Мусорный пояс. Что такое космический мусор и чем он опасен Что становится космическим мусором на околоземной орбите

За годы освоения космоса там скопилось много бесполезных предметов. Выпускница МГТУ им. Баумана по специальности «моделирование космических комплексов» Анна Ложкина объясняет происхождение этого мусора, откуда он берется и почему не падает нам на голову, рассказывает, что можно сделать для поддержания чистоты космического пространства.

Какие объекты вращаются вокруг нашей планеты?

В первую очередь это техника, запущенная людьми.

По низкой околоземной орбите, высотой от 160 до 2000 километров, двигаются аппараты дистанционного зондирования, межпланетная космическая станция (МКС).

На более удаленной, геостационарной орбите, ее высота примерно 36 тысяч километров над поверхностью планеты, “зависают” спутники прямого вещания телевизионных программ и различных систем связи.

На самом деле спутники двигаются с очень большой линейной и угловой скоростью, успевая за вращением Земли, поэтому каждый находится над своей точкой планеты - как бы висят над ней.

Помимо этого на орбитах находится различный “космический мусор”.

Откуда берется в космосе мусор, если там никто не живет?

Как и на Земле, в космосе мусор - дело рук человеческих. Это отработанные ступени ракет-носителей, обломки столкнувшихся или взорвавшихся спутников.

Количество аппаратов, отправленных в космическое пространство с 1957 года по настоящее время, перевалило за 15 тысяч. На низких орбитах уже становится тесно.

Часть техники устаревает - у некоторых аппаратов заканчивается топливо, у других выходит из строя оборудование. Такие спутники уже не поддаются управлению, а только отслеживанию.

Скоро вокруг Земли будет столько спутников и космического мусора, что нельзя будет запустить новый спутник или улететь с Земли на ракете

Столкновение даже небольших объектов, движущихся с орбитальными скоростями под углом друг к другу, приводит к их значительному разрушению. Так жвачка, залетевшая на орбиту МКС, может пробить оболочку станции и погубить весь экипаж.

Подобный эффект - рост количества мусора на низкой околоземной орбите в результате столкновения объектов, называется синдромом Кесслера и потенциально может привести в будущем к полной невозможности использования космического пространства при запусках с Земли.

А как дела высоко-высоко, там, на геостационарной орбите? Она тоже густо заселена, места там стоят дорого и на них даже есть лист ожидания. Поэтому, как только подходит к концу срок эксплуатации аппарата, его выводят с геостационара, а на освободившуюся позицию летит следующий спутник.

Куда девается космический мусор?

С низкой околоземной орбиты любой крупный объект спускается в атмосферу, где сгорает быстро и полностью - нам на голову даже пепел не падает.

А вот с маленькими кусочками дело обстоит сложнее. Несколько организаций США и России надежно отслеживают лишь космические аппараты и фрагменты мусора крупнее 10 см. Объекты с размерами от 1 до 10 см практически не поддаются счету.

С геостационарной орбиты устаревшие или прекратившие нормально функционировать спутники задвигают подальше, на высоту около 40 тысяч километров, чтобы освободить место для новых претендентов.

Так, за геостационаром, появилась орбита захоронения, где «умершие» спутники будут по инерции летать еще сотни лет.

А что происходит с космическими кораблями?

Корабли, на которых люди отправлялись в космос, возвращаются на Землю, где доживают свой век в музеях или научных центрах.

Мусор, образующийся в процессе жизнедеятельности обитателей международной космической станции, точно в космос не попадет. Он тщательно собирается, грузится на транспортный корабль - тот, что привозит им все необходимое, и отправляется по направлению к Земле. Этот корабль на обратном пути почти полностью сгорает в атмосфере или затапливается в Тихом океане.

Мусор, как издержки запуска космических аппаратов

Сообщение по радио или с экранов телевидения о том, что “отделение первой ступени прошло в штатном режиме» звучит привычно для современного человека. По дороге к запланированной орбите ракета-носитель теряет и другие, ставшие ненужными, детали.

На 1 кг запущенной массы приходится минимум 5 кг вспомогательной. Что с ними происходит?

