Человечество всё интенсивнее осваивает космическое пространство. И всё сильнее зависит от сервисов, предоставляемых при помощи космических аппаратов, находящихся на орбите Земли. Это и связь, и телевидение, и теперь уже широкополосный интернет.
В то же время космическая инфраструктура достаточно уязвима, в частности от загрязненности околоземного пространства космическим мусором. Что произойдет, если в результате глобального конфликта противники уничтожат спутниковые группировки друг друга? Эти и другие вопросы, связанные с темой космического мусора, корреспондент ИА Красная Весна задал доценту кафедры теоретической механики Самарского университета Вадиму Юдинцеву.
ИА Красная Весна: Космический мусор, как об этом много пишут в СМИ, представляет серьезную угрозу для космических аппаратов, находящихся на орбите Земли, которые всё больше влияют на жизнь обычного человека. Какого мнения сегодня придерживаются ученые — насколько мы далеки от ситуации, описанной Кесслером, когда выход на орбиту станет невозможен из-за космического мусора?
Вадим Юдинцев: Сейчас на околоземных орбитах находится более 30 тысяч объектов. Это только те объекты, которые «взвешены и посчитаны»: их орбиты известны и периодически уточняются. Это работающие или уже вышедшие из строя спутники, орбитальные ступени ракет, которые остались на орбите после выведения космических аппаратов, фрагменты ракет-носителей и космических аппаратов, образовавшиеся в результате столкновений или взрывов на борту (редко, но случаются взрывы аккумуляторов и топливных баков). Количество еще более мелких объектов больше и оценивается уже статистическими методами: более 900 тыс. с размерами от 1 до 10 см, более 100 млн — меньше 1 см.
Всё это огромное количество объектов с суммарной массой более 10 тыс. тонн распределено неравномерно по высоте. Больше всего объектов находится на низких орбитах с высотой менее 2000 км, в частности в диапазоне от 500 до 800 км: это диапазон высот, где работают спутники дистанционного зондирования Земли, спутники связи, в том числе спутники системы Starlink. В этом же диапазоне высот находится большая часть космического мусора.
Сейчас, по оценкам EKA, вероятность выхода из строя космического аппарата от столкновения с космическим мусором уже оценивается на уровне 3–5% в течение всего срока его активного существования на орбите. МКС с 1999 года выполнила более 30 маневров уклонения от объектов космического мусора.
Сценарий Кесслера описывает возможность неконтролируемого роста количества космического мусора на околоземной орбите в результате каскада столкновений объектов на орбите, когда каждое столкновение порождает «рой» космического мусора, увеличивающий вероятность дальнейших столкновений. Возможность такого сценария теоретически была обоснована еще в 1978 году, а результатом его развития может быть практическая недоступность некоторых областей орбит вследствие высокого риска столкновения выводимых на орбиту спутников с образовавшимся поясом обломков.
Что же изменилось за 45 лет? Новые результаты моделирования свидетельствуют о том, что даже если все страны вдруг прекратят запускать на орбиту космические аппараты, рост количества объектов космического мусора вовсе не прекратится. Будут продолжаться столкновения объектов космического мусора друг с другом, будет образовываться еще большее количество более мелких фрагментов. Если же в модели учесть продолжение освоения околоземного пространства без учета мероприятий по предупреждению образования космического мусора, то этот рост будет еще более быстрым — экспоненциальным. Возможно, мы находимся недалеко от порога запуска сценария Кесслера.
ИА Красная Весна: Как Вы считаете, резкий рост количества многоспутниковых группировок на орбите серьезно ухудшит ситуацию с космическим мусором (например, строящаяся в настоящее время национальная сеть Китая Guo Wang будет состоять из 13 тыс. спутников), или в современных КА уже предусматриваются системы увода аппаратов с орбиты или другие мероприятия, предотвращающие увеличение количества космического мусора?
Вадим Юдинцев: Развертывание многоспутниковых группировок ухудшит ситуацию с космическим мусором. Конечно, разработчики будут принимать меры против этого: переводить отслужившие свой срок космические аппараты с рабочей орбиты на орбиту утилизации к границе атмосферы Земли, выполнять маневры уклонения КА группировки от столкновения с космическим мусором. В частности, космические аппараты системы Starlink оборудованы двигателем, который позволяет им выполнять такие маневры (конечно, для этого должен проводиться постоянный контроль сближений спутников с другими аппаратами, не имеющими возможности маневрировать, или объектами космического мусора).
