Космический мусор вокруг земли: источники возникновения его на орбите, реальная угроза для планеты и пути решения

Когда в космос вышел первый объект, началась новая эра технологий, но вместе с тем появился еще один источник угрозы для планеты. После этого в околоземное пространство стало стремительно засоряться. Мелкие частицы и целые узлы механизмов постоянно находятся на орбите. Это приводит к негативным последствиям, несмотря на то, что некоторая часть обломков постепенно сгорает. Оставшийся в свободном пространстве космический мусор создает препятствия, из-за которых однажды станет невозможно использовать околоземную орбиту. Это значит, что отходы на высоте тоже причиняют неудобства, как и те, что образуются на Земле, но проблемы по специфике разные.

Космический мусор – это: определение, его распределение по трем орбитам

Космический мусор представляет собой естественное следствие функционирования, эксплуатации техники в свободном пространстве на орбитах Земли. При обычных условиях оборудование служит дольше, не распадается на микрочастицы. Однако в космосе техника постоянно подвергается воздействию внешних факторов: космического излучения, микрометеоритов и др. Как результат, могут происходить негативные процессы. Например, повреждаются механизмы, случаются взрывы, отделяются куски земных материалов от запущенных объектов.

Данное понятие объединяет абсолютно все искусственные предметы, находящиеся на орбите, которые чаще всего неисправны, а порой образуются случайно, будучи рабочими. Они находятся на разной высоте. Это влияет на степень вреда, причиняемого таким мусором. Основные зоны его нахождения:

• низкая околоземная орбита, высота до 1 тыс. км: используется человеком чаще всего, но здесь мусор сгорает быстрее, хотя образуется также стремительно;
• геостационарная орбита: высота 36 тыс. км, по количеству мусора находится на 2 месте;
• солнечно-синхронные орбиты: наиболее высокая зона, здесь содержится меньше отработанных материалов, но они сохраняют структуру на протяжении более длительного периода – многих тысяч лет, что обусловлено незначительным воздействием атмосферы, оказывающей тормозящий эффект на подвижные предметы.

Источники и причины образования мусора в космосе. Историческая важность мусора для потомков

Отработанные изделия, материалы – весь этот мусор на орбите появляется неслучайно. Он образуется вследствие работы механизмов, которые направляются в космос людьми. Источники:

• обломки спутников, остающиеся после взрыва;
• разгонные блоки, ступени ракет;
• части покрытий объектов, запущенных в космос (остаются при взрыве и столкновении с космическими телами);
• радиоактивные материалы, изделия, находящиеся на борту летательных аппаратов;
• геостационарные объекты.

Кто виноват в засорении космоса

С момента, когда люди начали осваивать космическое пространство (с 1957 г.), было запущено более 15 тыс. аппаратов разного назначения. Это общее количество техники, которая отправлялась на протяжении всего периода вплоть до последних дней разными странами. Причем источником являются преимущественно сверхдержавы:

• Китай – 40%;
• США – 27,5%;
• Россия – 25,5%.

Остальные страны продуцируют намного меньше утиля – до 7%. Кроме того, существуют разные мнения. Например, в 2014 г. проводилась примерная оценка количества мусора в космическом пространстве. С учетом полученных результатов первые места распределились иначе:

• Россия – 39,7%;
• США – 28,9%;
• Китай – 22,8%.

При этом источниками засорения околоземного пространства могут быть и прочие государства. В этой схеме они также занимают последние позиции. Количество производимых ими отходов не превышает 8,6% на всех.

Крупные источники засорения за всю историю освоения

Опасность космического мусора заключается в том, что он может образоваться уже на орбите. Причина – нарушение процессов в основных узлах летательного аппарата, механическое повреждение при столкновении. Как раз этот фактор сыграл свою роль при образовании мусора из наиболее крупных источников:

• взрыв китайского спутника (2007 г.);
• столкновение 2 объектов (2009 г.);
• запуск ракеты на территории Индии (2003 г.).

В первом случае образовалось 150 тыс. осколков, во втором – 200 тыс. Намного меньше частиц осталось при запуске индийского объекта – 300 ед. Но они были увесистые. Кроме того, эти части материалов высвободились на сравнительно небольшой высоте – 800 км.

