что такое космический мусор кратко
Космический мусор: чем он опасен для жителей Земли
Что такое космический мусор
Космический мусор представляет собой твердые отходы космической деятельности. Сюда относятся неработоспособные спутники, запущенные человеком за 60 лет освоения космоса, вторая и третья ступени ракета-носителя (первая обычно падает в Тихий океан), разгонные блоки и фрагменты спутников после взрыва или столкновений, например, фрагменты обшивки — так появляется космический мусор.
Ученые подсчитали, что сейчас в космосе находится почти 128 млн кусков космического мусора размером более 1 мм и 34 тыс. частиц размером более 10 см. Все, что меньше 1 мм подсчитать крайне трудно, некоторые ученые говорят о триллионах таких частиц. Около 3 тыс. спутников вышли из строя из-за мусора и сами превратились в космический мусор.
Астрономы могут отследить только крупные фрагменты, так как скорость частиц может доходить до 14 км/с (зависит от орбиты). Россия и США сейчас наблюдают за 23 тыс. космических объектов размером от 10 см, каталогизировано же и того меньше — 17 тыс. При этом 95% каталога космических объектов составляет космический мусор.
Проблемы и угрозы
Степень опасности космического мусора определяется в основном тремя факторами:
Главная проблема мусорного кризиса в космосе — выход из строя работающих спутников при столкновении с космическим мусором. Из-за больших скоростей опасность представляют даже частицы менее 1 см, они могут пробить противометеоритную защиту орбитальной станции. При столкновении с объектом более 10 см любой космический аппарат или станция гарантированно уничтожаются.
В мае 2016 года в Международную космическую станцию (МКС) влетела частица космического мусора размером в сотые доли миллиметра и оставила на МКС скол диаметром около 7 мм. Чтобы не допустить более разрушительных последствий МКС приходится регулярно менять свою орбиту, уворачиваясь от мусора.
Хоть мелкий мусор и не влечет за собой катастрофических последствий, однако его опасность заключается в гигантском объеме, неконтролируемом распределении в пространстве, огромной скорости и абсолютной непредсказуемости столкновений.
Сейчас около 99% потенциально опасных объектов вовсе не контролируется из-за их малых размеров и огромных скоростей.
Что такое синдром Кесслера и при чем он здесь
Ученые предполагают, что в какой-то момент мы больше не сможем выводить новые спутники на орбиты, так как они будут полностью заняты космическим мусором. Это может произойти из-за каскадного эффекта, который называется синдромом Кесслера:
стремительно растущий объем космического мусора будет производить другой мусор, а он, в свою очередь, по цепной реакции — новый мусор.
Общий характер каскадного эффекта такой же, как и у ядерной цепной реакции. Таким образом орбиты будут заняты, и человек больше не сможет запускать летательные аппараты по причине неконтролируемых столкновений.
Вероятность столкновений на любой орбите растет приблизительно пропорционально квадрату количества космических объектов. Есть ученые, которые считают, что каскадный эффект уже начался в некоторых орбитальных областях и для некоторых классов космического мусора (на высотах 900–1000 км и 1500 км).
Наиль Бахтигараев, старший научный сотрудник Института астрономии РАН:
«Где-то десять лет назад поднялся шум из-за эффекта Кесслера. Считалось, что он вот-вот начнется, но затем его отложили. Когда он все-таки начнется, зависит от уровня развития науки и технологий. Но даже если мы будем предпринимать технические мероприятия по уничтожению мусора, то этот момент все равно настанет. Сейчас мы лишь замедляем и отдаляем его»
10 февраля 2009 года на расстоянии 790 км над уровнем моря столкнулись два спутника: американский Iridium-33 и российский «Космос-2251». В результате летательные аппараты разлетелись на 600 осколков размером более 5 см и несколько тысяч более мелких.
Впрочем, на сегодняшний день столкновения работающих летательных аппаратов с космическим мусором на орбите происходят довольно редко благодаря работающим системам слежения. Существует другая проблема — взрывы старых спутников, на борту которых осталось топливо и отработанные аккумуляторы. Под различного рода воздействием они могут повреждать работающие спутники сильнее, чем обычные столкновения.
