Мусор в космосе вокруг земли. Как очистить орбиту от космического мусора? Причины возникновения и основные источники

В мае этого года частичка космического мусора попала в иллюминатор МКС. Кусочек то ли краски, то ли металла размером в тысячные доли миллиметра не пробил стекло насквозь, так как оно толще и прочнее обычных стекол, но оставил вмятину диаметром семь миллиметров.

Вмятина на иллюминаторе МКС. Фото: ESA/NASA

Жизненно важные отсеки МКС устоят против мелких фрагментов космического мусора, но, если фрагмент будет больше 1 сантиметра в поперечнике, он пробьет защиту. За космическим мусором на орбите ведется наблюдение с Земли, и при угрозе столкновения станции с куском мусора МКС маневрирует, чтобы уклониться от него. НАСА отслеживает движение фрагментов космического мусора размером от пяти сантиметров в поперечнике на низкой орбите. По оценкам космического агентства, вокруг Земли летает около 20 тысяч фрагментов размером с теннисный мяч и примерно 500 тысяч более мелких кусочков.

Солнечные панели станции «Мир» пострадали не только из-за столкновения с «Прогрессом М-34» в 1997 году, но и из-за бомбардировки мелким космическим мусором и микрометеоритами. Фото: NASA/Crew of STS-91

Меньше грамма космического мусора убивает спутник

Мелкий мусор не так опасен для тщательно защищенной МКС, но для обычного спутника может оказаться смертельным. 28 января 2013 года российский научный наноспутник BLITS, запущенный в 2009 году, внезапно изменил свою орбиту и скорость вращения. Он столкнулся с фрагментом космического мусора и развалился на части. Поскольку движется мусор с большой скоростью — до 8 км/с, то для гибели 7,5-килограммового спутника, по расчетам ученых , оказалось достаточно фрагмента массой всего 0,017-0,019 граммов.

Спутник BLITZ. Фото: Kelso, T. S. et al. Proceedings of the Advanced Maui Optical and Space Surveillance Technologies Conference, 2013

Откуда берется мусор

Орбита Земли замусорена «мертвыми» спутниками, отработанными ступенями ракет и более мелким мусором. Большая часть мелкого мусора образуется, когда спутники взрываются (наиболее частая причина — поломки двигателей), сталкиваются друг с другом или становятся мишенями противоспутниковых ракет.

Первое столкновение в космосе случилось в 1996 году, когда ступень европейской ракеты «Ариан-1» столкнулась с французским спутником Cerise. Спутник пострадал, но выжил и продолжил работать. Более серьезное ДТП произошло в 2009 году, когда спутник связи «Иридиум» столкнулся с военным российским спутником «Космос-2251», на тот момент уже не работающим. Оба спутника разлетелись вдребезги где-то над Сибирью.

Больше всего в космосе намусорили китайцы, которые в 2007 году сбили свой собственный спутник при испытаниях противоспутниковой ракеты, оставив на орбите более 3000 мелких обломков.

Кроме того, в открытом космосе можно встретить плоскогубцы, камеру, шпатель и целую сумку с инструментами — их в разное время потерял экипаж МКС. А до тех пор, пока на станции не появилась система переработки мочи, ее просто выливали в космос, где она становилась частью космического мусора в виде мелких замороженных кристалликов.

Космонавт Сунита Уильямс теряет камеру в открытом космосе в 2007 году

Куда уходят спутники

Как долго космический мусор остается в космосе, зависит от высоты орбиты. На низкой орбите космический мусор, подчиняясь притяжению Земли, в конце концов сгорает в атмосфере. Часть долетает до Земли, но пока не было случаев, чтобы они кому-то сильно навредили.

Самый известный случай падения космического мусора на живого человека произошел в Оклахоме: кусок космического мусора весом с пустую банку из-под колы ударил по плечу женщину по имени Лотти Вильямс. Фрагмент был похож на ткань, но из металлических волокон. Женщина была уверена, что поймала кусочек падающей звезды, но расследование показало, что это, скорее всего, была деталь ракеты-носителя «Дельта-2». Вильямс эта версия разочаровала.