Баки первой ступени сразу “отлавливают” на Земле специально обученные люди. Вторая ступень и обтекатели тоже падают на Землю, но разлетаются намного дальше и найти их сложнее.

А вот разгонные блоки, которые используются при переходе с опорной орбиты на конечную, там наверху и остаются. Со временем они потихоньку сползают вниз, входят в атмосферу, где и сгорают.

В общем, все превращается в пыль и рассеивается в атмосфере. Разве что очень-очень большие и прочные куски долетают до нас. В 2001 году долетел кусок от станции МИР и упал в океан.

Утилизация космических аппаратов

Получается, что способы утилизации космических аппаратов - это топить в океане, запустить подальше, сжечь в атмосфере … Такой полностью безотходный метод.

Детали, найденные на Земле спасателями, перерабатывают или повторно используют.

К сожалению, переработать пока можно не все. Вытекший из упавшего двигателя гидразин отравит почву и воду далеко и надолго.

Как вся эта пыль и гарь влияет на воздух, которым дышим?

Да, наш с вами воздух загрязняется и захламляется маленькими частицами пепла, пыли, другими продуктами горения космических аппаратов. Но не так сильно, как от выбросов земных машин и заводов.

Вот только один пример. Суммарная масса воздуха в атмосфере - 5Х10¹⁵ тонн. Масса орбитальной станции “ Мир”, самого крупного из космических аппаратов когда-либо вошедших в атмосферу, и сгоревших в ней (2001 год) - 105 тонн. То есть все капельки и пылинки, оставшиеся от орбитальной станции, ничто по сравнению с величиной атмосферы.

Теперь посмотрим на выбросы промышленности. По данным Росстата, наименьший суммарный выброс за период наблюдений с 1992 года пришелся на 1999 год. И он составил 18,5 млн тонн.

То есть только над нашей страной за один год в воздух попало в 176190 раз больше грязи, чем разнесло над всем земным шаром, пока «Мир» горел в атмосфере.

Что можно сделать для уменьшения количества мусора в космосе

В последние годы перед человечеством остро встали проблемы поддержания чистоты космического пространства.

Есть несколько направлений, по которым ведутся исследования:

• Развитие микроспутниковой отрасли. Уже созданы спутники-коробочки - кубсаты и таблетсаты. При их запуске достигается существенная экономия на выводе, требуется меньше топлива, меньше лишнего попадает на орбиту. Правда, как догнать такой комочек, если что-то пойдет не так, пока неясно.
• Увеличение продолжительности жизни аппаратов. Первые спутники были рассчитаны на 5 лет, современные аппараты - на 15 лет.
• Повторное использование деталей. Самый большой прорыв в этом направление - возвратные ракеты-носители, над которыми уже работает Илон Маск.

Еще очень важно разобраться с тем, какие спутники действительно необходимы, более ответственно относиться к выбору запускаемых аппаратов.

В отдаленном будущем, надеемся, появятся пылесосы или другие приспособления, которые позволят делать косметическую и даже генеральную уборку космического пространства.

Мало ли что можно придумать, если поразмыслить, если задаться целью, сохранить чистый космос для будущих поколений.

Космический мусор вокруг земли - опасен ли он или его проблема просто надумана? Давайте разбираться!

Космическим мусором на околоземной орбите называют все те продукты человеческой деятельности, которые вертятся вокруг нашей планеты где-то там, наверху. Это - составные части неактивных спутников и фрагменты спутников разрушенных, останки ракет и прочие образцы научно-технического прогресса, которые находятся на земной орбите и которые как-то надо утилизировать.

Классификация мусора в космосе

Собственно, размеры мусора в космосе могут отличаться: продукты профессиональной деятельности космонавтов, которые по той или иной причине остались за бортом, - совсем небольшие. Взгляните на свою любимую чашку, перчатку или гаечный ключ. В космосе тоже такие есть, конечно, их совсем немного. Угрозы такой мусор не представляет и проблемы не создает: при попадании в атмосферу сгорит, почти моментально. До поверхности планеты не долетит.

