Почему убирать космический мусор так же важно, как земной

Мусорный след человека давно протянулся за пределы планеты, далеко в космос. Пока активисты и политики решают, куда девать бытовые отходы на Земле, на орбитах скапливаются тонны отработавшей ресурс техники. Plus‑one.ru объясняет, из чего состоят космические свалки, где они находятся и может ли «небесный» мусор рухнуть на наши головы (спойлер: такое уже случалось).

Какой мусор летает в космосе

С запуска первого искусственного спутника в 1957 году началась космическая эра. С тех пор человечество запустило множество ракет и вывело на орбиты почти 11 тыс. спутников. В последние годы число космических миссий резко возросло. Теперь околоземное пространство осваивают не только государства — к делу подключились частные фирмы и некоммерческие организации. Загруженность орбит растет.

Как менялось количество объектов в околоземном пространстве

Однако спутники, как и любая другая техника, ломаются и устаревают. Их заменяют новые устройства, а вышедшие из строя аппараты вынуждены доживать свой век на орбите в виде металлолома. В ближних и дальних окрестностях нашей планеты появились «свалки».

К космическому мусору относят все неработоспособные технические объекты и их фрагменты. Бо́льшую его часть составляют отработанные ступени ракет, старые спутники и их фрагменты. Несмотря на постоянные запуски новых устройств, работающих спутников на орбитах гораздо меньше, чем «отходов». По оценкам Европейского космического агентства (ЕКА), в околоземном пространстве находится 128 млн крошечных обломков, размер которых не превышает сантиметра, 900 тыс. фрагментов от 1 до 10 см и 34 тыс. — более 10 см. Для сравнения: работающих спутников всего 3,9 тыс.

Наиболее активно человечество использует низкую околоземную орбиту (200-2000 км над уровнем моря). Эта часть космического пространства — самая «густонаселенная» и одновременно самая «грязная». На высотах 650-1000 км расположена первая «свалка» — здесь «обитают» старые аппараты, разнокалиберные обломки и военные спутники с ядерными установками. Такие высоты для складирования потенциально опасных объектов выбраны не случайно: там они могут находиться около двух тысяч лет. Второй официальный «полигон» расположен на высоте примерно 36 тыс. км — туда отправляются все отслужившие спутники с геостационарной орбиты.

Земные орбиты и места «захоронения» мусора

Однако космический мусор «летает» не только в специально отведенных для него местах. Столкновение с обломками в околоземном пространстве может произойти где угодно, ведь предугадать движение небольших частиц практически невозможно. А вот от крупных фрагментов увернуться реально — за большинством из них наблюдают мировые космические агентства. Если в ближайшие годы такие компании, как SpaceX, OneWeb и Amazon, развернут над Землей многотысячные группировки спутников связи, специалистам придется следить за движением на орбитах гораздо тщательнее, чтобы избежать аварий.

Кто следит за мусором в космосе

По информации ЕКА, сети космического наблюдения регулярно отслеживают лишь 28 тысяч особо крупных обломков. Организация US Space Surveillance Network — одна из главных служб, занимающихся анализом траекторий космического мусора. Специалисты ведут каталог, куда заносят объекты крупнее 5-10 сантиметров с низкой околоземной орбиты и мусор размером от 30 сантиметров, располагающийся вблизи геостационара. В США есть и другие центры, которые собирают и обрабатывают данные не только об «отходах», но и о действующих аппаратах. Их геолокации публикуются в открытом доступе на ресурсе Space Track, а из твиттера 18-й эскадрильи контроля космического пространства можно узнать о разрушении тех или иных аппаратов. На основе этих сведений была создана онлайн-карта Stuff in Space, которая в режиме реального времени показывает положение спутников (красные точки), корпусов ракет (синие) и космического мусора (серые). Карта обновляется каждый день и наглядно демонстрирует тесные «отношения» действующих аппаратов и «отходов».

Страны Европы, Россия и Китай тоже наблюдают за движением на космических «трассах» с помощью телескопов или геостационарных радаров. Благодаря работе служб, рассчитывающих вероятность крушений, столкновения на орбите происходят редко.

Откуда берется космический мусор

Несмотря на то, что столкновения в космосе — явление нечастое, они серьезно влияют на рост «небесных свалок». Одно из самых серьезных космических ДТП произошло в 2009 году: не смогли разойтись американский спутник связи Iridium и неработающий российский военный аппарат «Космос-2251». Их «встреча» породила большое облако мелких обломков и более 1,5 тысяч крупных фрагментов, которые и по сей день остаются в околоземном пространстве.

