В околоземном пространстве в результате деятельности космических держав скопилось большое количество космического мусора. Как правило, это завершившие свою миссию и прекратившие активное существование космические аппараты (КА), верхние ступени ракет-носителей и разгонные блоки, фрагменты космических объектов, разрушенных в результате взрывов и столкновений.
Чем опасно такое положение дел, как защищена от мусора Международная космическая станция (МКС) и как можно "прибраться" на орбите, ТАСС рассказали в Центральном научно-исследовательском институте машиностроения (ЦНИИмаш).
Сотни миллионов
По данным института, в околоземном пространстве, особенно на низкой орбите (до 2000 км), находится огромное количество мелкого мусора, в том числе более 23 000 бесполезных объектов размером свыше 5–10 см. Также это сотни тысяч фрагментов размером от 1 до 10 см и сотни миллионов частиц размером от 1 мм до 1 см, а количество более мелкого космического мусора исчисляется миллиардами.
При этом даже самый мелкий обломок крайне опасен для работающих спутников, так как его средняя скорость движения по земной орбите составляет примерно 7,5 км/с. Для сравнения: осколки из снаряда, взорванного на Земле, разлетаются со скоростью всего около 2 км/с. Таким образом, двухсантиметровый обломок космического мусора имеет большую энергию, чем сравнимый по размерам осколок артиллерийского боеприпаса.
Причем, отмечают в ЦНИИмаш, в последнее время эти обломки становятся еще опаснее за счет своей возросшей прочности.
В последних моделях среды техногенного космического мусора наряду с преобладающими осколками из алюминиевых сплавов появилась стальная компонента
На низкой орбите находится основная масса наблюдаемого космического хлама — более 75%. Здесь же, в наиболее засоренной зоне, находится свыше 60% всех действующих космических аппаратов. Космический мусор представляет серьезную опасность как для них, так и для пилотируемых аппаратов с людьми на борту — космических кораблей и МКС. "Столкновение действующих КА с объектами космического мусора может привести к выводу их из строя и даже разрушению", — отметили в институте.
Чем защищена МКС
По словам специалистов ЦНИИмаш, проведенными в первом квартале 2018 года расчетами выявлено 7306 опасных сближений МКС, а также других космических аппаратов с потенциально опасными космическими объектами. Для защиты станции от мелких высокоскоростных частиц космического мусора и метеороидов применяют специальные экраны. Пробивая такой экран, обломок мусора разрушается и превращается в облако мелких осколков. Получающаяся "пыль" значительно менее опасна для обшивки модулей станции, чем удар исходной частицы.
В то же время появление стальных обломков требует существенной корректировки технологии защиты, сообщили в ЦНИИмаш. Защитные экраны смогут "ловить" и измельчать только те стальные осколки, скорость соударения которых со станцией относительно мала. "В настоящее время в Роскосмосе и NASA накоплен большой опыт в области защиты. Однако изменение состава станции, продление срока ее эксплуатации и эволюция осколочно-метеороидной среды в околоземном пространстве требует постоянного мониторинга защищенности станции", — отмечают в институте.
Более эффективный метод защиты МКС от мусора — уклонение от столкновения.
При возникновении непосредственной опасности на основании полученных данных принимаются решения о проведении маневров уклонения космической станции
Для прогнозирования опасных ситуаций в Роскосмосе разработана и успешно функционирует автоматизированная система предупреждения об опасных ситуациях. Система проводит расчеты опасных сближений с объектами космического мусора как для МКС, так и космических кораблей и спутников.
Как "пропылесосить"
Ранее сообщалось, что в России разрабатывается спутник-уборщик, способный удалять мусор с геостационарной орбиты (36 000 км) с помощью ионной пушки. Приблизившись к объекту, аппарат пучком ионов будет выталкивать обломок мусора на несколько сотен километров выше.
"Схема функционирования такого аппарата включает многократное повторение последовательности маневров сближения аппарата с удаляемым фрагментом, перелет полученной связки на орбиту захоронения (примерно на 250–300 км выше геостационарной орбиты) и возвращение в область геостационарной орбиты к следующему объекту космического мусора для его удаления", — рассказали в ЦНИИмаш.
Создание этого КА предполагалось проектом Федеральной космической программы на 2016–2025 годы до ее секвестра. На опытно-конструкторскую работу "Ликвидатор" планировалось суммарно выделить около 8,5 млрд рублей. Спутник должен был за время своей полугодовой работы удалить с орбиты до 20 старых аппаратов массой до 2 т. В институте уточнили, что в настоящее время по спутнику-уборщику продолжаются научно-исследовательские работы.
Другой российский проект спутника-уборщика был представлен Сибирским государственным аэрокосмическим университетом имени Решетнева. Аппарат должен очищать от крупных объектов самые проблемные орбиты — низкие с высотой от 160 до 2000 км и геостационарные орбиты с высотой 36 000 км. В качестве космической платформы предлагается разгонный блок типа "Фрегат" с незначительными доработками. Аппарат будет захватывать объекты механически с помощью манипуляторов. Такой спутник должен получить искусственный интеллект, чтобы самостоятельно опознавать фрагменты мусора.
При работе с геостационарными орбитами космический уборщик должен будет переместить на орбиту захоронения 12 отслуживших космических аппаратов. На низких орбитах КА будет переводить обломки мусора на предельно близкую к Земле высоту, с которой они через некоторое время попадут в плотные слои атмосферы и сгорят.
Еще идеи
Сотрудник американской фирмы Aerospace Corporation доктор Зигфрид Янсон предложил концепцию с наименованием Brane Craft: космический аппарат в виде ткани с мембранной структурой размером около 1 кв. м и толщиной меньше человеческого волоса.
По задумке автора, спутник будет, подобно рыболовному тралу, собирать все, что встретится на его пути, после чего спустит "пакет" с космическим мусором в нижние слои атмосферы, где тот сгорит. За идею автор получил грант на $500 тыс., но пока проект не реализован полностью, и ключевая проблема скрывается в конкретном способе применения.
Как пояснили в ЦНИИмаш, "с использованием данной концепции можно собирать только объекты на орбите самого спутника в направлении попутного движения", то есть когда относительные скорости практически одинаковы. При относительных скоростях космического мусора на встречных с аппаратом курсах примерно 11 км/с это невозможно.
В целом данный подход, считают в ЦНИИмаш, применим в основном для крупногабаритных объектов космического мусора. Но при этом площадь 1 кв. м недостаточна для захвата крупных объектов, что делает концепцию применимой только для маленьких аппаратов типа "Кубсат" (куб с гранью 10 см). Сбор малоразмерных объектов при таком подходе и вовсе невозможен, считают в институте, так как непонятно, как зафиксировать частицы на поверхности "невода".
По нашему мнению, запуск десятков подобных зондов, как это предлагает автор концепции, приведет к превращению самих зондов в космический мусор, что еще больше засорит очищаемые области космического пространства
Российские специалисты считают, что единственным перспективным способом борьбы с космическим мусором на сегодня является сбор крупногабаритных объектов. Работы по уводу или уничтожению мелкого космического мусора, по данным ЦНИИмаш, пока практически реализовать невозможно.
Валерия Решетникова