Космический мусор

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Компьютерная модель распределения космических объектов в космосе, согласно описанию NASA 95 % из них являются мусором

Под космическим мусором подразумеваются все искусственные объекты и их фрагменты в космосе, которые уже неисправны, не функционируют и никогда более не смогут служить никаким полезным целям, но являющиеся опасным фактором воздействия на функционирующие космические аппараты, особенно пилотируемые. В некоторых случаях, крупные или содержащие на борту опасные (ядерные, токсичные и т. п.) материалы объекты космического мусора могут представлять прямую опасность и для Земли — при их неконтролируемом сходе с орбиты, неполном сгорании при прохождении плотных слоев атмосферы Земли и выпадении обломков на населённые пункты, промышленные объекты, транспортные коммуникации и т. п.

Проблема засорения околоземного космического пространства «космическим мусором» как чисто теоретическая возникла по существу сразу после запусков первых искусственных спутников Земли в конце пятидесятых годов. Официальный статус на международном уровне она получила после доклада Генерального секретаря ООН под названием «Воздействие космической деятельности на окружающую среду» 10 декабря 1993 г., где особо отмечено, что проблема имеет международный, глобальный характер: нет засорения национального околоземного космического пространства, есть засорение космического пространства Земли, одинаково негативно влияющее на все страны.

Необходимость мер по уменьшению интенсивности техногенного засорения космоса становится понятной при рассмотрении возможных сценариев освоения космоса в будущем. Существуют оценки, так называемый «каскадный эффект», который в среднесрочной перспективе может возникнуть от взаимного столкновения объектов и частиц «космического мусора». При экстраполяции существующих условий засорения низких околоземных орбит (НОО), даже с учетом мер по снижению в будущем числа орбитальных взрывов (42 % всего космического мусора) и других мероприятий по уменьшению техногенного засорения, этот эффект может в долгосрочной перспективе привести к катастрофическому росту количества объектов орбитального мусора на НОО и, как следствие, к практической невозможности дальнейшего освоения космоса. Предполагается, что «после 2055 года процесс саморазмножения остатков космической деятельности человечества станет серьёзной проблемой»[1]

Характеристики космического мусора[править | править код]

В настоящее время в районе низких околоземных орбит вплоть до высот около 2000 км находится, по разным оценкам, порядка 220 тыс. (300 тыс. по данным Управления ООН по вопросам космического пространства, октябрь 2009[2]) техногенных объектов общей массой до 5000 тонн. На основе статистических оценок делаются выводы, что общее число подобных объектов поперечником более 1 см достаточно неопределенно и может достигать 60 000—100 000. Лишь небольшая их часть (порядка 10 %) была обнаружена, отслеживается и внесена в каталоги с помощью наземных радиолокационных и оптических средств. Например, на 2013 год каталог Стратегического командования США содержал 16 600 объектов (в основном, размером более 10 см[3]), большая часть которых была создана СССР, США и Китаем[4][5]. Российский каталог, ГИАЦ АСПОС ОКП (ЦНИИмаш), содержал в августе 2014 года 15,8 тыс. объектов космического мусора[6], а всего на околоземных орбитах находилось более 17,1 тыс. объектов (включая действующие спутники), столкновение с любым из которых приведет к полному разрушению КА[7].

Около 6 % отслеживаемых объектов — действующие. Около 22 % объектов прекратили функционирование, 17 % представляют собой отработанные верхние ступени и разгонные блоки ракет-носителей, и около 55 % — отходы, технологические элементы, сопутствующие запускам, и обломки взрывов и фрагментации.[источник не указан 1173 дня]

Большинство этих объектов находится на орбитах с высоким наклонением, плоскости которых пересекаются, поэтому средняя относительная скорость их взаимного пролета составляет около 10 км/с. Вследствие огромного запаса кинетической энергии столкновение любого из этих объектов с действующим космическим летательным аппаратом может повредить его или даже вывести из строя. Примером может послужить первый случай столкновения искусственных спутников: Космос-2251 и Iridium 33, произошедший 10 февраля 2009 года. В результате оба спутника полностью разрушились, образовав свыше 600 обломков.

Наиболее засорены те области орбит вокруг Земли, которые чаще всего используются для работы космических аппаратов. Это НОО, геостационарная орбита (ГСО) и солнечно-синхронные орбиты (ССО).

