Что такое космический мусор и чем он опасен для жителей Земли
Что такое космический мусор
Космический мусор представляет собой твердые отходы космической деятельности. Сюда относятся неработоспособные спутники, запущенные человеком за 60 лет освоения космоса, вторая и третья ступени ракета-носителя (первая обычно падает в Тихий океан), разгонные блоки и фрагменты спутников после взрыва или столкновений, например, фрагменты обшивки — так появляется космический мусор.
Ученые подсчитали, что сейчас в космосе находится почти 128 млн кусков космического мусора размером более 1 мм и 34 тыс. частиц размером более 10 см. Все, что меньше 1 мм подсчитать крайне трудно, некоторые ученые говорят о триллионах таких частиц. Около 3 тыс. спутников вышли из строя из-за мусора и сами превратились в космический мусор.
Астрономы могут отследить только крупные фрагменты, так как скорость частиц может доходить до 14 км/с (зависит от орбиты). Россия и США сейчас наблюдают за 23 тыс. космических объектов размером от 10 см, каталогизировано же и того меньше — 17 тыс. При этом 95% каталога космических объектов составляет космический мусор.
Проблемы и угрозы
Степень опасности космического мусора определяется в основном тремя факторами:
Главная проблема мусорного кризиса в космосе — выход из строя работающих спутников при столкновении с космическим мусором. Из-за больших скоростей опасность представляют даже частицы менее 1 см, они могут пробить противометеоритную защиту орбитальной станции. При столкновении с объектом более 10 см любой космический аппарат или станция гарантированно уничтожаются.
В мае 2016 года в Международную космическую станцию (МКС) влетела частица космического мусора размером в сотые доли миллиметра и оставила на МКС скол диаметром около 7 мм. Чтобы не допустить более разрушительных последствий МКС приходится регулярно менять свою орбиту, уворачиваясь от мусора.
Хоть мелкий мусор и не влечет за собой катастрофических последствий, однако его опасность заключается в гигантском объеме, неконтролируемом распределении в пространстве, огромной скорости и абсолютной непредсказуемости столкновений.
Сейчас около 99% потенциально опасных объектов вовсе не контролируется из-за их малых размеров и огромных скоростей.
Что такое синдром Кесслера и при чем он здесь
Ученые предполагают, что в какой-то момент мы больше не сможем выводить новые спутники на орбиты, так как они будут полностью заняты космическим мусором. Это может произойти из-за каскадного эффекта, который называется синдромом Кесслера:
стремительно растущий объем космического мусора будет производить другой мусор, а он, в свою очередь, по цепной реакции — новый мусор.
Общий характер каскадного эффекта такой же, как и у ядерной цепной реакции. Таким образом орбиты будут заняты, и человек больше не сможет запускать летательные аппараты по причине неконтролируемых столкновений.
Вероятность столкновений на любой орбите растет приблизительно пропорционально квадрату количества космических объектов. Есть ученые, которые считают, что каскадный эффект уже начался в некоторых орбитальных областях и для некоторых классов космического мусора (на высотах 900–1000 км и 1500 км).
Наиль Бахтигараев, старший научный сотрудник Института астрономии РАН:
«Где-то десять лет назад поднялся шум из-за эффекта Кесслера. Считалось, что он вот-вот начнется, но затем его отложили. Когда он все-таки начнется, зависит от уровня развития науки и технологий. Но даже если мы будем предпринимать технические мероприятия по уничтожению мусора, то этот момент все равно настанет. Сейчас мы лишь замедляем и отдаляем его»
10 февраля 2009 года на расстоянии 790 км над уровнем моря столкнулись два спутника: американский Iridium-33 и российский «Космос-2251». В результате летательные аппараты разлетелись на 600 осколков размером более 5 см и несколько тысяч более мелких.
Впрочем, на сегодняшний день столкновения работающих летательных аппаратов с космическим мусором на орбите происходят довольно редко благодаря работающим системам слежения. Существует другая проблема — взрывы старых спутников, на борту которых осталось топливо и отработанные аккумуляторы. Под различного рода воздействием они могут повреждать работающие спутники сильнее, чем обычные столкновения.
Утилизация космического мусора
Говорить о том, что космический мусор станет серьезной проблемой, начали еще в 1960-е годы, на заре освоения космоса. Но до сих пор не придумали реальной возможности массово удалять мусор с околоземных орбит. «Существуют программы по удалению космического мусора, но они единичные и не решают проблему. Удалить можно только крупный мусор, то есть более 20 см, с объектами менее 10 см возникают большие сложности», — говорит Бахтигараев из Института астрономии РАН.