Фрагменты и обломки уничтоженных спутников - могут быть и крупнее, и намного меньше. Так, после испытаний китайских противоспутниковых ракет, осталось очень много обломков размером больше 1.5 см. Делать панику и смотреть на небо квадратными глазами не стоит: для нас этот мусор не опасен. Единственные неприятности, которые могут причинить такие фрагменты - это навигационные трудности. Но главная проблема космического мусора в другом - даже самые небольшие обломки могут пробить обшивку космического транспорта. А отследить удаётся далеко не всё: учёные могут обнаружить только фрагменты, размер которых превышает 10 см.

Надо ли утилизировать мёртвые спутники?

После прекращения работы спутники часто остаются на орбите. Или не остаются - возвращаются домой, по частям, на огромной скорости. В любом случае, они представляют опасность. И не только те, которые уже вышли из строя: вполне себе рабочий спутник может внезапно сойти с орбиты по причине фатальной неисправности или из-за стечения обстоятельств.

Сколько весят такие кусочки «спутникового» мусора? Много, очень много. Свыше пяти тонн. Это, на секундочку, пять тысяч килограмм. Представляете масштаб? После вхождения в плотные слои атмосферы спутник полностью не сгорит, но сопротивление воздуха может деформировать его, разорвать на несколько кусков. Масса значительно уменьшится, но угроза всё равно есть. Учёные высчитали, что вероятность падения космического мусора на населённый пункт в несколько раз выше, чем шансы того, что на ваш город упадёт метеорит.

Но не стоит паниковать. И бояться тоже. Если учёные обладают устройствами, которые могут отследить перемещения гаечного ключа в тридцати километрах над вашей головой, то что? Правильно, в случае падения крупного обломка всех предупредят. Это случается не очень часто, вычислительная мощность компьютеров позволяет точно рассчитать место приземления обломков, а внимание СМИ точно будет приковано к этому событию.

МОСКВА, 21 мая — РИА Новости, Татьяна Пичугина. Российский спутник серии "Канопус-В" совершил два маневра, чтобы избежать столкновения с куском космического мусора. Этот инцидент привлек внимание к проблеме, которую уже не первое десятилетие обсуждают специалисты: как очистить околоземное пространство от техногенных обломков. РИА Новости рассказывает о перспективных и полуфантастических проектах, предлагаемых научным сообществом.

С начала космической эры около Земли накопилось немало объектов, летающих с огромной скоростью рядом со спутниками. Если в околоземном пространстве обломки рано или поздно тормозятся, падают и большей частью сгорают в атмосфере, то на геостационарной орбите они могут крутиться вечно. Столкновение с маленьким куском пластика или железа на скорости несколько километров в секунду грозит космическому аппарату разрушением или серьезной поломкой.

В 1983 году частица краски оставила вмятину на корпусе американского шаттла "Челленджер", в 2006-м космический мусор повредил терморегуляцию российского спутника "Экспресс АМ11". От чужеродного фрагмента размером всего в один сантиметр пострадала антенна телескопа "Хаббл". МКС совершает в среднем пять маневров в год, чтобы уклониться от столкновения с мусором. Спутник "Канопус В" за год по той же причине менял орбиту дважды.

Сейчас на низких, околоземных орбитах находится почти миллион техногенных предметов. Их массу оценивают в восемь тысяч тонн. Отслеживают же менее пяти процентов, включая космические аппараты. По данным США, с Земли присматривают за 18 тысячами объектов космического мусора. Такую же информацию озвучил на Совете по космосу Российской академии наук член-корреспондент РАН Борис Шустов из Института астрономии. По его словам, фрагменты размером в сантиметр — потенциальные убийцы космических аппаратов.

Кроме того, ученые обеспокоены скопившимися обломками с большим соотношением площади к массе, поскольку они способны резко менять орбиту, что невозможно предсказать.
Опасно и ежегодное падение космического мусора на Землю. Хотя траекторию удается рассчитать так, чтобы столкновение с поверхностью происходило в пустынных местах, вероятность инцидентов сохраняется.

Больше всего космического мусора образуется из-за разрушения и столкновения орбитальных аппаратов. Кроме того, орбиту засоряют отработанные ступени и разгонные блоки ракетоносителей, уже недействующие спутники, фрагменты, оторвавшиеся при запусках.

На США, Россию и Китай приходится 93% космического мусора. Ежегодно его общий объем увеличивается на четыре процента.

