По мнению Джер-Чи Лиу и Николаса Джонсона, отвечающих в Центре пилотируемых космических полетов в Хьюстоне (штат Техас) за программу исследования проблем космического мусора, технологии, позволяющей создать «космический пылесос», пока не существует.
Самовоспроизводящиеся отходы
Разрушению подвергается половина всех космических аппаратов и ракетных ступеней
В настоящее время в околоземном космическом пространстве находится более 8000 фрагментов космических аппаратов размером более 10 см и несколько миллионов частиц в 1 см и менее. За всеми этими фрагментами ведется постоянное наблюдение, начиная с запуска первого искусственного спутника Земли в 1957 году и по настоящее время. Самый старый из существующих ныне объектов на околоземных орбитах – спутник Vanguard 1, запущенный NASA 17 марта 1958 года.
Наблюдение за этими объектами производится как с помощью радиолокационных станций (РЛС), так и с помощью специальных оптических систем. Только около 6% из них – действующие космические аппараты (КА). Около 22% объектов прекратили функционирование, 17% представляют собой отработанные верхние ступени и разгонные блоки ракетоносителей, и около 55% – обломки.
Фрагменты размером от 10 до 30 см заносятся в специальные каталоги, в которых указываются орбиты, их вес, форма, физические особенности и время существования на орбите. Каталоги ведутся в NASA и Росавиакосмосе. Наиболее полным является каталог NORAD. Но проблема состоит в том, что все это «богатство» имеет свойство саморазмножаться.
Например, разгонные блоки ракет-носителей и орбитальные двигатели спутников иногда взрываются – детонируют остатки самовоспламеняющегося ракетного топлива, а военные спутники, оснащенные секретной аппаратурой, иногда сознательно подрывают на орбите.
Анализ каталога разрушений космических объектов, составленного в Космическом центре им. Джонсона (США), показывает, что за период с октября 1957 года по декабрь 2003 года произошло около 180 таких разрушений. При этом почти три четверти случаев разрушений приходится на долю наших объектов – советских и российских.
Объясняется это очень просто – СССР и Россия осуществляли наибольшее количество запусков. Кроме того, наши орбитальные ракетные ступени и космические аппараты технологически несовершенны с точки зрения предотвращения их взрывов в пассивном полете.
Разрушению подвергается половина всех космических аппаратов и ракетных ступеней. Дефрагментация обломков происходит также от столкновений их друг с другом и с микрометеорами – космической пылью, которую собирает притяжение Земли. Количество таких микрообломков достаточно неопределенно и по разным расчетам колеблется между 60 и 100 тыс. штук. Именно они и представляют наибольшую опасность.
Бронированная МКС
Чешуйка краски размером менее миллиметра попала в иллюминатор американского челнока Challenger |
Казалось бы, какой вред от невесомых пылинок? Ведь столкновение с массивными объектами представляет куда большую опасность. Это утверждение верно лишь отчасти. Как было сказано выше, крупные объекты более-менее известны и каталогизированы.
Благодаря этому во всех пяти случаях, когда «Шаттлам» и «Союзам», причаливавшим к Международной космической станции (МКС), грозило столкновение с крупными фрагментами космических аппаратов, этого удалось избежать за счет заблаговременно совершенных маневров уклонения.
Кроме того, с той же целью три-пять раз в год производится коррекция орбиты МКС. Однако предупредить экипаж пилотируемого КА об опасности столкновения с объектом менее 1 см нет возможности, корабли не оснащаются пока специальными радарами, а заметить такую пылинку визуально практически невозможно.
Хорошо известен случай, когда в июле 1983 года чешуйка краски размером менее миллиметра попала в иллюминатор американского челнока Challenger, в результате чего образовалось углубление диаметром 2,4 мм и примерно такой же глубины.
Дело в том, что большинство подобных объектов имеют высокие скорости (до 10 км/с), а следовательно, они обладают высокой кинетической энергией. Для сравнения: крупнокалиберная бронебойная пуля имеет диаметр 12,5 мм и длину 10 см и движется со скоростью до 1,5 км в секунду.
Аналогичные по размерам орбитальные частицы искусственного происхождения могут столкнуться со станцией на скорости до 15 км/с (при сложении встречных скоростей), и это учитывая, что обшивка МКС отнюдь не бронированная. Такая «дробинка» способна пробить слона навылет.
Торможение в атмосфере
Международная космическая станция |
Для того чтобы помочь коллегам конкретными данными, Николас Джонсон задумал провести на МКС эксперимент. На станции будет установлен уникальный детектор орбитального мусора. Площадь создаваемой «ловушки» составляет 10 кв. м. Она будет выполнена из так называемого аэрогеля – самого легкого из твердых материалов, а также набора датчиков, фиксирующих в режиме реального времени попадание частиц космического мусора.
В создании «мусоросборника» принимали участие и российские компании. Предполагается, что это устройство будет установлено на МКС через два года, сообщил Джонсон. Для этой операции потребуется выход членов экипажа станции в открытый космос.
Не исключено также использование механической руки-манипулятора. Детектор прослужит на МКС в течение года, а затем возвратится на Землю для более подробных исследований. В России работы по исследованию влияния космического мусора на безопасность космических полетов ведутся в Московском государственном университете им. М. В. Ломоносова, в международной корпорации «Вымпел», а также в других организациях Российской академии наук и Российского авиационно-космического агентства.
Буквально месяц назад исследованиям подвергся российский космический аппарат АУОС-СМ («Коронас-Ф»), завершивший жизненный цикл 6 декабря прошлого года. Дело в том, что на заседании управляющей группы Межагентского координационного комитета по космическому мусору 18 октября 2005 года в городе Фокуока (Япония) этот КА был определен в качестве объекта для проведения тестовой кампании по его сопровождению при сходе с орбиты.
В эти дни специалисты многих стран работали над главным вопросом – траекторией падения космического аппарата. Изучались обломки, которые достигли поверхности Земли, однако главным был вопрос о наиболее эффективных методах разрушения КА путем аэродинамического торможения в атмосфере. По мнению наших ученых, лишь такой способ прекращения жизненного цикла космических объектов обеспечивает в настоящее время «безотходность» космических полетов.