Так как существующие технологии не способны избавить космос от мусора, то космические агентства начали уделять внимание профилактике. Для новых аппаратов предъявляют стандарты, например, на борту космических аппаратов закладывают ресурс, чтобы они могли уходить от столкновений с мусором. Также их снабжают броней, которая защищает космического мусора, но только от мелкого.
На сегодняшний день работающей технологией по утилизации космического мусора является увод старых спутников на соседние орбиты. Это можно сделать с помощью аппаратов-захватчиков, которые буксируют мусор на орбиты для захоронения. Также отработанные спутники могут сами уходить со своих мест на остатках топлива. Но массово эти методы не применяются.
Считается, что космический мусор не падает на Землю, но это не совсем так. Для отработанных крупных спутников и грузовых кораблей на Земле в Тихом океане существует свое кладбище, где их затапливают, так как они не сгорают в атмосфере. Это место расположено в южной части Тихого океана около точки Немо, самого удаленного от суши места на Земле. Над этим местом запрещено летать и проплывать кораблям. Так проблема космического мусора превращается в проблему земного мусора. С 1971 по 2016 года там захоронили минимум 260 аппаратов.
Сейчас перед астрофизиками стоит задача, как избавиться от мусора на геостационарной орбите или поясе Кларка. Она находится непосредственно над экватором Земли на расстоянии 35 786 км. Эта орбита очень привлекательна для запуска спутников, так как на ней летательные аппараты требуют меньше топлива и охватывают значительно больше поверхности Земли, чем на других орбитах. Однако количество точек стояния спутников на геостационарной орбите ограничено — их около 180. Помимо очистки геостационарной орбиты, важное значение имеет удаление космического мусора в окрестностях МКС, так как станция является дорогостоящей и очень уязвимой.
Космический мусор: карты и модели
Чтобы убедиться, что наша планета окружена мусором, не надо лететь в космос. Ученые смоделировали то, как выглядят околоземные орбиты. Один из таких сайтов — «Гид в мире космоса». Карта показывает соотношение работающих спутников к тем, которые уже стали мусором.
Видео от Европейского космического агентства демонстрирует, насколько много мусора находится вокруг Земли. В начале модель показывает обломки больше 1 м, а в самом конце — количество космических объектов от 1 мм:
Космический мусор: откуда берется и почему никуда не улетает
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.
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:
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.
Восемь способов уборки мусора на орбите и синдром Кесслера
Уже сейчас на орбите Земли находится примерно полмиллиона объектов размером с пачку сигарет, а скоро там и вовсе будет не протолкнуться. Чем это все грозит, многие себе в целом представляют, но не все оценивают масштаб проблемы. Особенно с учетом того, что мусор движется со средней скоростью, в 10 раз превышающей начальную скорость пули, выпущенной из Калашникова.
Под катом про текущую ситуацию в космосе, несколько вариантов решения проблемы и краткое описание способов, о которых начинают поговаривать в научных кругах.
Аналог события, с которого начинается фильм 2013 года «Гравитация», произошел на самом деле в 2007
Статья написана по мотивам лекции заведующего лабораторией кафедры теоретической механики Руслана Пикалова из Самарского университета, которая прошла в Точке кипения при этом же вузе.
Что такое космический мусор?
Космический мусор — это объекты искусственного происхождения, которые находятся на орбите, но не представляют никакой практической значимости.
В основном это аппараты, которые закончили свое активное существование — вышли из строя в результате аварии или просто выработали свой ресурс:
— разгонные блоки верхних ступеней ракет-носителей;
— элементы конструкции ракетно-космической техники;
— детали и обломки, которые образовались вследствие аварий;
— потерянные элементы, например плитки термоизоляции;
частицы топлива, краски, обшивки.
По современному космическому законодательству страна, которая вывела объект в космос, после окончания срока его эксплуатации должна за собой убрать. Но пока это только теория. А на практике неограниченное распространение космического мусора может поставить под вопрос программу полетов.
Чем опасен космический мусор?
Первая проблема — это скорость.
Самый крупный искусственный объект на орбите Земли — МКС. Возьмем для расчетов ее орбиту — 390 км над поверхностью планеты. Мы знаем, что МКС делает один полный оборот вокруг Земли за 1,5 часа.
Отсюда легко рассчитать линейную скорость движения по орбите — 28 тыс. км/ч. Это в 10 раз быстрее, чем пуля патрона 7,62х39, вылетевшая из АК.
