В мае этого года частичка космического мусора попала в иллюминатор МКС. Кусочек то ли краски, то ли металла размером в тысячные доли миллиметра не пробил стекло насквозь, так как оно толще и прочнее обычных стекол, но оставил вмятину диаметром семь миллиметров.

Вмятина на иллюминаторе МКС. Фото: ESA/NASA

Солнечные панели станции «Мир» пострадали не только из-за столкновения с «Прогрессом М-34» в 1997 году, но и из-за бомбардировки мелким космическим мусором и микрометеоритами. Фото: NASA/Crew of STS-91

Меньше грамма космического мусора убивает спутник

Мелкий мусор не так опасен для тщательно защищенной МКС, но для обычного спутника может оказаться смертельным. 28 января 2013 года российский научный наноспутник BLITS, запущенный в 2009 году, внезапно изменил свою орбиту и скорость вращения. Он столкнулся с фрагментом космического мусора и развалился на части. Поскольку движется мусор с большой скоростью — до 8 км/с, то для гибели 7,5-килограммового спутника, по расчетам ученых , оказалось достаточно фрагмента массой всего 0,017-0,019 граммов.

Спутник BLITZ. Фото: Kelso, T. S. et al. Proceedings of the Advanced Maui Optical and Space Surveillance Technologies Conference, 2013

Откуда берется мусор

Орбита Земли замусорена «мертвыми» спутниками, отработанными ступенями ракет и более мелким мусором. Большая часть мелкого мусора образуется, когда спутники взрываются (наиболее частая причина — поломки двигателей), сталкиваются друг с другом или становятся мишенями противоспутниковых ракет.

Первое столкновение в космосе случилось в 1996 году, когда ступень европейской ракеты «Ариан-1» столкнулась с французским спутником Cerise. Спутник пострадал, но выжил и продолжил работать. Более серьезное ДТП произошло в 2009 году, когда спутник связи «Иридиум» столкнулся с военным российским спутником «Космос-2251», на тот момент уже не работающим. Оба спутника разлетелись вдребезги где-то над Сибирью.

Больше всего в космосе намусорили китайцы, которые в 2007 году сбили свой собственный спутник при испытаниях противоспутниковой ракеты, оставив на орбите более 3000 мелких обломков.

Кроме того, в открытом космосе можно встретить плоскогубцы, камеру, шпатель и целую сумку с инструментами — их в разное время потерял экипаж МКС. А до тех пор, пока на станции не появилась система переработки мочи, ее просто выливали в космос, где она становилась частью космического мусора в виде мелких замороженных кристалликов.

Космонавт Сунита Уильямс теряет камеру в открытом космосе в 2007 году

Куда уходят спутники

Как долго космический мусор остается в космосе, зависит от высоты орбиты. На низкой орбите космический мусор, подчиняясь притяжению Земли, в конце концов сгорает в атмосфере. Часть долетает до Земли, но пока не было случаев, чтобы они кому-то сильно навредили.

Самый известный случай падения космического мусора на живого человека произошел в Оклахоме: кусок космического мусора весом с пустую банку из-под колы ударил по плечу женщину по имени Лотти Вильямс. Фрагмент был похож на ткань, но из металлических волокон. Женщина была уверена, что поймала кусочек падающей звезды, но расследование показало, что это, скорее всего, была деталь ракеты-носителя «Дельта-2». Вильямс эта версия разочаровала.

Спутники, находящиеся на более высокой геостанционарной орбите слишком затратно уводить на низкую, чтобы они в конце концов сгорели, поэтому их, наоборот, поднимают выше — на так называемую орбиту захоронения, где они могут оставаться веками. Чтобы на орбите не происходило взрывов, при которых обломки могут попасть ближе к Земле, перед захоронением спутники разряжают батареи, выпускают запасы сжатого газа и сбрасывают топливо. Это может уменьшить дальнейшее замусоривание орбиты Земли, но проблемы уже существующего мусора не решает.

Космический мусор на орбите, 1957-2016 годы

Охота на мусор

В 2023 году для уборки на орбите Европейское космическое агентство планирует запустить аппарат e.Deorbit. Как он будет захватывать мусор, пока неизвестно: ученые рассматривают сеть, гарпун или зажим. После захвата аппарат будет уводить мусор с орбиты, чтобы тот сгорел в атмосфере.

Среди этих объектов отработанные верхние ступени ракет, списанные или сломанные спутники, пусковые адаптеры, крышки от объективов и даже тонкие медные провода - все, что сопровождает запуск ракеты. Объекты отслеживаются US Space Surveillance Network, которая составляет каталог космического мусора от 5 до 10 сантиметров на низкой околоземной орбите и до 1 метра на геостационарной орбите.

И все-таки оно вертится

Опасность, которую представляют эти объекты для астронавтов, спутников и космических станций, далеко не шуточная. Как было прекрасно показано в «Гравитации», Первый закон движения Ньютона ведет себя как редкостный чудак на букву «м» на орбите. Весь этот мусор вращается вокруг Земли с огромной скоростью, и нет никакой атмосферы, об которую он мог замедлиться или сточиться.