Вклад в создание космического мусора по странам: Китай — 40 %; США — 27,5 %; Россия — 25,5 %; остальные страны — 7 %.[8]; по другим оценкам (на 2014 год): Россия — 39,7 %; США — 28,9 %; Китай — 22,8 %, остальные страны — 8,6%[7].

Методы защиты космических аппаратов от столкновений с космическим мусором[править | править код]

Эффективных мер защиты от объектов космического мусора размером более 1 см в поперечнике (на низких и средних орбитах)[9] практически нет.

Методы уборки и уничтожения космического мусора[править | править код]

Эффективных практических мер по уничтожению космического мусора на орбитах более 600 км (где не сказывается очищающий эффект от торможения об атмосферу) на настоящем уровне технического развития человечества не существует. Хотя в ряду других рассматривались, например, проекты спутников, испаряющих обломки мощным лазерным лучом[10] или меняющих их орбиту ионными пучками[11], или наземные лазеры[12][13][14], которые должны тормозить обломки для входа в атмосферу (Laser broom), либо аппарат, который будет собирать мусор для его дальнейшей переработки. Вместе с тем актуальность задачи обеспечения безопасности космических полетов в условиях техногенного загрязнения околоземного космического пространства (ОКП) и снижения опасности для объектов на Земле при неконтролируемом вхождении космических объектов в плотные слои атмосферы и их падении на Землю стремительно растет.

Поэтому в обеспечение решения этой проблемы международное сотрудничество по проблематике «космического мусора» развивается по следующим приоритетным направлениям:

  • Экологический мониторинг ОКП, включая область геостационарной орбиты (ГСО): наблюдение за «космическим мусором» и ведение каталога объектов «космического мусора».
  • Математическое моделирование «космического мусора» и создание международных информационных систем для прогноза засоренности ОКП и её опасности для космических полетов, а также информационного сопровождения событий опасного сближения КО и их неконтролируемого входа в плотные слои атмосферы.
  • Разработка способов и средств защиты космических аппаратов от воздействия высокоскоростных частиц «космического мусора».
  • Разработка и внедрение мероприятий, направленных на снижение засоренности ОКП.

Поскольку экономически приемлемых методов очистки космического пространства от мусора пока не существует, основное внимание в ближайшем будущем будет уделено мерам контроля, исключающим образование мусора: предотвращению орбитальных взрывов, сопутствующих полету технологических элементов, уводу отработавших ресурс космических аппаратов на орбиты захоронения, торможению об атмосферу и т. п.

Поиск и отслеживание[править | править код]

Существует множество инструментов контроля околоземных орбит с целью поиска объектов на ней. Их можно разделить на радиолокационные и оптические. Обнаружение орбитальных объектов может быть также дополнительной функцией универсальных инструментов исследования космического пространства или оборонных систем. Также существует ряд специализированных инструментов. В СССР и США были созданы мощные инструменты отслеживания космического пространства. Также ряд специализированных инструментов существует в Европе и других странах. Также работает ряд национальных программ отслеживания околоземных объектов и борьбы с космическим мусором. Для координации их деятельности создано Inter-Agency Space Debris Coordination Committee (англ.).

Россия (СССР)[править | править код]

В Советском Союзе была создана система контроля космического пространства, которая и сегодня ведет каталог орбитальных объектов на основании данных систем СПРН и специализированных станций наблюдения за околоземным пространством. Засоренностью космоса начали заниматься в 1985 году в Министерстве обороны и в Академии наук страны. Уже в 1990 году были получены первые практические оценки и разработана математическая модель засоренности околоземного космического пространства. В 1992 году впервые в стране был создан проект стандартных исходных данных (СИД) для обеспечения работ по созданию космических орбитальных средств.

В Федеральную космическую программу России на 2016—2025 годы включено создание к 2025 году «уборщика» мусора с геостационарных орбит (на которых на 2014 год находится до 1000 неэксплуатируемых объектов). Планируется, что в течение полугода каждый «Ликвидатор» будет переводить на орбиту захоронения до 10 объектов[7].

На 2015 год по данным российской системы предупреждения об опасных ситуациях в околоземном космическом пространстве находится более 17 000 космических объектов искусственного происхождения. Из них действующих — 1 336, остальное — космический мусор[15].

