започнем следващата година и премахваме пет обекта годишно за следващите 100 години“, каза Кеслер, „това ще стабилизира орбиталната среда.“

Извличането на големи обекти от орбита обаче е изключително предизвикателство. „Тези обекти не са проектирани да бъдат хващани“, обясни Кеслер, „и много от тях се въртят. Преди да можете да хванете предмета, трябва да спрете въртенето. И някои от тях са големи колкото училищни автобуси.

Едно предложение как да се справим с този проблем е да се създаде съоръжение за сателитно обслужване, където сателитите могат да бъдат поддържани и коригирани, за да се удължи техният живот, като по този начин се създаде по-дълъг период от време, преди да станат боклуци. Същото съоръжение може дори да се използва за сваляне на обекти от орбита, след като вече не са необходими.

Други идеи за това как да се разчистят отломките също са в процес на разработка, като например Премахнете сателитния проект DEBRIS което тества методи за улавяне на отломки, включително мрежи, харпуни и навигация, базирана на визията. Европейската космическа агенция също разследване отстраняването на отломки заедно с компанията Astroscale, като експериментират с добавяне на докинг механизъм към сателитите преди изстрелването, за да ги направят по-лесни за улавяне на един, който са пенсионирани.

Международен въпрос, изискващ международно сътрудничество

Подобно на предизвикателството на изменението на климата, проблемът с космическите отпадъци е международен проблем, който ще изисква международно сътрудничество за справяне. Ако искаме да продължим да използваме пространството за научни изследвания, както и за технологии като комуникации и GPS, ще трябва да намерим начин да отменим някои от щетите, които вече сме причинили - както и да намерим нови решения за бъдеще.

Въпреки че е малко вероятно да останем на Земята и напълно да загубим способността си да пътуваме до други планети скоро съществуващото поле от отломки около планетата може пряко да повлияе на способността ни да учим пространство. „Това, което ще боли най-много, не е загубата на достъп до други планети, а загубата на телескопа Хъбъл“, каза Кеслер. „В крайна сметка може да се превърне само в отломки. Нашето научно любопитство е изложено на риск.

Препоръки на редакторите

• Обект с размерите на кола, изхвърлен на плажа, може да е космически боклук
• Космическата станция беше принудена да избягва орбитални отломки в понеделник вечерта
• Документален филм на SpaceX за историческата мисия се появи в Netflix
• НАСА претегля риска като боклук от стара ракета, която се насочва към космическата станция
• Отиваме на червената планета! Всички минали, настоящи и бъдещи мисии до Марс