После очередных опытов с запусками Илона Маска многие резко вспомнили о свалке космического мусора на орбите нашей планеты. Рассказываем о самых крупных и опасных случаях столкновения космических объектов с мусором, которые происходили в истории космических исследований. Статья описывает, какие последствия эти события имели для космических аппаратов и космической станции, а также какие уроки были извлечены из этих случаев для будущих миссий в космосе. Мы рассмотрим причины образования космического мусора и методы его устранения, которые помогут предотвратить подобные катастрофы в будущем.
Откуда в космосе мусор
Началом космической эры считается 4 октября 1957 года. Именно тогда люди отправили в космос первый спутник, который остался на орбите и принялся без устали вращаться вокруг Земли, попискивая в двух радиодиапазонах (20 и 40 МГц).
Работу двух передатчиков обеспечивала «батарейка» весом 50 кг. Её хватило на 14 дней, после чего спутник навсегда замолчал, превратившись в кусок космического хлама.
По данным Европейского космического агентства, с начала космической эры до 27 марта 2023 года было запущено приблизительно 6380 космических ракет, не считая неудачных стартов. Они вывели на околоземную орбиту 15430 спутников, из которых в космосе всё ещё остаётся 10290. При этом 2690 из них — просто куски мусора. В рабочем состоянии находятся около 7600 спутников.
Для наблюдения за выведенными на орбиту объектами были созданы сети космического наблюдения. Они отслеживают космический мусор и даже каталогизируют его. На текущий момент в каталоге содержится около 33190 объектов. Общая масса всех космических объектов на околоземной орбите составляет более 10800 тонн.
За весь период освоения космоса произошло более 640 инцидентов, связанных с разрушениями, взрывами, столкновениями или другими событиями, в результате которых образовались дополнительные куски мусора.
Не все объекты отслеживаются и каталогизируются, поэтому для оценки их количества были составлены статистические модели. Получилось, что на орбите имеется:
-
36500 объектов космического мусора размером более 10 см;
-
1 000 000 объектов космического мусора размером от 1 см до 10 см;
-
130 млн объектов космического мусора размером от 1 мм до 1 см.
Почему космический хлам становится проблемой
На первый взгляд может показаться, что это не так страшно, ведь космос огромен, и есть много места, где можно разместить все эти объекты. Но на самом деле всё не так просто.
Космический мусор может нарушать работу спутников, которые мы используем для связи, навигации, метеорологии и других целей. Если мусор попадёт на путь спутника или заблокирует его солнечные панели, то спутник может перестать работать. Его восстановление или замена будет стоить миллионы или даже миллиарды долларов, рублей или юаней.
Рост космической свалки может привести к так называемому «эффекту каскадного разрушения», когда при столкновении двух крупных космических объектов на орбите, образуется ещё больше кусков мусора, которые, в свою очередь, будут сталкиваться с другими объектами и так далее. Этот процесс может привести к созданию области на орбите, в которой будет невозможно работать из-за слишком большого количества космических обломков, что серьёзно затруднит и даже остановит развитие космической индустрии.
И хотя вероятность таких столкновений довольно незначительна, они всё-таки происходят. В 2009 году столкнулись «мёртвый» спутник «Космос-2251» и вполне рабочий Iridium 33. От удара оба спутника разлетелись на куски, число которых превысило 600.
Но мёртвые спутники и их обломки на орбите — лишь часть проблемы. Потому что рано или поздно они падают на Землю. И далеко не всегда люди могут контролировать, куда упадут эти обломки, а также что именно долетит до поверхности.
Сбитый спутник
В феврале 2008 года ракета, выпущенная с крейсера класса «Иджис» USS Lake Erie в нескольких сотнях километров к северо-западу от Гавайских островов, взвилась высоко в небо и через несколько минут уничтожила неисправный сверхсекретный американский спутник USA-193. По заявлению американских официальных лиц, эта операция, известная под названием «Жгучий иней» («Burnt Frost»), была проведена для того, чтобы предотвратить падение потенциально токсичных обломков спутника на населённые пункты.
USA-193 — спутник Национального разведывательного управления (NRO), запущенный на низкую околоземную орбиту ракетой Delta II 14 декабря 2006 года. Это был сверхсекретный спутник-шпион экспериментальной конструкции на основе уникальной ракеты-носителя с необычным наклоном орбиты. Хотя запуск прошел успешно, наземные диспетчеры вскоре потеряли связь со спутником.
