«Мы приближаемся к ситуации, которой всегда боялись»
Когда в ноябре космический мусор направился к Международной космической станции, семь человек на борту приготовились. Российский космический корабль, прикрепленный к МКС, запустил свои двигатели на пять минут, слегка изменив траекторию полета станции и переместив лабораторию размером с футбольное поле в безопасное место. Если бы станция не изменила курс, обломки могли бы пройти в пределах 4 километров от ее орбитальной траектории, согласно данным НАСА. Столкновение с космической станцией могло бы быть катастрофическим. Столкновение могло привести к разгерметизации сегментов станции и вынудить астронавтов и космонавтов вернуться домой.
Что еще более тревожно: потенциальное воздействие не было таким уж необычным, отмечает CNN. Международной космической станции приходилось совершать подобные маневры десятки раз с момента ее первого развертывания в ноябре 2000 года, и риск столкновений растет с каждым годом по мере увеличения числа объектов на околоземной орбите.
Эксперты по космическому транспорту уже много лет бьют тревогу по поводу этой проблемы. Более ранние столкновения, взрывы и испытания оружия привели к появлению десятков тысяч обломков, которые отслеживают эксперты, и, возможно, еще миллионов, которые невозможно увидеть с помощью современных технологий.
И хотя риски для астронавтов могут быть серьезной проблемой, орбитальные напряжения также представляют опасность для спутников и космических технологий, которые мы используем в повседневной жизни, включая приборы GPS и некоторые широкополосные, высокоскоростные интернет-услуги и телевизионные услуги.
«Количество вещей, которые мы запустили в космос за последние четыре года, возросло в геометрической прогрессии», — сказал доктор Вишну Редди, профессор планетологии в Университете Аризоны в Тусоне. «Таким образом, мы приближаемся к ситуации, которой всегда боялись». <стр>Событие, о котором говорил Редди, — это гипотетическое явление, называемое «синдромом Кесслера», объясняет CNN. Названный в честь американского астрофизика Дональда Кесслера и основанный на его статье 1978 года, синдром Кесслера — как этот термин используется сегодня — нечетко определен. Но эта фраза вольно описывает сценарий, в котором мусор в космосе запускает цепную реакцию: один взрыв отправляет столб мусора, который, в свою очередь, врезается в другие космические объекты, создавая еще больше мусора. Каскадный эффект может продолжаться до тех пор, пока орбита Земли не будет настолько забита мусором, что спутники станут неработоспособными, а исследование космоса придется полностью остановить.
Исследователи расходятся во мнениях относительно текущего уровня риска и того, когда именно перегруженность космоса может достичь точки невозврата.
Но, согласно интервью CNN с учеными и экспертами по космическим двигателям, существует широко распространенный консенсус в одном: космические двигатели — это серьезная проблема, которую необходимо решать срочно.
Как часто объекты сталкиваются в космосе? По данным Европейского космического агентства, с момента зарождения космических полетов в 1957 году произошло более 650 «фрагментаций, взрывов, столкновений или аномальных событий».
Эти инциденты включали в себя случайные столкновения спутников друг с другом, неожиданные взрывы деталей ракет и космических аппаратов, а также испытания оружия такими странами, как США, Россия, Индия и Китай, которые отправляли обломки в полет на разных высотах в орбита.
Например, Россия запустила ракету по одному из своих спутников в ходе испытания оружия в 2021 году, в результате чего образовалось более 1500 отслеживаемых фрагментов мусора, утверждает CNN.
Последнее крупное случайное столкновение двух космических объектов произошло, по данным CNN, в феврале 2009 года, когда неисправный российский военный спутник «Космос 2251» врезался в Iridium 33, активный спутник связи, эксплуатируемый американской телекоммуникационной компанией Iridium. В результате события образовалось огромное облако из почти 2000 фрагментов мусора диаметром около 10 сантиметров и тысяч более мелких фрагментов.
Менее масштабные события, подобные этим, также обычны: например, метеорологический спутник ВВС США развалился на орбите 19 декабря, создав не менее 50 новых фрагментов мусора, сообщила в понедельник компания LeoLabs, которая отслеживает объекты в космосе. Это было всего лишь последнее из четырех событий «фрагментации» за последние несколько месяцев, которые создали более 300 новых фрагментов мусора.
Для тех, кто управляет спутниками, космическая перегруженность может быть кошмаром. Типичный оператор спутника получает дюжину или более оповещений в день о возможных столкновениях.
Процесс отслеживания объектов на орбите, называемый космической ситуационной осведомленностью, включает в себя мониторинг возможных «стыковок» или близких столкновений между двумя объектами.
Но риски могут быть даже больше, чем может предсказать специалист по космической ситуационной осведомленности. В большинстве случаев объект должен быть больше теннисного мяча, чтобы его можно было отслеживать. Другие объекты слишком малы, чтобы отражать свет, или находятся в отдаленных областях орбиты, которые трудно наблюдать напрямую.
«Даже с самыми передовыми датчиками существуют ограничения на то, что можно надежно «увидеть» или отследить, а более мелкий космический мусор часто невозможно отследить», — говорит Боб Холл, директор специальных проектов в COMSPOC Corp., компании, занимающейся программным обеспечением для космических двигателей.