Утилизация космического мусора
Говорить о том, что космический мусор станет серьезной проблемой, начали еще в 1960-е годы, на заре освоения космоса. Но до сих пор не придумали реальной возможности массово удалять мусор с околоземных орбит. «Существуют программы по удалению космического мусора, но они единичные и не решают проблему. Удалить можно только крупный мусор, то есть более 20 см, с объектами менее 10 см возникают большие сложности», — говорит Бахтигараев из Института астрономии РАН.
Так как существующие технологии не способны избавить космос от мусора, то космические агентства начали уделять внимание профилактике. Для новых аппаратов предъявляют стандарты, например, на борту космических аппаратов закладывают ресурс, чтобы они могли уходить от столкновений с мусором. Также их снабжают броней, которая защищает космического мусора, но только от мелкого.
На сегодняшний день работающей технологией по утилизации космического мусора является увод старых спутников на соседние орбиты. Это можно сделать с помощью аппаратов-захватчиков, которые буксируют мусор на орбиты для захоронения. Также отработанные спутники могут сами уходить со своих мест на остатках топлива. Но массово эти методы не применяются.
Считается, что космический мусор не падает на Землю, но это не совсем так. Для отработанных крупных спутников и грузовых кораблей на Земле в Тихом океане существует свое кладбище, где их затапливают, так как они не сгорают в атмосфере. Это место расположено в южной части Тихого океана около точки Немо, самого удаленного от суши места на Земле. Над этим местом запрещено летать и проплывать кораблям. Так проблема космического мусора превращается в проблему земного мусора. С 1971 по 2016 года там захоронили минимум 260 аппаратов.
Сейчас перед астрофизиками стоит задача, как избавиться от мусора на геостационарной орбите или поясе Кларка. Она находится непосредственно над экватором Земли на расстоянии 35 786 км. Эта орбита очень привлекательна для запуска спутников, так как на ней летательные аппараты требуют меньше топлива и охватывают значительно больше поверхности Земли, чем на других орбитах. Однако количество точек стояния спутников на геостационарной орбите ограничено — их около 180. Помимо очистки геостационарной орбиты, важное значение имеет удаление космического мусора в окрестностях МКС, так как станция является дорогостоящей и очень уязвимой.
Космический мусор: карты и модели
Чтобы убедиться, что наша планета окружена мусором, не надо лететь в космос. Ученые смоделировали то, как выглядят околоземные орбиты. Один из таких сайтов — «Гид в мире космоса». Карта показывает соотношение работающих спутников к тем, которые уже стали мусором.
Видео от Европейского космического агентства демонстрирует, насколько много мусора находится вокруг Земли. В начале модель показывает обломки больше 1 м, а в самом конце — количество космических объектов от 1 мм:
Космический мусор: откуда берется и почему никуда не улетает
За годы освоения космоса там скопилось много бесполезных предметов. Выпускница МГТУ им. Баумана по специальности «моделирование космических комплексов» Анна Ложкина объясняет происхождение этого мусора, откуда он берется и почему не падает нам на голову, рассказывает, что можно сделать для поддержания чистоты космического пространства.
Какие объекты вращаются вокруг нашей планеты?
В первую очередь это техника, запущенная людьми.
По низкой околоземной орбите, высотой от 160 до 2000 километров, двигаются аппараты дистанционного зондирования, межпланетная космическая станция (МКС).
На более удаленной, геостационарной орбите, ее высота примерно 36 тысяч километров над поверхностью планеты, “зависают” спутники прямого вещания телевизионных программ и различных систем связи.
На самом деле спутники двигаются с очень большой линейной и угловой скоростью, успевая за вращением Земли, поэтому каждый находится над своей точкой планеты — как бы висят над ней.
Помимо этого на орбитах находится различный “космический мусор”.
Откуда берется в космосе мусор, если там никто не живет?
Как и на Земле, в космосе мусор — дело рук человеческих. Это отработанные ступени ракет-носителей, обломки столкнувшихся или взорвавшихся спутников.
Количество аппаратов, отправленных в космическое пространство с 1957 года по настоящее время, перевалило за 15 тысяч. На низких орбитах уже становится тесно.
Часть техники устаревает — у некоторых аппаратов заканчивается топливо, у других выходит из строя оборудование. Такие спутники уже не поддаются управлению, а только отслеживанию.
