Оставить место для космонавтов

Космический мусор можно перерабатывать в топливо на низких орбитах

Там, где появляется человек, непременно появляется мусор, и космос не стал исключением. По данным американских (NORAD, NASA), европейских (DISCOS, ESA) и российских (АСПОС ОКП) каталогов космического мусора, в околоземном космическом пространстве наблюдается около 20 тыс. зарегистрированных космических объектов размером больше 10 см. Чтобы наблюдать и регистрировать более мелкие обломки, надо создавать специальный космический аппарат для наблюдения за мелкими фракциями космического мусора.

По разным оценкам, в настоящее время на околоземных орбитах находится около 7 тыс. тонн космического мусора

По разным оценкам, в настоящее время на околоземных орбитах находится около 7 тыс. тонн космического мусора

Фото: NASA ODPO

По разным оценкам, в настоящее время на околоземных орбитах находится около 7 тыс. тонн космического мусора

Фото: NASA ODPO

Космический мусор имеет космогенное и техногенное происхождение. Космогенным называют «строительный» материал Солнечной системы, например, микрометеориты, межпланетную или межзвездную пыль. Техногенное — это все, что создал человек. Техногенный космический мусор классифицируется по следующим категориям: мелкие (менее 5 мм), средние (от 5 мм до 10 см) и крупные обломки (более 10 см).

Наиболее засоренными орбитами являются: низкие орбиты 300–400 км (здесь космический мусор «живет» не более трех-четырех месяцев), 800–1000 км и 1200–1500 км; солнечно-синхронные орбиты, средние орбиты (от 2000 км до 35 786 км) и геостационарная орбита (35 786 км).

Классификация космического мусора и возможные способы противодействия. На стрелках показаны типы космических аппаратов — потенциальное пополнение популяции космического мусора на различных типах орбит. Над линией показаны некоторые параметры орбиты, под линией — некоторые пути противодействия угрозе космического мусора

Классификация космического мусора и возможные способы противодействия. На стрелках показаны типы космических аппаратов — потенциальное пополнение популяции космического мусора на различных типах орбит. Над линией показаны некоторые параметры орбиты, под линией — некоторые пути противодействия угрозе космического мусора

Классификация космического мусора и возможные способы противодействия. На стрелках показаны типы космических аппаратов — потенциальное пополнение популяции космического мусора на различных типах орбит. Над линией показаны некоторые параметры орбиты, под линией — некоторые пути противодействия угрозе космического мусора

Объекты космического мусора в околоземном пространстве создают реальную опасность высокоскоростных столкновений функционирующих аппаратов с пассивными фрагментами. Причиной досрочного разрушения объекта может стать соударение с частицей размером меньше 0,1 см со скоростью 10 км/с. Вероятность столкновения космического аппарата площадью 6 м на высоте 900 км равна 10^–6 за 90 лет. Конечно, пока такая вероятность очень мала, но с каждым годом она будет расти, потому что прирост космического мусора составляет 6–12% в год. Наибольшая вероятность столкновения космических аппаратов с космическим мусором существует на низких орбитах, высотой примерно 500–1500 км.

За последнее время произошло несколько столкновений каталогизируемых объектов космического мусора.

Столкновения космических объектов

Дата инцидента, год Космические объекты Высота (км); скорость столкновения (км/с)
1996 Французский коммуникационный спутник CERISE и фрагмент третьей ступени французской же ракеты Ariane 1 660; 14
2009 Спутник-ретрорефлектор BLITS и обломок китайского спутника «Фэнъюнь 1С» 816; 12,1
2009 Неуправляемый КА «Космос-2251» и действующий КА Iridium 33 788,6; 11,7
2013 Эквадорский спутник Pegaso и облако обломков вокруг части ступени ракеты-носителя «Циклон-3» 650; 11,1

Способов противодействие космическому мусору разработано много: от наиболее распространенных, таких как дробление крупного космического мусора, увод космического мусора с орбиты или увод космического аппарата с орбиты космического мусора, до менее распространенных — сбивание мусора лазером или его переработка в топливо. Невозможно использовать только один способ противодействия для всех типов космического мусора. Например, мелкий космический мусор невозможно ловить сетью, а крупный космический мусор бесполезно останавливать газом.