10-сантиметровый кусок космического мусора может полностью разбить спутник, а сантиметровый кусочек полностью выведет из строя космический аппарат и пробьет щиты Международной космической станции. Даже миллиметровый объект может вывести из строя деликатные подсистемы.

И столкновения происходят. Первое непреднамеренное столкновение двух спутников произошло 10 февраля 2009 года в 776 километрах над Сибирью. Частный американский спутник связи Iridium 33 и российский военный спутник «Космос-2251» столкнулись со скоростью 11,7 км/с. Оба спутника были полностью разрушены и произвели более 2200 отслеживаемых фрагментов. Для сравнения: пассажирский авиалайнер летит в 80 раз медленнее.

Синдром Кесслера

В фильме «Гравитация» также был использован некий вымышленный сценарий. Русские использовали ракету для уничтожения одного из своих спутников. В результате появилось массивное поле обломков, которое вращается вокруг Земли раз в 90 минут, а также вызывает цепную реакцию - синдром Кесслера - сталкивается с другими спутниками и наращивает массу. Такая космическая лавина. И, как показал фильм, лучше не стоять у нее на пути.

На самом деле, такая ситуация уже происходила, только в значительно меньших масштабах. В 2007 году, в рамках демонстрации силы, китайские военные сбили одну из нерабочих метеорологических станций, случайно выбросив тысячи обломков мусора на орбиту.

Шансы на то, что начнется синдром Кесслера, растут с каждым годом, по мере увеличения количества барахла на орбите.

Как же все-таки убрать весь этот мусор? Сможем ли мы когда-нибудь убрать массивное поле обломков вроде того, что показали в «Гравитации»? Ответ да, однако потребуется недюжинная изобретательность и много терпения.



Немножко профилактики

Прежде чем мы займемся непосредственной очисткой, стоит поговорить о профилактике и ликвидации последствий. К примеру, мы можем начать делать спутники и космические станции более прочными. Усилить защиту от ударов (как космического мусора, так и метеорных тел). Спутники также должны быть более маневренными.

При этом мы должны сделать все возможное, чтобы предотвратить появление космического мусора. Во избежание столкновений, например, орбиты всех обломков мусора и возможных целей должны быть известны заранее. К счастью, эта информация предоставляется каталогом U.S. Strategic Command (USSSTRATCOM). Офис Европейского космического агентства, ответственный за , предоставляет прогнозы событий и оценку риска столкновений в качестве сервиса для миссий ESA и третьих лиц.

Перспективные способы очистки орбиты Земли

Итак, пришло время очистить орбиту Земли от космического мусора. Ученые и инженеры предлагали массу разнообразных стратегий по активной уборке космического мусора, хорошие и не очень. Давайте пробежимся по списку наилучших кандидатов.

Старые добрые невод и гарпун

Более известная как ElectroDynamic Debris Eliminator (EDDE), эта идея заключается в том, чтобы отправить в космос спутник, вооруженный сетью и гарпуном. И действительно, захватывать спутники и другие объекты, сбившиеся с пути, можно обычной сетью. Этот план недорого стоит, удобен и может выехать с любой миссией на низкую околоземную орбиту.

Такие спутники могли бы маневрировать по всей НОО и убирать буквально любую цель. Более того, их можно было бы использовать многократно, а значит и убирать больше целей. Разработчики полагают, что EDDE мог бы убирать 136 объектов в три года - а 12 EDDE могли бы убрать 2465 объектов на НОО весом более 2 килограммов за семь лет.

Однако сработает такой план только с крупными объектами.

Космические воздушные шары

Зачем использовать сети, если есть воздушные шары? Эта идея называется Gossamer Orbit Lowering Device, или GOLD System, и были предложена Кристин Гейтс. Концепция использует очень большой и тонкий воздушный шар, который будет оборачивать объект и увеличивать его аэродинамическое сопротивление в несколько сотен раз, тем самым приводя к его падению в атмосферу Земли. GOLD System могла бы ускорить процесс естественного схода с орбиты у некоторых объектов с нескольких столетий до нескольких месяцев. Надувная система проста и эффективна, по крайней мере на бумаге.

Реактивный буксир

Для более крупных объектов можно было бы использовать отдельных суицидальных роботов, которые будут двигать спутники к повторному входу в атмосферу. Проект CleanSpaceOne от EPFL, например, включает спутниковый куб, который будет преследовать, захватывать и уничтожать космический мусор. Правда, стоимость будет непомерно высока - порядка 200 миллионов долларов для каждой миссии.

Surrey Space Centre работает над HybridSail - системой, объединяющей большой развертываемый отражающий парус с тросами для буксировки объектов с орбиты. Система будет сводить объекты с орбиты за счет аэродинамического сопротивления и обмена импульсом с заряженными тросами и ионосферной плазмой.