Столкновение даже небольших объектов, движущихся с орбитальными скоростями под углом друг к другу, приводит к их значительному разрушению. Так жвачка, залетевшая на орбиту МКС, может пробить оболочку станции и погубить весь экипаж.
Подобный эффект — рост количества мусора на низкой околоземной орбите в результате столкновения объектов, называется синдромом Кесслера и потенциально может привести в будущем к полной невозможности использования космического пространства при запусках с Земли.
А как дела высоко-высоко, там, на геостационарной орбите? Она тоже густо заселена, места там стоят дорого и на них даже есть лист ожидания. Поэтому, как только подходит к концу срок эксплуатации аппарата, его выводят с геостационара, а на освободившуюся позицию летит следующий спутник.
Куда девается космический мусор?
С низкой околоземной орбиты любой крупный объект спускается в атмосферу, где сгорает быстро и полностью — нам на голову даже пепел не падает.
А вот с маленькими кусочками дело обстоит сложнее. Несколько организаций США и России надежно отслеживают лишь космические аппараты и фрагменты мусора крупнее 10 см. Объекты с размерами от 1 до 10 см практически не поддаются счету.
С геостационарной орбиты устаревшие или прекратившие нормально функционировать спутники задвигают подальше, на высоту около 40 тысяч километров, чтобы освободить место для новых претендентов.
Так, за геостационаром, появилась орбита захоронения, где «умершие» спутники будут по инерции летать еще сотни лет.
А что происходит с космическими кораблями?
Корабли, на которых люди отправлялись в космос, возвращаются на Землю, где доживают свой век в музеях или научных центрах.
Мусор, образующийся в процессе жизнедеятельности обитателей международной космической станции, точно в космос не попадет. Он тщательно собирается, грузится на транспортный корабль — тот, что привозит им все необходимое, и отправляется по направлению к Земле. Этот корабль на обратном пути почти полностью сгорает в атмосфере или затапливается в Тихом океане.
Мусор, как издержки запуска космических аппаратов
Сообщение по радио или с экранов телевидения о том, что “отделение первой ступени прошло в штатном режиме» звучит привычно для современного человека. По дороге к запланированной орбите ракета-носитель теряет и другие, ставшие ненужными, детали.
На 1 кг запущенной массы приходится минимум 5 кг вспомогательной. Что с ними происходит?
Баки первой ступени сразу “отлавливают” на Земле специально обученные люди. Вторая ступень и обтекатели тоже падают на Землю, но разлетаются намного дальше и найти их сложнее.
А вот разгонные блоки, которые используются при переходе с опорной орбиты на конечную, там наверху и остаются. Со временем они потихоньку сползают вниз, входят в атмосферу, где и сгорают.
В общем, все превращается в пыль и рассеивается в атмосфере. Разве что очень-очень большие и прочные куски долетают до нас. В 2001 году долетел кусок от станции МИР и упал в океан.
Утилизация космических аппаратов
Получается, что способы утилизации космических аппаратов — это топить в океане, запустить подальше, сжечь в атмосфере … Такой полностью безотходный метод.
Детали, найденные на Земле спасателями, перерабатывают или повторно используют.
К сожалению, переработать пока можно не все. Вытекший из упавшего двигателя гидразин отравит почву и воду далеко и надолго.
Как вся эта пыль и гарь влияет на воздух, которым дышим?
Да, наш с вами воздух загрязняется и захламляется маленькими частицами пепла, пыли, другими продуктами горения космических аппаратов. Но не так сильно, как от выбросов земных машин и заводов.
Вот только один пример. Суммарная масса воздуха в атмосфере — 5Х10¹⁵ тонн. Масса орбитальной станции “ Мир”, самого крупного из космических аппаратов когда-либо вошедших в атмосферу, и сгоревших в ней (2001 год) — 105 тонн. То есть все капельки и пылинки, оставшиеся от орбитальной станции, ничто по сравнению с величиной атмосферы.
Теперь посмотрим на выбросы промышленности. По данным Росстата, наименьший суммарный выброс за период наблюдений с 1992 года пришелся на 1999 год. И он составил 18,5 млн тонн.
То есть только над нашей страной за один год в воздух попало в 176190 раз больше грязи, чем разнесло над всем земным шаром, пока “Мир” горел в атмосфере.