Спутники, находящиеся на более высокой геостанционарной орбите слишком затратно уводить на низкую, чтобы они в конце концов сгорели, поэтому их, наоборот, поднимают выше — на так называемую орбиту захоронения, где они могут оставаться веками. Чтобы на орбите не происходило взрывов, при которых обломки могут попасть ближе к Земле, перед захоронением спутники разряжают батареи, выпускают запасы сжатого газа и сбрасывают топливо. Это может уменьшить дальнейшее замусоривание орбиты Земли, но проблемы уже существующего мусора не решает.

Космический мусор на орбите, 1957-2016 годы

Охота на мусор

В 2023 году для уборки на орбите Европейское космическое агентство планирует запустить аппарат e.Deorbit. Как он будет захватывать мусор, пока неизвестно: ученые рассматривают сеть, гарпун или зажим. После захвата аппарат будет уводить мусор с орбиты, чтобы тот сгорел в атмосфере.

По данным, предоставленным учеными из США, прямо сейчас на орбите нашей планеты находится более 23 тысяч искусственных объектов , которые можно отнести к космическому мусору. К таковому относятся “умершие спутники”, детали, оставшиеся от взорванных ракет и т.д.

Речь идет, в основном, об объектах размером более 10 сантиметров. Все они занесены в специальные каталоги и имеют свои идентификационные номера. К слову, в 2013 году количество таких фрагментов на орбите Земли, согласно американскому каталогу, насчитывалось всего 16 600.

Проблема космического мусора

Сегодня ученые все чаще и чаще начинают говорить о засорении околоземной орбиты космическим мусором. В середине апреля Европейское космического агентство сообщило , что искусственных фрагментов на орбите уже столько, что следить за ними становится очень сложно, и это может привести к различным авариям. Накопившийся за десятки лет хлам не обладает никакой научной ценностью, но несет угрозу МКС, работающим спутникам и космическим полетам. В представленном ЕКА докладе звучат такие цифры:

“С помощью мощных наземных радиолокационных радаров и других оптических приборов мы установили, что на орбите находится приблизительно более 700 000 объектов крупнее 1 сантиметра и около 170 миллионов фрагментов больше 1 миллиметра. С каждым годом эти цифры растут”

Проблема космического мусора становится злободневной, и если ее не решить, мы рискуем оказаться в ситуации, когда человечество больше не сможет выйти в космос, для нас он будет просто закрыт. Впрочем, существует множество проектов, реализация которых помогла бы решить эту проблему. Например, доктор Зигфрид Джейсон хочет создать аппарат весом около 100 граммов, который бы захватывал мусор и направлял его в атмосферу планеты, где тот бы сгорал. Другие предлагают вообще отправлять космический хлам к Марсу. К сожалению, в силу финансовой составляющей, любые предложения существуют, как говорится, пока только на бумаге.

Да и еще неизвестно, как ученые хотят уничтожать радиоактивные элементы. В 60-х-80-х годах прошлого века СССР запустил в космос большое число спутников морской разведки «УС-А». На борту каждого аппарата стоит ядерный реактор с 30 килограммами обогащенного урана-235. Была запущена серия из 30 аппаратов, несколько уже «вернулось» на Землю. Один из них, «Космос-954», в 1978 году упал на территорию Канады. Обломки спутника вызвали радиоактивное заражение местности (к счастью, малонаселенной), что привело к большому международному скандалу. Остальные неработающие аппараты “захоронили” на орбите высотой около 1000 километров, где спутники, как думают специалисты, смогут оставаться еще 2000 лет.

МКС и космический мусор

В мае прошлого года британский астронавт Тимоти Пик, работавший в то время на борту МКС, отправил на землю вот такой снимок.

На фото хорошо видна небольшая трещина, то есть повреждение на иллюминаторе. Специалисты Европейского космического агентства пояснили, что это повреждение нанес некий металлический фрагмент извне «не более нескольких тысячных миллиметра» . По сути, объекты такого размера причинить какой-то серьезный ущерб станции не могут, но вот фрагмент диаметром более 1 сантиметра, летящий в космосе со скоростью пули, может вызвать критическую ситуацию. А что будет со станцией, если в нее врежется кусок железа размером более 10 сантиметров, страшно представить.