В этой схеме небольшой спутниковый куб должен состыковаться с куском космического мусора. Затем, используя магнитную систему ориентации, он бы стабилизировал крен, тангаж и рыскание объекта. Затем развернул бы тросы и парус 5 на 5 метров, положив начало фазе схода с орбиты.


Перезагрузка низкой орбиты с вольфрамовой пылью

Мы могли бы выпустить облако вольфрамовой пыли на орбиту для создания атмосферного сопротивления на орбитальных высотах. С уменьшением скорости целостность орбит тысяч обломков космического мусора была бы нарушена. Небольшие кусочки мусора постепенно сходили бы со своих орбит в течение нескольких десятилетий (решение не мгновенное).

Чтобы это сделать, нужно выпустить облако вольфрамовой пыли - крошечные частицы не более 30 мкм в поперечнике - на высоте порядка 1000 километров, создав относительно толстый слой мелких частиц материи, которые будут полностью окутывать планету. Вольфрам, который почти в два раза плотнее свинца, прибавит существенный вес любому объекту, за который зацепится.

Идея прекрасная - идеально подойдет для синдрома Кесслера - но в случае с крупными объектами работать не будет.

Более того, она может иметь потенциально катастрофические последствия на другие орбитальные объекты вроде функционирующих спутников. Также она может повредить чувствительное оборудование вроде солнечных панелей. Следовательно, ее можно рассматривать только как модель «перезагрузки» - полное очищение земной орбиты.


Стена замерзшей воды в космосе

Этот вариант немножко странный: Ballistic Orbital Removal System. По мнению Джеймса Холлопетера из GIT Satellite, в космос можно отправить ракеты, заполненные водой. После того как они выгрузят свой груз на орбите, появится поле кристаллизовавшейся воды, в которое будет попадать орбитальный мусор, замедляться и сходить с орбиты. Звучит странно - но идея похожа на вариант с вольфрамовой пылью. Вода у нас водится в огромном изобилии, тогда как роботизированные спутники сложные, хрупкие и дорогие.

Перенаправление с помощью лазера

А вот работка наземным лазерам. Laser Orbital Debris Removal, или LODR, будет использовать мощные импульсные лазеры, которые будут стрелять с поверхности и создавать плазменные джеты на космическом мусоре. Это приведет к тому, что мусор будет замедляться и повторно входить в атмосферу, падая в океан. Технологии у нас уже есть, причем лет 15 уже, только вот по плану на один объект будет уходить до миллиона долларов.

Другая похожая идея - спутник, который может выстреливать электрически заряженные атомы или ионы, постепенно замедляя и стаскивая объект на Землю.


Самосвал мусора на геостационарном кладбище

Вместо того чтобы захватывать объекты когтями, гарпунами и сетями, мы могли бы перемещать крупные объекты, не прикасаясь к ним. Кроме того, нам не обязательно сталкивать их в атмосферу - мы могли бы выводить их на геосинхронную орбиту.

Для этого спутники-уборщики должны быть оснащены электростатическим управлением и двигателями малой тяги, чтобы избегать каких-либо контактов. Как вариант приводится система GliDeR, которая будет использовать активные выбросы заряда и прямые потоки заряженных частиц в отношении мусора.

Космический мусоровоз


Представьте себе орбитальный мусоровоз, а вместе с ним и перерабатывающий завод. Дизайнер Вон Линг представил его так:

«Мой фантастический концепт - это система, состоящая из коллектора, распылителя сети и пункта утилизации на околоземной орбите. Учитывая то, что стоимость запуска может варьироваться от 4 до 5 тысяч долларов за фунт (8-10 тысяч за килограмм), не говоря уж о ценных металлах, используемых в производстве спутников, переработка может стать прибыльным делом однажды. Такой сборщик может работать на ядерной энергии и эффективных ракетах VASIMR для движения и сбора мусора».

Телескоп с лазером

Международная группа ученых гигантский лазер к космическому телескопу и взрывать с его помощью мусор на орбите.

«Возможно, мы, наконец, нашли способ убрать головную боль быстро растущего объема космического мусора, опасного для космической деятельности, - говорит Тошиказу Ебисузаки из Калифорнийского университета в Ирвайне. - Мы считаем, что эта отдельная система может устранить большую часть сантиметрового мусора уже за пять лет эксплуатации».

Для устранения орбитального минного поля, в рамках предложения Acta Astronautica, за основу будет взят Extreme Universe Space Observatory (EUSO), новый японский космический телескоп, который присоединится к МКС в 2017 году. EUSO не был предназначен для утилизации мусора - по факту, его основная задача - регистрировать ультрафиолетовое излучение высокоэнергетических космических лучей, которые входят в атмосферу Земли в ночное время. Но мощная оптика телескопа и широкое поля зрения делают его идеальным инструментом для определения небольших скоростных обломков мусора, которые носятся вокруг МКС.