Поскольку спутник был совсем новым, когда он вышел из строя, он не израсходовал ни одного из своих топливных элементов. А они представляли собой 450 кг гидразинового топлива в титановом баке диаметром более около метра. Такие материалы баков и топливо обычно используются в двигательных установках космических кораблей. Титан имеет высокую температуру плавления, и титановые баки обычно выживают после входа в атмосферу. Некоторые из них были извлечены после входа в атмосферу с очень незначительными структурными повреждениями.
Однако ситуация с USA-193 была беспрецедентной. Обычно титановые баки начинали процесс входа в атмосферу пустыми или почти пустыми. Наличие почти полутонны гидразина могло повлиять на баллистические характеристики бака, что, в свою очередь, могло изменить его судьбу. Однако ещё большее значение имел вывод инженеров космического корабля о том, что гидразин, скорее всего, находился в сжиженном состоянии. Это значительно усложнило расчёт выживаемости при входе в атмосферу.
8 января 2008 года президент Джордж Буш был проинформирован о ситуации и возможных вариантах действий. Во время доклада был сделан акцент на риске человеческих жертв. Спутник с его гидразиновым топливом мог упасть на любого человека, живущего между 58,5 градусами северной и 58,5 градусами южной широты, что включало большую часть населения Земли.
Риск заключался не только в том, что космический корабль может упасть на кого-то, но и в том, что после того, как он достигнет земли, газообразный гидразин вырвется наружу и распространится на большой площади. Гидразин очень опасен. При низких концентрациях этого газа возможен кратковременный дискомфорт или долгосрочное повреждение тканей человека. При более высоких концентрациях воздействие могло быть смертельным. Разумеется, со временем газообразный гидразин рассеивался и больше не представлял угрозы.
21 февраля в 10:26 вечера по восточному времени с корабля USS Lake Erie, расположенного к северу от Гавайских островов, была запущена ракета SM-3. Через четыре минуты спутник USA-193 был уничтожен. Столкновение между ракетой и спутником произошло на высоте примерно 240 км, когда последний двигался в северо-восточном направлении в сторону северной Канады.
Вскоре Соединенные Штаты опубликовали радиолокационные, оптические и инфракрасные изображения перехвата. Никаких обломков обнаружено не было.
Осколок спутника на голову
В 1997 году Лотти Уильямс, прогуливаясь по парку в Талсе, штат Оклахома, увидела вспышку света, похожую на метеор. Через некоторое время она получила удар по плечу и стала единственным человеком, который был поражён куском космического мусора.
Хотя фрагмент длиной около 15 см так и не был идентифицирован как фрагмент ракеты, НАСА подтвердило, что время и место происшествия соответствуют входу в атмосферу и разрушению второй ступени ракеты Delta, которая упала на Землю после нескольких месяцев пребывания на орбите. Основные обломки были найдены в нескольких сотнях миль в Техасе.
Уильямс не пострадала. Она получила удар вскользь, а обломки были относительно лёгкими и, вероятно, двигались с небольшой скоростью. Кроме того, на него действовали потоки ветра, что ещё больше смягчило удар.
Мистические шары
В 1960-х годах в Австралии нашли несколько таинственных сфер, которые некоторые связывали с явлениями НЛО. Одна такая сфера была обнаружена в Меркануке, Западная Австралия. Ее назвали «Мерканука-шар», и многие интересовались ее происхождением.
Вскоре выяснилось, что этот металлический шар был использован в космическом корабле Gemini V для хранения питьевой воды. Этот космический корабль был запущен 21 августа 1965 года и через несколько дней, 29 августа, вернулся в атмосферу Земли, после чего приземлился в Атлантическом океане.
Некоторые люди до сих пор увлечены исследованием НЛО, но в этом случае все объяснилось довольно просто.
Токсичный удар
Секретный советский спутник-шпион Космос 954 был частью программы РОРСАТ Советского Союза, серии разведывательных спутников, которые наблюдали за океаническим движением, включая надводные суда и атомные подводные лодки, с помощью активного радара. Он был запущен 18 сентября 1977 года в 13:55 UTC с космодрома Байконур на ракете-носителе «Циклон-2». На борту спутника, помимо прочего оборудования, был компактный ядерный реактор. Спутник предназначался для длительного наблюдения, но к декабрю 1977 года отклонился от расчётной орбиты, и траектория его полёта становилась всё более нестабильной.
В середине декабря командование воздушно-космической обороны Северной Америки обнаружило, что Космос 954 производит манёвры, меняя высоту орбиты. Советские операторы пытались восстановить контроль над космическим аппаратом, однако им это не удалось. На закрытых совещаниях советские чиновники сообщили своим американским коллегам, что они потеряли управление над аппаратом, и система, предназначенная для вывода активной зоны отработавшего реактора на безопасную орбиту, вышла из строя.
