Синдром Кесслера: ми повільно захоплюємо себе під парасолькою космічного сміття

У вересні 2019 року два супутники перебували приблизно в 200 милях над поверхнею планети наближаючись один до одного на шаленій швидкості 32 000 миль на годину. Один був супутником спостереження за Землею Aeolus Європейського космічного агентства (ESA), а інший був одним із Супутники Starlink компанії SpaceX, і коли вони обидва рухаються до однієї області простору, вчені оцінили ймовірність 1 на 1000, що вони зіткнуться.

Військово-повітряні сили США побачили два супутники, що прямували один до одного, і попередили обидві організації, але через те, що SpaceX назвала «помилкою» у своїх системах зв’язку, вони відмовилися вживати будь-яких заходів. Якби супутники зазнали аварії, обидва були б повністю знищені — і від удару мільйони дрібних і великих уламків полетіли б у космос. Уявіть першу сцену з

фільм Гравітація, а тепер збільште це на порядок.

На щастя для всіх нас, ESA змогло маневрувати своїм супутником, щоб уникнути зіткнення, і тепер обидва супутники безпечно продовжують рух на своїх орбітах. Однак цей дзвінок показує, що може статися, коли простір стає занадто повним. Коли тисячі або навіть мільйони об’єктів літають навколо нашої планети на величезних швидкостях, потенціал зіткнень є високим.

Ми дослідили, до яких наслідків може призвести все це космічний сміття, що ширяє в космосі, і отримали інформацію від Дональда Кесслер, колишній старший науковий співробітник NASA з дослідження орбітального сміття та один із провідних світових експертів з космосу сміття.

Пастка для сміття

Коли супутник виходить з ладу, зазвичай ніхто не піднімається в космос, щоб його полагодити. Коли ракета відкидає один зі своїх ступенів, ступінь залишається плавати там, де вона катапультується. І коли два об’єкти на орбіті стикаються один з одним, вони можуть виробляти буквально мільйони маленьких частинок, які вилітають у космос і обертаються навколо Землі.

Весь цей викинутий матеріал спільно відомий як космічне сміття. Це сміття, яке ми залишили в космосі навколо нашої планети, і воно зростає з кожним роком.

Наприкінці 1970-х років, коли дослідження космічного сміття тільки починалися, Кесслер запропонував страшну можливість: одного дня їх може бути так багато сміття на низькій навколоземній орбіті, що зіткнення будуть каскадними, поки не буде важко або неможливо запустити супутники, не постраждавши від них сміття. Ми фактично стали б в’язнями на нашій власній планеті, і нам не було б нікого, крім самих себе, в чому звинувачувати.

Зіткнення траплялися раніше і, ймовірно, повторяться

Якщо побоювання щодо сміття чи можливого зіткнення супутників SpaceX і ESA пролунали Перебільшено для вас, варто зазначити, що в минулому супутники стикалися з жахливими наслідки.

У 2009 році зіткнулися два супутники з дивовижною швидкістю 11 700 метрів на секунду (26 000 миль на годину), не лише знищуючи обидва об’єкти, але й розмазуючи величезне поле сміття по їхніх двох орбітах і далі. Один із супутників був частиною угруповання супутників зв’язку «Іридіум», а другий — дезактивований супутник Космічних сил Росії «Космос». Супутник «Космос» був викинутий і залишений на орбіті в той час, коли мало хто серйозно сприймав загрозу уламків.

Цей інцидент пробудив людей усвідомити серйозність загрози, яку становлять уламки. Це не тільки могло знищити дорогі супутники, але зіткнення ще більше погіршило проблему: НАСА оцінило цю подію створив 1000 уламків розміром понад 10 сантиметрів, який може продовжувати загрожувати іншим супутникам тисячі років.

Уламки загрожують як Міжнародній космічній станції, так і космічному телескопу Хаббла

Є дві основні проблеми, які слід враховувати, коли йдеться про перенаселеність простору. По-перше, як космічне сміття може впливати на кораблі, які вже знаходяться на орбіті навколо Землі, наприклад на Міжнародну космічну станцію (МКС). МКС знаходиться на дуже низькій навколоземній орбіті, на середній висоті 330 кілометрів (205 миль), що ставить її посеред купи космічного сміття. МКС особливо вразлива до зіткнень з уламками, оскільки вона дуже велика, тому її потрібно було спроектувати таким чином, щоб витримувати зіткнення з уламками розміром до 1 см.

Щоб впоратися з загрозою інших уламків, МКС спостерігає за потенційними ударами та відступає. «Космічна станція першою почала робити маневри, щоб уникнути всього, що наближалося до неї», Кесслер пояснив, «але проблема з цими маневрами полягає в тому, що ви не можете передбачити, що буде зіткнення. Точність відстеження є достатньою, щоб сказати, що щось збирається проїхати незручно близько від вас, і що існує ймовірність зіткнення. Тож вони будуть маневри за таких обставин».

У випадку з МКС важливо бути особливо обережним, оскільки він такий великий і на кону людські життя. Є також усі інші об’єкти на низькій навколоземній орбіті, які слід розглянути, як-от телескоп Хаббл, який обертається на висоті приблизно 545 кілометрів (340 миль), та інші місії, як пілотовані, так і безпілотні. І це навіть не згадуючи всі супутники, які знаходяться на вищій геосинхронній орбіті, де також є проблема уламків.

Чи може сміття стати настільки поганим, що взагалі перешкоджатиме запуску супутників?