В сочетании с высокоэнергетическим лазером, EUSO становится отличным стрелком. Ебисузаки и его коллеги предлагают оснастить телескоп CAN лазерной системой, которая была спроектирована для нового поколения ускорителей частиц. Лазеры CAN используют массив из тысяч оптоволокон, которые действуют сообща и производят мощный плазменный импульс. Ебисузаки считает, что такой импульс способен замедлять кусок мусора, пока тот не упадет на орбиту и не сгорит в атмосфере Земли.

С глазами EUSO и силой CAN, Ебисузаки говорит, что мы сможем останавливать опасные частицы в полете и сталкивать их в атмосферу Земли. Ученые сейчас занимаются проведением небольшого эксперимента на МКС, используя 20-сантиметровую версию EUSO и мини-лазер CAN с 100 оптических волокон.

«Если все пойдет хорошо, - говорит Ебисузаки, - мы планируем установить полномасштабную версию на МКС, включив трехметровый телескоп и лазер с 10 000 волокон, которые будут способны сбивать мусор с орбиты на расстоянии до 100 километров. Заглядывая дальше в будущее, мы могли бы создать отдельную миссию и вывести ее на полярную орбиту на высоте 800 километров, где сосредоточено больше всего мусора».

Глядя на такие усилия по очистке замусоренного нами же космоса, можно понадеяться, что небо в ближайшее время станет гораздо чище. А после этого направим определенные усилия на уборку мусора на Земле.

Постоянное развитие человеческой цивилизации обуславливает увеличение антропогенного воздействия на природу. Освоение космоса не стало исключением, ведь чем дальше мы углубляемся в неизведанные пространства, чем больше продвигаемся к полётам над Марсом, тем больше следов человеческой активности мы оставляем в виде космического мусора.

Космический мусор – это совокупность всех рукотворных объектов, присутствующих на околоземной орбите, а также их обломков, дальнейшее использование которых не предусматривается ввиду неисправности. Они больше не имеют практического применения, однако представляют серьёзную опасность для рабочих орбитальных аппаратов, в особенности управляемых человеком. Иногда, если космические обломки достаточно большие или содержат определённое количество компонентов, представляющих опасность, они угрожают планете напрямую – это связано с возможностью их бесконтрольного схода с орбиты, частичным сгоранием при падении сквозь атмосферу нашей планеты. Падение таких обломков может серьёзно повредить инфраструктуру населённых пунктов, производственных участков, важные транспортные узлы и т. д.

Проблема засорения космоса мусором

Изначально проблема накопления мусора в космическом пространстве, окружающем Землю, была поставлена ещё в середине двадцатого века, когда СССР готовил к запуску самые первые искусственные аппараты. Официальной же на международной арене эта проблема стала только в 1993 году после выступления Генсека Организации Объединённых Наций по вопросу влияния космических программ на состояние окружающей среды. В этом выступлении он особенно отмечал, что данная проблема имеет интернациональный, планетарный масштаб: «Нельзя говорить, что засоряется околоземное пространство какой-то отдельной страны, засоряется космическое пространство всей планеты, что отрицательно влияет на все государства в равной степени».

Необходимость уменьшения интенсивного засорения околоземного пространства объектами технического происхождения становится очевидной, если рассмотреть возможные варианты развития событий, по которым будет происходить освоение космоса в дальнейшем. Есть множество версий, согласно которым уже в недалёком будущем количество мусора на орбите будет активно увеличиваться за счёт «каскадного эффекта».

Это интересно! Синдромом Кесслера, или каскадным эффектом, называют теоретический вариант развития событий, при котором космический мусор вокруг Земли возникает в результате столкновения различных объектов, которые также могут являться мусором в космосе.

Поговорим подробнее о синдроме. Возникает своеобразный коварный «эффект домино». Два довольно крупных объекта, столкнувшись, порождают огромное число новых обломков. В свою очередь, любой из этих обломков может пережить столкновение с ещё одним объектом. Таким образом, запускается «цепная реакция» возникновения всё большего и большего числа осколков. Если подобных столкновений будет достаточно много, ввиду лавинообразного возникновения новых обломков, низкие околоземные орбиты могут стать совершенно непригодными для полётов. Уже к 2055 году саморазмножение подобных объектов принесёт человечеству серьёзные проблемы, и поэтому пути их решения должны быть разработаны как можно скорее.

Кто и как контролирует мусор в космосе

Есть огромное количество разнообразных методов, позволяющих находить орбитальные объекты в околоземном пространстве. Эти методы обычно делят на две группы:

• оптические (с использованием оптических телескопов);
• радиолокационные (с применением радиотелескопов).

Кроме того, помогать выявлять подобные объекты позволяют многофункциональные инструменты анализа космического пространства и оборонные системы. Инструменты, позволяющие проводить наблюдение за околоземным пространством в Советском Союзе и Соединённых Штатах Америки, были разработаны ещё в середине прошлого века. Подобные разработки применяются и во многих других государствах, в том числе странах Евросоюза. В свою очередь, существует группа программ национального уровня, предназначенных для обнаружения космических объектов и дальнейшего устранения мусора. Чтобы скоординировать деятельность подобных программ, была создана специальная международная организация – IASDCC.

