25.04.2013 :: 12:29
В борьбе с космическим мусором
Дюссельдорф - Над нашими головами кружит неимоверное количество космических обломков. Наследие последних 50 лет угрожает спутникам и космонавтам. Компании по всему миру размышляют над тем, как можно очистить от мусора околоземное космическое пространство.
Отнюдь не каждый мусоровоз выкрашен в оранжевый цвет и источает запах дизеля. Чтобы обезопасить дорогостоящие спутники, нужны другие идеи. Даже самые небольшие объекты космического мусора могут привести к огромному ущербу. Компании по всему миру пытаются придумать меры для борьбы с этой проблемой. Они предлагают ловить космический мусор при помощи сетей, уничтожать его или направлять при помощи роботов в более безопасное место.
Эти идеи - лишь часть того, о чем будут говорить эксперты на четырехдневной конференции в Дармштадте, открывшейся в понедельник. «Мы больше не можем это откладывать. Мы должны вмешаться в этот вопрос и очистить космос», - говорит Хейнер Клинкрад (Heiner Klinkrad) из Европейского космического агентства (ESA) в Дармштадте. Для того, чтобы решить эту проблему, необходим обмен международным опытом.
За полвека космических полетов вокруг Земли скопилось огромное количество космического мусора. С момента запуска 4 октября 1957 года спутника, первого искусственного космического объекта, космические державы оставили покоиться в околоземном пространстве тысячи сателлитов, зондов и несметное количество высокотехнологического мусора.
Космические катастрофы
При каждом запуске ракеты в космос, в околоземное пространство попадают сброшенные ступени ракет, винты и другие мелкие объекты. Даже после отключения спутник продолжает свободно путешествовать по орбите. Околоземное пространство заполнено высокотехнологическим мусором. Проблема, решением которой занимаются ведущие эксперты, называется в научной среде «синдромом Кесслера». Речь идет об опасной цепной реакции. Космический мусор вращается вокруг земли с огромной скоростью. При столкновении двух объектов сила удара такова, что оба элемента распадаются на более мелкие частицы, создавая тем самым новые угрозы.
Консультант НАСА Дональд Кесслер (Donald J. Kessler) в 1978 году впервые открыл динамику пояса астероидов, в котором небольшие объекты постоянно сталкивались друг с другом. По предсказанию исследователя, и земля уже через 30 лет будет окружена «мусорным поясом». И действительно - ученые сегодня все с большей тревогой смотрят в небо.
«На данный момент на околоземной орбите находятся около 30 тысяч объектов размером от 10 сантиметров. Только 22 тысячи из них видны с земли и 16 тысяч каталогизированы», - говорит Хейнер Клинкрад. Количество объектов размером более 1 см исчисляется сотнями тысяч.
«Мы складировали в космосе значительную часть нашей инфраструктуры», - говорит исследователь. Коммуникационные спутники снабжают нас радио-, теле- и интернет-связью. Навигационные спутники призваны улучшать транспортное сообщение и логистику. Метеорологи в своих прогнозах обращаются к изображениям со спутников. И как раз-таки эти спутники находятся на так называемой геосинхронной орбите.
Геосинхронный спутник находится при каждом обороте вокруг земли в одной и той же точке. Поскольку таким образом гарантируется постоянная доступность, эта орбита наиболее плотно заполнена, за счет чего повышается риск столкновения с космическим мусором. Если спутник разрушается, страдает значительная часть человечества, не говоря уже о триллионном ущербе.
Часть космического мусора возникла во время военных испытаний оружия для борьбы со спутниками. Они нацелены на уничтожение вражеских спутников или других космических объектов путем тарана, обстрела или взрывов. В результате возникли десятки тысяч обломков, который исчезают крайне медленно. Последний подобный тест был проведен китайцами 11 января 2007 года на высоте около 850 километров над землей. В один лишь этот день было зафиксировано появление 2944 обломков, которые на протяжении десятилетий будут летать вокруг земли.
Даже миллиметровые частицы могут пробить скафандр
Из-за большой скорости полета опасность для спутников и космонавтики представляют не только крупные, но и самые маленькие частицы космического мусора.
«Десятисантиметровые объекты движутся на орбите со скоростю в 26 тысяч км/ч и развивают относительную скорость до 50 тысяч км/ч. При столкновениях освобождается энергия, которая может привести к катастрофическим последствиям», - говорит Клинкрад. При столкновении с объектом размером один сантиметр освобождается энергия, эквивалентная взрыву ручной гранаты. А миллиметровые частицы могут пробить скафандр.
«Если бы на орбите можно было нажать кнопку «Стоп», все выглядело бы не особо драматично», - говорит Клинкрад. Объекты находились бы на безопасном расстоянии в сотнях километров друг от друга. «Но элементы находятся в движении, и за счет этого возникает теснота», - отмечает эксперт.
В 1996 году французы лишились своего коммуникационного спутника Cerise, который столкнулся с обломком взорвавшейся ракеты Ariane, построенной по заказу ESA. На космическом телескопе Hubble также однажды были обнаружили пробоины, а в феврале 2002 года обломок космического мусора попал в МКС. Последнее запоминающееся столкновение произошло в феврале 2009 года, когда на высоте почти 800 километров американский коммуникационный спутник Iridium 33 столкнулся с российским разведывательным спутником «Космос 2251».
