Главные загрязнители космоса
На момент отправки Советским Союзом первого человека в космос в 1961 году, на орбите Земли уже скопилось около 1 тысячи единиц мусора от предыдущих исследовательских работ — запусков спутников и животных. В 2000 году в космосе находилось около 8 тысяч отслеживаемых фрагментов. К 2019 году их число увеличилось до примерно 20 тысяч. В настоящее время, по оценке Европейского космического агентства, количество орбитального мусора составляет свыше 29 тысяч крупных элементов, которые можно отследить, из них только небольшая часть, около 4 тысяч, являются действующими спутниками.
По состоянию на 2022 год вес космического мусора, вращающегося вокруг Земли, составлял примерно 9,3 тысяч тонн. Его большая часть находится на низкой околоземной орбите в пределах 2000 км от поверхности Земли, хотя некоторые обломки можно найти в геостационарной орбите на расстоянии 35 786 км.
Измерения околоземного орбитального мусора осуществляются с помощью наземных радаров (радар X-диапазона «Haystack» — прим. ред.) и оптических телескопов (космический телескоп «Hubble» — прим. ред.).
В ТОП-8 стран по совокупному количеству объектов, запущенных в космос, входят: США, Россия, Китай, Великобритания, Япония, Франция, Индия и Германия. Только в 2023 году США осуществили 2166 запусков в космос, Великобритания — 144, Китай — 128 и Россия — 62.
Какие виды мусора находятся на околоземной орбите
В основном мусор состоит из осколков и фрагментов неактивных спутников и ракет, а также различных вещей и оборудования, оставленных астронавтами. Его размер может быть различным, от больших элементов как автобус (неактивный спутник «Envisat», запущенный в 2002 году- прим. ред.) до маленьких, как куски краски.
За последние 60 лет было запущено более 11 тысяч спутников, некоторые из которых были неудачными, что стало причинами увеличения различных частиц на околоземной орбите. Так, в 1965 году взрыв двух спутников — «OV-2-I» и «LCS-2» — образовал 473 осколка, инцидент со спутником в 2007 году привел к более 3 тысячам элементам, в 2019 году уничтожение спутника «Microsat-R» стало причиной 400 фрагментов мусора. Взрывы корпусов ракет в 1970 году («Nimbus 4») способствовали появлению почти 400 кусков мусора, в 1986 году («SPOT I») — около 500 фрагментов, в 1996 году («STEP 2») привел к появлению более 700 частиц в стратосфере.
11 января 2007 года произошло преднамеренное уничтожение китайского метеоспутника «Fengyun-1 °C», создавшего более 3000 фрагментов. Впервые в истории в феврале 2009 года случайно столкнулись над Сибирью частный американский спутник связи «Iridium-33» и российский военный спутник «Kosmos2251» на скорости 11,7 км/с, образовав более 2300 отслеживаемых фрагментов.
Также, на орбите Земли можно обнаружить запасную перчатку (потерянная американским астронавтом Эдом Уайтом в 1965 году, который первый вышел в открытый космос), лопатку (астронавт Пирс Селлерс уронил в 2005 году) или камеру (астронавт Сунит Уильямс потерял в открытом космосе в 2007 году), плоскогубцы (Скотт Паразински уронил в 2007 году) и сумку для инструментов (2008 год).
Источником нефрагментационного мусора стали более 2460 запусков твердотопливных ракетных двигателей, в результате которых произошел выброс оксида алюминия в виде микрометровых пылевых частиц и сантиметровых элементов шлака. Также, под воздействием экстремального ультрафиолетового излучения и ударяющихся микрочастиц происходит эрозия поверхностей космических объектов. Это приводит к потере массы поверхностных покрытий и отслоению чешуек краски размером от микрометра до миллиметра.
В чем опасность космического мусора
Большая часть космического мусора движется очень быстро и может достигать скорости 29 тысяч км/ч или 8 км/с, что почти в десять раз быстрее пули (около 3 тысяч км/ч). Даже такая маленькая крупинка, как пятнышко краски, может стать большой проблемой в космосе. Так, к примеру, более 10 см объект может разбить средний спутник на куски. В космосе находится около 30 тысяч объектов подобного размера. Элементы размером от 1 до 10 см, могут пробить защитные экраны Международной космической станции (МКС), их насчитывается около 670 тысяч. Крупицы менее 1 см могут лишить космический корабль возможности запускаться или достигать определенной высоты при ударе. На орбите находится до 170 миллионов подобных объектов, подавляющее большинство из них слишком малы для отслеживания из-за ограничений современных технологий.