Что можно сделать для уменьшения количества мусора в космосе
В последние годы перед человечеством остро встали проблемы поддержания чистоты космического пространства.
Есть несколько направлений, по которым ведутся исследования:
Еще очень важно разобраться с тем, какие спутники действительно необходимы, более ответственно относиться к выбору запускаемых аппаратов.
В отдаленном будущем, надеемся, появятся пылесосы или другие приспособления, которые позволят делать косметическую и даже генеральную уборку космического пространства.
Мало ли что можно придумать, если поразмыслить, если задаться целью, сохранить чистый космос для будущих поколений.
Физик назвал главную опасность космического мусора
Во многом опасность космического мусора заключается в том, что при столкновении обломки порождают множество более мелких осколков, за передвижением которых на орбите сложно следить с Земли и своевременно реагировать при необходимости.
Об этом «Звезде» рассказал член-корреспондент РАН, директор Института космических исследований (ИКИ) РАН Анатолий Петрукович. При этом, по словам специалиста, ситуация, при которой космонавты вынуждены покидать МКС и находиться в аппаратах из-за угрозы столкновения станции с космическим мусором является хоть и редкой, но не аварийной.
Физик отметил, что космическим мусором являются аппараты, которые пришли в негодность и летают по орбите, не откликаясь на команды Земли. С крупными частями проще, потому что их видно с Земли и можно предсказать траекторию их полета, уточнил Петрукович.
Он добавил, что космические аппараты, как правило, летят по орбите вокруг Земли со скоростью 8 км/сек. С этой же скоростью летят обломки, однако направление скорости этих обломков может быть разным, вплоть до противоположного.
Ученый добавил, что пока адекватных способов очистки орбиты не разработано, поэтому человечество должно заботиться о том, чтобы количество космического мусора со временем не росло.
Ранее специалист подмосковного Центра управления полетами во время разговора с российским космонавтом Антоном Шкаплеровым сообщил, что из-за вероятности столкновения МКС с космическим мусором экипажу придется укрыться в корабле «Союз» и на американском сегменте станции.
Позже из переговоров космонавтов с Землей стало ясно, что космический мусор пролетел мимо МКС, однако существует вероятность повторного сближения объектов чуть позже.
Космический мусор стал угрозой для МКС. Но решить проблему пока нельзя
Количество мусора в космосе растет — сотрудник ИКИ РАН Эйсмонт
Космонавтам посоветовали укрыться на корабле «Союз» из-за угрозы столкновения обломков спутника и МКС. Мусора в космосе становится больше, и он может стать причиной аварий. Пока что сотрудники МКС предотвращают столкновения маневрированием.
Международной космической станции угрожали пролетающие мимо обломки спутника. Из-за этого космонавтам рекомендовали укрыться на корабле «Союз». Американскому экипажу также посоветовали укрыться и закрыть люки, сообщило РИА «Новости». Но опасность миновала, и мусор дважды пролетел мимо станции.
Похожая ситуация была на прошлой неделе. Китайский космический мусор мог врезаться в МКС 10 ноября и повредить ее. Станции нередко приходится совершать маневры, чтобы увернуться от обломков. По словам космонавта Дениса Ефремова, чем больше мусора в космосе, тем чаще МКС уворачивается, и с каждым разом это опаснее и сложнее. На маневры приходится расходовать топливо, которого и так немного.
Космонавт отметил, что на орбите Земли космического мусора становится все больше. Это компоненты ракет, старые спутники, результаты экспериментов Китая по уничтожению спутников.
Угроза в мусоре
Космическим мусором считаются любые искусственные объекты и их части в космосе. Они больше не функционируют и могут быть даже опасными для действующих космических аппаратов. Не исключено, что космический мусор может начать проходить через плотные слои атмосферы и обломки окажутся на Земле.
В августе Роскосмос фиксировал семь тысяч тонн космического мусора на орбите. За объектами размером более 10 сантиметров следит автоматизированная система предупреждения об опасных ситуациях в околоземном космическом пространстве. Специалисты получают сообщения о приближении космического мусора при помощи 36 телескопов на территории России, Армении и Бразилии.