Результаты анализа состояния околоземного пространства, ежегодно проводимого EKA, говорят о том, что сейчас чуть больше половины космических аппаратов, если они находятся на высотах, где срок нахождения на орбите превышает 25 лет, выполняют маневры перевода на более низкую орбиту. Это относится и к орбитальным ступеням ракет-носителей, большая часть из которых уводится на орбиту утилизации с входом в атмосферу Земли, где они сгорают, а фрагменты, если они долетают до поверхности, падают в несудоходных областях Мирового океана.
Однако при развертывании огромных группировок неизбежны отказы техники, поэтому на околоземных орбитах появится большое количество нефункционирующих (отказавших) космических аппаратов, которые буду медленно тормозиться атмосферой, спускаясь к ее границе, увеличивая при этом неуправляемом движении риск столкновения с другими объектами космического мусора.
ИА Красная Весна: В связи с этим в иностранной прессе последнее время говорилось о необходимости принятия единых требований к КА, включающим в себя разделы о предотвращении наращивания количества мусора на орбите. Какие-то практические шаги в этом направлении делаются? Что предпринимается в нашей стране в этом направлении?
Вадим Юдинцев: Еще в 2002 году комитетом ООН по использованию космического пространства в мирных целях была принята первая версия рекомендаций по предупреждению образования космического мусора, которые должны учитываться при разработке и эксплуатации космических аппаратов и орбитальных ступеней ракет-носителей. В частности, в документе говорится о том, что при работе систем КА и РН не должен образовываться космический мусор (отлетать какие-то элементы конструкции). Должен производиться увод космических аппаратов, разгонных блоков и орбитальных ступеней ракет-носителей по окончании их функционирования на орбиты со сроком баллистического существования не более 25 лет. Если же спутник заканчивает свою работу на геостационарной орбите и спуск его до границы атмосферы Земли невозможен, спутник должен уводиться на орбиту захоронения, находящуюся выше геостационарной орбиты более чем на 200 км.
В нашей стране есть государственный стандарт, в котором изложены общие требования по ограничению техногенного засорения околоземного космического пространства. Стандарт соответствует рекомендациям ООН, и ему строго следуют при создании космических аппаратов и ракет-носителей научного, коммерческого и оборонного назначения.
Как показывает анализ, выполнение рекомендаций привело к положительному эффекту в течение некоторых периодов времени, но, к сожалению, результаты были сведены на нет случайным столкновением КА «Космос 2251» и Iridium 33 в 2009 году, а также испытанием Китаем противоспутникового оружия в 2007 году (разрушение спутника Фэнъюнь-1С).
Помимо мероприятий по предупреждению образования космического мусора, рассматриваются способы удаления с орбит (захвата и буксировки к границе атмосферы) крупных объектов космического мусора — потенциальных источников космического мусора в случае их разрушения. Например, сейчас в области низких орбит находится почти три сотни вторых ступеней ракет «Космос-3М» массой около 1,5 тонны. Удаление таких объектов позволит снизить риск запуска сценария Кесслера в будущем.
ИА Красная Весна: Сейчас, в свете ведущейся СВО, иногда говорят о том, что в случае глобального конфликта космическая инфраструктура может стать целью для атаки. Как Вы считаете, если события будут развиваться в эту сторону, эффект Кесслера станет реальностью, или за несколько лет обломки сбитых спутников сами сойдут с орбиты?
Вадим Юдинцев: В связи с этим вопросом можно вспомнить историю испытания Китаем противоспутникового оружия в 2007 году. Был сбит метеорологический спутник Фэнъюнь-1C (уже вышедший из строя), который двигался по круговой орбите высотой 850 км. В результате разрушения спутника образовалось более 3 тыс. фрагментов, движение которых можно было отслеживать (это фрагменты больше 10 см). Каталог наблюдаемых объектов космического мусора после разрушения спутников увеличился на треть. Общее же количество более мелких осколков от 1 до 10 см оценивается на уровне 35 тысяч. «Облако» обломков движется на высотах в диапазоне от 200 километров до более чем 3,8 тыс. километров. Конечно, всё, что движется по низким орбитам, рано или поздно сгорает в атмосфере Земли. Вопрос в сроках «самоочищения» орбит. Сейчас, спустя почти 15 лет после уничтожения спутника, на орбите остается более 2 тыс. фрагментов. Результаты моделирования показывают, что и через 100 лет их количество уменьшится только на 20%.
