ЦНИИмаш: примерно 75% от общего числа наблюдаемых космических объектов являются "мусором"

75 лет назад на основании постановления Совета министров СССР был образован Государственный научно-исследовательский институт реактивного вооружения, который с 1967 года известен как Центральный научно-исследовательский институт машиностроения (ЦНИИмаш). С него фактически началась история ракетно-космической отрасли Советского Союза, а впоследствии и России. Сейчас ЦНИИмаш является головным научным институтом Роскосмоса. Он проводит общесистемные исследования от проектирования концепции ракетно-космической техники и долгосрочных перспектив развития до конкретных технологических разработок. 

Также в ведении института находится автоматизированная система предупреждения об опасных ситуациях в околоземном космическом пространстве (АСПОС ОКП), с помощью которой РФ осуществляла мониторинг за сходом с орбиты второй ступени китайской ракеты-носителя Long March-5B ("Чанчжэн-5Б", CZ-5B). О том, сколько объектов она отслеживает, сколько объектов комического мусора находится на орбитах Земли, несут ли они угрозу Международной космической станции и спутникам, в интервью ТАСС рассказал начальник информационно-аналитического центра АО "ЦНИИмаш" Игорь Бакарас.

— Что относится к космическому мусору? Сколько таких объектов, по российским оценкам, находится на орбите?

— Прежде всего, необходимо дать определение, что же такое "космический мусор". Под данным выражением обычно подразумевают все искусственные объекты и их фрагменты в космосе, которые уже неисправны, не функционируют и никогда более не смогут служить никаким полезным целям, но являющиеся опасным фактором воздействия на функционирующие космические аппараты (КА), особенно пилотируемые. В некоторых случаях объекты космического мусора могут представлять прямую опасность и для Земли — при их неконтролируемом сходе с орбиты, неполном сгорании при прохождении плотных слоев атмосферы и падении обломков на населенные пункты, промышленные объекты и транспортные коммуникации. 

На основе статистических оценок делаются выводы, что общее число объектов подобного рода (размером более 1 см) достаточно неопределенно и может достигать от сотни тысяч до миллиона. Из них только малая часть (меньше 5%) обнаруживаются, отслеживаются и каталогизируются наземными радиолокационными и оптическими средствами.

— Где находится больше всего космического мусора?

— Наиболее засорена низкоорбитальная область околоземного космического пространства высотой до 2000 км, которая чаще всего используется для работы космических аппаратов. В данной области в настоящее время находится более 3000 функционирующих космических аппаратов и около 14 000 объектов космического мусора размером более 10 см. В области средневысоких орбит высотой около 20 000 км функционируют около 150 космических аппаратов, в то время как более 500 объектов космического мусора представляют для них опасность. В области геостационарных и высокоэллиптических орбит суммарно находится более 600 действующих космических аппаратов и более 1500 объектов космического мусора.

Общее количество объектов размером более 10 см, находящихся в околоземном космическом пространстве и контролируемых автоматизированной системой предупреждения об опасных ситуациях в околоземном космическом пространстве (АСПОС ОКП), превышает 24 500, из них объектов космического мусора насчитывается порядка 18 300, что составляет примерно 75% от общего числа наблюдаемых космических объектов.

— Основная часть — это космические аппараты или ступени ракет? Может, есть процентное соотношение?

— Основную часть космического мусора составляют прекратившие функционирование космические аппараты (примерно 2800, или 15% от общего числа), разгонные блоки и последние ступени ракет-носителей (примерно 2300, или 13%), фрагменты космических аппаратов, разгонных блоков, последних ступеней ракет-носителей и операционные элементы, в том числе болты, гайки и т. д. (примерно 13 000, или 72%).

Количество действующих КА в околоземном космическом пространстве составляет около 3900. Причем необходимо учитывать, что существенный рост в последние годы вызван запуском на низкие околоземные орбиты больших группировок спутников, таких как, например, Starlink (США; более 1000 КА); OneWeb (Великобритания; более 100 КА).

— Ожидается ли в ближайшее время строительство новых наземных станций для наблюдения за космическим мусором в России и за рубежом? В каких регионах?

— На сегодняшний день в планах развития АСПОС ОКП до 2025 года предусмотрена разработка, создание и размещение четырех современных наземных оптико-электронных наблюдательных пунктов как на территории Российской Федерации, так и за рубежом. В составе данных наблюдательных пунктов будут использоваться около 20 телескопов различной апертуры для мониторинга околоземного космического пространства. Места дислокации наземных пунктов наблюдения будут определены после проведения соответствующего моделирования и определения наиболее благоприятных условий с точки зрения астроклиматической погоды и наличия необходимой инфраструктуры.

— К 2025 году в составе АСПОС ОКП планируется использование 65 телескопов. Будут ли как-то модернизированы телескопы?

— В настоящее время в АСПОС ОКП эксплуатируется 36 телескопов различного назначения в составе десяти наземных комплексов, размещенных на территории Российской Федерации, Армении и Бразилии. Как было отмечено ранее, дополнительно ожидается ввод в эксплуатацию примерно от 20 до 25 новых телескопов. Таким образом, общее число составит около 60 специализированных телескопов в составе 14 оптико-электронных комплексов.

Если говорить о модернизации, то она не затронет непосредственно конструкцию телескопов. Новые изделия изготавливаются по уже имеющейся документации. Новизна заключается в установке на телескопы фотоприемников, выполненных на базе современных высокочувствительных сенсоров. Такая замена позволит значительно увеличить ресурс, надежность и производительность комплексов, повысить точность измерений координат космических объектов. Телескопы, находящиеся в эксплуатации, также будут оснащены новыми фотоприемниками. Для работы с новыми фотоприемниками дополнительно потребуется модернизация вычислительных комплексов путем перехода на современные высокопроизводительные компьютеры.