Важно! В СССР активно разрабатывали систему по контролю космического пространства. Сегодня она учитывает орбитальные объекты, опираясь на показания Системы Раннего Оповещения и отдельных исследовательских лабораторий.

Также в нашей стране примерно к 2025 году планируется создание ряда специальных устройств, «на плечи» которых ляжет «уборка» неиспользуемых объектов, расположенных на геостационарных орбитах. По прогнозам, каждые полгода около десяти объектов будут перемещаться в область, известную как орбита захоронения.

Сколько мусора в космосе

В 2009 году сообщалось, что на низкой околоземной орбите, на высоте до двух тысяч километров, согласно различным оценкам, может находиться около 220 тысяч рукотворных объектов, масса которых суммарно достигает примерно 5 тыс. тонн. При этом посредством экстраполяции было установлено, что количество таких объектов, которые в диаметре превышают один сантиметр, достигает от 60 до 100 тысяч. При этом всего около десяти процентов подобных обломков было найдено и каталогизировано.

В 2017 году проводилась традиционная ежегодная Европейская конференция по вопросам проблем, связанных с космическим мусором. Больше трёхсот учёных из разных уголков мира пытались определить действенные методики борьбы с загрязнением околоземного пространства. По итогам конференции было объявлено приблизительно о 750 тыс. различных обломков, превышающих 1 см (в поперечном сечении), и ещё о 166 миллионах обломков больше 1 мм.

Важно! Скорость космического мусора на орбите относительно других объектов может достигать 10 метров в секунду. Такая высокая скорость означает, что объект несёт колоссальную кинетическую энергию и соударение с рабочими космическими аппаратами даже крохотного обломка повлечёт за собой серьёзные повреждения последнего, вплоть до полного его приведения в неработоспособное состояние.

По данным 2014 года, Российская Федерация отвечает за 39,7% всего космического мусора, образованного человечеством, на втором месте по «продуктивности» расположены Соединённые Штаты Америки (28,9%), а на третьем – Китайская Народная Республика (22,8%). При этом все остальные страны внесли в космос всего чуть больше 8% мусора.

Карта космического мусора

Чтобы оценить весь масштаб проблемы, достаточно взглянуть на созданную компьютерами NASA модель распространения рукотворных объектов на околоземной орбите. При этом стоит учитывать, что 95% белых точек на изображении – это мусор.

А вот карта космического мусора, представленная проектом StuffinSpace. Красные точки на ней обозначают действующие и уже не работающие спутники, синим цветом отмечены сброшенные ступени ракет-носителей, серый цвет обозначает все остальные обломки.

Как убирать мусор в космосе

Универсальных методов борьбы с космическим мусором с достаточной эффективностью на практике пока что не существует. Но ввиду высокой актуальности данной проблемы мировое сообщество активно развивает приоритетные направления её решения:

1. Всестороннее наблюдение за околоземным космическим пространством, особенно за геостационарными орбитами, а также планомерная каталогизация существующих обломков.
2. Использование математических моделей для составления прогнозов появления новых обломков, возможных угроз для предстоящих полетов и неожиданного сближения обломков с возможностью столкновения, а также их неуправляемого падения на Землю.
3. Разработка методов, позволяющих обезопасить работающие космические аппараты.
4. Создание и скорейшее применение методик, способных уменьшить засорённость околоземного космического пространства.

На данный момент предлагается великое множество способов очистки орбиты Земли от космического мусора, но, к сожалению, ни один из них не является приемлемым в плане экономической целесообразности. Так, Европейское Космическое Агентство допускает следующие сценарии:

• захват обломков с помощью сети и дальнейшая их транспортировка на утилизацию или на орбиту захоронения;
• прикрепление к объекту реактивного двигателя, осуществляющего транспортировку;
• использование солнечного паруса для транспортировки массивных объектов;
• выведение космического мусора с орбиты с помощью обстрела реактивной струёй.

О проблеме загрязнения космического пространства мусором, о том, что такое геостационарная орбита и почему космический мусор не падает на Землю, рассказывают в специальном выпуске телепередачи «Вопрос времени».

Обломки на околоземной орбите представляют высокую опасность для работоспособных космических аппаратов, а так как с каждым годом их становится всё больше, в определённый момент космос может оказаться недоступным для человечества. В связи с этим проблема образования космического мусора является одной из центральных в современной космонавтике.

Космический мусор - это, во-первых, обломки и целые части отработанных, негодных спутников, которые человечество запускало на орбиту больше пятидесяти лет. Во-вторых, это камешки и потерянные предметы, капли краски и вообще самый разнообразный мусор, который каким-то образом не сошел с орбиты и не сгорел в атмосфере Земли. Космический мусор представляет угрозу из-за цепной реакции, поскольку вращается на огромный скорости. Попадание даже капли краски на такой скорости может прострелить скафандр насквозь. Что будет, если на такой скорости попадет целый спутник? В фильме «Гравитация» это показали особенно красиво.