Помимо систем СПРН поиском и идентификацией орбитальных объектов занимается специализированный радиооптический комплекс распознавания космических объектов «Крона», а также станция оптических наблюдений «Архыз», алтайский оптико-лазерный центр имени Г. С. Титова, оптико-электронный комплекс «Окно».

США[править | править код]

В США существовало множество программ контроля околоземного пространства как военного назначения так и гражданских, например Project Space Track (англ.), Space Defense Center (англ.), Space Detection and Tracking System (англ.). Наиболее близка к теме космического мусора NASA Orbital Debris Program Office (англ.). В рамках их работы создано множество инструментов, в том числе специализированных. Например, NASA Orbital Debris Observatory (англ.), Large Zenith Telescope (англ.) и другие.

Сеть по наблюдению за космическим пространством США (англ.) — служба, созданная для отслеживания траекторий объектов на околоземной орбите. Отслеживаются объекты диаметром от нескольких сантиметров.

ЕС[править | править код]

Под эгидой Европейского космического агентства функционирует ряд инструментов контроля околоземного пространства. Такие как ESA Space Debris Telescope (англ.),TIRA (System) (англ.), EISCAT (англ.).

Международное сотрудничество[править | править код]

В целом у проблемы космического мусора как у всякой сложной и актуальной проблемы существует несколько измерений: научное, техническое, юридическое, экологическое и пр. Несмотря на то, что эта тематика привлекает внимание многих национальных исследовательских центров, космических агентств и с различной степенью углубленности периодически обсуждается на многочисленных комитетах и комиссиях международных организаций, таких как Международная астронавтическая федерация (IAF), Комитет по Исследованию Космического пространства Международного совета Научных союзов (COSPAR), Международный союз электросвязи (ITU), Международный институт космического права (ICJ) и других, представляется, что в последнее время совместная скоординированная деятельность двух международных органов в «техническом» и «политико-правовом» измерениях данной проблемы вывела её понимание на качественно новый уровень. Это Межагентский координационный комитет по космическому мусору (IADC) и Научно-технический подкомитет Комитета ООН по использованию космического пространства в мирных целях (STCS UN COPUOS).

Случаи столкновения космических аппаратов с мусором[править | править код]

В 1983 году маленькая песчинка (около 0,2 мм в диаметре) оставила серьёзную трещину на иллюминаторе шаттла (углубление диаметром около 0,4 мм).[16] Всего за время полетов шаттлов было обнаружено более 170 следов от столкновений на иллюминаторах, и потребовалось более 70 замен иллюминаторов между полетами[17].

В июле 1996 года на высоте около 660 км французский спутник столкнулся с фрагментом третьей ступени французской же ракеты Arian.[18]

29 марта 2006 года в 03:41 (MSK) произошла авария спутника «Экспресс-АМ11»: в результате внешнего воздействия разгерметизирован жидкостный контур системы терморегулирования; космический аппарат получил значительный динамический импульс, потерял ориентацию в пространстве и начал неконтролируемое вращение.[19] По предварительным данным причиной аварии стал «космический мусор». Выводы комиссии подтвердили первоначальную версию произошедшего[20].

10 февраля 2009 года коммерческий спутник американской компании спутниковой связи Iridium, выведенный на орбиту в 1997 году, столкнулся с военным российским спутником связи «Космос-2251», запущенным в 1993 году и выведенным из эксплуатации в 1995 году.

При столкновении спутника с мусором часто образуется новый мусор (так называемый синдром Кесслера), что приводит к неконтролируемому росту засорённости космоса. По моделям NASA, на низкой околоземной орбите (высота 200—2000 км) уже с 2007 года было достаточно крупного мусора и спутников для начала этого синдрома. Согласно расчетам, в среднем каждые пять лет будут происходить крупные столкновения, даже при условии полного прекращения космических запусков, а количество мусора будет расти[21].

Важнейшие события, повысившие засорённость космоса[править | править код]

С 1968 по 1985 США и СССР проводили испытания противоспутникового оружия. К 1990 году около 7 % отслеживаемого мусора было создано в результате 12 подобных испытаний[17].

Испытание Китаем противоспутниковой ракеты в январе 2007 г[править | править код]

11 января 2007 г. на высоте 865 км китайская противоспутниковая ракета уничтожила отработавший свой срок китайский спутник «Фэнъюнь-1C», столкнувшись с ним встречным курсом. В результате появилось множество новых обломков. Space Surveillance Network[en] США смогла каталогизировать около 2,8 тысяч из них, увеличив каталог крупного мусора на низких околоземных орбитах до 7 тысяч[22][23].