МКС находится на низкой околоземной орбите на высоте около 400 километров над уровнем моря (НОО имеет высоту от 160 до 2000 км). Стоит сказать, что в области НОО проходили и проходят все космические полеты, и сюда же выводят большинство искусственных спутников Земли, поэтому здесь сосредоточено большое количество хлама.

Вероятность столкновения МКС с этими объектами существует постоянно, благо мы живем в XXI веке, и технологии позволяют нам отслеживать движение космического мусора. Вокруг станции есть так называемый «защитный периметр» в форме коробки для пиццы. Его размеры составляют 4 километра в высоту (по 2 км вниз и вверх от станции) и 25 километров в ширину и длину. Если один из обломков попадает в эту защитную зону, на экранах мониторов наземной службы USSTRATCOM, занимающейся отслеживанием мусора, появляется тревожный сигнал.

Операторы предупреждают NASA о надвигающейся опасности и высоту МКС начинают корректировать: поднимать или опускать станцию, чтобы уйти от столкновения. Понятно, что совсем маленькие кусочки железа с игольное ушко отследить очень тяжело, да и, как мы писали выше, опасность для МКС они не представляют.

Для своих габаритов Международная космическая станция очень подвижна (весит чуть более 400 тонн). Она оснащена четырьмя гиродинами — инерциальными устройствами, которые позволяют станции менять направление в пространстве. Вдобавок к этому у МКС есть несколько наборов ускорителей, позволяющих ей поворачиваться. Управление происходит с земли специальными службами.

На низкой околоземной орбите МКС удерживает сила притяжения Земли. Без этого притяжения станция улетела бы в далекий космос. Исходя из закона всемирного тяготения, получается, что МКС как бы падает на Землю, но “промахивается”, кроме того, она еще движется “вбок” (не забываем, планета круглая). Чтобы это движение не прекратилось, необходимо правильно подобрать эту самую «скорость вбок». Для МКС она равна 8 км/с.

Еще один нюанс. На высоте, на которой находится МКС, прослеживается атмосфера — газовая оболочка, которая вращается вместе с нашей планетой. Станция как бы “трется” о нее и замедляется, все ближе и ближе приближаясь к Земле. Чтобы космический дом окончательно не рухнул, требуется регулярно поднимать его высоту.

Точно так же на НОО “работает” и вращается вокруг Земли космический мусор. С двумя отличиями — у него более высокая скорость движения, чем у МКС, и им не управляют с командного пункта. Обломки различных аппаратов постоянно падают. Ежегодно в атмосферу Земли входит порядка 150 тонн мусора . Более мелкие фрагменты сгорают в атмосфере, более крупные тонут в океане, но иногда могут рухнуть и на твердую поверхность. Самым примечательным случаем за последние несколько десятков лет стало падение в 1997 году топливного бака второй ступени ракеты-носителя «Дельта-2». Кусок металла упал в Техасе. К счастью, никто не пострадал.

Есть мусор и на геостационарной орбите, которая начинается на высоте более 30 000 км. Хорошо известно, чем выше орбита, тем меньше сила притяжения, и меньше мешает атмосфера, а значит мусор может находится на ней дольше — веками!

Лидер по количеству оставленного мусора в космосе

Большую часть космического мусора составляют фрагменты, которые образовались в ходе преднамеренного или самопроизвольного взрыва ракет или спутников. Большая часть таких взрывов была “плановой”. Во время Холодной войны СССР и США выполняли очень много космических полетов по военным программам и некоторые корабли, не справившиеся с заданием, просто уничтожались в космосе.

Но были и аварийные ситуации, когда аппараты взрывались непреднамеренно, вследствие каких-либо проблем с системой. Например, в 1960-х годах основной причиной космических катастроф становились пары ракетного топлива, которое не успевало выгореть во время работы двигательных установок. В 1965 году из-за остатков топлива в баках взорвалась ступень американской ракеты “Транстейдж”, в результате ракета разлетелась на 500 частей. Все эти фрагменты остались в космосе.

Первое место по взрывам на орбите принадлежит… России. С 1991 года произошло не менее 35 аварий с российскими ракетами. С чем это связано, остается только догадываться. Одна из причин — снижение качества выпускаемой космической техники. Проблема эта началась после распада СССР. К большому огорчению, этот упадок в ракетно-космической отрасли не могут преодолеть до сих пор.

Нашли ошибку? Пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

давно не сходят с уст. Каждый раз, включая телевизор, мы видим новую фантастику, снятую в космосе. Однако освоение человеком космоса в реальности не такое быстрое. Несмотря на это, орбита вокруг земли стала настоящей свалкой для мусора различного происхождения. С каждым годом он представляет всё большую и большую опасность, так как его число растёт.

1. Первый мусор в космосе – американский спутник . В 1958 году в космос был запущен спутник «Авангард-1». Американский спутник стал четвёртым по счету объектом, запущенным людьми. Он работал на солнечной энергии. «Авангард-1» – это не только один из старейших аппаратов, но также первый космический мусор, который появился на орбите Земли. После того как он завершил миссию, его так и не утилизировали. На протяжении 60 лет он движется вокруг Земли и подаёт признаки жизни. Специалисты НАСА определили, что после того, как пройдёт ещё 240 лет, он войдёт в слои атмосферы и сгорит.
2. Женщина пострадала от ракетного обломка . В 1997 году в Оклахоме произошёл забавный, но не менее опасный случай. Местную жительницу «атаковал» небольшой металлический предмет. Обломок ракеты упал ей на плечо. Испугавшись, женщина не сразу поняла, что случилось. Через несколько дней после инцидента она стала знаменитостью.

   

3. Движение мусора по орбите может причинить непоправимый вред тому, что они встречают на своём пути . Специалисты определили среднюю скорость движения отходов в космосе. Она составляет 10 км/с.

   

4. Ученые не могли разгадать, что за неизвестный объект находится на Луне . В 1969 году были сделаны фотографии поверхности Луны. На них отчётливо виден объект белого цвета. Долгое время астронавты считали этот предмет загадочным, так как не могли установить причину происхождения. Со временем они сумели определить, что это отходы, которые астронавты выбросили из корабля.

   

5. На данный момент на орбите планеты насчитывается около 7 тыс. ед. космического мусора . Это очень большое количество мусора.

   

6. Масса космического мусора может колебаться от нескольких граммов до килограммов и даже тонн . Объекты, движущиеся по орбите, могут иметь любой вес. Имеются объекты массой более 20 кг и огромное количество мелких.

   

7. Тихий океан имеет свой Титаник из космоса . Самый крупный мусор из космоса, который упал на Землю – орбитальная станция «Мир». Она была затоплена в Тихом океане в 2001 году. На дне океана покоится машина, вес которой больше 100 000 тонн.

   

8. Огромное количество отходов успело сформировать вокруг Земли орбитальную свалку . Останки космических аппаратов и обломки метеоритов сталкиваются друг с другом, тем самым порождая ещё больше мусора. Мелкие останки несут опасность для любого объекта.

   

9. Виды космического мусора . Принято делить на две группы, в зависимости от происхождения: искусственный и естественный.

   

10. В создании мусора виновны люди . США и СССР проводили ряд некоторых испытаний. Происходило это с 1968 по 1985. В 1990 году было отслежено 7% от всего мусора, который был создан от 12 испытаний.

    

11. Космические археологи теперь будут вести «раскопки» в космосе . Историки утверждают, что не нужно избавлять орбиту от уламков. В ближайшем будущем это может стать хорошей находкой для археологов.

    

12. Наибольший вклад в создание космического мусора внесли 3 разных города . По данным 2014 года, первое место занимает Россия, затем идёт США, а последнее досталось Китаю.

    

13. Мелкие куски несут наибольшую опасность . В космосе много мусора, размер которого не превышает даже 1 см. Самое неприятное то, что на сегодняшний день так и не удалось разработать эффективных мер защиты от него.

    

14. Всего лишь две страны имеют возможность отслеживать пространство вокруг планеты . С помощью созданных систем, они контролируют космическое пространство. Это позволяет разрабатывать методы уничтожения мусора в космосе.

    

15. Космический мусор время от времени падает на Землю . Объекты больших размеров, которые движутся по низким околоземным орбитам, со временем могут входить в атмосферу. Их скорость замедляется, и отдельные фрагменты достигают поверхности Земли. Практически каждый день в плотные слои атмосферы попадают мелкие частицы, крупные – несколько раз в месяц.

    

Каждому из нас известно, что человечество невероятно загадило свою планету и ежедневно продолжает генерировать невероятное количество мусора. Но немногим известно, что за недолгий период освоения космоса мы успели превратить околоземное пространство в небольшую свалку отработанных спутников. Здесь представлены две интерактивные визуализации, отражающие сложившуюсь ситуацию.

Первая визуализация (автор Alex Rasmussen) отражает все известные и отслеживаемые спутники и обломки:

• Зелёными точками обозначены действующие спутники.
• Серыми - неактивные, но работоспособные.
• Красными - вышедшие из строя спутники и их обломки.

Европейское Космическое Агентство установило , что вокруг Земли сейчас вращается:

• около 29 000 обломков размером более 10 см,
• около 670 000 обломков от 1 до 10 см,
• более 170 млн обломков от 1 мм до 1 см.

Общая масса обломков в околоземном пространстве оценивается в 6300 тонн, скорость полёта может достигать 56 000 км/час.

За последние 50 лет было запущено около 6600 спутников , из них 3600 по прежнему вращаются вокруг Земли, а 1000 находится в активном режиме.

Насколько опасен весь этот мусор?

Представленные визуализации могут ввести наш разум в заблуждение, поскольку точки обозначают лишь расположение обломков, но не размер, то есть масштаб не соблюдён. В реальности околоземное пространство вовсе не представляет собой свалку, как это выглядит на картинках. Однако космические агентства разных стран всё-равно начеку, потому что стоимость запускаемых объектов очень высока, а потенциальный ущерб от потери 1000 действующих сейчас спутников в результате столкновений с мусором оценивается в 130 млрд долларов.

Каждый год в атмосферу земли входит 100-150 тонн обломков. Самым примечательным случаем за последние годы стало столкновение германского и американского спутников , чьи обломки упали в Бенгальский залив в 2011 году. Астронавтам на орбите также не стоит расслабляться (привет «Гравитации»). В 2012 году МКС была переведена на более высокую орбиту для предотвращения столкновения с обломками от японского спутника.

Что делать?

К счастью, повторение в жизни сценария по образу «Гравитации» маловероятно. Более того, инженеры предусмотрели немало средств защиты (МКС считается "наиболее защищённым космическим аппаратом в истории "). Однако скорость полёта и растущее количество обломков представляют всё большую угрозу. Учёные предупреждают о возможности синдрома Кесслера , когда на орбите окажется так много обломков, что риск уничтожения любого запускаемого аппарата станет очень высок. Подобная цепная реакция может, фактически, закрыть человечеству доступ в космос.

Сегодня учёные ищут способы отслеживания обломков и очистки космического пространства. Одна из многих идей состоит в использовании специальных спутников, которые будут захватывать обломки и направлять к поверхности планеты. Также рассматривается вариант сбора ещё пригодных для использования обломков ради вторичного использования.

Какой бы способ ни был выбран в будущем, одно несомненно: замусоривание ближайшего космического пространства обойдётся нам очень дорого. Если мы хотим по-прежнему иметь доступ за пределы своей планеты, иметь современные спутниковые средства связи, наблюдения и исследования, то нам необходимо уже начать изучать возможные способы избавления от орбитального мусора.

Пройдя по на оригинальную статью, можно оценить интерактивность визуализаций. К сожалению, встроить их в пост Хабр не позволяет, пришлось делать скриншоты.