Проблема засорения космоса



В статье рассмотрены основные причины возникновения космического мусора и дальнейшая перспектива околоземного пространства. Были представлены структуры, занимающиеся мониторингом каталогизированных космических обломков, а также проанализированы наиболее эффективные методы минимизации скопившегося мусора.

Ключевые слова: космический мусор, космический аппарат, околоземное пространство, спутники, орбиты.

С момента возникновения и становления космической техники, человечество не задумывалось о том, что множество объектов, запускаемых в космос, останется там на сотни лет. Этому может свидетельствовать тот факт, что значительная часть космических объектов (КО), отправляемых на околоземную орбиту, не в силах реализовать самовозврат в земную атмосферу. В частности это касается КО на высокоэллиптических и геостационарных орбитах. Конструкторы, создававшие и создающие их, в большинстве своём, изначально не закладывают в них такую возможность. [1]. Под космическим мусором понимают все искусственные объекты и их фрагменты, образовавшиеся в результате разрушений крупной ракетно-космической техники (РКТ) (космических аппаратов, верхних ступеней ракет-носителей и разгонных блоков), находящихся на околоземных орбитах в космосе, которые не функционируют, но являются опасным фактором воздействия на действующие космические аппараты [2].

Целью настоящей работы является изучение возможных факторов образования мусора в космосе и его влияние на околоземное пространство, а также проанализировать, как с этой проблемой борются организации, занимающиеся системой контроля космического пространства.

Задачи:

− Обзор основных причин возникновения космического мусора;

− Рассмотрение влияния скопившихся обломков на действующие космические аппараты;

− Анализ путей решения по снижению объемов космического мусора.

С начала космической эры было осуществлено более 5500 запусков. За этот период в околоземное космическое пространство было выведено свыше 30 тысяч космических объектов (КО), общей массой более 8800 тонн. На сегодняшний день количество объектов космического мусора (рис.1), находящихся на орбите, стремительно увеличивается (табл.1) [3].

Рис. 1. Скопления мусора на Земной орбите

Источниками техногенного загрязнения околокосмического пространства (ОКП) являются весьма разнообразные агрегаты, деятельность которых осуществляется человеком. Стоит отметить, что небесные тела, как правило, не представляют серьезной угрозы для современных космических аппаратов (КА), так как они, проходя через ОКП, сгорают в плотных слоях атмосферы и в редких случая достигают поверхности Земли. Космические агрегаты, запущенные с Земли на орбиты, остаются на них долгое время, что представляет потенциальную угрозу для действующих космических аппаратов, объектов на Земле и ее населения.

Таблица 1

Фракционный иколичественный состав обломков на орбите Земли

Число обломков	34 000	900 000	128 000 000
Размер частиц, мм	>100	10…100	1…10

Образование космического мусора непосредственно связанно с запусками искусственных спутников Земли (ИСЗ), вводом их на орбиту и дальнейшим функционированием автоматических и пилотируемых аппаратов. Наибольшую опасность будет представлять мусор, образовавшийся в результате разрушений космических объектов, таких как взрывы и столкновения [4]. За время освоения космоса были зафиксированы несколько случаев, способствующих резкому росту единиц мусора. Так проведенное Китаем в 2007 году противоспутниковое испытание, в ходе которого была использована ракета для уничтожения старого метеорологического спутника, увеличила количество обломков мусора на 25 %. Другим примером является столкновение спутников Космос-2251 и Iridium 33 в 2009 году. Этот удар на скоростях в десяток километров в секунду привел к образованию 2000 единиц отслеживаемого мусора, летящего по непредсказуемым траекториям [5, 6].

Мониторинг состояния галактической среды необходим для компетентной организации освоения ОКП и его дальнейшей эксплуатации. В настоящее время существует достаточно большое количество сообществ, активно занимающихся сбором и обработкой данных о состоянии действующих КО, а также наблюдением за появлениями новых. К их числу относят Российскую систему контроля космического пространства (СККП), European Space Agency (eesa) — Европейское космическое агентство, European Incoherent Scatter Scientific Association (EISCAT) — Европейская научная ассоциация по некогерентному рассеянию радиоволн, Ground-based Electro-Optical Deep Space Surveillance (GEODSS) — наземный электронно-оптический комплекс зондирования глубокого космоса и другие.

На сегодняшний день накопление мусора не является естественно обратимым процессом. К сожалению, сбор космического мусора и его утилизация представляет собой очень дорогостоящую и практически невыполнимую задачу. В данный момент специалисты предлагают ряд мер, позволяющих, по крайней мере, отодвинуть срок наступления эффекта Кесслера. Во-первых, необходимо поддерживать относительно низкий уровень засоренности защищаемых зон космического пространства путем оперативного увода недействующих КА на орбиты захоронения или в плотные слои земной атмосферы (в частности, согласно ГОСТ Р 52925–2018). Во-вторых, минимизировать число КМ и продумать пути его утилизации можно уже на стадии проектирования аппаратов. Ведь грамотно продуманные конструкции и материалы обеспечат аппаратам большее отношением площади поверхности к массе, что способствует эффективному атмосферному торможению при их разрушении.

Еще одной мерой в борьбе с большими объемами КМ является совершенствование и модернизация уже существующих устройств, задача которых состоит в улавливании мусора. Ярким примером служит разработка представителями холдинга «Российские космические системы»  сборщик космического мусора (СКМ) (рис. 2).

Рис. 2. Сборщик космического мусора (СКМ)

По словам автора проекта, инженера-исследователя РКС Марии Барковой, отличительной особенностью данного проекта от существующих аналогичных является переработка космического мусора в псевдожидкое топливо. Это позволяет решить сразу несколько задач — обеспечить безотходное уничтожение мусора и максимальный срок работы аппарата, а также минимизировать стоимость его вывода на орбиту.

Литература:

1. Всероссийская конференция с международным участием «Космический мусор. Фундаментальные и практические аспекты угрозы» / Москва ИКИ РАН, 17–19 апреля 2019 г.  88 с.
2. Свободная энциклопедия Википедия: Космический мусор [Электронный ресурс], — Режим доступа: https://ru.wikipedia. org/wiki/Космический_мусор, свободный. — Загл. с экрана.
3. European Space Agency: Space debris by the numbers [Электронный ресурс], — Режим доступа: https://www.esa.int/Safety_Security /Space_Debris/Space_debris_by_the_numbers, свободный. — Загл. с экрана.
4. Вениаминов С. С., Червонова А. М. Космический мусор  угроза человечеству / С. С. Вениаминов, А. М. Червонова. М.: ИКИ РАН, НИЦ РКО ФБУ 4 ЦНИИ МО РФ, 2013.  208 с.
5. European Space Agency: About space debris [Электронный ресурс], — Режим доступа:https://www.esa.int/Safety_Security/Space_Debris/About space_debris, свободный. — Загл. с экрана.
6. National Aeronautics and Space Administration: Space Debris and Human Spacecraft [Электронный ресурс], — Режим доступа: https://www.nasa.gov/mission_pages/station/news/orbital_debris.html, свободный. — Загл. с экрана.