Поскольку аэрокосмические компании обещают наводнить земную орбиту в течение следующего десятилетия, эксперты отрасли говорят, что пришло время классифицировать этих операторов в зависимости от их стремлений сохранить космос безопасным и чистым. Система рейтинга поможет компаниям оставаться честными и обеспечит орбиту Земли открытой для бизнеса и свободной от излишних обломков, мусора и спутников.

Профессор Брукки из обсерватории недавно жаловался на слабеющий блеск обеих звёзд Центавра. А как же ему не слабеть, если вся окрестность забита мусором! Вокруг самой крупной планеты Сириуса, настоящей жемчужины этой планетной системы, возникло кольцо наподобие колец Сатурна, но состоящее из пустых пивных и лимонадных бутылок. Космонавт, летящий этой дорогой, вынужден обходить не только тучи метеоритов, но и консервные банки, яичную скорлупу и старые газеты.

Кое-где из-за этого хлама не видно звёзд. Астрофизики не один уже год ломают голову, пытаясь найти причину столь заметных различий в количестве космической пыли в разных галактиках. А дело, я думаю, просто: чем выше цивилизация, тем больше намусорено, отсюда вся эта пыль, сор и хлам.

Вряд ли те, кто читал этот рассказ полвека тому назад, могли представить, что такое мусорное кольцо начнёт формироваться на самом деле. И не у далёкого Сириуса, а вокруг нашей родной планеты.

Garbage day!

4 октября 1957 года был запущен первый искусственный спутник Земли, и человечество чуточку приблизилось к звёздам. В те дни все люди мира пытались разглядеть в небе «Спутник» и видели крошечную светящуюся точку. Вот только это был не «Спутник», слишком маленький, чтобы увидеть его невооружённым глазом. Эта точка была второй ступенью ракеты-носителя Р-7, доставившей его на орбиту. Она стала первым в истории космическим мусором.

За последующие годы было произведено около пяти тысяч запусков, которые вывели на орбиту почти 6600 спутников. Из них 3600 всё ещё находятся в космосе, и лишь 1000 из них - действующие. Уже в конце пятидесятых учёные стали задумываться над тем, что отработавшие своё старые спутники рано или поздно начнут мешать новым.

Сравнение объёмов космического мусора и размера Земли в представлении художника.

К сожалению, космический мусор не ограничивается лишь старыми спутниками и отработанными ступенями ракет. Сейчас системы космической разведки отслеживают на земной орбите порядка двадцати тысяч объектов, чья суммарная масса составляет от 5 до 10 тысяч тонн. И это лишь верхушка айсберга. Как сообщает Европейское космическое агентство, на орбите находится 45 тысяч объектов диаметром свыше 5 сантиметров. Что до тел поменьше, то в небе над нами летают сотни тысяч обломков диаметром от 1 до 5 сантиметров и миллионы совсем мелких осколков.

Распределение мусора в околоземном пространстве. Кольцо - это мусор на геостационарной орбите, который останется там на несколько сотен лет.

Откуда берётся мусор

Живи мы во вселенной «Звёздных войн», всё было бы ясно. Разбитые космические корабли и части истребителей - обычное дело в далёкой галактике. Можно представить, как после очередного крупного сражения все работники, не занятые на строительстве очередной Звезды смерти, отправляются на рутинную расчистку космического пространства. Да ещё на чём свет стоит костерят Империю и Повстанцев, за которыми им приходится убирать.

В нашей же галактике космический хлам появляется куда более банальными путями. Вывод на орбиту любого спутника сопровождается образованием массы технологического мусора: в околоземное пространство попадают предметы вроде взрывных болтов, временного крепежа, элементов защитного покрытия.

Кроме того, в космосе остаются набравшие первую космическую скорость ступени ракет и разгонные блоки. В их баках часто есть неотработанное топливо, которое весьма летуче и легко превращается в пар, что иногда приводит к мощным взрывам. Не раз бывали случаи, когда после нескольких лет пребывания в космосе использованные ступени ракет неожиданно взрывались, разбрасывая вокруг себя шрапнель из мелких осколков. За последние годы в околоземном пространстве было отмечено порядка двухсот подобных взрывов. Только один взрыв ступени индийской ракеты стал причиной образования сразу 300 крупных обломков.

Человечество мусорит не только на орбите родной планеты. Как вы думаете, что сделал Нил Армстронг, когда впервые открыл двери лунного модуля? Он выбросил из кабины пакет с мусором. Лишь затем он спустился на лунную поверхность и произнёс свою знаменитую фразу.

«Маленький шаг для человека…» - «Ты мусор вынес?!» - «Да! Так, на чём я остановился…»

А есть ещё и мелкие объекты. Во время работы твёрдотопливного двигателя из его сопла выбрасывается множество пылевидных частиц размерами до 10 мкм. Ещё один вид микроскопического мусора - кусочки краски и защитного покрытия, отвалившиеся от обшивки земной техники. И с каждым годом ситуация усугубляется: чем больше стран и компаний осваивают космос, тем больше мусора остаётся на орбите. За последние годы произошло два резонансных инцидента, связанных с загрязнением космоса.