Представьте, что будет, если вам в голову прилетит пакет с мусором на такой скорости? И это не предельное значение, многие спутники летают значительно быстрее.
Вторая проблема — это количество космического мусора.
Ниже на картинке — результат моделирования с ресурса stuffin.space, который наглядно демонстрирует объекты искусственного происхождения, находящиеся на околоземной орбите: от 100 до 1000 км над поверхностью Земли. Почти все это — космический мусор. По каждому объекту есть информация.
Скриншот с сайта Stuff in Space. Зеленым выделена орбита разгонного блока «Фрегат» — он болтается там с 2011 года
Большая красная окружность — это популярная геостационарная орбита, где обычно размещаются телекоммуникационные спутники, которые для наблюдателя с земли всегда «висят» в одной точке.
Классификация мусора
Космический мусор классифицируют по размеру.
Малый космический мусор — это объекты меньше 1 см. По самым оптимистичным расчетам, таких объектов около 10 млн. Пессимистичные оценки — порядка 20 млн.
Эти миллионы частиц никак не отслеживаются с Земли. Их полет непредсказуем.
Представьте, что в ваш аппарат попадает такая «пуля». Вероятно, она пробьет его насквозь. Скорее всего, аппарат сохранит свою функциональность, но это серьезное повреждение, в результате которого может отказать часть бортовой электроники.
В начале июня космический мусор проделал дыру в манипуляторе Canadarm2, пристыкованном к МКС. К счастью, на его работоспособность это не повлияло
Вторая группа — средний космический мусор. Это объекты с диаметром наибольшего поперечного сечения от 1 до 10 см. И хотя их существенно меньше — порядка 500 тыс. единиц, — они намного опаснее. Столкновение любого спутника с таким объектом вызовет серьезные повреждения. Скорее всего, аппарат потеряет функциональность, вдобавок образуются мелкие обломки нового космического мусора.
Плюс в том, что средние объекты мы можем отслеживать. Если автоматизированная система предупреждения об опасных ситуациях в околоземном космическом пространстве (АСПОС ОКП) заметит, что какой-то объект летит навстречу МКС, то орбиту последней корректируют — станцию поднимают или опускают, чтобы избежать столкновения.
Кстати, в «Роскосмосе» за космическим мусором следят 36 телескопов разного диаметра, расположенные в десяти пунктах мониторинга в России, Армении и Бразилии.
Самая малочисленная и самая опасная группа объектов — это крупный космический мусор. К нему относится все, что имеет диаметр поперечного сечения больше 10 см. Таких объектов порядка 21 тыс. единиц. Это космические аппараты и их крупные обломки. Столкновение с таким объектом подобно аварии с автомобилем на скорости 28 тыс. км/час. От аппарата, участвующего в таком столкновении, не останется ничего. Более того, при разрушении образуется большое количество мелкого космического мусора, который будет двигаться по непредсказуемым траекториям.
Как быстро накапливается мусор?
На 2021 год на околоземных орбитах находится порядка 21 тыс. объектов размером больше 10 см. Из них около 4 тыс. — функционирующие космические аппараты.
Вот как растет их число с 1957 года:
На этом графике на линии «различных обломков» заметны два скачка, подписанные как FY-1c и «Космос-Иридиум», в 2007 и 2009 годах соответственно. Сейчас поясню, откуда они.
В 2007 году КНР испытала технологию перехвата ИСЗ, выстрелив противоспутниковой ракетой в первый из серии собственных аппаратов, «Фэнъюнь 1C». К тому моменту аппарат уже не функционировал и представлял собой космический мусор. Ракета его уничтожила, взорвав почти на 2,5 тыс. частей. Результат того столкновения представлен на слайде:
Объекты космического мусора, образовавшиеся в результате взрыва «Фэнъюнь 1C»
Больше ни один космический аппарат не задели. Но с парой спутников была потеряна связь, и многие предполагают, что они вышли из строя в результате столкновения с обломками «Фэнъюнь 1C».
Второй скачок произошел в 2009 году. Над территорией России рабочий на тот момент американский телекоммуникационный аппарат «Иридиум 33» столкнулся с нерабочим российским «Космосом 2251». О сближении устройств знали заранее, но «Космос» уже вышел из строя, а «Иридиум» не имел средств управления — поэтому предотвратить столкновение не смогли.