ИА Красная Весна: И в связи с этим еще вопрос. Если такой конфликт всё же произойдет и группировки противоборствующих сторон будут уничтожены на орбите, смогут ли в таком случае КА нейтральных стран продолжать работу, или такой конфликт уничтожит всю земную космическую группировку?
Вадим Юдинцев: В настоящее время более 70 стран мира эксплуатируют спутники: более 4,5 тыс. спутников принадлежит США, около 600 Китаю, 177 России. Если предположить, что в результате конфликта будет уничтожено хотя бы несколько десятков спутников, то, экстраполируя последствия для околоземного пространства уничтожения КА Фэнъюнь-1C, можно уверенно сказать, что сценарий Кесслера непременно станет реальностью.
ИА Красная Весна: Известно, что нашим войскам в зоне СВО много неприятностей доставляет система широкополосного доступа в интернет Starlink Илона Маска, которая используется ВСУ для связи. Существуют ли теоретические модели быстрого удаления такого большого количества спутников с орбиты? И можно ли было бы избежать при этом загрязнения космического пространства?
Вадим Юдинцев: Противоспутниковые системы разрабатывались уже давно. В США такие разработки начались еще в 1950-x годах. В 1985 году было проведено успешное испытание противоспутниковой ракеты, запущенной с самолета F-15: спутник был поражен прямым попаданием. Из открытой печати известно о таких работах в СССР: в 1978 была поставлена на боевое дежурство система со спутниками-перехватчиками, которые при необходимости выводились на орбиту перехвата спутника-мишени с последующим подрывом рядом с мишенью, которая уничтожалась разлетающейся шрапнелью. В 2021 году Россия провела испытания противоспутникового оружия с уничтожением на орбите выведенного из эксплуатации спутника «Целина-Д».
У американцев есть система ПРО Aegis, способная сбивать спутники, что было продемонстрировано в 2008 году, когда ракета смогла успешно уничтожить американский военный спутник USA-193, который вышел на нерасчетную низкую орбиту. Уничтожение огромных группировок спутников с непосредственным их разрушением потребует такого же количества ракет-перехватчиков (в случае глобального конфликта каждая противоракета на счету для защиты страны) и, как уже говорилось, конечно, приведет к катастрофическим последствиям для околоземного пространства, поскольку в результате каждого поражения будут образовываться сотни или тысячи фрагментов.
Менее катастрофичным по последствиям для околоземной среды может быть воздействие на спутники лазерного излучения, например для ослепления оптических сенсоров. Из открытой печати известно, что работы по созданию лазеров для ПРО и воздействия на спутники проводились и в США, и в СССР. Возможно, более эффективными являются методы РЭБ, создающие помехи в канале связи между спутниками и наземными приемными станциями.
ИА Красная Весна: В заключение немного несерьезный вопрос. Я разговаривал с одной своей знакомой на тему космического мусора, и у нее, человека, далекого от космической тематики, возник такой вопрос — «А что в основном выбрасывают в космос?» Я сначала рассмеялся, а потом подумал — действительно интересно, что в основном выбрасывают в космос, то есть что, собственно, остается на орбите, а что гарантированно сходит с нее? И если на Земле индустрия переработки отходов развивается довольно серьезными темпами, то насколько реально заниматься переработкой космического мусора, ведь на изготовление КА идет много ценных материалов.
Вадим Юдинцев: Сейчас на орбите находится более 10 тыс. тонн созданных человеком объектов. Много это или мало? Если сравнивать с массой пластика, выбрасываемого и выносимого каждый год в океаны, а это около 10 млн тонн, то, с одной стороны, это немного за более чем 65 лет космической эры, с другой, учитывая сложность освоения околоземного пространства, всего лишь в 1000 раз меньше. То ли еще будет! Околоземное пространство непросто осваивать, но человечество хорошо справляется c этим.
Если говорить о переработке космического мусора, то есть предложения по созданию космических аппаратов для сборки и переработки космического мусора, например в топливо для этого же сборщика мусора, однако эти проекты находятся на стадии идеи и вряд ли будут реализованы в ближайшее время. Возможно, о переработке космического мусора придется подумать при активном освоении Луны.
Ведь освоение Луны будет предполагать постройку и отправку большого количества космических аппаратов к Луне и обратно. Наверняка будут реализованы многоступенчатые схемы полета, в результате чего на орбите Луны будут оставаться отработавшие орбитальные блоки. Этот ценный ресурс целесообразно использовать или как строительный материал для лунных баз, или как топливо для космических кораблей.