 — В ближайшем будущем ряд стран планирует запустить на низкие околоземные орбиты большие группировки спутников. Помешает ли это наблюдениям за космическим мусором?

В случае реализации данных проектов ситуация с техногенным насыщением этой важной оперативной области существенно осложнится. Это вызовет не только скачкообразный рост количества действующих КА в околоземном космическом пространстве, но и может привести к заметному росту числа столкновений космических объектов в рассматриваемой области, что спровоцирует образование новых объектов космического мусора — как крупных, так и мелких. Естественно, что при таком развитии событий потребуется увеличение технических ресурсов для получения и обработки измерительной информации.

— Сколько ежедневно поступает сообщений о вероятности столкновения на орбите? Часто ли приходится менять орбиты спутников, чтобы спасти их от столкновения с космическим мусором?

— От трех до десяти сообщений о возникновении опасных сближений защищаемых спутников российской группировки с потенциально опасными космическими объектами поступает ежедневно от АСПОС ОКП. Несмотря на это, орбиты спутников приходится менять достаточно редко, но в случае высокой вероятности столкновения действующих космических аппаратов с объектами космического мусора их орбита может быть скорректирована. Однако следует понимать, что не все космические аппараты имеют возможность изменять свою орбиту ввиду конструктивных особенностей и наличия необходимого ресурса топлива для совершения маневра и продолжения дальнейшего решения своих целевых задач. 

В качестве примера ситуации, когда пришлось изменить орбиту космического аппарата вследствие полученного сообщения о вероятности столкновения, можно привести коррекцию орбиты МКС 23 сентября прошлого года. В связи с высокой вероятностью нарушения штатной эксплуатации из-за возможного столкновения с фрагментом разрушения операционного элемента японской ракеты "Н-2А", орбита МКС была скорректирована. В результате маневра высота станции увеличилась примерно на 500 м. Всего за 2020 год МКС выполнила два маневра уклонения от столкновения с опасным космическим мусором.

— Есть ли показатели, сколько в среднем опасных сближений происходит в год? Сколько было в прошлом году? А в 2021 году были ли такие случаи?

— В АСПОС ОКП ежедневно проводятся расчеты по выявлению опасных сближений с защищаемыми космическими аппаратами. В среднем в год фиксируется около 4500 таких опасных ситуаций. В 2020 году зафиксировано 220 опасных сближений с МКС и более 4000 с отечественными КА. В 2021 году коррекции орбит КА не проводились.

— В прошлом году стало известно, что специалисты Главного центра разведки космической обстановки до сих пор следят за сумкой, которую потеряла почти 12 лет назад во время выхода в открытый космос астронавт NASA Хайдемари Стефанишен-Пайпер. Подобные предметы опасны для спутников и МКС? По большей части вещи, улетевшие в космическое пространство во время ВКД, сгорают в атмосфере или превращаются в космический мусор? Столкновение с ними тоже несет угрозу?

— Возможно, специалисты Главного центра разведки космической обстановки до сих пор следят за данной сумкой, а также другими объектами, которые были потеряны космонавтами при работах в открытом космосе на МКС, так как данный случай не является единственным в своем роде. Такие ситуации случаются регулярно.  В базу данных главного информационно-аналитического центра АСПОС ОКП все потерянные объекты обнаруживаются и вносятся из открытых источников и информации от оптических средств системы для дальнейшего контроля и прогнозирования их полета в космическом пространстве.

Подобные объекты также представляют опасность для МКС и других космических аппаратов, как и любой объект космического мусора, орбита которого может пересекаться с орбитами космических аппаратов. Опасность для МКС довольно низкая и существует только на начальном этапе, в дальнейшем такие объекты опускаются ниже орбиты МКС и не представляют для нее угрозы.

— Как сейчас обстоит ситуация со "Спектром-Р"? Изменилась ли его орбита за два года? Есть ли расчеты, когда он упадет на Землю?

— В настоящее время КА "Спектр-Р" находится на орбите Земли с высотой в апогее 300 тыс. км и в перигее — 70 тыс. км. За два последних года его орбита существенно не изменилась. Учитывая ее высоту, по самым скромным подсчетам, данный объект будет находиться в космосе еще очень долгое время.

В качестве примера можно привести приблизительное время падения космического объекта на Землю в зависимости от высоты орбиты над поверхностью земли: 500 км — до 25 лет; 800 км — от 100 до 150 лет; 1200 км — около 2000 лет; 36 000 км — тысячелетия.

— Ведется ли разработка КА с высокочувствительной аппаратурой для системы "Млечный путь"? Сформирована ли концепция системы? С кем она будет согласовываться?

— В части разработки КА для системы "Млечный путь" на данный момент проводится предварительное моделирование условий видимости наблюдаемых объектов, а также состава низкоорбитальной группировки специализированных космических аппаратов мониторинга космического мусора.

Специалистами АО "ЦНИИмаш" совместно с потенциальным разработчиком проведено предварительное рассмотрение облика и технических характеристик оптико-электронной наблюдательной аппаратуры. Дальнейшие работы будут продолжены по завершении формирования и утверждения концепции создания системы информационно-аналитического обеспечения безопасности космической деятельности в околоземном космическом пространстве "Млечный путь". В текущем году планируется защита данной концепции в госкорпорации "Роскосмос".