Но небольшие объекты все еще могут представлять серьезную угрозу. На орбите объекты вращаются так быстро, что даже капля краски может пробить металл, согласно NASA. Это означает, что любой мусор, оставшийся в космосе, вызывает глубокую обеспокоенность и может иметь катастрофические последствия.
Неясно, как именно может разыграться цепная реакция столкновений в космосе. Различные регионы околоземной орбиты имеют свои собственные уровни перегруженности и риска. Низкая околоземная орбита, которая простирается примерно на 2000 километров над поверхностью планеты, является самой перегруженной.
В этом регионе находятся две пилотируемые космические станции и огромные созвездия спутников, которые передают интернет — например, сеть из почти 7000 спутников Starlink компании SpaceX — для мониторинга погоды, производства сельскохозяйственных культур или анализа климата.
Если на низкой околоземной орбите произойдет серия взрывов, это может поставить под угрозу жизни астронавтов, остановить запуски ракет и уничтожить все спутниковые технологии.
Хорошая новость в этом сценарии, если таковая имеется, заключается в том, что катастрофические условия могут сохраняться в течение поколений: «У нас все еще есть некоторые остатки атмосферы на низкой околоземной орбите, поэтому у нас есть естественный механизм очистки», — говорит Кэролин Фру, доцент кафедры аэронавтики и астронавтики в Университете Пердью в Индиане.
На высоте около 500 километров объекты на орбите естественным образом упадут на Землю или распадутся в атмосфере в течение примерно 25 лет, говорит Фруэ, указывая, что поле мусора на таком расстоянии, скорее всего, не будет угрожать доступу будущих поколений в космос.
Но на более высоких орбитах картина быстро меняется. На высоте около 800 километров мусору потребуется не менее столетия, чтобы естественным образом покинуть космос. На расстоянии более 1000 километров этот процесс занял бы тысячи лет.
Это плохие новости для геосинхронной орбиты, области на высоте около 22 500 миль над поверхностью Земли, где размещены спутники связи стоимостью четверть миллиарда долларов, которые передают телевидение и другие услуги в каждый уголок земного шара.
Фильм «Гравитация» 2013 года перенес идею синдрома Кесслера на большой экран: удар российской ракеты по неработающему спутнику вызывает каскад столкновений, создавая облако обломков, которое уничтожает другие спутники и космические аппараты. Но в то время как драма в «Гравитации» разворачивалась в течение полутора часов, эксперты говорят, что сценарий синдрома Кесслера, вероятно, занял бы годы — или десятилетия — чтобы разыграться в реальной жизни.
А с тех пор, как фильм вышел более десяти лет назад, население на орбите быстро росло: тогда военные США отслеживали около 23 000 объектов, по сравнению с 47 000 сегодня.
Хотя продолжаются попытки вычислить, где, когда и как может возникнуть волновой эффект, это невыполнимая задача, отмечает Кэролин Фруэ.
«Как только мы начинаем предсказывать будущее, нам приходится делать предположения», — сказала Фруэ. «Каждая модель неверна, но некоторые из них полезны».
Модели неточны, поскольку даже у экспертов нет четкого представления о местоположении объектов на орбите. Объекты размером менее 10 сантиметров в основном невидимы. Более того, космическая погода может менять орбитальные траектории, что затрудняет точное предсказание того, как и куда попадет мусор, по словам доктора Томаса Бергера, директора Центра технологий космической погоды, исследований и образования в Университете Колорадо. Бергер выступил с докладом по этой теме 11 декабря на ежегодном собрании Американского геофизического союза в столице США.
Размер и форма кусков космического мусора также остаются загадкой. Поэтому для моделирования эффекта одного синдрома Кесслера аналитикам пришлось бы точно предсказать, как развалится спутник, как будет выглядеть каждый кусок мусора, куда он полетит и с каким другим объектом он может столкнуться следующим.
Учитывая, что «синдром Кесслера» не является мгновенным явлением, ученые спорят о том, может ли это явление уже происходить. Мысленный эксперимент Кесслера предлагает исследователям рассмотреть, приведут ли столкновения в космосе к появлению большего количества объектов на орбите, даже если все запуски ракет прекратятся. И неясно, достигнута ли эта точка.
В чем эксперты, похоже, сходятся, так это в том, что ситуация на орбите является проблемной. Никто из них не сказал, что, по их мнению, катастрофы определенно можно было бы избежать. По их словам, более вероятно, что количество мусора на орбите будет продолжать расти.
Есть два важных соображения, когда речь идет о предотвращении распространения мусора на орбиту Земли.
Одним из них является технология очистки: компании и правительственные инициативы спешат разработать способы удаления мусора с орбиты, такие как система увеличения сопротивления, разработанная Европейским космическим агентством и технологической компанией High Performance Space Structure Systems, или HPS GmbH.
Второй фактор — регулирование. Эксперты по космической политике годами отслеживают усилия по принятию новых международных руководств или национальных законов, направленных на предотвращение безответственных действий космических компаний или недобросовестных субъектов.
Некоторые усилия уже предпринимаются. В сентябре Организация Объединенных Наций приняла Пакт о будущем.
Документ, принятый государствами-членами, призывает страны «обсудить создание новых механизмов по борьбе с космическим трафиком, космическим мусором и космическими ресурсами в рамках Комитета по мирному использованию космического пространства».
Формулировка выглядит расплывчатой, и эксперты по космической политике отмечают, что Организация Объединенных Наций не имеет полномочий по обеспечению соблюдения.