Ликвидация США неисправного спутника[править | править код]

20 февраля 2008 г. на высоте 250 км ракета SM-3 уничтожила неисправный спутник-шпион, имеющий в баках около 400 кг ядовитого гидразина (а также из-за опасности рассекречивания). Из-за небольшой высоты большинство осколков, скорее всего, относительно быстро вошло в атмосферу.

Столкновение российского и американского спутников[править | править код]

10 февраля 2009 года на высоте около 790 километров над северной частью Сибири зафиксирован первый случай столкновения двух искусственных спутников в космосе. Спутник связи «Космос-2251», запущенный в 1993 году и выведенный из эксплуатации, столкнулся с коммерческим спутником американской компании спутниковой связи Иридиум. В результате столкновения образовалось около 600 крупных обломков, большая часть которых останется на прежней орбите[24][25]. Службам США удалось каталогизировать около 1,8 тыс. осколков[23].

Падение космического мусора на Землю[править | править код]

Крупные объекты, находящиеся на низких околоземных орбитах постепенно замедляются и через какое-то время входят в атмосферу. Некоторые их фрагменты достигают поверхности планеты.[26] Небольшие объекты космического мусора попадают в плотные слои атмосферы практически ежедневно, более крупные — несколько раз в месяц. По данным Nicholas Johnson (НАСА) почти ежегодно отдельные фрагменты спутников или ракет достигают поверхности[27][28].

Падение объекта WT1190F в 2015 году[править | править код]

Предполагалось, что 13 ноября 2015 года произойдёт падение одного из фрагментов ракеты, ранее участвовавшей в лунной программе. Как ожидалось, фрагмент размером 1-2 метра и плотностью 0,1 г/см³ должен был войти в атмосферу в районе Индийского океана примерно в 60 километрах от побережья Шри-Ланки. Предполагалось полное его сгорание в атмосфере. По некоторым мнениям, это будет первый зафиксированный случай[источник не указан 777 дней] возвращения на Землю космического мусора с высокой эллиптической орбиты, апогей которой примерно в 2 раза превышает расстояние от Луны до Земли.[29][30][31][значимость факта?]

Объект WT1190F 13 ноября вошёл в атмосферу Земли, где благополучно сгорел.[32]

Историческое значение орбитального мусора[править | править код]

Историки науки указывают на то, что некоторые объекты на орбите, рассматриваемые как мусор, вероятно будут представлять интерес для космических археологов будущего и поэтому должны быть сохранены[33]. В то же время, на космологических масштабах времени, большая часть этого мусора сравнительно быстро (за тысячи лет[34]) покинет орбиту планеты.