24 января 1978 года в 11:53 по мировому времени (GMT) Космос 954 вошел в атмосферу Земли, перемещаясь в северо-восточном направлении над западной частью Канады. Сначала СССР заявил, что спутник был уничтожен при входе в атмосферу, однако позже стало известно, что обломки спутника упали на территории Канады, простираясь на протяжении 600 километров от Большого Невольничьего озера до озера Бейкер.
Операция по поиску радиоактивных материалов со спутника получила название «Утренний свет». Она проходила на площади в 124 тысячи квадратных километров. Совместная канадско-американская команда проводила поиски пешком и с помощью воздушных средств на первом этапе с 24 января 1978 года по 20 апреля 1978 года, а на втором этапе с 21 апреля 1978 года по 15 октября 1978 года.
В результате удалось извлечь двенадцать крупных фрагментов спутника, из которых десять оказались радиоактивными. Эти фрагменты демонстрировали радиоактивность до 1,1 зиверта в час, однако они составляли всего около 1% от общего количества топлива. Один из фрагментов имел уровень радиации 500 Р/ч, что достаточно опасно для человека, находящегося в контакте с ним в течение нескольких часов.
Согласно Конвенции об ответственности за космическую деятельность 1972 года, государство, осуществившее запуск объекта в космос, несет ответственность за ущерб, причиненный этим объектом. Канадское правительство предъявило Советскому Союзу счет на сумму 6 041 174,70 канадских долларов, включая расходы и дополнительную компенсацию за неожиданные будущие затраты. В итоге СССР выплатил Канаде 3 миллиона канадских долларов.
Космос 954 был не первым РОРСАТом с ядерным двигателем, который потерпел неудачу. В 1973 году при запуске аналогичного спутника произошла авария, в результате которой реактор упал в Тихий океан к северу от Японии. Также случилась авария со спутником Космос 1402 в 1983 году, при которой реактор был сброшен в Южную Атлантику. В последующих РОРСАТах была установлена резервная система для выброса активной зоны. При аварии на спутнике Космос 1900 в 1988 году эта система успешно вывела активную зону реактора на безопасную орбиту.
Падение в пустыне
В январе 2001 года над Средним Востоком произошло падение части третьей ступени ракеты Delta 2, известной как PAM-D (Payload Assist Module-Delta). Один из обломков, состоящий из титанового корпуса мотора, весом около 70 килограммов упал в Саудовской Аравии. Ещё один обломок, титановый резервуар давления, упал в Техасе, а основной топливный бак упал недалеко от города Джорджтаун в Техасе. По счастью, никто не пострадал.
Инцидент был достаточно серьёзным, но обошелся без человеческих жертв. Вполне вероятно, что он стал следствием проблемы с управлением этой ступени, хотя точные причины инцидента неизвестны.
Колумбийская катастрофа
Катастрофа шаттла «Колумбия» 1 февраля 2003 года стала одним из самых трагических инцидентов в истории космических полетов. Во время возвращения на Землю шаттл распался на части, в результате чего погибли все члены экипажа — семь астронавтов.
Крупнейшие обломки и останки корабля выпали на территории восточного Техаса и западной Луизианы, охватив площадь в 72 520 квадратных километров. Более 80 000 обнаруженных обломков были сохранены для последующих исследований.
Причиной катастрофы стало повреждение защитной плиты на крыльях шаттла, вызванное обломком пены утеплителя, который оторвался от внешней поверхности во время запуска. В результате чего во время входа в атмосферу газы проникли внутрь крыла и разрушили его конструкцию, что привело к разрушению корабля.
Громкий снег
Космический телескоп Комптона был запущен в космос в 1991 году. Он работал успешно более 9 лет, собирая ценные научные данные о гамма-излучении и космических объектах. Однако в 2000 году гироскоп телескопа Комптона вышел из строя, что сделало невозможным управление спутником. Решено было сбросить его на Землю, чтобы предотвратить потенциальную угрозу для населения.
4 июня 2000 года телескоп начал свой контролируемый спуск в атмосферу Земли. Во время входа в плотные слои атмосферы от телескопа отвалились солнечные панели и антенны. Около 6000 килограммов обломков Комптона упали в Тихий океан, юго-восточнее Гавайских островов.
Люди, находившиеся неподалеку от места падения обломков, описали звук, который они услышали, как «звук снежной лавины». В связи с этим операцию по уничтожению телескопа стали называть «громким снегом» («Sonic Snow»).