© ИПМ им. М.В.Келдыша

© ИПМ им. М.В.Келдыша

Неводы, паруса и лазеры

Пока вероятность столкновения с обломками невелика, но рано или поздно на орбите придется наводить порядок. Сейчас ограничиваются пассивными мерами защиты: помещают спутники в бронебойные корпуса, устанавливают щитки или маневрируют на орбите. Активных средств уничтожения мусора нет.

Николас Джонсон (Nicholas Johnson), курирующий эту проблему в NASA, предложил запустить в космос огромный, диаметром 1,8 километра, воздушный шар NERF, наполненный аэрогелем. Его пористая оболочка будет пропускать мелкие фрагменты, гасить их скорость, и в результате они сгорят в атмосфере. Но дело в том, что шар сам быстро сойдет с орбиты и сгорит. Кроме того, из-за больших размеров высока вероятность его столкновения с действующим космическим аппаратом.

Французский инженер Джонатан Миссель (Jonathan Missel) разработал спутник Sling-Sat с манипулятором TAMU Space Sweeper. Аппарат раскручивается и, словно праща, запускает обломок в направлении, где гарантирован его вход в атмосферу. Сам же направляется к следующему. Такой способ перемещения решает проблему большого расхода топлива для орбитальных роботов-уборщиков.

Японцы придумали проект электродинамического невода, в который попадает отработавший свое спутник. При запуске к нему прикрепляют катушку с кабелем. По окончании миссии он разматывается, благодаря магнитному полю Земли в нем возникает электрический ток, и Лоренцева сила подталкивает спутник к атмосфере до полного сгорания.

Чтобы сбить мусор на более низкую орбиту, предлагают также применять спутники на солнечном парусе и воздушные взрывы.

Не раз звучала идея сжигать мусор лазером или рельсотроном (электромагнитной пушкой), установленными на Земле.

"Предпочтительнее поместить лазер туда, где находится мусор, — на орбиту, тем более что технологии позволяют создать компактные установки. Плюсы очевидны — уменьшение расстояния до цели и повышение точности наведения, нет оптических искажений, вызываемых атмосферой", — пояснил Олег Палашов из Института прикладной физики РАН, выступая на Совете по космосу.

По его словам, задача облегчается тем, что можно использовать лазер короткой длительности, фемтосекундный, что снизит энергозатраты.

Ситуацию с мусором мониторит Автоматизированная система предупреждения об опасных ситуациях в околоземном космическом пространстве (АСПОС ОКП), контролируемая ЦУП ЦНИИмаш. Она располагает 36 наземными телескопами в России и СНГ. Одна квантово-оптическая станция размещена в Бразилии. Планируется также расширение сети за счет станций в странах БРИКС.

Каждому из нас известно, что человечество невероятно загадило свою планету и ежедневно продолжает генерировать невероятное количество мусора. Но немногим известно, что за недолгий период освоения космоса мы успели превратить околоземное пространство в небольшую свалку отработанных спутников. Здесь представлены две интерактивные визуализации, отражающие сложившуюсь ситуацию.

Первая визуализация (автор Alex Rasmussen) отражает все известные и отслеживаемые спутники и обломки:

• Зелёными точками обозначены действующие спутники.
• Серыми - неактивные, но работоспособные.
• Красными - вышедшие из строя спутники и их обломки.

• около 29 000 обломков размером более 10 см,
• около 670 000 обломков от 1 до 10 см,
• более 170 млн обломков от 1 мм до 1 см.

За последние 50 лет было запущено около 6600 спутников , из них 3600 по прежнему вращаются вокруг Земли, а 1000 находится в активном режиме.

Насколько опасен весь этот мусор?

Каждый год в атмосферу земли входит 100-150 тонн обломков. Самым примечательным случаем за последние годы стало столкновение германского и американского спутников , чьи обломки упали в Бенгальский залив в 2011 году. Астронавтам на орбите также не стоит расслабляться (привет «Гравитации»). В 2012 году МКС была переведена на более высокую орбиту для предотвращения столкновения с обломками от японского спутника.

Что делать?

