Мусорная свалка на орбите планеты угрожает развитию космонавтики
За полвека люди привыкли к постоянному наличию связи, телевещания, спутниковой навигации, информации о метеообстановке и прочим благам цивилизации. Благам, которые, как ни странно, могут быть ограничены в ближайшие 25–30 лет.
За последние годы наблюдается пренебрежительное отношение к вопросу антропогенного засорения космического пространства мусором.
В настоящее время в космическом пространстве находится более 23 тыс. наблюдаемых и каталогизированных искусственных космических объектов размером более 10 см. Это как действующие космические аппараты, так и вышедшие из строя спутники и ступени ракет-носителей, обломки взорвавшихся или столкнувшихся аппаратов.
Более мелких частиц, которых не видно, на порядки больше. И неуправляемое крошево таких несчитаных осколков летает со скоростями по отношению к действующим спутникам от 1 тыс. до 15 тыс. м/с. Представьте себе стальной шарик объемом примерно 1 куб. см. Это пуля массой 7,9 г. Представьте кубик размерами 5х5х5 см – это граната массой в килограмм.
Летая как угодно, в том числе на пересекающихся курсах, обломки представляют реальную угрозу космическим аппаратам, в том числе пилотируемым. Губительные последствия таких столкновений сложно смоделировать, экспериментально на земле не повторить, но легко предположить.
Это как движение на автомагистрали без соблюдения правил, но с несусветными скоростями. И люди пока делают все, чтобы проблема усугубилась.
Вспомним в хронологическом порядке последние действия военных разных стран мира, касающиеся загрязнения космической среды.
С начала XXI века четыре страны провели испытания противоспутникового оружия. Первый – Китай, осуществивший 11 января 2007 года эксперимент по перехвату собственного спутника на высоте 850 км. Испытание, образовав более 2600 крупных осколков, повысило загрязненность долгоживущим опасным мусором относительно «чистых» и малонаселенных космическими аппаратами орбит сразу на 22%.
За ним последовали США, уничтожив с земли 21 февраля 2008 года экспериментальный спутник «шпион» USA-193 на высоте 293 км, произведя 174 крупных каталогизированных фрагментов орбитального мусора.
В марте 2019 года настала очередь Индии, осуществившей испытания по перехвату своего спутника на высоте 300 км, распавшегося на 400 осколков. Запуск, по заявлению индусов, сделал государство «военно-космической державой».
И наконец, 15 ноября 2021 года Россия провела испытания противоспутникового оружия. На орбите с перигеем 465 км и апогеем 490 км ракетой системы противоракетной обороны сбит отработавший свое спутник радиотехнической разведки «Космос-1408». Официальные лица заявляют, что спутник поражен с «ювелирной точностью» и обломки никому не угрожают.
Разрушение, подобное взрыву, произвело огромное количество мусора – на конец ноября 2021 года сообщалось о 1500 только наблюдаемых, крупных осколках пораженного спутника в диапазоне высот от 300 до 1100 км. Теоретически же разрушение аппарата массой в тонну может привести к появлению до 100 тысяч опасных 10 гаммовых частиц.
В течение 15 ноября 2021 года на международной космической станции трижды объявляли об угрозе столкновения с космическим мусором. Экипажу пришлось несколько раз надевать скафандры и занимать места в космических кораблях на случай экстренной эвакуации.
Действия военных всех четырех стран по перехвату спутников объяснимы. Отработать и продемонстрировать уровень технологий, улучшить переговорные позиции с потенциальным противником и т.д. Но не следует забывать и о негативных последствиях таких поступков – это антипример действия для остальных космических держав. Удивляет непрофессионализм или безразличие организаторов перехватов в отношении проблемы опасного засорения безвоздушного пространства.
Как ракетостроитель с многолетним стажем разработки в том числе систем противоракетной и противокосмической обороны, вынужден доходчиво пояснить вышесказанное. Для этого вспомним историю.
