+2 Київ
Що таке космічне сміття і скільки його накопичилося?
Космічне сміття – це об'єкти, створені людиною, які містяться на навколоземній орбіті, але не виконують корисних функцій. До них відносять неробочі супутники, останні ступені ракет-носіїв і фрагменти, які утворилися внаслідок вибухів і зіткнень у космосі. Як повідомляють у звіті Організації економічного співробітництва і розвитку (ОЕСР), опублікованому у квітні 2020 року, космічне сміття почало накопичуватися з моменту запуску першого штучного супутника у 1957 році.
За даними Європейського космічного агентства (ESA) станом на 1 лютого 2020 року, приблизно 22,3 тис. об'єктів космічного сміття діаметром понад 10 см на орбітах каталогізували і відстежують. Імовірна кількість об'єктів від 1 см до 10 см становить приблизно 900 тис., а кількість частинок від 1 мм до 1 см – приблизно 128 млн. Станом на лютий 2020 року загальна вага всіх об'єктів на навколоземних орбітах перевищувала 8,8 тис. тонн.
Найбільша концентрація об'єктів припадає на низьку навколоземну орбіту на висоті від 800 до 1 тис. км і на висоті 1,4 тис. км. Інші пояси сміття розташовані близько до орбіт угруповань навігаційних супутників на висоті від 19 тис. км до 23 тис. км і на критичній геостаціонарній орбіті на висоті 36 тис. км, де розміщено багато великих телекомунікаційних та метеорологічних супутників.
У звіті ОЕСР вказано країни, які згенерували найбільшу кількість космічного сміття:
- Росія / СРСР (5163 об'єкти);
- США (4897 об'єктів);
- Китай (3717 об'єктів);
- Франція (508 об'єктів);
- Індія (131 об'єкт);
- Японія (115 об'єктів);
- Європейське космічне агентство (ESA) (58 об'єктів).
Інфографіка: oecd.org
До 2007 року основним джерелом уламків були вибухи ступенів ракет-носіїв і космічних кораблів. Навмисне знищення метеорологічного супутника Fengyun-1C Китаєм 2007 року і випадкове зіткнення американського супутника зв'язку Iridium-33 із виведеним з експлуатації російським супутником "Космос-2251" 2009 року значно збільшили кількість великих космічних об'єктів на орбіті, і зараз вони становлять третину всіх каталогізованих об'єктів космічного сміття. Всього з початку космічної ери і до кінця 2018 року, за даними ESA, було зафіксовано 536 інцидентів із фрагментацією на орбітах. У середньому протягом року відбувалося вісім інцидентів.
Чим небезпечне космічне сміття?
На низькій навколоземній орбіті (менше ніж 2 тис. км) космічне сміття обертається навколо Землі зі швидкістю приблизно 7–8 км/с. Однак середня швидкість зіткнення орбітального сміття з іншим космічним об'єктом – приблизно 10 км/с і може сягати 15 км/с, зазначають у NASA. Тож під час зіткнень навіть невеликі космічні уламки можуть пошкодити космічні кораблі та інші об'єкти.
Зіткнення двох великих об'єктів, які більше не виконують корисних функцій, може призвести до утворення значної кількості нових фрагментів, як це було, наприклад, під час зіткнення Iridium-33 із "Космосом -2251".
"Велика кількість сміття на орбіті може зрештою призвести до "синдрому Кесслера", за якого зіткнення каскудується, призводячи до все більшої і більшої кількості зіткнень, які самогенеруються", – наголосили в ESA.
Це може зробити деякі орбіти непридатними для використання. Соціально-економічні наслідки "синдрому Кесслера" будуть серйозними, підкреслило агентство. Згідно зі звітом, вони можуть зумовити:
- втрату унікальних додатків і функцій, наприклад, інтернету, прогнозу погоди і послуг зв'язку;
- втрату життів, наприклад, підвищений ризик для космонавтів на МКС;
- переривання досліджень Землі і клімату;
- підвищену скупченість і тиск на інших орбітах;
- стримування економічного зростання та уповільнення інвестицій у сектор.
50 об'єктів, які становлять загрозу для Землі
10 вересня 2020 року Forbes опублікував список із 50 об'єктів космічного сміття на низькій навколоземній орбіті, які, за твердженнями аналітиків, становлять найбільшу загрозу для Землі. Доповідь, за даними журналу, буде презентовано в жовтні на Міжнародному астронавтичному конгресі. Список складено на основі аналізу космічного сміття 11 групами вчених із 13 країн, зокрема США, Росії, Японії, Китаю і держав Європи. Об'єкти оцінювали за ймовірністю зіткнення, а також за масою, висотою і низкою інших чинників. Автори підкреслили, що саме на ці об'єкти варто передусім звернути увагу, борючись із космічним сміттям.