Это было первая известная авария двух искусственных объектов в космосе. В результате образовалось порядка 3 тыс. обломков. На рисунке — модель их распространения вокруг Земли:
Синим отражены траектории частиц осколков, которые, как нитки в клубке, опоясывают всю планету
Синдром Кесслера
Американский астроинженер Дональд Кесслер первым описал явление хаотичного нарастания числа объектов искусственного происхождения на орбите Земли. По его мнению, этот рост приведет к запуску цепной реакции, которая сделает преумножение космического мусора неконтролируемым.
Подобный эффект хорошо показан все в том же художественном фильме «Гравитация», когда одно столкновение запускает каскадный эффект. Сейчас объекты космического мусора находятся на орбите как мины замедленного действия. Рано или поздно любая их них может сдетонировать.
Решение проблемы космического мусора
Уже есть ряд предложений по борьбе с космическим мусором — от радикальных, вроде полного отказа от полетов в космос на несколько десятков лет в ожидании, пока околоземное пространство очистится само, до вполне реализуемых.
Для методов увода даже существует своя классификация:
Поговорим о каждой из групп.
Пассивные методы увода
Эта группа методов предполагает использование естественной среды — того, что есть вокруг нас, — без искусственных воздействий.
Солнечный парус
Солнечный парус — по аналогии с обычным парусом на корабле — собирает энергию солнца, чтобы затормозить объект. При торможении его орбита начинает понижаться, со временем переходя в орбиту схода. Так объект благополучно падает на Землю, сгорая в верхних слоях атмосферы.
Главный недостаток солнечного паруса — его размеры. Чтобы парус эффективно работал, его площадь должна быть соизмерима с небольшим футбольным полем. В условиях постоянного «обстрела» мелким космическим мусором на орбите будет проблематично развернуть такую структуру и сохранить ее работоспособность.
Кроме того, метод сложно использовать на аппаратах, которые уже запущены. Пока непонятно, как на них ставить солнечный парус, раскрывать и ориентировать так, чтобы получить нужный эффект.
Сопротивление атмосферы
Этот метод основан на том же эффекте паруса, но в атмосфере Земли.
На орбите 500 км еще заметно влияние атмосферы. Ее плотность мала, но частицы газов еще можно использовать для торможения. Для этого предлагают использовать либо надувной шар-баллон, либо специальную пену, которая расширяется в несколько сотен раз. В обоих случаях площадь поперечного сечения объекта увеличивается, он замедляется, и орбита понижается.
Пример использования шара-баллона для торможения спутника в атмосфере. По расчетам, для ускорения выведения с орбиты в 730 км аппарата Iridium массой 700 кг понадобится шар радиусом 17 м. Время сходя при этом сократится с 97 лет до 143 дней
Метод с пеной безопасен, потому что для ее нанесения достаточно подлететь к объекту космического мусора, не захватывая его. Однако область его применения ограничена. На высоте больше 1000 км над поверхностью Земли атмосферы уже практически нет, поэтому торможение будет слабым.
Электродинамическая тросовая система
Из курса школьной физики мы знаем, что Земля — это большой магнит с северным и южным полюсами и магнитным полем. Если в магнитном поле двигать проводник с током, возникнет сила Лоренца, которую можно использовать для торможения. Для этого с объекта космического мусора необходимо вертикально к Земле опустить трос и пустить по нему ток.
У этого метода нет ограничений по высоте орбиты: магнитное поле Земли достаточно протяженно. Но для его использования нужно как-то прикреплять токопроводящие тросы на уже запущенные объекты космического мусора, а также позиционировать их по направлению к Земле.
Эффективность пассивных методов увода
Сравним, сколько будет жить объект в космосе сам по себе и при воздействии на него с помощью вышеописанных методов.
Первая (самая высокая) кривая — график жизни космического аппарата в зависимости от высоты при условии, что мы ничего не делаем для его увода. Если на орбите 500 км аппарат будет жить 10–15 лет, то на 1000 км может беспрепятственно существовать более 1,5 тыс. лет.
Графики сравнения времени увода тел с орбиты естественным путем (синий), с использованием атмосферного тормоза площадью наибольшего сечения 30 м2 (сиреневый) и токопроводящим тросом (зеленый)
При использовании атмосферы для торможения аппарата на орбите до 1000 км 1,5 тыс. лет превращаются в 100 лет, что говорит о достаточно высокой эффективности метода.
С электродинамической тросовой системой 1,5 тыс. лет сокращаются до 1–2 лет, поэтому именно ее всерьез рассматривают как основной пассивный способ увода космического мусора с орбиты.