СССР являлся первой страной в мире, разработавшей и поставившей на вооружение систему космического перехвата. С начала 60-х годов было запущено более 40 космических аппаратов системы «ИС» («истребитель спутников») разработки НПО машиностроения. Всему миру продемонстрированы возможности уничтожения спутников в космосе. При проведении испытаний, которые осуществлялись на высотах от 400 до 2030 км, спутник-истребитель выводился на орбиту мишени, сближался с ней, выстреливая облако «шрапнели».
Мы уже тогда задумывались о засорении космоса – предпочтительным являлось размещение истребителя перед мишенью по направлению движения, с выстрелом «назад», чтобы поражаемые частицы ускоренно спускались на Землю. В перспективе шрапнель должна была создаваться на основе разработанных быстроразлагаемых под воздействием солнечных лучей материалов.
Но, несмотря на снятие с боевого дежурства в 1993 году, до сих пор оставшиеся 18 космических аппаратов системы «ИС» и единичные осколки разрушенных спутников и мишеней еще сотни лет будут находиться в космосе. О системе можно прочитать, например, в книге 2015 года «История развития отечественных автоматических космических аппаратов», томе третьем серии «Развитие отечественной ракетно-космической науки и техники» издательства «Столичная энциклопедия».
Известно, что с орбит до 200 км под действием остаточной атмосферы спутники и их фрагменты сходят быстро – в течение нескольких недель. С высоты 300 км – несколько месяцев, а с высоты 500 км – около десяти лет. В частности, макет космического аппарата «Кондор» разработки НПО машиностроения, запущенный в 2003 году на высоту, близкую к орбите перехваченного «Космоса-1408» (458 км), сгорел в атмосфере Земли через 12 лет.
Летающие выше спутники утилизируются значительно дольше: с высоты 700 км – около 100 лет, с 1000 км – свыше 1000 лет, с высоты 1500 км – более 7000 лет!
Вспомним историю 1973 года с разгерметизацией военной орбитальной станции «Салют-2» на высоте примерно 257 км в результате столкновения с обломками от взрыва последней ступени ракеты-носителя «Протон-К». Американские наблюдатели насчитали тогда 70 крупных фрагментов, разлетавшихся со скоростями до 300 м/с. Приращение орбитальной скорости на такой орбите на 100 м/с по направлению полета в соответствии с правилами космической баллистики дает увеличение апогея орбиты почти на 360 км. Такое же приращение скорости перпендикулярно направлению полета от Земли дает увеличение высоты на 100 км. А если при ударе скорость увеличена на 300 м/с? Осколки могут уйти к Земле, а могут и от нее, увеличив срок опасного нахождения в космосе на сотни и тысячи лет.
Все в военной сфере в космосе уже создано и испытано. Зачем повторять прошлое? Кроме того, США и СССР еще в 60-е годы XX века разработали суперэффективное оружие, способное уничтожить спутники. Это высотные ядерные взрывы в космическом пространстве, создающие мощные электромагнитные импульсы и относительно долгоживущие искусственные радиационные пояса, массово сжигающие электронику спутников.
Сейчас самое пристальное внимание следует уделить и гражданским покорителям и засорителям космоса. Реализуется проект запуска 4408 спутников Starlink компании SpaceX! Уже выведено 1842 аппарата, большинство из них на орбиту высотой 550 км. Вторая часть группировки Starlink первого поколения будет содержать 7518 МКА. Группировка второго поколения, по некоторым данным, будет составлять до 30 тыс. спутников на орбитах в диапазоне высот от 328 до 614 км, размещаемых США без согласования с другими государствами. Таким образом, количество и масса выведенных аппаратов только группировки Starlink будут сопоставимы с количеством отслеживаемых сегодня обломков космического мусора, находящихся в настоящее время на орбитах.
А ведь развивается и европейский проект OneWeb по запуску 648 спутников интернет-связи на высоту около 1100–1200 км и уже выведено 358 штук.