Классификация космического мусора

Обломки на околоземной орбите отличаются по свойствам. Однако точно определить состав материалов сложно. По этой причине ключевым параметром классификации является их размер:

• крупный мусор в космосе: спутники, ступени ракет;
• средний: зонды, запускаемые в космическом пространстве, отходы, которые образуются при эксплуатации оборудования;
• мелкий: частицы краски и оболочки аппаратов.

Объем мусора на орбите в цифрах

Точно подсчитать количество отработанных материалов сложно. Ориентировочное количество – 5 тыс. т. Столько движется частиц и кусков механизмов, а также прочего мусора на орбите Земли. Их количество с учетом размеров:

• менее 1 мм – 130 млн ед.;
• менее 1 см – 900 тыс.;
• от 10 см и более – 34 тыс.;
• более 1 м – 5,4 тыс.

Опасность космического утиля

Образовавшийся мусор на орбите – частицы и крупные куски материалов, которые более невостребованы. Это опасные предметы, которые могут вести себя по-разному в зависимости от условий. Часть сгорает, чему способствует атмосфера. Но на это может уйти до 3 лет. Тем временем образуется намного больше отходов.

Угроза столкновения для работающих спутников

У каждого аппарата в космосе свой путь. Причем в этой среде особенно сильно оказывает воздействие инерционное движение. Если при таких условиях произойдет столкновение аппарата с одним из тел (крупным куском материала), траектория спутника изменится, что приведет к столкновению с другим объектом. Это результат внезапного отклонения от первоначального пути движения под воздействием внешнего фактора.

Исторические случаи столкновения

Однажды произошло столкновение крупных аппаратов – Iridium 33 и «Космос-2251». Как результат, образовалось столько отходов, что их количество составило 1/3 часть всего космического мусора. Это обусловлено существенной массой каждого аппарата. Например, «Космос-2251» весил 900 кг, Iridium 33 – 600 кг. Причем оставшиеся после столкновения детали очень крупные.

Эффект синдром Кесслера

Ранее представитель (консультант) NASA Дональд Кесслер выдвинул гипотезу. Он предполагал, что со временем космическое пространство будет сильно загрязнено. Это не позволит полноценно использовать его, что приведет к остановке развития космической сферы. Кроме того, вокруг Земли уже сейчас много мусора. Если его станет больше, это может привести к столкновению обломков. Когда каждый из кусков отходов столкнется с другим, это вызовет цепную реакцию. Причем дальнейшее развитие событий предсказать сложно.

Опасность для Земли и обитателей планеты

Предполагается, что если произойдет столкновение большого количества мусора, они разрушатся. Как результат, образуется множество частиц. Пространство над Землей будет покрыто ими. Кроме того, отмечают риск прохождения крупных кусков материалов через атмосферу.

Отслеживание космического мусора

Для контроля движения отработанных изделий, кусков материалов используют разные технологии. Среди зарубежных наибольший вклад в эту сферу внесли организации: EKA, NASA. Обсерватории на базе университетов также занимаются исследованием данного вопроса.

Военная система СПРН в России

СПРН – система предупреждения о ракетном нападении. Используется для определения наземной угрозы, а также обнаруживает ракеты сразу после старта. Для этого используются космические аппараты, расположенные на высоких орбитах Земли.

Специальные экраны для защиты космических аппаратов

Среди прочего активно развивается направление, позволяющее обезопасить объекты, находящиеся в космосе. Это позволило увеличить период эксплуатации космических аппаратов, т. к. они подвергаются воздействию множества негативных факторов. Наиболее агрессивным является ионизированное излучение. Защищает от него слоистый экран, благодаря которому повышаются радиационно-защитные свойства.

Профилактика и уборка, как основные способы решения проблемы захламления

Предупредить или хотя бы снизить интенсивность загрязнения космоса можно и другими способами. Основные пути решения:

• уборка мусора;
• разработка усовершенствованных конструкций аппаратов для снижения количества отделяемых частиц, предметов.