Отсюда вывод: чтобы не заниматься клинерской сваркой в космосе, все аппараты надо снабжать тросами на этапе проектирования.
Активные методы увода
Эти методы предполагают прямое и активное воздействие на объекты космического мусора.
Бесконтактные методы
Один из самых интересных методов этой группы — лазер.
Идея заключается в том, чтобы, нагревая поверхность мусорного объекта, добиться испарения вещества. При определенных условиях это создаст механический импульс и приведет к торможению и снижению орбиты космического мусора.
Один большой недостаток этого способа заключается в том, что, если разместить такую установку на Земле, ее работа будет слишком энергозатратной. Альтернативная идея — поставить установку на орбиту. Здесь будут сложности, как сориентировать аппарат, чтобы он всегда получал солнечную энергию, а лазер попадал на космический мусор. Но в принципе эти задачи решаемы.
Следующий метод — ионный поток.
Идея в том, чтобы использовать ионные двигатели. Если поставить два таких двигателя на аппарат-уборщик, он сможет одновременно «дуть» на мусорный объект, смещая его с орбиты, и поддерживать собственную орбиту уборщика.
Главный плюс ионных двигателей — в малых энергозатратах. На пяти килограммах топлива один двигатель будет работать в течение года. По космическим меркам это очень мало. Хотя тяги ионного двигателя не хватает, чтобы эффективно перемещать космические корабли, для работы с мусором ее оказалось достаточно.
Еще один интересный метод основан на электростатическом взаимодействии — силе Кулона.
Если мы зарядим (создадим электростатическое силовое поле) аппарат-уборщик и объект космического мусора, то, управляя одним, сможем менять орбиту второго. В случае зарядов разного знака мы будем тащить мусор за уборщиком, а при одинаковом знаке — сталкивать мусор с орбиты.
Самая новая и достаточно оригинальная идея — гравитационный уборщик.
Она состоит в том, чтобы создать большую массивную станцию, которая за счет массы от 100 тонн будет в своей сфере Хилла, как магнит, собирать на околоземных орбитах космический мусор. Каждый собранный объект будет увеличивать массу станции, увеличивая и ее сферу Хилла.
Схема перетаскивания мусора с помощью гравитационного уборщика на орбиту захоронения (высоту, где уже не летают космические аппараты)
Контактные методы
Вторая группа активных методов увода предполагает непосредственный контакт с мусором. Чтобы захватить мусор и сопроводить его либо до орбиты захоронения, либо до атмосферы, используется специальный космический аппарат.
Принципиально существует два подхода — с жесткой и гибкой связью между аппаратом-уборщиком и мусором. Оба вполне реалистичны, но у «жесткого» подхода есть существенный недостаток. Если мы попытаемся механическим манипулятором схватить массивный объект на большой скорости, то, скорее всего, просто оторвем манипулятор. Поэтому более жизнеспособной выглядит тросовая система.
С ее помощью мы можем захватить мусорный объект сетью, гарпуном или иным устройством (как на рыбалке), а потом тащить его за собой:
Методы жесткого и гибкого захвата на сегодняшний день наиболее отработаны, в том числе в ходе экспериментов на МКС, хотя для реального сбора мусора их пока не используют.
Не проработан и вопрос, что делать с мусором. Уводить мусор на орбиту захоронения — как прятать под ковер. Случайное столкновение объектов между собой или мусора с космическим телом может выбить неиспользуемые аппараты с орбиты, добавив нам проблем.
Да и сжигать все в атмосфере — не самая лучшая идея. Если объект крупный, осколки могут разлетаться и достигать земли в радиусе тысяч километров. Возможно, мусор следует перерабатывать прямо на орбите. Чем и как — пока непонятно. Но, может, возникнет какой-нибудь стартап в ближайшем будущем. Вон, нашелся же студент, который теперь убирает мусор в океане и реках. И спонсоры у него нашлись.
Кстати, на днях прозвучало еще одно любопытное мнение, что часть мусора на орбите надо обязательно оставить, поскольку он представляет собой прекрасные «машины времени». И когда технологии усовершенствуются, а космический туризм станет рутиной, можно будет открыть музей прямо на орбите.
Хотя лично я думаю, синдром Кесслера — более реалистичный сценарий (должна же я была добавить черного юмора в конце). Но другой планеты у меня нет, поэтому, надеюсь, это никогда не случится. Как сказал Куарон критикам, «„Гравитация“ — не документальный фильм, а фантастический». Пусть все так и остается.