Основной же причиной образования космического мусора исследователи называют взрывы. Чаще всего они происходят из-за утечки или нагрева топлива, которое остается в баках уже отработавших разгонных блоков, последних ступеней ракет и спутников. Техника взрывается из-за недостатков конструкции или воздействия суровой космической среды. Например, в 2018 году на орбите потерпели крушение российские и американские разгонные блоки «Фрегат» и «Центавр», в 2012-м разлетелся на осколки наш «Бриз-М». В марте 2021-го взорвался старый метеорологический спутник США, а год назад ступень советской ракеты «Циклон-3», которая пробыла в околоземном пространстве 29 лет, превратилась в 75 дрейфующих фрагментов.

Большой мусорный след оставляют испытания противоспутникового оружия. В 2007-м Китай уничтожил собственный аппарат Fengyun-1C ракетой средней дальности на высоте 865 км. Образовалось около 3,5 тыс. крупных объектов и несчетное множество осколков до 5 сантиметров. В 2019 году Индия тоже пульнула ракетой по своему спутнику — около 400 обломков разлетелись по орбитам высотой от 200 до 1600 км.

Специалисты ЕКА проанализировали более 560 случаев деструкции аппаратов. Как они отмечают, на орбитах есть и другие причины образования космического мусора. Нередко от аппарата отсоединяются некоторые его части, он разрушается из-за несовершенств конструкции или выходит из строя при взаимодействии с атмосферой Земли.

Причины разрушения космических аппаратов

В 2020 году специалисты компании RS Components проанализировали, кто из космических держав намусорил в космосе сильнее других. Оказалось, что наибольшая часть отслеживаемых сегодня обломков принадлежит России и странам СНГ — 14 403 фрагмента. На втором месте — США (8734), на третьем — Китай (4688).

Страны-загрязнители околоземного пространства

Чем опасны космические свалки

Современные спутники оборудованы защитой от микрометеоритов и частиц космического мусора, но «броня» спасает не всегда. Обломки, образовавшиеся при взрыве, продолжают двигаться с начальной скоростью. Поскольку в космосе нет ощутимой силы трения и не действует привычная сила тяжести, они практически не замедляются. Их скорость может достигать 8-10 км/с, что почти в семь раз быстрее пули. Фатальными могут оказаться и удары более «медленных» фрагментов. Куски размером свыше 10 см способны полностью разрушить летательные аппараты. Столкновения с осколками более 1 см нарушают работу космического корабля или вызывают взрывы недействующих объектов. Миллиметровые частицы в большинстве случаев оставляют трещины и сколы на корпусах.

В 2016 году крошечный осколок размером с пылинку оставил на стекле иллюминатора МКС вмятину диаметром 7 мм. Столкновения с любыми фрагментами мусора опасны для космической станции, ведь она движется по орбите со скоростью более 7,6 км/с. МКС регулярно выполняет маневры уклонения и корректирует свою орбиту: противометеоритные панели не способны защитить экипаж при столкновении с крупными обломками. Иногда космонавты вынуждены эвакуироваться со станции и пережидать момент опасного сближения с космическим мусором в корабле «Союз», чтобы при необходимости быстро покинуть «тонущий корабль».

Бо́льшая часть маневров космических кораблей проводится, чтобы избежать «встреч» с мусором. Эти действия обходятся дорого. Специалисты часами рассчитывают риски и планируют новую траекторию движения. В момент маневра расходуется топливо, которое приходится брать с собой «про запас», а приборы «простаивают» — не передают необходимые для исследователей данные.

Для тех, кто на Земле, космический мусор не представляет серьезной угрозы. Мелкие аппараты успевают сгореть в атмосфере, а крупные отработавшие части ракет или спутники, как правило, спускают по заданной траектории в Тихий океан или на незаселенные территории в Казахстане. Лишь однажды рукотворный космический мусор попал в человека. В 1997 году на жительницу штата Оклахома Лотти Уильямс свалился обломок американской ракеты-носителя Delta II. Девушка была разочарована, узнав, что ей на плечо упал не кусочек звезды, а фрагмент топливного бака.

Научный консультант NASA Дональд Кесслер в 1978 году сделал неприятный прогноз. Впоследствии описанное им явление назвали «синдромом Кесслера». По мнению астрофизика, однажды концентрация «отходов» в космосе увеличится настолько, что число аварий начнет неконтролируемо расти. Мусор будет врезаться в летательные аппараты, а те — разрываться на части и «атаковать» другие объекты. Горы металлолома сделают нижние орбиты непригодными для использования, а вокруг Земли появится мусорный пояс, напоминающий кольца Сатурна. Некоторые эксперты считают, что критическая концентрация рукотворных объектов на орбите уже достигнута.

Читайте продолжение спецвыпуска Plus-one.ru о «небесных» отходах ко Дню космонавтики:

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен.