Книга: Космос

Рукотворная космическая опасность

Рукотворная космическая опасность

Во второй половине XX в. экологический кризис приобрёл космическую составляющую. Человек, начав осваивать космос как четвёртую среду обитания, распространяет загрязнение окружающей среды за пределы земного шара.

Активная «жизнь» почти всех искусственных спутников Земли продолжается от нескольких месяцев до нескольких лет. В начале космической эры к «отжившим» спутникам интерес пропадал, и никто не следил, по каким орбитам они продолжают свой полет. Количество пассивных космических объектов быстро возрастало в связи с ростом числа космических запусков, которое вскоре перевалило за сотню в год. Начиная с нашего первого спутника, запущенного 1 октября 1957 г., в космос отправили более 20 тыс. аппаратов общей массой свыше 3 тыс. т; абсолютное большинство — в околоземное пространство.

Опасность «космической свалки» была осознана только спустя три десятилетия после начала космической эры, когда стала реальной угроза столкновения пилотируемых космических аппаратов и дорогостоящих спутников с «мёртвыми» предметами космической деятельности. Тогда и появился термин «космический мусор».

Число отслеживаемых объектов в космических окрестностях Земли значительно превышает количество космических стартов, и это несмотря на то, что многие спутники уже сошли с орбиты и разрушились. Удивляться этому не приходится. Во-первых, некоторые ракеты выводили сразу два и даже несколько спутников. Во-вторых, кроме космических аппаратов учитываются все обнаруженные искусственные объекты. Количество космического мусора ежегодно возрастает не только за счёт новых запусков, но и в результате дробления при столкновениях отработавших аппаратов.

По данным исследований Института астрономии Российской академии наук и Национального аэрокосмического агентства США (NASA), более 40% космического мусора, движущегося на низких орбитах, является осколками от взрывов верхних ступеней космических ракет и выработавших свой ресурс спутников. Уже к началу 1990-х г. было зафиксировано 112 взрывов — и запланированных, и случайных. Вплоть до 1990-х г. происходили взрывы верхних ступеней ракет «Дельта», «Титан», «Космос», «Протон», «Зенит», «Рокот», «Пегас» из-за перегрева остававшегося в них неиспользованного топлива. Например, подобные случаи на семи вторых ступенях ракет «Дельта» породили 1300 новых занесённых в каталоги космических объектов.

^{Топливный бак двигателя второй ступени ракеты-носителя «Дельта-2» весом 250 кг упал 22 января 1997 г. в США вблизи Джорджтауна}

^{Искусственный спутник на орбите Земли} 

В интересах противоракетной и противокосмической обороны в СССР и США были созданы военные службы контроля за космическим мусором. Системы контроля околоземного пространства используют радары дальнего обнаружения, а также совершенные оптические и электронно-оптические установки. Они могут «разглядеть» на высотах до 2000 км фрагменты космического мусора размером 10–30 см. На геостационарной орбите (высота около 36 000 км) она может обнаружить объекты размером не менее одного метра. Космическую «мелочь» удается наблюдать с помощью радиолокаторов.

В нашей стране работы по наблюдению космического мусора организует и координирует группа учёных из Института прикладной математики им. М.В. Келдыша (ИПМ). В ИПМ присваивают вновь открытым объектам временные номера и заносят данные в каталог.

В 2008 г. специалисты непрерывно отслеживали в околоземном пространстве примерно 12 тыс. объектов размером более 10 см. Чем меньше размер космического мусора, тем больше его количество. С помощью статистических расчётов учёные приблизительно оценили количество космической «мелочи»: объектов размером от 1 до 10 см — от 70 до 1 50 тыс., а частиц меньше сантиметра, вероятно, около трех с половиной миллионов единиц. Напомним, что общая масса всей этой мелочи — порядка 3000 т.

Наиболее «засорены» высоты от 600 до 800 км. На таких орбитах объекты могут «жить» в среднем около 300 лет. Объекты космического мусора движутся на разных высотах, по различным орбитам, в разных направлениях, причем при лобовой встрече фрагментов космического мусора с действующими космическими аппаратами скорость их столкновения может достигать 15 км/с (почти 60 тыс. км/ч!) и потому представляет опасность для деятельности людей в космосе. Особенно велика угроза столкновений с космическим мусором размерами менее 10 см, элементы которого не всегда удается отслеживать. Столкновение управляемого аппарата даже с сантиметровым осколком может привести к катастрофе в космосе. Особенно опасно подобное столкновение, если на спутнике будет разрушен ядерный реактор.

Первое столкновение на орбите произошло в 1991 г. Тогда спутник «Космос-1934» столкнулся с обломком спутника «Космос-926». Оба объекта в момент встречи двигались на высоте 980 км. Реальность техногенных космических катастроф была подтверждена гибелью французского спутника CERISE, который 24 июля 1996 г. на высоте примерно 660 км столкнулся с фрагментом третьей ступени французской ракеты «Ариан», выведенной на орбиту в 1986 г. Спутник успел поработать ровно год. Работающая на низкой орбите Международная космическая станция (МКС) уже несколько раз подвергалась угрозе столкновения с достаточно крупными осколками искусственного происхождения. Только благодаря мастерству специалистов — баллистиков Центра управления полётами — удавалось вовремя изменять параметры орбиты МКС и предотвращать, таким образом, возможные катастрофы.

Другая область засорения — зона геостационарных орбит, которая плотно «заселена» тысячью спутников-стационаров. Это население ежегодно возрастает на два-три десятка новых станций и множество обломков спутников, разрушившихся по разным причинам. Геостационарные спутники могут подвергаться бомбардировке естественными метеорными телами.

Как среди звёзд отличить искусственные космические объекты, находящиеся на геостационарной орбите? При телескопических наблюдениях астрономы обычно включают часовой механизм, который компенсирует суточное вращение Земли и заставляет телескоп неотрывно «смотреть» на выбранную звезду. При мониторинге космических объектов и их фрагментов на геостационарной орбите, неподвижных относительно Земли, часовой механизм отключается. Поэтому на ПЗС-кадрах геостационарные спутники регистрируются в виде точек, а звёзды выглядят чёрточками.

Время существования пассивных космических аппаратов на самых низких орбитах — несколько десятков лет. Под действием сопротивления воздуха и земного притяжения все спутники на низких орбитах в своё время входят в плотные слои воздуха и ярко вспыхивают подобно болидам. Наиболее массивные из них падают на поверхность Земли. Куски космического мусора размером более метра в среднем падают на её поверхность не реже одного раза в неделю, фрагменты меньшего размера — ежедневно. К сожалению, точно предупредить о времени и месте их падения специалисты пока не могут.

Из-за того, что густонаселённые районы на нашей планете составляют лишь малую долю её поверхности, землянам пока везёт. Например, в 1978 г. «Космос-594» рухнул в тайге на севере Канады, а через год обломки американской космической станции «Скайлэб» выпали в пустынях Австралии. Однако большую опасность представляют аппараты с радиоизотопными источниками электрической энергии.

В 1964 г. в ходе неудачного запуска навигационного спутника США с ядерными источниками энергии радиоактивные материалы рассеялись над Индийским океаном. Обычно же такие спутники к концу периода активного использования в целях безопасности переводят на орбиты высотой около 1000 км, где атмосфера практически отсутствует, и потому аппараты могут оставаться там многие сотни лет — до тех пор, пока ядерные энергетические устройства перестанут представлять радиационную опасность.

Проблема загрязнения космоса признана многими международными организациями, например Международным астрономическим союзом. Помимо всего прочего, космический мусор становится все более существенной помехой для астрономических наблюдений. Например, на каждом четвёртом снимке, полученном космическим телескопом «Хаббл», регистрируются техногенные обломки. Проблема загрязнения ежегодно обсуждается на сессиях Комитета ООН по мирному использованию космического пространства и его подкомитетов. Специалисты пришли к выводу, что прежде всего необходимо сделать более экологичной космическую деятельность, свести к минимуму рост засоренности околоземного пространства. Придётся более тщательно определять требуемое количество ракетного топлива, чтобы после выполнения разгонных и коррекционных операций баки становились почти сухими. В противном случае, как мы уже говорили, перегрев остатков топлива или срабатывание пироболтов могут стать причиной взрыва. На спутнике должен быть запас рабочего тела (например, сжатого газа) для изменения орбиты спутника после исчерпания его ресурса. Возможны два варианта заключительного маневра. Первый — перевод спутника на такую орбиту, чтобы не позже чем через 25 лет он затормозился в атмосфере. Второй вариант — перевод спутника на высокую орбиту космической «свалки». В последние годы крупные аппараты по завершении их миссии сразу сводят с орбиты и затопляют в южной части Тихого океана, уже прозванной «кладбищем космических кораблей».

Существуют проекты эффективного воздействия на опасные кометы или астероиды эшелонами масс крупного космического мусора, скопившегося на околоземных орбитах. Если суммарная масса собранного техногенного мусора составит около 1000 т, то энергия его удара о поверхность опасного объекта может быть сопоставима с энергией ядерного взрыва мощностью от 1 до 10 Мт.

^{Космический телескоп «Хаббл» — автоматическая обсерватория, выведенная на орбиту Земли в 1990 г.}