Лазеры для борьбы с космическим мусором
Человечество устроило свалку на околоземной орбите. Миллионы фрагментов старых спутников и иных частиц промышленного происхождения вращаются вокруг Земли, угрожая МКС и другим космическим аппаратам. Ученые разрабатывают способы решения этой проблемы, пока не стало слишком поздно.
Из-за людей пространство вокруг Земли заполняется мусором. Десятки лет освоения космоса, начавшиеся с запуска спутника в 1957 году стали причиной появления на орбите обломков разгонных блоков, фрагментов обшивок и тысячи спутников, многие из которых давно не функционируют. На высоких скоростях все это носится прямо над атмосферой Земли. А поскольку космическая отрасль бурно развивается, на орбиту запускают все больше и больше объектов, их скопление постоянно увеличивает вероятность катастрофических столкновений на орбите. Ученых беспокоит, что неконтролируемая цепная реакция этих столкновений с сопутствующим дроблением дрейфующих фрагментов однажды может заполнить земную орбиту таким количеством мусора, что космос станет буквально непригоден для использования человеком.
Именно поэтому ведущие мировые космические агентства и некоторые коммерческие компании взялись за решение проблемы космических отходов, начиная с вооруженного гарпунами и сетями космического мусоросборника и заканчивая гигантским облаком металлической пыли. Одно решение предлагают вот уже много лет, и это лазеры. Потому что, если проявить творческий подход и начать решать проблему прямо сейчас, то еще можно успеть, пока не стало слишком поздно.
Большая часть окружающих Землю объектов промышленного происхождения находятся здесь, на так называемой низкой околоземной орбите. Здесь располагаются все спутники связи и космические корабли, включая МКС. Здесь же летает огромное количество космического мусора. Чем больше объектов окажется в космосе, тем больше шансов, что они столкнуться друг с другом, развалятся на части и их обломки приумножат количество космического мусора. Всего несколько таких событий — и общее количество вращающихся вокруг Земли объектов резко возрастет. Так было в 2009 году, когда заброшенный российский спутник случайно столкнулся с коммерческим и разлетелся на тысячи фрагментов. А в 2007 году Китай намеренно уничтожил один из своих спутников в рамках испытаний оружия, в результате чего также образовались десятки тысяч обломков разного размера.
Теоретический каскадный эффект, названный "синдромом Кесслера", — понятие, введенное в 1970х, — предупреждает, что в случае достаточного количества подобных инцидентов фрагменты могут спровоцировать неконтролируемое количество катастрофических столкновений, увеличивая мусорное поле вокруг Земли в геометрической прогрессии. Однако исправить дело все еще не поздно, и есть несколько способов как это сделать.
Чтобы избавиться от основной части космического мусора, нужно замедлить его движение настолько, чтобы он мог упасть с орбиты в атмосферу, где благополучно сгорит и исчезнет. Но фрагменты разного размера требуют и разного подхода. Самые большие из них имеют диаметр более 10 см и включают космические аппараты и их крупные обломки. Они достаточно велики, чтобы их можно было отслеживать с Земли. Ученые уже заняты разработкой крошечных космических кораблей, которые смогут добраться до этих фрагментов и замедлить их, направив в сторону атмосферы для последующего сгорания.
Над этой технологией совместно с мировыми космическими агентствами работают коммерческие компании вроде европейской ClearSpaceи японской Astroscale. По их словам, технология "уборки" крупного космического мусора может быть доступна нам уже в следующем десятилетии.
Две другие категории фрагментов возникают в основном в результате взрывов и столкновений. Их количество можно назвать лишь приблизительно, поскольку у нас до сих пор нет надежных технологий для отслеживания кусков диаметром менее 10 см. К мельчайшим частицам относятся кусочки краски и металла, которые, несмотря на размер в доли миллиметра, регулярно наносят незначительные повреждения обшивке космических аппаратов.
На данный момент у ученых есть два варианта их устранения. Первый — это орбитальный уборочный аппарат для отлова или замедления частиц мусора с последующим спуском с орбиты. Но такой подход — по крайней мере, с точки зрения НАСА — обойдется чересчур дорого. Другим, более экономически выгодным решением было бы выпустить поверх обломков облако вольфрамовой пыли с тем, чтобы она их утяжелила и увлекла в сторону атмосферы, где они сгорят. Однако, с другой стороны, сброс 20-тонного облака пыли тяжелого металла на орбиту Земли может в итоге способствовать загрязнению космоса. В общем, никто еще ничего не пробовал.
На сегодняшний день идеи с уборочным аппаратом и вольфрамовой пылью нельзя, вероятно, назвать практичными. Но для второго класса обломков есть еще одно решение. Они вообще представляют собой уникальную проблему, потому что мусор размером от 1 до 10 см слишком мал, чтобы его можно было отследить, но достаточно велик для нанесения серьезного ущерба. Всего один фрагмент в один сантиметр, движущийся со средней скоростью 7 км/с, обладает достаточной мощью, чтобы вывести из строя целый спутник. В НАСА провели анализ и выяснили, что акцент на этом диапазоне частиц мусора принесет максимум пользы в процессе решения общей проблемы. И именно здесь на помощь приходят лазеры.
Лазеры могут направлять энергетический луч и воздействовать на объект без вступления с ним в физический контакт. Их можно использовать, чтобы вытолкнуть быстро движущийся кусок мелкого мусора с его орбиты, отбросив либо на более высокие и менее переполненные уровни, либо вниз, в сторону атмосферы Земли. Этот метод иногда называют "лазерной метлой".
Наземная лазерная установка была предложена еще в 1996 году в рамках проекта НАСА "Орион". Проведенный агентством анализ соотношения затрат и результатов методов удаления космического мусора в 2023 году показал, что наиболее экономически выгодным для решения проблемы фрагментов размером от 1 до 10 см будет именно лазерная система наземного или космического базирования.
Но удаление мусора — не единственный способ справиться с проблемой. В хартии Европейского космического агентства под названием "ZeroDebris" ("Ноль мусора"), предложенной в июне 2023 года, особое внимание уделяется предотвращению образования нового мусора в будущем. В частности, речь идет о проектировании таких спутников, которые после завершения миссии самостоятельно войдут в атмосферу Земли, а не останутся дрейфовать вокруг нее. В сентябре 2022 года Федеральная комиссия по связи США ввела новое пятилетнее правило, согласно которому американские космические корабли, выведенные на низкую околоземную орбиту, должны самостоятельно покидать ее в течение пяти лет по окончании миссии.
Подобного рода усилия — это лишь начало, но, по прогнозам, сочетание усилий по восстановлению и смягчению последствий повлечет серьезный прогресс в борьбе с проблемой космического мусора.
