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
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
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
|
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)
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.
Фото: Предоставлено АО «Российские космические системы»
Фото: Предоставлено АО «Российские космические системы»
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».