Первым стало печально известное испытание китайской противоспутниковой ракеты в 2007 году. СССР и США испытывали подобное оружие и раньше, но тогда обломков было куда меньше, и они быстро сгорали в атмосфере - ведь цели находились на относительно небольшой высоте. Китайцы же уничтожили спутник, который находится на полярной орбите высотой более 800 километров. В результате в окрестностях Земли появилось свыше двух тысяч обломков и, по некоторым данным, до 150 000 мелких частиц. 97% процентов этого мусора всё ещё на орбите и будет висеть над планетой не одну сотню лет.

Кстати, год спустя США уничтожили неисправный спутник-шпион USA-193, на борту которого оставалось около полутонны ядовитого топлива. Однако спутник находился на низкой орбите, и большинство осколков сгорело в атмосфере.

Кольца Сатурна состоят из камней, пыли и льда. Кольца Земли будут состоять из утерянных болтов и обломков спутников.

Вторым инцидентом стало столкновение выведенного из эксплуатации в 1995 году спутника «Космос-2251» и действующего спутника Iridium 33, которое произошло 10 февраля 2009 года. Это первый в истории случай, когда столкнулись два космических аппарата. В результате образовалось 2000 обломков - и это только крупные, которые удалось отследить.

Только два этих инцидента более чем на треть увеличили число обломков на орбите. Сейчас количество мусора растёт весьма быстро (примерно на 5% в год), и новые масштабные столкновения неизбежны.

Чем опасен мусор

В фильме «Гравитация» (2013) режиссёра Альфонсо Куарона наглядно показано, что может натворить космический мусор. Стремительно несущиеся в безвоздушном пространстве осколки, которые практически невозможно заметить, прошивают всё на своём пути, от человеческих тел и до космических станций. Несколько секунд - и конструкция, на создание которой ушли десятки лет и миллиарды долларов, превращается в бесполезное решето.

Фильм, конечно, фантастический, но такое возможно и в действительности. Дело в том, что тела, находящиеся на земной орбите, движутся по ней с первой космической скоростью - почти 8 километров в секунду. Для сравнения: пуля из автомата Калашникова покидает ствол со скоростью порядка 1 километра в секунду, а потом замедляется за счёт сопротивления воздуха - в отличие от обломков в вакууме. Даже маленький обломок при попадании в спутник способен нанести ему серьёзный ущерб. Так, в 2006 году неожиданно пропала связь с российским телекоммуникационным спутником «Экспресс-AM11». Удар микрочастицы мусора повредил систему терморегулирования, спутник быстро перегрелся и вышел из строя.

Дыра, оставленная космическим мусором в спутнике SolarMax.

А теперь представьте, что может случиться, если обломок попадёт в пилотируемый космический корабль или орбитальную станцию. На поверхности шаттлов и корпусе МКС не раз обнаруживали отметины от столкновений с мусором. В 1983 году маленькая песчинка (менее 1 миллиметра в диаметре) оставила серьёзную трещину на лобовом стекле шаттла «Челленджер». В другом случае мусор пробил насквозь радиаторную панель шаттла «Индевор». За последние годы манёвры уклонения от обломков стали для экипажей МКС привычной рутиной.

Трещина в лобовом стекле «Челленджера», оставленная крошечной песчинкой.

Сквозное отверстие в радиаторной панели шаттла «Индевор», оставшееся после столкновения с куском мусора.

Среди космического мусора встречаются и радиоактивные объекты. В своё время СССР запустил в космос большую серию спутников морской разведки «УС-А». Каждый аппарат был оснащён ядерным реактором с 30 килограммами обогащённого урана-235. Всего было запущено 33 аппарата, из которых несколько уже «вернулось» на Землю. Один из них, «Космос-954», в 1978 году упал на территории Канады. Обломки спутника вызвали радиоактивное заражение местности (к счастью, малонаселённой), что привело к большому международному скандалу. Остальные аппараты перевели на орбиту захоронения высотой 700-1000 километров, где они предположительно смогут оставаться от 250 до 2000 лет. Немаленький срок, но всё же настанет время, когда нашим потомкам придётся что-то решать.

Известно также, что системы охлаждения некоторых спутников дали течь, из-за чего на орбиту попали тысячи капель натрий-калиевого охладителя, которые теперь тоже вращаются вокруг Земли. Они, в отличие от реакторов спутников, не представляют опасности для планеты, но могут повредить космические аппараты.

Основной топливный бак второй ступени ракеты «Дельта-2», упавший в Техасе в 1997 году.