Друге питання, яке слід розглянути, це те, як уламки вплинуть на майбутні запуски. З точки зору подорожей на далекі планети, коли ви залишаєте Землю позаду, ви подорожуєте крізь поле сміття на такий короткий проміжок часу, що менш імовірно, що це спричинить проблему. Проблема виникає, коли ви дивитеся на об’єкти, які постійно залишаються в межах полів сміття, як-от супутники та пілотовані чи непілотовані космічні місії.

«Ви можете переходити вулицю набагато безпечніше, ніж жити посеред неї», — пояснює Кесслер.

Зараз це питання розглядається здебільшого з точки зору економіки. По суті, оскільки сміття погіршується, запуск супутників ставатиме все дорожчим. Але що станеться далі, досі невідомо через відсутність досліджень цієї теми.

«Ніхто ніколи не давав відповіді на питання «наскільки погане середовище є надто поганим [для запуску супутників]?», — сказав Кесслер. Життєво важливо відповісти на це запитання, перш ніж ми зможемо бути впевненими, коли космічне сміття завадить нам повністю вивести об’єкти на орбіту.

Щоб вирішити проблему, нам потрібні агресивні дії зараз

Якщо ми збираємося вирішити цю проблему, ми не можемо просто схрестити пальці та сподіватися на краще. Щоб справді вирішити проблему сміття, каже Кесслер, «потрібні більш агресивні дії».

Найгостріше питання – законодавство. Існують узгоджені вказівки щодо пом’якшення впливу уламків, як-от вказівка ​​щодо того, що все, що запускається на орбіту нижче 2000 кілометрів (1240 миль) потрібно знову увійти в атмосферу, щоб згоріти протягом 25 років своєї місії завершення. Це покладає відповідальність за видалення об’єктів на компанію чи агентство, які їх запускають.

Але в нинішньому вигляді це рекомендації, а не закони. Кесслер пропонує нам перетворити вказівки щодо видалення сміття в правила та накладати штрафи на організації, які їх не дотримуються. Це спонукало б людей слідувати за ними на благо всіх.

Однак навіть змусити всіх дотримуватися поточних інструкцій може бути недостатньо. «Було проведено чимало досліджень, які дійшли одного висновку: навіть якби всі дотримувалися правил, цього було б недостатньо, щоб зупинити зростання сміття», — сказав Кесслер. Це тому, що зіткнення все ще тривають і утворюють все більше дрібних уламків.

Ось чому нам потрібен другий крок: видалити з орбіти 500 найбільших уламків. Це великі частини, які відносно легко відстежити і які, як ми знаємо, становлять найбільшу небезпеку. І тут з’являються нові технології.

Нові технології можуть допомогти нам очистити нашу поведінку

Кесслер вказав на документ дослідників NASA J.C. Liou і N.L. Джонсон з 2006 року, який розглядав, що знадобиться для очищення космічного сміття. «Якби ми почали з наступного року і видаляли п’ять об’єктів на рік протягом наступних 100 років, — сказав Кесслер, — це стабілізувало б орбітальну обстановку».

Однак виведення великих об’єктів з орбіти надзвичайно складне. «Ці об’єкти не були розроблені для того, щоб їх можна було хапати, — пояснив Кесслер, — і багато з них обертаються. Перш ніж ви зможете схопити предмет, ви повинні зупинити обертання. І деякі з них такі ж великі, як шкільні автобуси».

Однією з пропозицій щодо вирішення цієї проблеми є створення об’єкта обслуговування супутників, де супутники можна підтримувати та виправляти, щоб подовжити їх термін служби, тим самим створюючи довший період часу, перш ніж вони стануть мотлох. Цю ж установку можна навіть використовувати для зняття об’єктів з орбіти, коли вони більше не потрібні.

Інші ідеї, як розчистити сміття, також знаходяться в роботі, наприклад Видалити супутниковий проект DEBRIS який тестує методи захоплення сміття, включаючи мережі, гарпуни та навігацію на основі бачення. Європейське космічне агентство також розслідування видалення сміття разом із компанією Astroscale, експериментуючи з додаванням стикувального механізму до супутників перед запуском, щоб їм було легше зловити той, який вони звільнили.

Міжнародна проблема, яка вимагає міжнародної співпраці

Подібно до виклику зміни клімату, проблема космічного сміття є міжнародною проблемою, для вирішення якої потрібне міжнародне співробітництво. Якщо ми хочемо продовжувати використовувати простір для наукових досліджень, а також для сприятливих технологій, таких як зв’язок і GPS, нам потрібно буде знайти спосіб відновити частину шкоди, яку ми вже завдали, а також знайти нові рішення для майбутнє.

Хоча ми навряд чи застрягнемо на Землі й повністю втратимо здатність подорожувати на інші планети Найближчим часом існуюче поле сміття навколо планети може безпосередньо вплинути на нашу здатність навчатися простір. «Найбільше болітиме не втрата доступу до інших планет, а втрата телескопа Хаббл», — сказав Кесслер. «Зрештою це може стати просто шматком сміття. Це наша наукова цікавість під загрозою».

Рекомендації редакції

• Об’єкт розміром з автомобіль, викинутий на пляж, може бути космічним сміттям
• Космічна станція була змушена ухилитися від орбітального сміття в ніч на понеділок
• Документальний фільм SpaceX про історичну місію з’явився на Netflix
• NASA оцінює ризик, оскільки сміття від старої ракети прямує до космічної станції
• Ми їдемо на червону планету! Усі минулі, теперішні та майбутні місії на Марс