Способы уборки космического мусора: проекты на бумаге

Вопрос поиска способа, который бы позволит очистить космическое пространство, все еще сохраняет актуальность. Но пока ни один из вариантов не реализован из-за высоких затрат, а также сложности или недостаточной эффективности. Рассматриваемые сегодня возможности:

• гарпун и невод: проблема космического мусора может быть решена с помощью аппаратов, подобных RemoveDEBRIS, который был испытан и даже дал некоторые результаты (уловил обломок аппарата), принцип действия основан на удалении отработанных материалов с помощью подобия гарпуна или сети;
• лазеры: теоретически должны сжигать мусор, изменять скорость перемещения обломков, другого крупного мусора, а также траекторию отработанных материалов, но пока расчетная стоимость такого аппарата слишком высокая (до 10 млн $);
• воздушные шары для мусора: ведется разработка проекта GOLD System, при этом предполагается, что обломки будут тормозиться благодаря шару, который должен обволакивать объекты;
• буксир с солнечным парусом: разработка HybridSail все еще продолжается, принцип действия аппарата основан на использовании подобия буксировочного троса для захвата и удаления обломков, а для их перемещения предполагается применение своеобразного паруса;
• вольфрамовый веник на орбите: создается слой, состоящий из материала, который отличается высокой плотностью, более тяжелый, чем мелкие частицы на околоземной орбите, для этого необходимо распылить частицы вольфрама, они будут тормозить обломки;
• реактивный буксир-самоубийца: предполагается использование специальных аппаратов, которые будут улавливать отходы, затягивать в слой атмосферы, после чего сами уничтожатся;
• орбитальный мусоровоз: изучается возможность переработки отходов прямо в космическом пространстве, что позволит получить доступ к вторичному сырью;
• глобальные планы по очистке Вселенной от SpaceX: теоретически ракета Starship могла бы применяться для сбора и переработки космического мусора.

Затопление российской станции «Мир» как первый шаг к очищению космоса

Ранее часто используемая космическая станция «Мир» была затоплена в 2001 г. в Тихом океане. Этому способствовало снижение ее функциональности, увеличение частоты сбоев. Такой агрегат нельзя было оставлять в космосе, т. к. его габариты слишком большие (длина 19 м, ширина 31 м). Со временем станция могла стать источником огромного количества мусора.

Меры профилактики

Чтобы уменьшить скорость образования отходов в космическом пространстве, следует рассмотреть возможности:

• утилизация КА;
• увеличение маневренности аппаратов, что позволит снизить риск их столкновения с космическими телами, другим мусором;
• разработка более легких, компактных аппаратов, запускаемых в космос.

Деньги – основная проблема реализации программ очистки космоса. Переработка мусора в космосе

Недостаточное финансирование является основным камнем преткновения в решении проблемы очистки космического пространства, т. к. требуются средства на разработку, испытания, а затем и внедрение идеи.

Любопытные факты о космическом мусоре

Не все знают, насколько много обломковостается за пределами Земли. При сравнении реальных фото 60 лет назад и сейчас можно увидеть существенную разницу. Интересные факты:

• начало тотального загрязнения положено в XXI в., когда произошло крушение нескольких крупных объектов (включая китайский спутник в 2007 г.);
• до сих пор обнаруживается мусор, образовавшийся в 1980-х гг.;
• причина серьезного повреждения шаттла «Челленджер» – микрочастица (песчинка);
• сложность на старте полета – мусор на орбите, из-за чего аппаратам приходится маневрировать, что уже сейчас создает серьезные сложности, не говоря о ближайшем будущем, когда мусора станет намного больше;
• на разработку большинства способов очистки космического пространства будет затрачено минимум 20 лет.

Видео: как за 60 лет из космоса сделали свалку

Мнение экологов

Бурцев О. П.

Специалист-эколог

Задать вопрос

Несмотря на малые возможности в сфере уборки космоса от образовавшихся обломков, все же кое-что мы можем сделать. Затопление станции «Мир» позволило избежать высвобождения многомиллионного количества мусора. По возможности следует поступать также с другими нефункционирующими объектами.

Складовская Е.Н.

Эколог

Задать вопрос

Пока риск падения космического мусора за Землю составляет 1 на миллиард. Однако, учитывая высокую скорость загрязнения пространства, уже через несколько десятков лет вероятность травмирования при падении обломков спутников, ракет возрастет многократно.