Через десятилетие эти аппараты выйдут из строя, став просто неуправляемым хламом и создав беспрецедентную загруженность узких орбитальных слоев космическим мусором, с неконтролируемым ростом числа столкновений. А параллельно будет проводиться возобновление группировок с новым ростом числа новых аппаратов на орбите.
Нагляден случай столкновения в 2009 году спутников – российского «Космос-2251» и американского Iridium 33 – на высоте 788 км, породивший более 600 только каталогизированных, крупных обломков.
Безрассудное замусоривание космоса приведет к тому, что жизненно важная сфера человечества, обеспечивающая связь, телевидение, навигацию, будет потеряна для человека. По данным представленной в ООН российской модели загрязнения космоса А.И. Назаренко, уже в настоящее время при гипотетическом одномоментном прекращении космических запусков количество опасного мусора (наблюдаемого и малоразмерного) будет удваиваться каждые пять лет за счет столкновений искусственных объектов. Но, как показывает жизнь, это хоть и известно, но не осознано.
В своих публикациях я неоднократно предупреждал о необходимости прекращения бесконтрольного запуска космических аппаратов. Представляется рациональным аппараты, работающие на высотах до 500 км, оснащать тормозными устройствами активного типа (двигателями) или пассивного типа (аэродинамическими парашютами), обеспечивающими ускорение схода спутника с орбиты и сгорание в атмосфере Земли после завершения работы. Такие разработки в России есть.
Для высот более 500 км необходимо введение комплекса мер по повышению срока функционирования и утилизации отработавших космических аппаратов, в том числе:
– оснащение спутников двигателями увода с орбиты;
– рациональное размещение группировок спутников с ограничением рабочих плоскостей и высот полета;
– создание аппаратов с возможностью продления ресурса, ремонта и заправки в космосе, реализация схемы сбора спутников в компактных областях орбиты для обслуживания групп;
– создание маневрирующих аппаратов – ремонтных баз;
– при выводе новых спутников группировки оснащение последних ступеней ракет-носителей средствами захвата и увода отработавших аппаратов.
Вышесказанное особенно относится к необходимости сохранения геостационарной орбиты – уникальной для цивилизации круговой орбиты на высоте 35 786 км над уровнем моря. Это область космического пространства, где расположены космические системы связи, телетрансляции, разведки и находясь на которой спутники как бы зависают над определенной точкой Земли. Для защиты такой орбиты необходим комплекс мер по продлению сроков работы спутников, их ремонту и дозаправки, с последующим обязательным переводом отработавших свое аппаратов на расположенные ближе к Земле орбиты захоронения.
Очевидно, технические вопросы борьбы с мусором экономически затратны и пока коммерчески невыгодны. Необходимы объединенные усилия всех стран космического клуба, инициированные волевыми политическими решениями. Необходимо обязывать частные фирмы, запускающие космические аппараты или ракеты-носители возвращать эти объекты после завершения миссии в атмосферу Земли. В случае выхода из строя спутников они должны быть сведены с орбиты космическими буксирами. Возможно, государствам придется вводить «утилизационный» или «экологический» сбор – за мероприятия по уводу аппаратов с орбиты.
При этом деятельность регуляторов – министерств и ведомств – должна координироваться на межгосударственном уровне, например ООН. Советом Безопасности ООН должен быть наложен запрет и на применение ядерного оружия в космосе (в виде орбитальных аппаратов или баллистических боевых блоков) как средства массового вывода из строя спутников и замусоривания.
Российская Федерация может и должна выступить на международном уровне инициатором работ по защите космоса, а не подавать пример его загрязнения.
Настоящей статьей я обращаюсь к государственным мужам, инженерам, специалистам, простым гражданам всех стран. Надо немедленно заниматься сохранением космоса. Потом будет поздно!
Герберт Ефремов
Герберт Александрович Ефремов – почетный академик Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского.
