Убрать бардак. Как ученые планируют справляться с космическим мусором
Сегодня тонны космического мусора несут угрозу космическим аппаратам на земной орбите. Как ученые и инженеры со всего мира планируют избавляться от хлама, разбирался Фокус
9 июля текущего года контроллеры Европейского космического агентства (ESA) обнаружили угрозу для спутника Cryosat 2, изучающего ледники. Он мог столкнуться с фрагментом космического мусора. Просчитав вероятность такого исхода, операторы на земле были вынуждены поднять спутник на 122 метра выше прописанного курса. Успешно проведенный маневр позволил избежать повреждений, которые могли нести серьезный характер, несмотря на небольшой размер обломка.
Это лишь один из эпизодов, наглядно демонстрирующий, что загрязнение пространства вокруг нашей планеты – вполне реальная проблема.
Опасные отходы
Космический мусор представляет собой искусственные объекты на орбите Земли: обломки ракетной обшивки, вышедшие из строя спутники, отходы и детали запусков. Впервые об угрозах данного явления специалисты заговорили еще в 70-х годах минувшего века. Тему поднял астрофизик из NASA Дональд Кесслер.
Он утверждал: со временем мусора на орбите Земли станет так много, что дальнейшее изучение космоса и запуски ракет станут просто невозможными. "Цепная реакция", затрагивающая столкновения обломков с летальными аппаратами, которые приводят к появлению новых отходов, была названа синдромом Кесслера.
От космических одеял до лазеров – у ученых есть разные идеи, как бороться с засоренностью околоземного пространства
На сегодняшний день вокруг Земли вращается более 7 тонн рукотворного космического мусора. Наибольшее его скопление приходится на геостационарную и солнечно-синхронную орбиты – области, где проводится большая часть работ космических аппаратов. Крупные объекты (размером более 10 см) отслеживаются, заносятся в каталог и находятся под наблюдением международных программ под управлением Координационного комитета по космическому мусору.
Однако не за всеми объектами можно уследить. По оценкам NASA, количество фрагментов слишком мелких, чтобы их можно было зафиксировать, исчисляется миллионами. А поскольку мусор движется со скоростью около 28 тысяч км/ч, то даже столкновение с мельчайшими частицами может повредить обшивку и чувствительные приборы спутников и орбитальных станций. Под угрозой находятся и люди: крупица размером с песчинку способна нанести урон скафандрам космонавтов, выходящих в открытый космос.
На данный момент не существует единственного и максимально эффективного метода борьбы с мусором или предотвращения его появления. Однако специалисты мировых космических агентств, исследовательских институтов и коммерческих организаций постоянно рассматривают варианты решения данной проблемы.
NASA
NASA играет заметную роль в финансировании и реализации программ противодействия загрязнению. Так, в декабре 2017 года на МКС был установлен разработанный специалистами агентства датчик космического мусора Space Debris Sensor (SDS). В ближайшие 2-3 года он будет собирать информацию о самых мелких фрагментах, их количестве, размере и скорости передвижения.
Кроме того, в прошлом году NASA выдало Зигфриду Янсону из Aerospace Corporation грант в размере 500 000 долларов. Средства пойдут на работу над изобретением Янсона, которое носит имя Brane Craft. Это легкий аппарат на жидкостных ионных двигателях, созданный из тончайшего материала с мембранной структурой, который уже окрестили "космическим одеялом". Такой корабль сможет захватывать мусор на манер большого рыболовного трала и спускать его в нижние слои атмосферы, где ему предстоит сгорание. В настоящее время проект находится в стадии разработки.
JAXA
И если усилия NASA сосредоточены на мониторинге и финансировании, то Японское космическое агентство JAXA уже пробовало приступать к космической уборке. В декабре 2016-го оно отправило к МКС корабль Kounotori-6 ("Аист-6"). Он должен был доставить на борт станции полезный груз, после чего испытать прототипную систему борьбы с мусором и сгореть в атмосфере.
Эксперимент был назван Kounotori Integrated Tether Experiment (KITE). Он заключался в выбросе специального 700-метрового электродинамического троса, предназначенного для изменения траектории движения мусора и его отправки в более низкие слои атмосферы для сгорания. Однако эксперимент окончился неудачей. Kounotori-6 так и не смог размотать трос, несмотря на многочисленные попытки.
Surrey Satellite Technology Ltd
Уборкой отходов на орбите интересуются не только космические агентства, но и представители бизнеса. Так, в нынешнем году свою миссию развернула компания Surrey Satellite Technology Ltd (SSTL), работающая под крылом гиганта Airbus Group.
Проект включает в себя три основных компонента: родительский аппарат RemoveSat и два компактных спутника DebrisSAT 1 и 2. В ходе миссии будет проведено несколько экспериментов. Сперва RemoveSat выпустит первый спутник и попробует поймать его сетью. Затем в ход пойдет DebrisSAT 2, но на сей раз обойдется без ловли: родительский аппарат будет только наблюдать за его поведением. В ходе третьего эксперимента RemoveSat попробует попасть гарпуном по выдвижной панели.
RemoveDebris был доставлен на МКС при помощи ракеты SpaceX 2 апреля и запущен с японского экспериментального модуля 20 июня 2018 года для прохождения тренировочной стадии. Ученые возлагают большие надежды именно на этот способ борьбы с космическим мусором.
Инженерный университет ВВС Китая
Светлые умы из Китая подумывают о ведении борьбы с мусором при помощи лазеров. Группа исследователей из Инженерного университета ВВС Китая провела симуляции, чтобы выяснить, сможет ли космический аппарат, оснащенный лазером, служить эффективным инструментом очистки орбиты. Расчеты китайских ученых показали, что такой метод вполне может сработать.
"Это обеспечивает необходимую теоретическую базу для разворачивания космической лазерной станции и ее дальнейшего использования для удаления космического мусора", - утверждают исследователи в статье, опубликованной ранее в нынешнем году в журнале Optik.
Данная технология еще не была воплощена в жизнь. События, связанные с падением останков китайской станции Tiangong-1 ("Небесный дворец-1") могут подхлестнуть ее развитие.
Первая китайская орбитальная станция Тяньгун-1, запущенная в 2011 году, вышла из строя в 2016-м и почти два года находилась в статусе космического мусора, угрожая планете и околоземному пространству. Несгоревшие в атмосфере останки 8-ми тонной орбитальной станции достигли поверхности вод Тихого океана 2 апреля 2018 года.