Русский тяжеловес
Космическая станция МИР была построена в России в 1986 году. Станция была наследием Советского Союза и использовалась для научных и коммерческих миссий. На МИРе в течение многих лет жили и работали космонавты и космические туристы.
В 2001 году жизненный цикл станции был завершён, в связи с чем объект был отправлен на контролируемый сход с орбиты. 23 марта 2001 года МИР начала свое падение в атмосферу Земли над Тихим океаном возле Фиджи. Большая часть станции сгорела в атмосфере, но около 1500 обломков упали на поверхность Земли. Люди на пляже в Нади, Фиджи, сфотографировали горящие обломки МИРа. Звуки ударов разносились на многие километры.
МИР была одной из самых крупных космических станций, когда-либо запущенных в космос, и ее контролируемый сход с орбиты стал одним из самых крупных случаев падения космического мусора на поверхность Земли.
Падение звёздной лаборатории
Ещё один громкий инцидент с космическим мусором — падение осколков погибшей американской космической станции «Скайлэб», которая вращалась вокруг Земли с 1973 по 1979 год. Увеличение сопротивления аппарата, частично вызванное повышенной солнечной активностью, пагубно сказалось на орбите «Скайлэба», что заставило наземных диспетчеров спустить его раньше времени. Они направили «Скайлэб» на траекторию входа в атмосферу, которая должна была привести к его разрушению над восточной частью Индийского океана и западной частью Австралии.
Так и произошло. Несколько крупных обломков упали на землю между австралийскими городами Эсперанс и Раулинна. Стэн Торнтон, 17-летний подросток, живший в Эсперансе, собрал несколько обломков «Скайлэба» с крыши своего дома и помчался в Калифорнию, где газета San Francisco Examiner предлагала приз в 10 000 долларов США (примерно 30 000 долларов в сегодняшних деньгах) тому, кто первым доставит в редакцию часть космической станции.
Где искать космических дворников и что будет дальше?
Проблема космического мусора касается всех, но в первую очередь в её решении заинтересованы космические державы. Существуют различные проекты и программы по очистке космического мусора. Вот некоторые из них.
RemoveDEBRIS — космическая миссия, разработанная Европейским космическим агентством (ЕКА) для удаления космического мусора. Она использует специальные инструменты, такие как гарпун, сеть и лазер, для захвата и удаления мусора.
CleanSpace One — проект Швейцарского федерального института технологий в Лозанне (EPFL), также направленный на удаление мусора с орбиты Земли. Он использует специальное оборудование для захвата мусора и его возвращения на Землю.
Space Sweepers — это проект японской компании Astroscale, которая разработала специальный космический корабль-уборщик, который может захватывать космический мусор и уничтожать его в атмосфере Земли.
ELSA-d — еще один проект компании Astroscale, который использует два спутника — один для захвата мусора, а другой для его удаления.
AD ASTRA — проект, который разрабатывается Калифорнийским университетом в Беркли и включает использование космических масштабных сетей и гравитационных методов для удаления мусора.
Россия также не осталась в стороне от космического клининга и предложила проект StartRocket. Он был анонсирован в 2019 году и вызвал большой интерес в космической индустрии. Его авторы предлагают использовать специальные космические аппараты, называемые «космическими парусами», чтобы снизить количество космического мусора на орбите Земли. Космические паруса, по замыслу авторов, должны быть выполнены в виде светящихся рекламных щитов, которые можно разместить на орбите и управлять с Земли.
Согласно планам StartRocket, космические паруса будут иметь специальное пенное покрытие, которое притягивает к себе космический мусор. Затем этот мусор будет собираться и сбрасываться в атмосферу, где он сгорит. Компания утверждает, что это решение будет более эффективным, чем текущие методы очистки орбиты Земли от мусора.
Проект StartRocket вызвал опасения среди некоторых космических экспертов. Некоторые утверждают, что использование космических парусов может создать новый космический мусор и привести к коллизиям на орбите.
Все эти проекты находятся в разных стадиях разработки и реализации, но они показывают, что научное сообщество и коммерческие компании осознают серьёзность проблемы космического мусора и работают над её решением.
Несмотря на достаточное количество перспективных разработок, промышленного решения для эффективного и не запредельно дорогого удаления космического мусора с орбиты пока нет. Так что остаётся лишь экстенсивный путь: увеличить время жизни действующих спутников и пореже запускать новые.
Примечательно, что проблему космического мусора пытаются решить путём законодательного регулирования и создания стандартов. Так, в одном из документов ISO указано, что все космические аппараты после окончания жизненного цикла должны в обязательном порядке утилизироваться путём схода с орбиты или перевода на орбиту захоронения.
НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
-15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS.
