«Приостановить космическую деятельность лет на десять»: почему проблему орбитального мусора больше нельзя игнорировать

Компьютерная модель распределения космических объектов в околоземном пространстве. Согласно описанию NASA, 95% из них являются мусором В свете планов SpaceX, OneWeb и Amazon по запуску тысяч спутников для высокоскоростного доступа в интернет ситуация выглядит особенно пугающе. Так, по прогнозам ЦНИИмашi*«Центральный научно-исследовательский институт машиностроения», головной институт Государственной корпорации по космической деятельности «Роскосмос», к 2030 году количество техногенных космических объектов в околоземном пространстве увеличится в два раза. Получается, совсем скоро земная орбита будет напоминать свалку на обочине дороги, где вместо стаканчиков и пакетов — обломки космических аппаратов, отработанные ступени ракет-носителей, последствия взрывов, столкновений и испытания противоспутникового оружия. RB.RU изучил ситуацию и пообщался с экспертами, чтобы разобраться, какие меры предпринимаются для того, чтобы ликвидировать космомусор и предотвратить его появление в будущем. Наблюдения скоро будет недостаточно Космические отбросы способны нанести серьезный ущерб: падая в населенных районах или сталкиваясь с действующими с космическими аппаратам. Согласно подсчетам NASA, вероятность того, что кто-то получит травму из-за падения обломка с неба, составляет 1:3200, однако столкновение в космосе выглядит куда более реальным. Речь не только о крупных фрагментах — даже крупинка может быть серьезной угрозой. Так, в 2016 году астронавт Европейского космического агентства (ESA) поделился фотографией 7-миллиметрового следа на иллюминаторе МКС, причиной которого стало что-то вроде крошечного кусочка краски и частички металла. Все потому, что объекты на орбите разгоняются до 15 км/с — для сравнения, начальная скорость пули, вылетающей из автомата Калашникова, около 900 м/с. Панель солнечной батареи станции «Мир» с повреждениями от микрометеоритов и кусочков космического мусора Хотя математически сейчас вероятность столкновения космоаппаратов с мусором невелика — десять в минус пятой степени за 80 летi — аварии уже происходят, и каждая из них провоцирует новый мусорный «всплеск». Яркий пример — столкновение в 2009 году искусственных спутников, неработающего «Космос-2251» и действующего Iridium 33: оба тела полностью разрушились, образовав свыше 600 обломков. «Зоной огня» становится не только низкая орбита в диапазоне 160 км от планеты. Моделирование, проведенное специалистами из ESA, ясно показало — обломки, образованные взрывами и столкновениями, в течение нескольких десятилетий распределятся на орбитах от 400 до 800 км. Пока что с проблемой частично удается справляться — часть хлама сгорает при входе в атмосферу, часть улетает в дальний космос, а оставшиеся объекты (а таких большинство) каталогизируют и отслеживают, чтобы скорректировать вектора полета космических аппаратов. В частности, в США задачей мониторинга космического мусора и предотвращения возможных аварий занимается командование Space Surveillance Network, подотчетное Министерству обороны. Службы по наблюдению за космическими останками и предотвращению столкновений развиты и в Европе — там функционируют такие программы контроля околоземного пространства, как ESA Space Debris Telescope, TIRA, EISCAT. В России за мониторинг отвечает система «Млечный путь» (ранее АСПОС) «Роскосмоса». Собранные данные публикуются в каталогах космических объектов: в США это NORAD, в ЕС — DISCOS, а в России — ГИАЦ АСПОС ОКП. Чтобы повысить качество «слежки», в мае 2020 года космическое агентство Великобритании выделило миллион фунтов стерлингов на гранты по развитию ИИ-технологий, которые смогут анализировать существующие базы данных и искать новые способы мониторинга космических объектов. Космическая пена-паутина, магниты для мусора и электрогарпуны Следующий логичный шаг после наблюдения — уборка. Правда, впервые техногенный космический мусор на низкой околоземной орбите был пойман только в 2019 году британским спутником RemoveDebris