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Космические новости : Голос России
  2. ООН: Аппаратам на орбите угрожают 300 тыс. обломков космического мусора // РИА Новости
  3. С.С. Вениаминов, А.М. Червонов, Космический мусор — угроза человечеству / М: ИКИ РАН, 2012, ISSN 2075-6836
  4. В НАСА определили количество космического мусора на орбите, 18 апреля 2013
  5. Orbital Debris Quarterly News, Volume 17, Issue 2, April 2013: page 10 "SATELLITE BOX SCORE (as of 3 April 2013, cataloged by the U.S. SPACE SURVEILLANCE NETWORK)
  6. СОБЫТИЯ В ОКОЛОЗЕМНОМ КОСМИЧЕСКОМ ПРОСТРАНСТВЕ. Август 2014 года, Выпуск 8 (51) // ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МАШИНОСТРОЕНИЯ: « остальные 15 827 КО — космический мусор»
  7. 1 2 3 Космический мусор и его коллеги — И. Чёрный // «Новости космонавтики», № 10, 2014 г.
  8. Спутник «Космос-2421» продолжает разрушаться на орбите // cnews.ru, 27.03.09
  9. Космический мусор — проблема которую нужно решать // Новости космонавтики, 20.04.2013
  10. http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20120009369.pdf
  11. http://arxiv.org/pdf/1102.1289.pdf
  12. Space debris orbiting Earth to be destroyed with giant lasers fired from Australia — Science — News — The Independent
  13. NASA Studies Laser for Removing Space Junk | MIT Technology Review
  14. http://www.nss.org/resources/library/planetarydefense/2000-LaserOrbitalDebrisRemovalAndAsteroidDeflection-Campbell.pdf
  15. Космическая среда от 29 июля 2015, Телестудия Роскосмоса (29 июля 2015). Проверено 29 июля 2015.
  16. Околоземной орбите нужна уборка — Наука — GZT.RU
  17. 1 2 Loretta Hall, The History of Space Debris / Space Traffic Management Conference 2014. Paper 19
  18. アーカイブされたコピー. Проверено 1 апреля 2008. Архивировано 7 сентября 2007 года.
  19. アーカイブされたコピー. Проверено 22 июня 2008. Архивировано 30 мая 2008 года.
  20. Названа точная причина поломки спутника «Экспресс АМ11» / ROL Архивировано 18 апреля 2006 года.
  21. An Assessment of the Current LEO Debris Environment and the Need for Active Debris Removal // NASA, Liou — ‎2010: «However, even before the ASAT test, model analyses already indicated that the debris population (for those larger than 10 cm) in LEO had reached a point where the population would continue to increase, due to collisions among existing objects, even without any future launches. The conclusion implies that as satellites continue to be launched and unexpected breakup events continue to occur, coimnonly-adopted mitigation measures will not be able to stop the collision-driven population growth.» — «Однако, даже до теста противоспутниковой ракеты (2007) анализ с помощью моделей привел к выводу, что количество мусора (крупнее 10 см) на НОО достигло точки, после которой оно будет увеличиваться из-за столкновений между существующими объектами, даже без каких-либо будущих запусков. Вывод предполагает, что … обычные меры не смогут остановить рост количества из-за столкновений»
  22. An Assessment of the Current LEO Debris Environment and the Need for Active Debris Removal // NASA, Liou — ‎2010 — slide 3 «Growth of the Historical Debris Populations»
  23. 1 2 Назаренко А. И. Моделирование космического мусора — М.: ИКИ РАН, 2013. 216 с. (Серия «Механика, управление и информатика»), ISBN 978-5-9903101-6-2, ISSN 2075-6839: «Уникальный „вклад“ в загрязнение ОКП внесли испытания в Китае противоспутникового оружия в январе 2007 г. (разрушение спутника Fengun 1C). При этом образовалось ~2800 каталогизированных фрагментов (рис. 1.3). Результатом столкновения спутников Iridium 33 и „Космос-2251“ в феврале 2009 г. стало образование ~1800 каталогизированных фрагментов разрушения.»
  24. Над Сибирью столкнулись российский и американский спутники, Lenta.ru (12 февраля 2009). Проверено 29 июля 2015.
  25. К. Зима. Космический «бум», Телестудия Роскосмоса (14 февраля 2009). Проверено 29 июля 2015.
  26. 6 Biggest Spacecraft to Fall Uncontrolled From Space November 10, 2013
  27. Steady Stream of Space Debris Rains Down on Earth April 30, 2013: "approximately once a week, a large object like a defunct spacecraft or a rocket body falls out of space and plunges back to Earth, … And smaller objects are falling from space back to Earth daily in a fiery descent. .. "About once a year, we’ll find piece of spacecraft or a rocket body that survived reentry, « said Nicholas Johnson»
  28. Space junk hits Earth often, not people / NBCNews.com, 2008 «It’s likely that 50 to 200 „large“ pieces of manmade space debris return to Earth every year, according to the Center for Orbital and Reentry Debris Studies.»
  29. 13 ноября космический мусор упадет на Землю. Popmech.ru. Проверено 29 октября 2015.
  30. Космический мусор WT1190F упадет на Землю 13 ноября. Интересные новости про космос. Проверено 28 октября 2015.[неавторитетный источник? 777 дней]
  31. Incoming space junk a scientific opportunity. Nature News & Comment. Проверено 28 октября 2015.
  32. Падение объекта WT1190F: фото и видео (ru-RU). Интересные новости про космос. Проверено 18 ноября 2015.
  33. Археолог выступил в защиту космического мусора 23 мая 2006
  34. Gorman, Alice.The Archaeology of Orbital Space. // Australian Space Science Conference 2005; pages: [338-357]. Melbourne: RMIT University, 2005.

Ссылки[править | править код]