В ближайшие годы эта цифра может увеличиться. Ведущий научный сотрудник Института космических исследований Российской академии наук Натан Эйсмонт рассказал «360», что число опасных фрагментов в космосе растет, а полностью остановить их распространение пока не получается.
Сейчас насчитывают 25 тысяч осколков. Это те, чьи орбиты известны и отслеживаются, а их размеры больше 10 сантиметров. Но на самом деле опасны и те, что меньше этого размера
Мусор появляется после окончания срока действия космических аппаратов. Летчик-космонавт, Герой России Андрей Борисенко рассказал, что каждый год заканчивается срок работы какого-либо спутника, но их никто не убирает оперативно с орбиты.
«Время существования спутника может длиться от трех до сотни лет. Естественно, мусор накапливается в том числе на орбите, где есть МКС», — отметил космонавт.
Все это создает риск аварии как для других спутников, так и для МКС. При этом «космическое ДТП» может привести к появлению еще большего числа осколков. Яркий пример — столкновение американского Iridium 33 и российского спутника «Космос-2251» в 2009 году. После аварии образовались тысячи других осколков.
Предотвратить аварии
По словам Эйсмонта, чтобы предупредить аварию в космосе, существуют специальные службы, которые следят за движением осколков. Если для аппаратов есть угроза, то выполняется маневр.
Уклонение представляет собой повышение и понижение орбиты МКС на некоторую величину. Космонавт Борисенко отметил, что в некоторых случаях, например при запоздалом сообщении об угрозе, маневр провести нельзя.
«Космонавтам в случае опасного сближения дается указание уходить в корабль-спасатель, которым является „Союз“, и там ждать указаний», — объяснил он.
Проблемой космического мусора озабочена ООН, которая выработала правила для предотвращения засорения. Эйсмонт отметил, что аппарат должен быть удален с орбиты в течение 12 лет после окончания срока службы. Правила касаются в том числе ракет-носителей.
«Как только космический аппарат вывели в пространство, ступень должна быть приведена на орбиту, где она сгорит», — объяснил он.
Но даже этих правил недостаточно, поэтому ученые ищут новые пути для ликвидации космического мусора. Среди возможных решений — запуск аппарата, превращающего частицы мусора в пыль, и создание спутника-уборщика, который накапливал бы мусор.
Однако создание и отправка в космос уборочных аппаратов — затратная и трудновыполнимая задача. По мнению Эйсмонта, пока что самое большое достижение — осознание всеми странами проблемы космического мусора и попытки разрешить ее.
Космический мусор становится проблемой и с этим нужно что-то делать
Когда мы думаем о мусоре, на ум приходят такие вещи, как мусорные баки, свалки и мусорная реформа, но существует и другая проблема мусора, которую трудно увидеть невооруженным глазом с Земли. Космический мусор, как предупреждают ученые, является все более серьезной проблемой и если мы не примем срочных мер, то завтра может оказаться слишком поздно.
реклама
Теперь представьте, что однажды орбита Земли станет переполненной и два больших спутника столкнутся друг с другом. Оба спутника разрушатся на более мелкие части, которые в дальнейшем столкнутся с другими спутниками и вызовут серию новых столкновений, в результате чего по орбите разлетится огромное количество мусора. И такое уже несколько раз случалось.
реклама
К счастью, мы еще не достигли этой стадии. Пока космический мусор не кажется серьезной проблемой, но эксперты аэрокосмической отрасли предполагают, что в ближайшие годы количество запусков спутников и космических миссий может резко возрасти, а это, скорее всего, приведет к увеличению количества мусора в космосе и сделает орбиту Земли более перегруженной, чем когда-либо. Проще говоря, если мы не начнем быстро принимать меры, то скоро будет слишком поздно.
Что такое космический мусор и почему он опасен?
реклама
Такие аварии уже происходили. Так в марте 2021 года 18-я эскадрилья контроля космического пространства (18SPCS) США подтвердила, что небольшой фрагмент космического мусора под названием «Объект 48078» врезался в китайский спутник Yunhai 1-02. По словам астрофизика Джонатана Макдауэлла, объект 48078 был остатком ракеты Zenit-2, запущенной в 1996 году. Макдауэлл добавил, что после столкновения «спутник Yunhai 1-02 был уничтожен и распался на фрагменты».