Однако, в основном выделяют два направления:

— способы дробления космического мусора непосредственно на орбите;

— способы торможения и увода крупного космического мусора с низких орбит для последующего сгорания в атмосфере или увод космического мусора с геостационарной орбиты на орбиту захоронения.

Причем оба способа имеют недостатки, связанные с образованием обломков более мелкой фракции, падением на Землю несгоревших обломков и засорением более высоких орбит.

Количественное распределение материалов, из которых преимущественно состоит космический мусор с указанными температурами воспламенения (°С) и плотностями (г/см3)

Количественное распределение материалов, из которых преимущественно состоит космический мусор с указанными температурами воспламенения (°С) и плотностями (г/см3)

Фото: Предоставлено АО «Российские космические системы»

Количественное распределение материалов, из которых преимущественно состоит космический мусор с указанными температурами воспламенения (°С) и плотностями (г/см3)

Фото: Предоставлено АО «Российские космические системы»

А почему бы не разработать такой космический аппарат, который будет поглощать космический мусор? Такой аппарат существует. Идея создания аппарата для утилизации космического мусора основана на переработке космического мусора в псевдожидкое топливо, которое представляет собой смесь порошкообразного измельченного космического мусора с кислородом и водородом. Космический мусор в основном состоит из материалов, указанных на рис. 2.

Роботизированная система поиска находит местоположение обломков, подлежащих уничтожению, как изображено на рис. 3.

Сборщик мусора разворачивает двигатели, складывает веерообразный солнечный коллектор и продвигается сквозь скопление космического мусора, выпустив ловушку в виде деформируемых сетей на тросовой системе. Он нагоняет мусор на орбите, высотой от 800 км и захватывает его сетью на тросах. Сети состоят из треугольных звеньев, которые при сжимании сети образуют плотное полотно. Подобное строение сетей позволяет избежать запутывания в них космического мусора, а следовательно, и поломки СКМ. При обнаружении космического мусора куполообразная сеть автоматически выпускается на тросах из телескопических направляющих балок конусообразной сети, способных затягивать тросы обратно внутрь. Соединяясь также посредством тросов, куполообразная и конусообразная сети образуют замкнутую полость — мусоросборник, сжимающийся по мере поступления космического мусора на утилизацию. Система утилизации состоит из следующих компонентов: ловушка, двухвалковый измельчитель, барабанно-шаровая мельница, мембранно-электродный блок, регенератор воды, управляющее устройство, резервуар с топливом и двигатели.

Сборщик космического мусора утилизирует космический мусор, перерабатывая его в топливо, использование которого позволяет космическому аппарату постепенно подниматься на более высокие орбиты, вплоть до орбиты захоронения (свыше 40 тыс. км), очищая космическое пространство.

Самый простой способ очистить космическое пространство от мусора — это приостановить космическую деятельность лет на десять и подождать, пока гравитация Земли сделает свое дело, но тогда человечество скатится в лучшем случае в XIX век. Если ничего не делать, то при существующих темпах роста космической деятельности вскоре мы попросту не сможем запускать космические аппараты (этот феномен называют синдромом Кесслера) и скатимся в тот же XIX век в лучшем случае.

Сейчас в околоземном космическом пространстве возникает, выражаясь биологическим языком, экосистема. В этой экосистеме, как и в любой другой, есть существа, которые живут, питаются, выполняют свои функции и, умирая, дают пищу другим существам. В космической деятельности мы тоже должны подражать природе. Такими существами, которые «питаются падалью», могут и должны стать сборщики космического мусора в самом широком понимании этого слова. Но пока 60 лет космической длительности — это очень маленьким срок для того, чтобы создать замкнутую экосистему под названием «космическое пространство».

Мария Баркова, аспирант, АО «Российские космические системы»

Картина дня

Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...