с помощью продвинутых гарпуна и сети. RemoveDebris ловит обломок спутника на орбите Успехи в этом направлении также делает японская компания Astroscale — в марте их новый спутник ELSA-d был запущен на орбиту. В ближайшие месяцы он начнет борьбу с мусором: с помощью мощного магнита будет хватать другие спутники и сбрасывать их на более низкую орбиту, где они будут сгорать при входе в атмосферу. Правда, пока что ELSA-d умеет захватывать только спутники с совместимыми стыковочными пластинами (сейчас они установлены на спутниках OneWeb). В беседе с RB.RU Элисон Хауэлетт, специалист по связям с общественностью Astroscale, отметила, что компания планирует еще несколько миссий. Ближайшая, по мониторингу разгонного блока ракеты, начнется в течение пары лет в сотрудничестве с японским агентством аэрокосмических исследований JAXA. Кроме того, отделения компании в США и Израиле работают над превентивными мерами — продлением срока службы спутников на геостационарной орбите. Довольно близко к реализации проекта сбора мусора приблизилось и ESA — спонсируемый им швейцарский проект ClearSpace разрабатывает аппарат, который в 2025 году должен захватить манипуляторами старый адаптер полезной нагрузки, оставшийся на орбите от европейской ракеты Vega, и свести его в атмосферу Земли для уничтожения. Перспективный проект есть и у ученых «Российских космических систем», но пока он реализован только на бумаге. Сотрудник холдинга, инженер-исследователь Мария Баркова, еще в 2012 году изобрела концепцию орбитального мусороуничтожителя. По задумке, для ловли мусора используется специальная титановая сеть: фрагменты улова дробятся внутри, затем с помощью химической реакции перерабатываются в жидкое состояние и используются в качестве реактивного топлива. Такой цикл позволит чистильщику работать до 10 лет. «Я получила патент на промышленный образец только в 2020 году. Если бы решилась запатентовать систему раньше, она стала бы первой в мире, а так в 2015 году нас обогнала команда профессоров из пекинского университета Циньхуа», — поделилась Мария. Другой громкий российский проект — StartRocket. Они планируют уменьшить количество космомусора с помощью собственной пенной липкой ловушки. В теории это выглядит так: несколько малых самоуправляемых спутников захватывают фрагменты космического мусора и спускают их с орбиты с помощью клейкой пены на основе полимеров, после чего мусор сгорает в атмосфере. В настоящее время StartRocket проводит серию экспериментов, а первый орбитальный тест запланирован на 2023 год. Параллельно стартап работает над использованием солнечного света для показа рекламы из космоса. Аппарат Startrocket Это только часть проектов по космической уборке — большое количество идей остаются нереализованными или ждут финансирования. Но способов противодействия космическому мусору разработано действительно много: от распространенных вроде дробления крупных фрагментов и увода с орбиты, до оригинальных вроде сбивания лазером и переработки в топливо. Читайте по теме: «Если мы будем мешать астрономам работать, пусть сделают перерыв» Как подчеркнул Владилен Ситников, основатель StartRocket, все концепции можно разделить на два основных формата: ударный (например, гарпун, лазер и т.д.) и захватный (магниты, пена, манипуляторы, сетки и т.д.). По словам Марии Барковой, причина разнообразия в том, что какой-то один способ противодействия для всех типов космического мусора использовать невозможно. Например, мелкий космический мусор (менее 5 мм) не получится поймать сетью, а крупный космический мусор (более 10 см) бесполезно останавливать газом. На вопрос об экологичности методов борьбы с космическим балластом Владилен Ситников указал, что максимально безопасен тот способ, который не приведет к дальнейшему размножению мусора: «Физический контакт на орбите, тем более металлических объектов, рискует спровоцировать появление новых фрагментов. Скажем, лазерный луч или захват клешней порождает обломки более мелкой фракции. Тогда как пена, например, не обладает значимой массой, а значит и разрушительной силой, плюс со временем самостоятельно исчезает под действием космической радиации». Что мешает делать космос чище: мнение Astroscale Судя по тому, что проектов единицы, а не тысячи, очистка ближнего космоса — очень трудное дело. RB.RU узнал у Astroscale как одного из ключевых игроков на рынке, что именно тормозит решение вопроса с орбитальным мусором. Как выяснилось, основных причин несколько: Повышенная сложность разработки. Строительство спутника, не говоря уже о поиске, сборе и уничтожении частиц мусора, пока что чрезвычайно сложная задача с инженерно-технической точки зрения. Несогласованная международная политика. Нет единого ведомства, которое бы осуществляло контроль деятельности в космосе, поэтому общие правила установить пока что трудно. Недостаток бюджетирования. Правительственные миссии провоцируют большую часть существующего мусора на орбите, так что финансирование кампаний по удалению особенно опасных фрагментов, таких как ракеты разгонного блока, должно лечь на плечи государств. Это уже реализуется силами ESA и JAXA, но этому принципу должно следовать больше стран. Затрудненное привлечение бизнес-партнеров. Компании, в частности, коммерческие спутниковые операторы, должен осознать, что уборка орбит — это не только экологическая проблема, но и проблема устойчивости бизнеса. «Постепенно люди начинают осознавать, что если они хотят продолжать работу с космосом, нужно начинать заботиться о нем. Пожалуй, ярче всего это иллюстрирует то, что в 2019 году ООН принял 21 руководящий принцип по долгосрочной устойчивости космической деятельности, — делится Элисон Хауэлетт, специалист по связям с общественностью Astroscale. — Потом, в 2020 году был разработан рейтинг устойчивости в космосеi*Инициатива ВЭФ, направленная на содействие добровольным шагам спутниковых операторов по уменьшению засорения космического пространства, столкновений на орбите и неустойчивых космических операций., и Нобу Окада, основатель Astroscale, сыграл в этом ключевую роль. Растет число организаций, выступающих за ответственное поведение в космосе, например, пару лет назад появилась Коалиция по космической безопасности». Профилактические меры Итак, на сегодня не существует реальной возможности для массового активного удаления космического мусора с орбиты. Поэтому не менее важно разобраться с первопричиной: найти решение, как продлить жизнь действующим спутникам, и тем самым сократить необходимость вывода новых аппаратов на орбиту. Уже есть несколько инициатив по эффективному использованию ресурсов в космосе. Например, в спутники широкополосной связи OneWeb встроены стыковочные панели, с которыми работает аппарат-чистильщик ELSA-d. В перспективе это поможет не только уводить с орбиты отработавшие аппараты, но и ремонтировать их. Американская военно-промышленная корпорация Lockheed Martin тоже работает над продлением срока жизни спутников: у них в разработке проект по их дозаправке. Над устойчивым развитием космоса трудятся не только крупные игроки, но и небольшой бизнес. В этом плане уже проявил себя Momentus, американский стартап с российскими корнями. Он занимается разработкой различных версий космических буксиров для микроспутников и предлагает эффективный расход топлива за счет плазменного двигателя. Еще один проект, Success Rockets, ведет работы над собственными сверхлегкими ракета-носителями, спутниковыми платформами малых космических аппаратов и космическими буксирами для низких околоземных орбит. Все эти решения по межорбитальным маневрам помогут продлевать жизнь космическим машинам и затормозить разрастание «мусорного кольца» вокруг Земли. На вопрос RB.RU, не пополнят ли буксиры, платформы и носители и без того внушительную «армию мусора», ответил Олег Мансуров, генеральный директор Success Rockets: «Во-первых, мы конструируем наши ракеты многоразовыми, чтобы никакие ее отработанные части не падали на землю или в воду. Во-вторых, используем экологически чистое топливо, которое не загрязняет атмосферу. В-третьих, все наши группировки проектируются низкоорбитальными, чтобы после завершения их срока эксплуатации они сами входили в плотные слои атмосферы и сгорали в ней. В-четвертых, проектируемые нами космические буксиры, после выведения полезной нагрузки, планируется использовать для уборки космического мусора с высоких орбит, что также позволит ему сгорать в атмосфере». Потом, в качестве профилактики появления нового космомусора уже предпринято несколько юридических шагов. Так, к новым спутникам предъявляются требования, заложенные в международные соглашения и в национальные законы о космической деятельности — например, в стандарты ISOiISO 24113:2011 Space systems — Space debris mitigation requirements. В них прописано, что любой аппарат после завершения своей работы должен быть тем или иным способом утилизирован: сведен с орбиты или отправлен на орбиту захоронения. Особенное внимание отводится «окончанию жизни» спутников, то есть их сведению с орбиты: для небольших аппаратов предусматривают пассивные средства торможения в верхних слоях атмосферы — как правило, они там и сгорают, а для крупных спутников и кораблей предписывают торможение собственными двигателями — чтобы контролируемо упасть в специальный район захоронения в южной части Тихого океана. Однако и этого недостаточно. «Несмотря на то, что теперь законы обязывают спутники иметь механизмы сведения с орбиты, угроза увеличения опасных объектов растет. Поэтому мы ратуем за то, чтобы на уровне космических агентств и регуляторов были приняты решения по массовому производству спутников-мусорщиков и доставки их на орбиту попутным грузом», — указывает Владилен Ситников. «Гром грянет в ближайшее десятилетие, если ничего не предпринимать» Фрагменты мусора постоянно сталкиваются друг с другом, что приводит к эффекту домино: абсолютно неконтролируемому делению объектов и лавинообразному нарастанию проблемы. Согласно математическим расчетам, столкновение двух обломков приводит в среднем к появлению еще шести-семи небольших объектов. Как подчеркивают собеседники RB.RU, если не заняться вопросом вплотную, уже в ближайшее десятилетие с большой долей вероятности ближний космос станет непригоден для полетов, а еще человечество потеряет доступ к мониторингу погоды, GPS и даже Интернету. Мария Баркова, инженер-исследователь, сотрудник РКС Околоземное пространство уже стало свалкой благодаря росту темпов космической деятельности. Но пока «гром не грянет, мужик не перекрестится». Если не предпринять действия на опережение, то вскоре мы попросту не сможем запускать аппараты, не рискуя их уничтожением в результате столкновения с мусором. Самый простой способ очистить ближний космос — приостановить космическую деятельность лет на десять и подождать, пока земная гравитация сделает свое дело. Но, конечно, это нереально — тогда человечество скатится в лучшем случае в 19-й век. Поэтому наиболее адекватным способом видится подражание природным циклам: в любой экосистеме есть падальщики, и в космосе такими существами должны стать сборщики космического мусора в самом широком понимании этого слова. Михаил Кокорич, основатель Momentus Скорее всего, глобальные шаги к исправлению ситуации будут сделаны, когда произойдут заметные столкновения космических объектов. Это подтолкнет регуляторы разных стран к выработке общих правил игры. Думаю, в этом смысле на руку сыграет развертывание мегагруппировок спутников, таких как Starlink, Quiper, OneWeb. Владилен Ситников, основатель StartRocket Как только появится возможность купить билеты в круиз до Луны, или хотя бы на орбитальный полет, вопрос встанет максимально серьезно. Сейчас заботой о человечестве заняты единицы энтузиастов, которые понимают, — если не они, то никто. Олег Мансуров, генеральный директор Success Rockets Худший сценарий предполагает, что основная часть космических компаний и национальных агентств еще долго будет закрывать глаза на эту проблему. При хорошем сценарии в ближайшие годы удастся создать международную систему по уборке космического мусора. Такая система может существовать за счет сборов со всех выводимых космических аппаратов. Фото на обложке: Unsplash Фото в статье: ESA, Европейское космическое агентство