Однако такие столкновения из-за космического мусора пока еще редкость. До аварии Yunhai 1-02 последнее зарегистрированное столкновение произошло в 2009 году. Более того, такие столкновения могут быть предотвращены диспетчерами миссий путем корректировки позиционирования спутника. Каждый год многие спутники многократно маневрируют, чтобы избежать столкновения с космическим мусором, даже Международная космическая станция (МКС) с момента запуска в 1998 году совершила более 20 маневров по предотвращению столкновения с космическим мусором.
реклама
Пока проблема космического мусора не кажется чем-то важным, но если не решать ее должным образом, то в будущем она может привести к полному хаосу на орбите нашей планеты, с которым будет крайне сложно справиться.
Небольшая, но нарастающая проблема
До 2010 года ежегодно запускалось всего около 100 спутников, но в 2020 году впервые в космос их было отправлено более 1000. Цифры продолжат расти и в 2021 году, на орбиту уже было выведено более 1400 новых аппаратов.
Эти мега-констелляции приведут к беспрецедентному увеличению числа спутников, вращающихся вокруг Земли (по некоторым данным, к 2030 году на орбите Земли может находиться около 100 000 спутников). С каждым запуском будет увеличиваться и количество космического мусора, что сделает орбиту еще более перегруженной. В результате как существующим, так и новым спутникам придется выполнять больше маневров по предотвращению столкновений.
Поэтому на спасение спутников от космического мусора будет тратиться больше энергии и ресурсов. Рано или поздно, с увеличением числа космических полетов, растущее количество космического хлама может увеличить частоту столкновений в космосе и со временем привести к синдрому Кесслера.
Можно ли очистить орбиту Земли от космического мусора?
Избавиться от космического мусора не так просто, как кажется. Ведь нельзя же просто ввести запрет на полеты. Космические корабли запускаются для исследования космоса и сбора информации о других планетах нашей галактики, в то время как искусственные спутники выводятся на орбиту Земли для обеспечения связи, навигации, военной поддержки, наблюдения за Землей, прогноза погоды, поиска полезных ископаемых и многих других видов деятельности, имеющих большое значение для человека. Поэтому запрет на космические полеты и запуски новых спутников, не является решением проблемы.
Процесс «по расчистке» орбиты нашей планеты является дорогостоящим и сложным. Однако ученые и космические агентства работают над этим и предлагают новые и интересные методы удаления космического мусора с орбиты Земли.
Примерно в 2012 году группа ученых, работающих в EPFL (Швейцарский федеральный технологический институт), выдвинула идею создания специального спутника (под названием CleanSpaceOne), который мог бы самостоятельно захватить необходимый фрагмент космического хлама и вернуть его на Землю. Ученые предположили, что во время полета к Земле и спутник, и космический мусор сгорят в плотных слоях атмосферы. Подобная идея звучит довольно интересно, но такая технология будет достаточно дорогостоящей, а спуск таких спутников займет много времени.
В 2016 году Японское агентство аэрокосмических исследований отправило в космос электродинамический трос, который может направлять космический мусор в сторону атмосферы Земли, используя магнитное поле планеты. Через несколько лет, в апреле 2018 года, Космический центр Суррея в Великобритании запустил проект RemoveDEBRIS, направленный на развитие и тестирование различных технологий удаления космического мусора. В рамках инициативы RemoveDEBRIS была проверена эффективность методов с использованием сети, гарпуна и буксировки для захвата космического хлама.
Сеть RemoveDEBRIS захватывает космический мусор
Ученые из Университета Пердью в 2020 году разработали буксировочный парус под названием Spinnaker3. Это достаточно эффективный и экономичный способ борьбы с космическим мусором, поскольку он не требует энергии во время работы. Более того, он может захватывать даже космические объекты размером с ракету и направлять его в атмосферу Земли, чтобы затем уничтожить его при спуске. Запуск миссии Spinnaker3 планируется в ноябре 2021 года на ракете Firefly.
Японская компания Astroscale,также занимающаяся удалением орбитального мусора, запустила спутник ELSA-d в марте 2021 года. Данная система использует технологию магнитного захвата для сбора небольших неактивных спутников с орбиты Земли. ELSA-d успешно завершила свое первое испытание 25 августа 2021 года, и сейчас выполняет следующие этапы тестирования.
Итог