По мнению эксперта по космическим запускам Джонатана Макдауэлла, околоземная орбита перегружена, в радиусе нескольких сотен миль от Земли находится около 7700 спутников и к 2027 году их число возрастет до нескольких сотен тысяч, особенно после того как компании «SpaceX» и «Blue Origin» реализуют 100 лунных миссий.
— Это будет похоже на межштатную автомагистраль в час пик во время снежной бури, где все едут слишком быстро, — сказал Джонатан Макдауэлл.
Данные угрозы носят не теоретический характер
В 2015 году ученые увидели, как к Международной космической станции (МКС) направляется обломок старого военного метеорологического спутника. Астронавты МКС были эвакуированы на борт космической капсулы — как в спасательную шлюпку — чтобы вернуться на Землю в качестве меры предосторожности. Катастрофу удалось избежать, космический мусор пролетел мимо, но подобные риски столкновения вызывают обеспокоенность.
12 ноябре 2021 года, экипаж МКС подвергался угрозе столкновения с фрагментом китайского метеоспутника «Fengyun-1 °C», который должен был оказаться в 600 метрах. Орбиту станции подняли на 1200 метров для недопущения катастрофы, а экипаж укрылся в космических капсулах. Также в 2021 году МКС была повреждена обломком в 5 см, который ударил один из компонентов станции. С 2000 года МКС 32 раза маневрировала, чтобы не подходить слишком близко к различным объектам мусора.
Хотя столкновения в космосе представляют реальную опасность, вероятность того, что космический мусор может нанести ущерб на Земле относительно невелика. Это связано с реакцией, которая происходит, когда объекты сталкиваются с атмосферой Земли: выделяемое тепло и газы настолько интенсивны, что мусор обычно сгорает в процессе.
Как убрать мусор в космосе, и кто за это будет платить
ООН приняла документ по космической деятельности «Договор о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела», подписанный 27 января 1967 года. Однако, эти рекомендации не решают современные космические проблемы, потому что были даны до многих технологических достижений, которые привели к значительному росту космической активности и увеличению количества мусора. Также страны не обязаны следовать рекомендациям, в которых не рассматривается вопрос вывода из эксплуатации неактивных спутников, уже находящихся в космосе.
Большая часть мусора в космосе не имеет возможности маневрировать, поскольку он не функционирует или является фрагментом более крупного спутника. Для этих объектов пассивный сход с орбиты — ожидание, пока они самостоятельно войдут в атмосферу — в настоящее время является единственным способом удаления мусора. Время, необходимое объекту для пассивного схода с орбиты, зависит от высоты. Так, объектам, находящимся ниже 600 км, потребуется несколько лет, прежде чем войти в атмосферу Земли, но мусору на более высоких орбитах, выше 1000 км, потребуются столетия.
Перемещение мусора с высокой на более низкую орбиту является сложной задачей. Гарпуны, магниты и лазеры изучаются как возможные способы захвата космического мусора и его доставки на низкую околоземную орбиту.
Международное космическое агентство NASA в финансовом анализе за март 2023 года провело приблизительный подсчет стоимости методов управляемого удаления мусора в космосе. Так, буксир в атмосферу объектов более 10 см будет стоить от $4 до $60 тысяч за 1 кг мусора. Лазерные толчки от 1 до 10 см объекта — от $300 до $3 тысяч (с космоса) и $6 тысяч (с Земли) за 1 кг. Физическое перемещение обломков — от$ 90 до $900 тысяч за 1 кг.
Кроме того, в настоящее время неясно, кто будет платить за очистку космоса. Более того, объекты и их составные части в космосе определены статьей 8 Договора о космосе, как юрисдикция той страны, которая их туда поместила, и должны быть возвращены этому государству. Даже доброжелательный сборщик мусора не сможет очистить космос без согласия того, кому принадлежит мусор.
Одна из идей проста: убедиться в том, чтобы страны и их астронавты возвращали на Землю то, что они изначально взяли с собой в космос.
Таким образом, космический мусор никуда не исчезнет, но можно минимизировать угрозу от него, так как по мере его накопления он представляет опасность для космических путешествий и исследований. Высокая скорость и большой объем количества мусора на низкой околоземной орбите уже представляет угрозу для людей и имущества в космическом пространстве. При этом, не существует международных законов по космосу, которые бы обязывали убирать мусор на орбите нашей Земли. Поэтому необходимо понимать, что космический мусор является ответственностью каждой космической державы.
В условиях освоения космоса частными компаниями и вероятным снижением стоимости космических путешествий в будущем (на рейсе «Virgin Galactic» стоимость составляла $450 тысяч — прим. ред.) на орбиту попадет больше людей, и проблема космического мусора не может быть проигнорирована.