Синдром Кесслера: мы постепенно запираем себя под зонтиком космического мусора

В сентябре 2019 года два спутника находились на высоте примерно 200 миль над поверхностью планеты. приближаясь друг к другу на головокружительной скорости 32 000 миль в час. Одним из них был спутник наблюдения Земли Aeolus Европейского космического агентства (ЕКА), а другой — один из Спутники Starlink компании SpaceXПоскольку они оба мчатся к одной и той же области космоса, ученые оценили вероятность их столкновения в 1 к 1000.

ВВС США увидели, что два спутника направляются друг к другу, и предупредили обе организации, но из-за того, что SpaceX назвала «ошибкой» в своих системах связи, они отказались предпринимать какие-либо действия. Если бы спутники разбились, оба были бы полностью уничтожены, а в результате удара миллионы маленьких и больших кусков мусора были бы выброшены в космос. Представьте себе начальную сцену из

фильм Сила тяжести, а теперь увеличьте это на порядок.

К счастью для всех нас, ЕКА смогло маневрировать своим спутником, чтобы избежать столкновения, и теперь оба спутника благополучно продолжают находиться на своих орбитах. Однако этот близкий вызов показывает, что может произойти, когда пространство становится слишком заполненным. Когда тысячи или даже миллионы объектов летают вокруг нашей планеты на огромных скоростях, вероятность столкновений высока.

Мы исследовали, каковы последствия всего этого космического мусора, плавающего в космосе, и получили внутреннюю информацию от Дональда. Кесслер, бывший старший научный сотрудник НАСА по исследованию орбитального мусора и один из ведущих мировых экспертов по космосу. обломки.

Ловушка для мусора

Когда спутник выходит из строя, обычно никто не летает в космос, чтобы его починить. Когда ракета сбрасывает одну из своих ступеней, ступень остается плавать там, где она была выброшена. А когда два объекта на орбите сталкиваются друг с другом, они могут производить буквально миллионы мелких частиц, которые вылетают в космос и в конечном итоге вращаются вокруг Земли.

Весь этот выброшенный материал известен под общим названием «космический мусор». Это мусор, который мы оставили в космосе вокруг нашей планеты, и его с каждым годом становится всё больше.

В конце 1970-х годов, когда исследования космического мусора только начинались, Кесслер предположил пугающую возможность: однажды там может оказаться так много мусор на низкой околоземной орбите, что столкновения будут каскадными до тех пор, пока не станет трудно или невозможно запускать спутники без поражения их обломки. По сути, мы стали бы пленниками на нашей собственной планете, и нам некого было бы винить, кроме самих себя.

Столкновения уже случались и, скорее всего, повторятся снова.

Если бы звучали опасения по поводу мусора или потенциального столкновения спутников SpaceX и ЕКА, преувеличено, стоит отметить, что в прошлом спутники сталкивались, причем с ужасными последствия.

В 2009, два спутника столкнулись на поразительной скорости 11 700 метров в секунду (26 000 миль в час), не только уничтожая оба объекта, но и размазывая огромное поле обломков по обеим их орбитам и за их пределами. Один из спутников входил в группировку спутников связи «Иридиум», а другой — дезактивированный спутник «Космос» Космических сил России. Спутник «Космос» был выброшен и оставлен на орбите в то время, когда мало кто серьезно относился к угрозе обломков.

Этот инцидент заставил людей осознать серьезность угрозы, исходящей от обломков. Мало того, что оно могло уничтожить дорогие спутники, но столкновение еще больше усугубило проблему: по оценкам НАСА, это событие создал 1000 обломков размером более 10 сантиметров, который может продолжать угрожать другим спутникам в течение тысяч лет.

Обломки угрожают как Международной космической станции, так и космическому телескопу «Хаббл»

Есть две основные проблемы, которые следует учитывать, когда речь идет о перенаселенности космоса. Во-первых, как космический мусор может повлиять на корабли, уже находящиеся на орбите вокруг Земли, такие как Международная космическая станция (МКС). МКС находится на очень низкой околоземной орбите, на средней высоте 330 километров (205 миль), что ставит ее посреди огромного количества космического мусора. МКС особенно уязвима для ударов обломков, поскольку она настолько велика, что ее пришлось спроектировать так, чтобы выдерживать удары обломков размером до 1 см.

Чтобы справиться с угрозой других обломков, МКС отслеживает потенциальные столкновения и уходит с дороги. «Космическая станция первой начала совершать маневры, чтобы избежать всего, что приблизилось к ней», Кесслер объяснил: «Но проблема с этими маневрами в том, что вы не можете предсказать, что произойдет столкновение. Точность отслеживания достаточна только для того, чтобы сказать, что что-то пролетит слишком близко к вам и существует вероятность столкновения. Поэтому они будут совершать маневры в таких обстоятельствах».

В случае с МКС важно быть особенно осторожным, поскольку она очень велика и на кону стоят человеческие жизни. Есть также все другие объекты на низкой околоземной орбите, такие как телескоп Хаббл, который вращается на высоте около 545 километров (340 миль), и другие миссии, как пилотируемые, так и беспилотные. И это не говоря уже обо всех спутниках, которые находятся на более высокой геосинхронной орбите, где тоже существует проблема мусора.

Могут ли обломки стать настолько плохими, что вообще прекратят запуск спутников?

