Кто и как собирается навести порядок на земной орбите

Американские астрономы заявили, что скопления космического мусора на земной орбите — вышедшие из эксплуатации спутники, другие искусственные объекты и их обломки — начали затруднять наблюдение за космосом. Миллионы единиц такого мусора все чаще влияют на работу высокочувствительных наземных телескопов, что вызывает растущую тревогу ученых. В некоторых странах уже существуют программы по очистке орбиты, и астрономы сейчас предлагают сделать так, чтобы спутники не мешали, а наоборот, помогали науке.

Лазеры не для сосулей

«Это очень злободневная тема,— сообщил в интервью The New York Times астроном из Университета штата Луизиана Эрик Бернс.— Нам приходится иметь дело с таким огромным количеством спутников, что они просто ограничивают возможности высокочувствительных наземных телескопов».

К настоящему времени количество космического мусора на земной орбите — неисправные или спутники с завершившимся сроком эксплуатации, их обломки, компоненты или обломки ступеней ракет, разгонных блоков и другие тела искусственного происхождения — достигло астрономических размеров. По официальным данным Европейского космического агентства (ESA), на орбите находится более 131 млн единиц космического мусора.

С 1957 года, когда СССР запустил первый искусственный спутник Земли, во всем мире было произведено более 6,5 тыс. запусков ракет. На орбиту выведено более 15 тыс. спутников.

Если такой спутник по каким-то причинам не был утилизирован после завершения срока эксплуатации или просто оказался заброшен, он продолжает находиться на орбите, может столкнуться с другим спутником, в результате чего вместо двух единиц космического мусора рискует образоваться несколько десятков или сотен.

В последние годы в некоторых странах запущены программы, направленные на очистку орбиты Земли. В декабре прошлого года Сенат США одобрил закон Orbital Sustainability Act (ORBITS Act), в соответствии с которым НАСА поручается разработка детального плана по уборке орбиты. Для этого НАСА и другие американские ведомства, а также привлекаемые частные компании сначала создадут перечень космических объектов искусственного происхождения, которые «представляют непосредственную угрозу безопасности для работающих спутников, а также для других видов орбитальной деятельности». Затем специалисты представят план по утилизации этих объектов.

Методы могут быть разными. В марте НАСА опубликовало специальный доклад. По мнению экспертов агентства, уборка только 50 наиболее опасных крупных единиц мусора лишь за первый год снизит на $3,5 млн потенциальные риски для действующих спутников. Уборка же более мелких предметов — около 100 тыс.— за первый год снизит риски на $23 млн.

«Для уборки крупных единиц мусора мы проанализировали пять возможных сценариев,— отмечает НАСА.— Захват мусора с последующим контролируемым сбросом в океан; захват мусора с последующим неконтролируемым входом в плотные слои атмосферы с последующим сгоранием мусора; уничтожение или перемещение мусора с опасной траектории при помощи лазера; перемещение мусора с опасной траектории при помощи специального высотного зонда; утилизация мусора на орбите путем его распыления или сжигания».

Для уборки мелких объектов НАСА рассматривает следующие варианты: использование наземных или орбитальных лазерных установок для их уничтожения, а также использование специального аппарата для их сбора или рассеивания.

Агентство уже произвело расчет стоимости для тех или иных видов уборки космического мусора — от $500 за разовое применение лазера для уничтожения мелкой единицы мусора на низкой околоземной орбите и до $60 тыс. за контролируемый спуск крупной единицы мусора в океан с последующим розыском и утилизацией.

НАСА не говорит, какие методы считает наиболее перспективными. Управление отмечает, что теперь правительство, Конгресс и эксперты должны проанализировать этот доклад, дать свои оценки, определить бюджет и план конкретных действий на ближайшие годы.

SSR придет — порядок наведет

Еще в 2016 году Всемирный экономический форум начал разработку программы Space Sustainability Rating (SSR). Целью этой программы является стимулирование более ответственного использования околоземной орбиты для исследований или коммерческих целей. К проекту присоединилось Европейское космическое агентство, и спустя шесть лет — в июне 2022 года — было официально объявлено о запуске программы.

Суть ее заключается в том, что все организации или компании, которые хотят вывести на орбиту свой спутник либо другой аппарат, обращаются в SSR с описанием своих планов, в том числе утилизации отработанных единиц или их вывода на безопасные траектории. Эксперты SSR изучают этот план, дают ему свою оценку и при необходимости помогают компании или организации доработать план эксплуатации спутника так, чтобы он не превратился в опасный космический мусор: просчитать опасности столкновения с другими объектами на орбите, утилизировать путем спуска в плотные слои атмосферы или вывести на более безопасную траекторию на орбите.

SSR также оказывает экспертно-консультативную помощь компаниям и организациям, которые готовы запускать аппараты для уборки или утилизации уже существующего космического мусора.

Создатели SSR отмечают, что положительная оценка того или иного проекта выгодна самим компаниям, которые могут привлечь таким образом новых инвесторов или получить позитивный общественный отклик для своего бизнеса.

В настоящее время в проект SSR помимо ESA входит специальная рабочая группа Space Enabled из Массачусетского технологического института (MIT), Университет штата Техас (город Остин), Университет Нихон (Токио, Япония), американская инженерная и исследовательско-консалтинговая компания BryceTech, французская телекоммуникационная компания Stellar Telecommunications. Европейское космическое агентство заявляет, что у SSR есть большой потенциал уже в ближайшем будущем.

«Многие крупные компании, такие как Airbus, Lockheed Martin, SpaceX и Voyager Space Holdings, активно поддержали концепцию программы и выразили интерес к участию в ней»,— отмечает ESA.

Работать на будущее предлагают и астрономы. Эрик Бернс из Университета штата Луизиана и некоторые его коллеги предлагают устанавливать на новые спутники миниатюрные датчики для замеров космического гамма-излучения. В августе прошлого года международный коллектив ученых подготовил при поддержке ESA доклад, в котором предложил оснащать датчиками новые спутники европейской системы геопозиционирования Galileo G2.

По мнению ученых, это не только поможет изучению космоса, но и сэкономит средства на запуск отдельных исследовательских спутников и зондов для замера гамма-излучения. Ученые надеются, что коммерческие спутники, оснащенные такими датчиками, даже после выполнения своей непосредственной коммерческой задачи будут не мешать, а помогать наземным обсерваториям в сборе информации о всплесках гамма-излучения в Солнечной системе, о далеком космосе, солнечной радиации и т. д. Если количество таких спутников будет достаточно велико, они даже могут сформировать подобие орбитального гамма-телескопа.

«Есть очень много вопросов, на которые мы можем получить ответы таким образом,— полагает господин Бернс.— Уже сейчас мы в состоянии обрабатывать информацию с тысяч таких датчиков, которые, по сути, смогут образовать новый орбитальный гамма-телескоп, по мощности превосходящий все нынешние».

Ученые уже имеют успешный опыт сотрудничества с коммерческими компаниями — операторами спутников. C 2011 года американская телекоммуникационная компания, оператор спутниковой связи Iridium, устанавливает на свои спутники магнитометры в рамках специального совместного проекта с Лабораторией прикладной физики Университета Джонса Хопкинса (Балтимор, США). В ходе этого проекта под названием AMPERE (Active Magnetosphere and Planetary Electrodynamics Response Experiment) ученые исследуют магнитосферу и ионосферу Земли. В том числе следят за геомагнитным излучением, возмущениями в ионосфере, а также получают в реальном времени данные о том, как ионосфера и магнитосфера защищают Землю от солнечного ветра — потока заряженных/ионизированных частиц, истекающих от солнечной короны.

Евгений Хвостик