43 об'єкти зі списку – радянського і російського походження, запущені з 1984-го до 2007 року. Серед них є 35 ракетних прискорювачів, а також сім супутників військового призначення та один – гідрометеорологічного:
- "Космос 1275" – тип "Парус", запущений 4 липня 1981 року. 24 липня дістав пошкодження внаслідок зіткнення, найімовірніше, із космічним сміттям. Призначення – навігація і зв'язок;
- "Космос 1844" – тип "Цілина 2", запущений 13 травня 1987 року, залишився на орбіті. Призначення – радіоелектронна розвідка;
- "Космос 2082" – тип "Цілина 2", запущений 22 травня 1990 року, залишився на орбіті, призначення – радіоелектронна розвідка;
- "Космос 1943" – тип "Цілина 2", запущений 15 травня 1988 року, залишився на орбіті, призначення – радіоелектронна розвідка;
- "Космос 2278" – тип "Цілина 2", запущений 23 квітня 1994 року, залишився на орбіті, призначення – радіоелектронна розвідка;
- "Космос 2406" – тип "Цілина 2", запущений 10 червня 2004 року, залишився на орбіті, призначення – радіоелектронна розвідка;
- "Космос 2 322" – тип "Цілина 2", запущений 31 жовтня 1995 року, залишився на орбіті, призначення – радіоелектронна розвідка;
- "Метеор 3М" – запущений 10 грудня 2001 року. 11 грудня 2003 року припинив виконання корисних функцій. Призначення – метеорологія.
Також у списку є:
- один об'єкт ESA – супутник Envisat, запущений 2002 року, у квітні 2012 року із ним зник контакт;
- чотири японські об'єкти – супутники ADEOS (запущений 1996 року, у 1997 році місію припинили через пошкодження сонячної батареї апарата) і ADEOS 2 (запущений 2002 року, у 2003-му вийшов із ладу), ракетні прискорювачі H- 2A R/B і H-2 R/B;
- один об'єкт КНР – ракетний прискорювач CZ-2D R/B;
- один французький об'єкт – ракетний прискорювач ARIANE 5 R/B.
Як зазначив у коментарі журналу Дарен Макнайт, провідний автор доповіді, зіткнення двох об'єктів масою 9 тонн кожен, як, наприклад, російські ракетні прискорювачі, може призвести до появи приблизно 15 тис. нових фрагментів. На його думку, "це не один шанс на мільйон, а один на тисячу щороку".
Найнебезпечнішим із супутників у списку дослідники вважають Envisat масою 7,8 тонни, що розташований на висоті 765 км.
Місія Envisat завершилася 2012 року. Фото: esa.int
У документі зазначено, що для об'єктів масою понад 2 тонни краще знайти спосіб уникати зіткнень, ніж повторно вводити їх в атмосферу, оскільки це загрожує значними ризиками.
Макнайт заявив, що якщо людство не буде вирішувати питання космічного сміття, це може призвести до некоректної роботи супутників, що негативно вплине на глобальну економіку, можливості під'єднання, дистанційне зондування, боротьбу з лихом і фінансові транзакції. Видання зазначило, що на орбіті зараз, зокрема, є 3 тис. "мертвих" супутників.
Запобігання та видалення
Зараз можливостей для масового видалення космічного сміття з орбіт немає. Зусилля здебільшого спрямовані на запобігання його появі. Наприклад, космічні апарати після закінчення строку служби треба або виводити з орбіт із подальшим згорянням в атмосфері, або виводити на "орбіту поховання", де вони не будуть заважати іншим космічним об'єктам. Великі кораблі або апарати спрямовують на поховання у спеціальне місце в Тихому океані, де заборонені судноплавство і польоти авіації.
У 2018 році було розпочато випробування місії RemoveDebris. Проєкт співфінансують Європейська комісія та інші партнери, його очолює Космічний центр Суррея. Місія спрямована на видалення приблизно 40 тис. частинок сміття на навколоземній орбіті. Основну платформу завважки 100 кг доправили на МКС, де провели одиничне випробування із захопленням імітатора космічного сміття. Апарат успішно зловив сміття в сітку.
До 2025 року планують реалізувати місію ESA ClearSpace-1. Апарат муситиме захопити Vespa – старий адаптер корисного навантаження ракети Vega, який на орбіті з 2013 року.
"Із масою 100 кг Vespa близький за розміром до невеликого супутника, а його відносно проста форма і міцна конструкція роблять його доброю першою стратегічною ціллю. Цей перший крок, який доводить, що видалення уламків на орбіті можливе, зумовить створення комерційної служби, яка також зможе займатися більшими і складнішими "захопленнями", аж до захоплення кількох об'єктів у підсумку", – заявляли в ESA.
ОЕСР зазначає, що принципи запобігання утворенню космічного сміття для операторів, які керують супутниками на низькій навколоземній і геостаціонарній орбітах, такі:
- уникати навмисного утворення сміття (зокрема протисупутникових випробувань);
- мінімізувати ймовірність випадкових вибухів;
- дотримуватися правил зведення з низької навколоземної орбіти супутника за 25 років після завершення місії; неробочі супутники з геостаціонарної орбіти потрібно відправляти на вищу "орбіту поховання";
- за можливості потрібно уникати зіткнень, а також зводити до мінімуму ризик нещасних випадків на Землі через повторний вхід супутників в атмосферу.
Фото: esa.int
Як зазначено у звіті ОЕСР, на геостаціонарній орбіті 80% операторів супутників дотримуються цих принципів. На низьких орбітах тільки приблизно половину супутників, термін експлуатації яких закінчився 2017 року, прибрали (природним способом згоріли в атмосфері через атмосферний опір або активне сходження з орбіти). На орбітах, вищих за 650 км, менше ніж 20% супутників, термін служби яких закінчився 2017 року, фактично було зведено з орбіт.
В організації наголошують, що кілька ракет, які експлуатують зараз, спроєктували в той час, коли космічне сміття не було критичною проблемою, і зняття з орбіти частин їхніх корпусів може виявитися проблематичним.