Эффект Кесслера

Эффектом Кесслера называют пугающий сценарий, при котором столкновение двух крупных объектов приведёт к появлению массы новых осколков. Каждый из этих осколков может, в свою очередь, столкнуться с другим мусором, что вызовет цепную реакцию. Если поражённых спутников окажется много, лавинообразно возникающие осколки могут на несколько сотен лет сделать околоземное пространство совершенно непригодным для полётов. Такой сценарий был описан специалистом NASA Дональдом Кесслером.

Известно, что в 2012 году была потеряна связь с восьмитонным спутником «Энвисат». Он находится на орбите, высота которой составляет 785 километров, и просуществует там ещё около 150 лет. Каждый год «Энвисат» дважды пролетает на расстоянии 200 метров от нескольких обломков - и велики шансы, что рано или поздно их пути пересекутся. Многие специалисты считают, что подобное столкновение запустит цепную реакцию, и тогда сценарий Кесслера может стать реальностью.

Фильм «Гравитация» основан именно на гипотезе Кесслера.

Космические чистильщики

То, что орбита нуждается в срочной очистке, признают уже все. Даже если человечество прекратит все космические запуски, количество мусора на орбите всё равно будет расти - за счёт столкновений между уже запущенными аппаратами. Выход только один: хорошенько убрать за собой.

Пока это удаётся только в фантастике. В романе «Фонтаны рая» Артура Кларка строительство грандиозного космического лифта потребовало от человечества основательной чистки орбиты. Поскольку люди достигли больших успехов в покорении космоса, это не становится большой проблемой - с помощью лазеров инженеры быстро устраняют препятствия. В процессе чистки мусорщики даже делают несколько археологических открытий и находят старый космический корабль.

В известном аниме Planetes («Странники») в каждой компании, которая работает в космосе, должен быть отдел по расчистке мусора. Именно этой весьма опасной и не слишком престижной работой занимаются главные герои сериала.

Но это всё фантастика, вымысел - а что насчёт реальности?

Герои «Странников» чистят орбиту от мусора. И относятся к ним как к мусорщикам.

Объекты, находящиеся на низких орбитах (до 400 километров), через несколько лет сгорают в атмосфере. И если бы весь мусор находился именно там, не было бы особой проблемы - природа бы сама убирала за нами. Но беда в том, что большая часть мусора находится гораздо выше. Осколки могут висеть там столетия, тысячелетия, а на геостационарной орбите - и миллионы лет.

Различные организации по борьбе с космическим мусором создавались как при правительствах космических держав, так и на международном уровне, но особого прогресса их работа не принесла. Сейчас проблемой мусора занимается Комитет по использованию космического пространства в мирных целях при ООН, а также Координационный комитет по космическому мусору, созданный несколькими национальными космическими агентствами.

Рассматривают различные методы борьбы с загрязнением орбиты. Одни предлагают усиливать защиту космических аппаратов от ударов мелких частиц, другие - тщательнее контролировать запуски, третьи - закладывать на спутники дополнительное топливо, чтобы их можно было свести с орбиты. Эти меры могут замедлить засорение космоса или спасти корабли, но всё же не решают проблемы. Единственный способ разобраться с космическим мусором - удалить обломки с орбиты.

Например, можно создать гигантскую сферу из сверхлёгкого пористого материала (аэрогеля), которая будет принимать на себя удары мелких частиц мусора и ловить их или, по крайней мере, замедлять. Или большую электродинамическую сеть, которая будет замедлять куски мусора, из-за чего они гораздо быстрее будут падать на Землю, сгорая в атмосфере. Или космического охотника, который будет захватывать обломки с помощью сетей или гарпуна. Не исключено также использование лазеров для сжигания мусора, однако тут придётся обойти международные соглашения, запрещающие вывод оружия на орбиту.

Плохая новость в том, что все эти технологии существуют лишь на бумаге. Но процесс все же понемногу сдвигается с мёртвой точки. Уже в ближайшие годы пройдут первые эксперименты по отработке некоторых из упомянутых технологий. Лишь бы за это время человечество не загадило орбиту окончательно.

Археология космоса

Некоторые историки уже сейчас заявляют, что не стоит бездумно уничтожать весь космический мусор: он может представлять значительный интерес для археологов, которые в будущем обязательно доберутся и до орбиты.

В 1980-е NASA пожертвовало космический зонд ISEE-3 Национальному музею авиации и космонавтики. Планировалось, что в 2014 году, когда аппарат сблизится с Землёй, он будет переведён на земную орбиту, после чего подобран шаттлом и доставлен домой. Но позже от этого плана пришлось отказаться: доставка грузов с орбиты оказалась более дорогим удовольствием, чем когда-то считалось, да и сами шаттлы перестали летать. И всё же возможно, что в отдалённом будущем некоторые старые спутники будут выставлены в музеях.

***

Если верить одному из шутливых объяснений парадокса Ферми («если внеземная жизнь действительно существует, почему инопланетяне до сих пор не прилетели к нам?»), любая техногенная цивилизация так быстро засоряет орбиту родной планеты, что это делает невозможным любые дальнейшие космические полёты. Будем надеяться, что в случае с нашей планетой это так и останется шуткой.