Со дня первого полёта человека в космос прошло 60 лет. С тех пор люди побывали только на околоземной орбите и на Луне. В 60-е годы ХХ века все ожидали скорого начала полётов на другие планеты и в другие звёздные системы, основания внеземных колоний, терраформирования инопланетных ландшафтов. Однако реальность оказалась иной. На низкой орбите Земли постоянно находится не более десяти человек, на другие планеты человек так и не ступил. Зато орбита Земли порядком загажена отходами космической жизнедеятельности человечества.

Часть объектов на орбите — рабочие спутники. Другая часть — спутники, уже вышедшие из строя. И огромное количество мусора разных размеров: от ступеней ракет, которые выводили спутники на орбиту, до мелких объектов, которые остались после взрывов и столкновений более крупных объектов. С каждым годом риск столкновений нарастает: увеличивается количество спутников на орбите, столкновений старых объектов становится всё больше и после столкновений появляются новые опасные фрагменты. На сегодня отслеживается более 20 000 объектов размеров от одного сантиметра до нескольких метров. По данным эксперта-консультанта Space Data Accociation Дэниела Олтрогге, за последние три года вдвое увеличилось количество происшествий, в которых мусор серьёзно угрожал активным спутникам.

Избежать проблемы столкновения с мусором позволяют двигатели на отдельных спутниках, которые позволяют уводить действующие аппараты на безопасные траектории движения. Однако в долгосрочной перспективе проблему придётся решать более радикальными методами. По имеющимся оценкам, если в ближайшее время не принять меры, будут расти страховые взносы за спутники, а также расходы на системы слежения и предотвращения столкновений. Продолжающееся накопление космического мусора может привести к цепной реакции — синдрому Кесслера, — которая сделает непригодными для использования низкие околоземные орбиты.

Для предотвращения угрозы цепной реакции активно изучается вопрос очистки околоземного пространства от мусора. В идеале обломки должны отправляться вниз и сгорать в атмосфере. Полная очистка не требуется, достаточно убирать крупные фрагменты. Японское агентство аэрокосмических исследований JAXA оценивает, что необходимо удаление от трёх до семи фрагментов в год. Тед Мюльхаупт из Американской Аэрокосмической Корпорации оценивает количество операций в двенадцать в год.

22 марта 2021 года японская компания Astroscale запустила с Байконура миссию ELSA-D. Это 180-килограммовый базовый корабль Chaser с 20-килограммовым аппаратом Target. Комплекс будет отрабатывать на орбите ряд задач: поиск цели, осмотр цели, манёвры сближения и захват (как кувыркающейся цели, так и обычной, двигающейся без вращения). Планируется три этапа, когда капсула Target будет катапультироваться, а потом снова возвращаться на базовый корабль при всё более сложных условиях.

  • В первом тесте капсула будет отталкиваться на десять метров, после чего Chaser приблизится и зафиксирует капсулу магнитным захватом.
  • Во втором тесте капсула будет катапультирована более чем на сто метров. После этого двигатели на капсуле заставят её вращаться со скоростью полградуса в секунду. Это очень важный момент, имитирующий реальное поведение космического мусора. Базовый корабль будет маневрировать на собственных двигателях до тех пор, пока не сможет осуществить захват цели.
  • В третьем тесте базовый корабль отойдёт от цели на несколько километров, за пределы диапазона собственных датчиков. После чего начнётся поиск, как если бы происходила охота за реальным фрагментом мусора.

Но, несмотря на техническое мастерство этих испытаний, реальный космический мусор будет представлять куда большую проблему. Многие из них имеют значительные размеры и массу, так что при ошибке захвата такого фрагмента есть риск, что корабль-мусорщик может быть разнесён вдребезги, и проблема мусора только усугубится.


Корабль Chaser и аппараты Target от Astroscale.

Трудности с космическим мусором хорошо видны на примере планируемой операции по удалению с орбиты японской ракетной системы. Прежде чем проектировать корабль для захвата фрагмента, будет запущена разведывательная миссия для детального изучения задачи на месте. Контракт на разведывательную миссию уже получила вышеупомянутая компания Astroscale. Аппарат будет запущен в течение двух лет. Он приблизится к ракетной ступени на считаные метры, соберёт данные о движении и структуре фрагмента мусора, после чего будет проектироваться корабль-мусорщик, который осуществит захват и спуск в атмосферу.

Отдельно важен вопрос, как будет осуществляться захват целей. В экспериментальной миссии ELSA-D используются магнитные захваты. В реальной работе их использование затруднено, потому что в настоящих космических кораблях железа не очень много. Рассматриваются варианты использования гарпунов и сеток. В испытаниях в 2019 году европейская компания Airbus продемонстрировала успешный выстрел гарпуном со спутника по куску обшивки на расстоянии в 1,5 метра. Эксперимент был несложный. По предварительным оценкам, использование гарпунов чревато промахами, рикошетами, а также вероятностью увеличения количества обломков из-за разрушения цели гарпуном. Стрельбу сетками Airbus испытала в 2018 году. Тогда сеть успешно охватила "куб-спутник". Однако у сеток есть свои недостатки — в условиях невесомости они ведут себя неустойчиво. Третий вариант — использование роботизированных манипуляторов.


Airbus/ Гарпун для борьбы с космическим мусором.

После захвата фрагмента мусора наступает последний этап — сбрасывание в атмосферу. И здесь есть свои сложности. Многие элементы не сгорят полностью и упадут на Землю. При входе в атмосферу в случайном месте вероятность человеческих жертв может превысить порог 1 к 10000, который NASA установило как приемлемый уровень риска. Оптимальное место спуска — Тихий океан, где уже покоится большая группировка космических объектов.

Первая реальная миссия по удалению космического мусора будет, скорее всего, европейской. Европейское космическое агентство заключило контракт со швейцарской фирмой ClearSpace на захват 100-килограммового куска ракетного мусора, который находится на орбите с 2013 года. Эта миссия запланирована на 2025 год. ClearSpace планирует использовать корабль, оснащенный четырьмя роботизированными манипуляторами. В отличие от гарпунов и сетей эта система позволит предпринимать неоднократные попытки захвата. Ожидается, что корабль-мусорщик проведёт рядом с целью не менее девяти месяцев в различных испытаниях.

До эры серьёзной очистки космического пространства ещё далеко. Операции обещают стать дорогостоящими. Например, миссия ClearSpace может стоить до 100 миллионов евро. В будущем ожидается, что работы будут обходиться дешевле, но всё равно это будут миллионы, а иногда и десятки миллионов долларов. Главный вопрос — кто будет платить. Засорение космоса относится к глобальным проблемам. Всё человечество заинтересовано в решении. Одна из идей — специальный налог на запуск, в который будет заложена оплата операций по очистке. Это побудит компании изначально встраивать в спутники системы спуска с орбиты, так что потребность в кораблях-мусорщиках снизится. Есть и ещё один вариант оплаты решения общей проблемы — арендная плата за использование орбиты.

В благородной миссии очистки космоса от мусора есть и определённый нюанс. Технологии, разработанные для очистки орбиты, могут быть использованы и для атаки на спутники. Так, Франция уже заявила, что собирается создавать специальные космические аппараты для защиты своих военных спутников. Опасность актуальна. Страны-лидеры активно экспериментируют с технологиями уничтожения космических аппаратов противника. Насколько будет пригоден ближний космос к мирному использованию после военных сражений — вопрос открытый.

Алекс Кульманов

Ошибка в тексте? Выделите ее мышкой и нажмите Ctrl + Enter