Методы борьбы
«В первую очередь мы хотим предотвратить ухудшение ситуации в околоземном пространстве, чтобы прогнозы Кесслера не сбылись. Еще одна проблема состоит в том, что при попадании космического мусора на орбиту из-за низкой плотности воздуха он может там находиться более 100 лет», - говорит Хейнер Клинкрад. «Сопротивление воздуха, необходимое для естественного падения объекта и, следовательно, выхода из космоса, практически отсутствует, - продолжает эксперт. - Чтобы взять ситуацию под контроль, необходимо избавляться от этой массы в околоземном пространстве».
То есть те, кто однажды стал причиной возникновения космического мусора, проявляют теперь активность. Для очистки космоса исследователи предлагают два решения - оборудовать отслужившие спутники и другие объекты небольшим двигателем для их вывода на орбиту, находящуюся на расстоянии более 35 тысяч километров от земли. Речь идет об орбитах захоронения. Объекты могут продолжать там свой полет и не возвращаются на прежнее «место проживания».
Для того чтобы попасть на эту орбиту спутнику необходимо дополнительное топливо, а это дорого. На килограмм полезного груза, транспортированного в космос, приходится около 15 тысяч долларов. В качестве альтернативного варианта продолжительность жизни спутников может быть продлена за счет обслуживания в космосе. В роли заправочных станций могут выступать такие системы, как DEOS - спутник-ремонтник, о возможном использовании которого дискутируют сейчас эксперты.
При помощи манипулятора спутник DEOS должен захватывать дефектные спутники и либо ремонтировать их, либо отгружать в более глубокие слои атмосферы, где они сгорают. Цена вопроса: 13 миллионов евро стоил в прошлом году министерству экономики ФРГ заказ на проектирование аппарата. Если этот проект будет реализован, расходы на изготовление спутника будут исчисляться трехзначными миллионными цифрами.
Сгореть в космосе
Другой способ избавления от космического мусора - направить опасные объекты в сторону Земли. На высоте от 600 до 800 километров над поверхностью Земли сопротивление воздуха увеличивается настолько, что продолжительность пребывания объектов на орбите значительно снижается. «Каждый день из космоса падает один или два объекта, так и не достигая поверхности земли», - говорит Клинкрад. При входе в атмосферу их скорость снижается, и в результате они сгорают.
Инженеры работают над этим вариантом, прибегая также к креативному подходу. Американская компания Star Tech по заказу исследовательского управления военного ведомства работает над системой, при помощи которой космический мусор отлавливается чем-то вроде сети. Аппарат Eddy питается солнечной энергией, за счет чего этот проект в финансовом плане весьма привлекателен.
Лазер защитит от мелких частиц
Однако атмосфера Земли не всегда пригодна для сжигания мусора. Если обломки довольно большие, нет гарантии, что они полностью сгорят в атмосфере и не обрушатся на землю. В 1978 году на территории Канады произошло падение обломков советского научного спутника «Космос 984» с ядерной установкой на борту. В результате неконтролируемого спуска зараженный материал упал на участок земли длиной 1000 км между озерами Бейкер-Лейк и Грейт-Слейв-Лейк. Поиски обломков спутника производились на территории площадью 124 тысячи квадратных километров. Чек на сумму 6 041 000 млн. канадских долларов был отправлен в СССР.
«В случае с «Космосом 954» было ясно, кто должен нести за это ответственность», - говорит Хейнер Клинкрад. Но в большинстве случаев падения заканчиваются благополучно. Как, например, в конце сентября 2011 года, когда фрагменты огромного американского спутника UARS рухнули в Тихий океан.
Сегодня МКС или спутники могут прибегать к щитам для отражения мчащихся в их сторону небольших обломков или попробовать от них уклониться, если объект настолько большой, что его можно заблаговременно увидеть. Так, в ноябре МКС была вынуждена незапланированно уклоняться от обломков американского спутника Iridium 33. На 6,5 минут были запущены двигатели, за счет чего траектория полета была поднята на примерно 500 метров. В общей сложности МКС прибегала к подобному маневру шесть раз.
Лавинообразное размножение
Орбита захоронения является решением только для относительно крупных объектов космического мусора. Для борьбы с более мелкими частицами исследователи из Немецкого аэрокосмического центра и Лазерной станции города Граца работают над созданием наземного лазера, импульсы которого определяют находящиеся в космосе частицы размером всего несколько сантиметров и измеряют расстояние до них. Устройство уже успешно прошло испытания. При помощи лучей лазера были обнаружены более 20 различных частей ракет на расстоянии от 500 до 1800 км.
«Эти усилия имеют решающее значение», - говорит Клинкрад. «Даже если космические исследования полностью прекратятся, уже находящиеся там 6,8 тысячи тонн космического мусора достаточны для того, чтобы происходило его лавинообразное размножение. В будущем это сильно осложнит космические полеты», - отметил эксперт.
Мейке Лоренцен, Томас Треш (Meike Lorenzen, Thomas Trösch) («Handelsblatt», Германия)
25 апреля 2013 г.
Источник: ИноСМИ | 