Второй вопрос, который следует учитывать, — это то, как обломки повлияют на будущие запуски. Что касается путешествий к далеким планетам, когда вы оставляете Землю позади, вы путешествуете через поле обломков в течение такого короткого промежутка времени, что вероятность возникновения проблем снижается. Проблема возникает, когда вы смотрите на объекты, которые постоянно остаются в полях обломков, например спутники и пилотируемые или беспилотные космические миссии.

«Переходить улицу гораздо безопаснее, чем жить посреди нее», — объясняет Кесслер.

В настоящее время этот вопрос в основном рассматривается с точки зрения экономики. По сути, по мере того, как мусор будет ухудшаться, запуск спутников будет становиться все дороже и дороже. Но что будет дальше, пока неизвестно из-за отсутствия исследований по этой теме.

«Никто никогда не давал ответа на вопрос: насколько плоха окружающая среда [чтобы запуск спутников был возможен]?», — сказал Кесслер. Крайне важно ответить на этот вопрос, прежде чем мы сможем быть уверены в том, в какой момент космический мусор помешает нам полностью вывести объекты на орбиту.

Чтобы решить эту проблему, нам нужны решительные действия прямо сейчас.

Если мы собираемся решить эту проблему, мы не можем просто скрестить пальцы и надеяться на лучшее. Чтобы действительно решить проблему мусора, говорит Кесслер, «необходимы более решительные действия».

Самый острый вопрос – это законодательный вопрос. Существуют согласованные руководящие принципы по предотвращению образования мусора, например, указание о том, что все, что выводится на орбиту на высоте менее 2000 километров (1240 миль) необходимо снова войти в атмосферу, чтобы сгореть в течение 25 лет после миссии. завершение. Это возлагает ответственность за вывоз объектов на компанию или агентство, которое их запускает.

Но в нынешнем виде это рекомендации, а не законы. Кесслер предлагает превратить рекомендации по вывозу мусора в правила и налагать штрафы на организации, которые их не соблюдают. Это побудит людей следовать за ними для всеобщего блага.

Однако даже заставить всех следовать действующим рекомендациям может быть недостаточно. «Было немало исследований, которые пришли к одному и тому же выводу: даже если бы все следовали правилам, этого было бы недостаточно, чтобы остановить рост мусора», — сказал Кесслер. Это потому, что столкновения все еще продолжаются и создают все больше мелких обломков.

Именно по этой причине нам нужен второй шаг: убрать с орбиты 500 крупнейших обломков. Это крупные фрагменты, которые относительно легко отследить и которые, как мы знаем, представляют наибольшую опасность. И здесь на помощь приходят новые технологии.

Новые технологии могут помочь нам навести порядок в наших действиях

Кесслер указал на статью исследователей НАСА. Дж. К. Лиу и Н.Л. Джонсон от 2006 года, в котором рассматривалось, что потребуется для очистки космического мусора. «Если бы мы начали в следующем году и удаляли по пять объектов в год в течение следующих 100 лет», — сказал Кесслер, — «это стабилизировало бы орбитальную среду».

Однако извлечение крупных объектов с орбиты является чрезвычайно сложной задачей. «Эти объекты не предназначены для того, чтобы их можно было схватить, — объяснил Кесслер, — и многие из них вращаются. Прежде чем вы сможете схватить предмет, вам нужно остановить вращение. А некоторые из них размером со школьный автобус».

Одним из вариантов решения этой проблемы является создание центра обслуживания спутников, где спутники можно поддерживать и чинить, чтобы продлить срок их службы, тем самым создавая более длительный период времени, прежде чем они станут хлам. Эту же установку можно было бы даже использовать для спуска объектов с орбиты, когда в них больше нет необходимости.

Другие идеи о том, как расчищать мусор, также находятся в разработке, например, Спутниковый проект RemoveDEBRIS который тестирует методы улавливания мусора, включая сети, гарпуны и навигацию на основе видения. Европейское космическое агентство также расследование вывоза мусора вместе с компанией Astroscale, экспериментируя с добавлением механизма стыковки к спутникам перед запуском, чтобы им было легче поймать тот, который выведен из эксплуатации.

Международная проблема, требующая международного сотрудничества

Как и проблема изменения климата, проблема космического мусора является международной проблемой, для решения которой потребуется международное сотрудничество. Если мы хотим продолжать использовать космос для научных исследований, а также для внедрения таких технологий, как связь и GPS, нам нужно будет найти способ исправить часть ущерба, который мы уже нанесли, а также найти новые решения для будущее.

Хотя мы вряд ли застрянем на Земле и полностью потеряем возможность путешествовать на другие планеты. В ближайшее время существующее поле мусора вокруг планеты может напрямую повлиять на нашу способность изучать космос. «Больше всего пострадает не потеря доступа к другим планетам, а потеря телескопа «Хаббл», — сказал Кесслер. «В конечном итоге это может стать просто куском обломков. Под угрозой находится наше научное любопытство».

Рекомендации редакции

• Объект размером с автомобиль, выброшенный на пляж, может оказаться космическим мусором
• Космическая станция вынуждена уклоняться от орбитального мусора в понедельник вечером
• Документальный фильм SpaceX об исторической миссии выходит на Netflix
• НАСА взвешивает риск, поскольку мусор от старой ракеты направляется к космической станции
• Мы отправляемся на красную планету! Все прошлые, настоящие и будущие миссии на Марс