Сегодня учёные ищут способы отслеживания обломков и очистки космического пространства. Одна из многих идей состоит в использовании специальных спутников, которые будут захватывать обломки и направлять к поверхности планеты. Также рассматривается вариант сбора ещё пригодных для использования обломков ради вторичного использования.

Какой бы способ ни был выбран в будущем, одно несомненно: замусоривание ближайшего космического пространства обойдётся нам очень дорого. Если мы хотим по-прежнему иметь доступ за пределы своей планеты, иметь современные спутниковые средства связи, наблюдения и исследования, то нам необходимо уже начать изучать возможные способы избавления от орбитального мусора.

Пройдя по на оригинальную статью, можно оценить интерактивность визуализаций. К сожалению, встроить их в пост Хабр не позволяет, пришлось делать скриншоты.

Проблема мусора на Земле давно уже вышла из регулированных масштабов и считается бичом современной цивилизации. Последние 50 лет мы разбрасываем мусор не только на Земле, но и вокруг нее - в космическом пространстве.

Данная статья предназначена для лиц старше 18 лет

А вам уже исполнилось 18?

Проблема космического мусора

Казалось бы, где находимся мы, а где космос? Разве мы можем засорять околоземное пространство? К сожалению, да. Загрязнение космоса началось еще задолго до того как Юрий Гагарин совершил свой первый полет. Захламливание околоземной орбиты берет свое начало со времен запуска флагманских спутников. После события мирового масштаба, когда СССР отправил за пределы нашей атмосферы «Спутник-1», прошло 60 лет, но именно ту дату, 4 октября 1958 года, принято считать переломным моментом в распространении мусора. Какая между этими событиями связь? Да самая что ни на есть прямая. Все дело в том, что искусственный спутник доставлялся на орбиту ракетой, которая, выполнив миссию, навсегда осталась кружить в космосе по эллиптической траектории (то есть, вокруг Земли). Вслед за СССР, все самые развитые страны мира стремились отправить в космос схожие объекты.

Следующая (хотя правильнее даже сказать предыдущая) ступень в освоении космоса — пилотируемые полеты. Первый из них состоялся еще в 1861 году и уже тогда усугубил экологическую ситуацию на околоземной орбите. К этому времени вокруг Земли вращались уже тонны мусора, что было следствием неудачных попыток запусков как беспилотных, так и пилотируемых летательных аппаратов. Вместе с космическими гонками двух сверхдержав, появлялись никому не нужны объекты, которые двигались по заданной траектории. Они до сих пор летят в непроглядной темноте. Время от времени к полувековому мусору присоединяется новый — его количество возросло в разы, когда в космос начали запускать коммерческие объекты (в наше время каждая мало-мальски приличная корпорация обязательно имеет свой собственный спутник).

Так что же такое космический мусор? Это, по сути, те объекты, которые со временем сломались или стали совсем не нужны. Как вы уже догадались, в первую категорию входят спутники и их фрагменты, ступени и обломки летательных аппаратов. То есть все, что по какой-то причине перестало выполнять возложенные на него обязанности. По сути, на Земле такие же вещи тоже называются мусором. Разница только в том, то здесь мы можем достаточно легко от него избавиться (что в космосе сделать намного труднее).

Вторая категория включает в себя те же спутники, но в рабочем состоянии. Просто они по какой-то причине стали никому не нужны, или устарели. Такие искусственные объекты продолжают исправно работать и давать на Землю нужный сигнал, только информация от них перестала быть нужной.

Чем опасен космический мусор?

Казалось бы, космический мусор находится на расстоянии тысячи километров от поверхности нашей планеты и поэтому особой угрозы не несет. Да и, казалось бы, кому какое дело, что он есть — он-то никому не мешает. Но это утверждение как раз ошибочно. Из-за большого количества космического мусора случаются частые поломки все тех же спутников, а крупные «мусорные фрагменты» способны изменить траекторию полета непилотируемых летательных аппаратов или вообще уничтожить их. И дело здесь даже не в размере, а в колоссальной скорости, с которой движется космический мусор. По разным оценкам она составляет не менее 10 километров в секунду. Именно это делает объект с диаметром в 1-2 мм опаснее пули, выпущенной из пулемета. Чтобы понять всю серьезность ситуации стоить вспомнить о том, что микроскопическая поломка спутника обойдется в кругленькую сумму с шестью нолями. Уничтожение же объекта повлечет за собой еще более существенные финансовые потери.

