«ДТП» на орбите: как ближний космос становится помойкой

Пентагон 10 февраля 2009 года зарегистрировал над Сибирью первое в истории столкновение искусственных спутников Земли. «ДТП» устроили американский Iridium-33 и российский «Космос-2251». Сегодня на околоземных орбитах движутся сотни тысяч объектов, и никто не знает как там навести порядок.

В Советском Союзе в 1980 годы был популярен анекдот: «Метеорит врезался в американский космический корабль Shuttle. Экипаж советского метеорита представлен к государственным наградам». 

Долгое время к риску столкновения на околоземных орбитах серьезно не относились. Специалисты считали такую угрозу маловероятной. Ровно десять лет назад соответствующие службы видели, что американский спутник Iridium-33 и российский военный аппарат «Космос-2251» на огромной скорости летят навстречу друг другу. Но математическое моделирование показало, что спутники разойдутся на расстоянии 500-600 метров. Не разошлись.

Облако обломков

И Россия, и США прозевали ЧП. Если российский «Космос» был выведен из строя еще в 1995 году, то американский Iridium оставался работоспособным и ему могли изменить траекторию, чтобы избежать столкновения.

Сразу после столкновения NASA заявило о риске попадания обломков на соседние орбиты, в том числе траекторию движения Международной космической станции (МКС). Представители российского Центра управления полетами тогда придерживались более оптимистичного прогноза. По их мнению, обломки спутников не могли угрожать МКС, поскольку столкновение произошло на высоте 805 километров, а станция находится на высоте в 350 километров.

Американцы оказались правы. 13 января 2012 года был проведен маневр по уклонению Международной космической станции от обломка спутника Iridium-33, который должен был пройти в опасной близости от МКС.

Траектории движения

Движение искусственных спутников Земли осуществляется по строго заданным орбитам. Они отличаются удаленностью от земной поверхности, наклоном траектории и направлением вращения. Выбор орбиты зависит от предназначения космического аппарата. Первый выход и первое ЧП: космическая история СССР

МКС и другие пилотируемые корабли движутся по низкой околоземной орбите (НОО). Ее пределы покидали лишь американцы, совершая путешествия к Луне по программе Apollo. НОО обеспечивает ближайшую к поверхности Земли траекторию высотой 160-2000 километров. На этой орбите работают также военные разведывательные спутники и аппараты зондирования земной поверхности и атмосферы.

Спутники связи, в том числе используемые для трансляции телесигнала, используют геостационарную орбиту (ГСО). Она так называется потому, что движущийся по ней аппарат остается неподвижным относительно земной поверхности. Спутник на орбите как бы висит в небе неподвижно. Высота ГСО строго ограничена — около 35 900 километров.

Высокой эллиптической орбитой (ВЭО) называют траекторию, высота которой в перигее (ближайшая точка к Земле) в несколько раз меньше, чем в апогее (самая дальняя точка). Столь вытянутая траектория позволяет передавать сигнал на очень большую территорию. Поэтому ВЭО используют системы глобального позиционирования — GPS, ГЛОНАСС.

Кладбища для спутников

Когда космические аппараты отрабатывают свой ресурс, их «хоронят» двумя способами. Спутники, работающие на высоких орбитах, выталкивают подальше в космос. Для них созданы так называемая орбита захоронения. Туда же стараются отправить аппараты с ядерными энергетическими установками.

На «кладбищенской» орбите спутники могут находиться практически вечно, не затормаживаясь о земную атмосферу и не разрушаясь на фрагменты. Место там более чем достаточно для многих и многих тысяч аппаратов. Проблема в том, что для такого захоронения спутник должен быть специально сконструирован, иметь отдельный двигатель и запас топлива, а это серьезно повышает его стоимость.

Для аппаратов, работающих на низких орбитах, уготовлена другая участь. Их медленно выводят с траектории и тормозят о плотные слои атмосферы. Если аппарат невелик в размере, он полностью сгорает. Большие спутники разрушаются и их обломки топят в мировом океане. Для этого специально выбрано место вдали от суши и судоходных путей. Это «кладбище» называется точкой Немо. Со станцией «Мир» утонула эпоха. ФОТО

В точке Немо, находящейся в самом центре Тихого океана в 3600 километрах от западного побережья Чили и в 4800 километрах от восточных берегов Новой Зеландии, затоплено более 260 космических аппаратов. Здесь же, вероятно, найдет свое последнее пристанище и МКС.

Но оба этих типа «захоронения» подходят только для работоспособных спутников. Большое же количество аппаратов часто неверно выводятся на орбиту, теряют управление или просто ломаются. И тогда они становятся космическим мусором.

Синдром Кесслера

Со времени запуска первого искусственного спутника на околоземных орбитах осталось огромное количество космического мусора. Это отслужившие свой срок спутники, отработанные ступени ракет и разгонные блоки, обломки разрушившихся аппаратов.

В 1978 году исследователь NASA Дональд Кесслер сформулировал принцип, согласно которому чем больше объектов на орбите, тем больше вероятность их столкновения. Врезались два объекта, образовалось большое количество осколков, каждый из которых в результате последующего соударения образует другие обломки и так далее. Запускается цепная реакция.

Коварство синдрома Кесслера заключается именно в этом эффекте домино. И нет значения — большие или маленькие объекты множатся на околоземных орбитах. Даже сантиметровый фрагмент, летящий со скоростью 11 километров в секунду, имеет энергию разогнавшегося до 100 километров в час грузовика.

В итоге, по Кесслеру, засорение околоземной орбиты мусором приведет к полной непригодности ближнего космоса для практического использования. И реального решения проблемы пока нет. Все предлагаемые методы борьбы с космическим мусором фантастичны.

Цепная реакция

«На начало июля 2018 года на орбите Земли находится примерно 7200 тонн космического мусора. Около 3200 тонн оставили запуски и обломки американских ракет и зондов, 1700 принадлежат России и СССР, еще 900 и 450 тонн — Европе и Китаю. Все остальные страны произвели около 950 тонн мусора», — приводит РИА Новости слова астрофизика из Гарвардского университета Джонатана Макдауэлла.

С момента распада СССР, как отмечает Макдауэлл, масса космического мусора на орбите Земли более чем удвоилась, поднявшись с отметки в 3500 тонн до 7200 тонн. Примерно 40% его составляют фрагмент отработанных ступеней ракет-носителей, а еще 40% приходится на обломки сломанных или отключенных спутников.

Остальные 20% приходятся на различные объекты пока неясного происхождения. Их источником могут быть обломки китайского погодного спутника FY-1C, уничтоженного противоракетой в ходе испытаний «космического оружия», а также на фрагменты российского спутника связи «Космос-2251» и зонда Iridium-33, которые, возможно запустили цепную реакцию по Кесслеру.