В наше время были случаи, когда космический мусор полностью уничтожал рабочее устройство и приносил колоссальные убытки не только его владельцам, но и государству, которому «повезло» собирать на своей территории кучу обломков.

Также стоит вспомнить о том, что космический мусор несет угрозу и пилотируемым летательным аппаратам и даже МКС. Конечно же, их оборудуют системами защиты от таких ситуаций, но угроза, которую несут большие тела, все же весьма существенна. И это очень печально, ведь на кону не просто бездушная машина, а намного больше — человеческая жизнь.

Не меньшие проблемы приносит схождение мусора с траектории и падение его на поверхность нашей планеты. Причем неважно, большой он или маленький, в любом случае это грозит серьезными неприятностями. Многие поспорят с этим, скажут, что фрагменты искусственных тел небольшого размера не смогут достичь земной коры и сгорят в атмосфере. Конечно, это так, но от них может исходить еще более серьезная опасность, которая будет иметь гораздо большее негативное воздействие на человечество, чем объект большого диаметра. Дело в том, что на орбите Земли существует масса спутников, которые содержат в себе очень высокие концентрации вредных веществ. Проходя через атмосферу такой объект сгорает, а яды в газообразном или порошковом виде просто рассеиваются над огромными территориями. Не стоит забывать и о , которой эти объекты заражены. Самое печальное — точное количество, то, сколько таких спутников на околоземной орбите не может точно установить ни один мониторинг.

Еще одна угроза, связанная с нарушением экологии космоса — постоянный рост количества мусора. Даже при утилизации и естественном уничтожении достаточно больших объемов космического сора, с каждым годом его становится только больше. Чем чреваты такие тенденции, смоделировать очень просто. Чем больше сора, тем больше вероятность его столкновения с другими летательными аппаратами. Так, ориентируясь на темпы распространения мусора, мы делаем вывод, что в недалеком будущем освоение космоса станет не просто рискованным, а невозможным.

Методы и средства борьбы с космическим мусором

Вполне естественно, что вскоре после обнаружения проблем с экологией космоса, ведущие государства планеты задались вопросом, как избавиться от мусора. Легкие и понятные пути того, как это все убрать есть разве что в игре Space Engineers — в жизни все намного сложнее и многогранней.

Единственно доступная уборка околоземной орбиты — это направление небольших космических объектов на Землю, для того чтобы они благополучно сгорели в атмосфере. Способ утилизации, конечно же, так себе, ввиду рисков, которые он несет (мы упоминали о них ранее). Но сейчас мы находимся на той стадии, когда особого выбора у нас нет. Ультрасовременные аппараты не умеют и не могут действовать иначе, а создание новых технологий по уборке требует слишком много времени, которого у нас, к сожалению, нет.

В последнее время в научном мире существует довольно-таки жаркая полемика о возможности отправки нашего орбитального мусора на другие планеты или даже на Солнце. С этой точки зрения, наиболее подходящим объектом Солнечной системы будет Юпитер, который поглощает космический мусор благодаря своей колоссальному гравитационному полю. Конечно, такой способ устранения проблем по экологии космоса наиболее безопасен для землян, но идеальным его все равно назвать невозможно. Для реализации такого метода уборки потребуются огромные финансовые ресурсы, а гарантии успешности проекта равняются 10%.

С 2018 года уборка с геостационарной орбиты будет проводиться с помощью новейшего аппарата для утилизации мусора. Данный уборщик выводится в высшие слоя атмосферы и с помощью ионных пучков придает выбранному объекту нужную траекторию. Куда девается при этом космический мусор? Есть два варианта — соринки поменьше уничтожаются в атмосфере, а фрагменты побольше перемещаются в глубокий космос. Звучит это все рационально и перспективно, но насколько этот способ борьбы с сором на орбите будет эффективным, покажет время.

Сегодня ясно одно: сбор и утилизация космического мусора — это первостепенные задачи для всего научного сообщества.

Космический мусор — это глобальная проблема, от решения которой зависит не только изучение просторов Вселенной, но и будущее всего человечества.