Космический мусор: растущая и удивительно дорогая проблема

С сотнями спутников, запускаемых каждый год, столкновения в космосе и создание быстро движущихся фрагментов космического мусора становятся все более вероятными, угрожая нашему продолжающемуся человеческому и технологическому присутствию в космосе.

Организация экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) недавно опубликовала свой первый доклад об экономической стоимости космического мусора. Используя исследования из многочисленных источников, включая данные и анализ из Управления космического мусора ЕКА, он обрисовывает в общих чертах опасности, которые могут возникнуть в будущем, если мы не будем действовать, и что можно сделать, чтобы обеспечить наше будущее в космосе.

Здесь мы кратко излагаем основные выводы отчета и объясняем, как ЕКА помогает решать проблему с помощью своей Программы космической безопасности.

Растущая проблема

“Экономическая и социальная уязвимость к космическим опасностям, в частности космическому мусору, растет”. – Устойчивость космоса: экономика космического мусора в перспективе от ОЭСР, 2020.

Институциональное и коммерческое использование пространства растет все более быстрыми темпами. Количество спутников на орбите будет увеличиваться с запуском мега-созвездий для широкополосной спутниковой связи, некоторые из которых включают в себя тысячи спутников, и при этом возрастает риск столкновений и увеличения количества космического мусора.

Только одно столкновение или взрыв в космосе создают тысячи мелких, быстро движущихся осколков мусора, способных повредить или уничтожить работающий спутник. Например, в 2007 году преднамеренное уничтожение спутника FengYun-1C удвоило количество мусора на высоте около 800 км, что привело к увеличению общей численности мусора на 30% в то время.

Космический мусор стоит дорого, и его будет еще более

Что касается стоимости космического мусора, то в докладе говорится, что: “Меры по защите от космического мусора и смягчению его последствий уже являются дорогостоящими для операторов спутников, но основные риски и затраты лежат в будущем, если образование мусора выйдет из-под контроля и выведет определенные орбиты из эксплуатации, став непригодными для человеческой деятельности”.

Защита спутников от космического мусора стоит дорого, начиная с конструктивных мер, необходимости наблюдения и слежения, перемещения действующих спутников в сторону от опасности и даже замены миссий в целом.

По данным ОЭСР, для спутников на геостационарной орбите такие расходы составляют примерно 5–10% от общих расходов на миссию, которые могут составлять сотни миллионов долларов. На низких околоземных орбитах относительные затраты на одну миссию могут быть даже выше, чем 5–10%.

Однако цена бездействия будет намного выше. Достаточное количество мусора на орбите может в конечном итоге привести к синдрому Кесслера, в котором происходит столкновение столкновений, приводящее к все большему количеству самогенерирующих столкновений, и то, что ОЭСР описывает как “экологический переломный момент, который может сделать некоторые орбиты непригодными для использования”.

Экономика и общество становятся все более уязвимыми для воздействия мусора

Социально-экономические последствия синдрома Кесслера будут серьезными. Могут быть потеряны важные космические приложения, такие как прогнозирование погоды, мониторинг климата, науки о Земле и космическая связь. Неспособность использовать определенные орбиты будет иметь далеко идущие и значительные последствия. Согласно отчету, это будет включать:

• Уникальные приложения и функциональные возможности могут быть потеряны, например, интернет, погода и услуги связи
• Потери жизней, например, повышенный риск для космонавтов на Международной космической станции
• Прерванная наука о Земле и исследовании климата
• Увеличение скученности спутников на других орбитах
• Ограничение экономического роста и замедление инвестиций в сектор

В частности, в докладе говорится, что “определенные географические районы и социальные группы будут непропорционально затронуты, особенно в сельских районах с ограниченной существующей наземной инфраструктурой и большой зависимостью от космической инфраструктуры”.

Мы не делаем достаточно

Согласно отчету, “существуют комплексные национальные и международные меры по смягчению последствий, но их соблюдения недостаточно для стабилизации орбитальной среды”.

Действующие руководящие принципы по уменьшению засорения для операторов, управляющих спутниками на низкоземных и геостационарных орбитах, включают, среди прочего, следующее:

• избегать преднамеренного образования мусора (в том числе противоспутниковых испытаний);
• минимизация вероятности случайных взрывов;
• 25-летнее правило дебетования для миссий на околоземной орбите;
• миссии на геостационарной орбите должны быть отправлены на более высокую орбиту-кладбище в конце своей жизни, не допуская возможности нарушения функционирования других спутников;
• По возможности следует избегать столкновений, а также сводить к минимуму риск несчастных случаев на земле в результате повторных въездов.

Как резюмировано в последнем Отчете ЕКА о состоянии космического мусора, большинство операторов спутников на геостационарной орбите соответствуют этим руководящим принципам, но придерживаются менее 60% тех, кто летит на низкой околоземной орбите (и только 20% на орбитах выше 650 км). Несколько стран также провели антиспутниковые испытания за эти годы.

Программа ЕКА по космической безопасности – ответ Европы

Управление космического мусора ЕКА занимается защитой полетов сегодня и обеспечением устойчивого будущего для космического полета. Каждый день команды контроля миссий ESOC в Дармштадте, Германия, отслеживают и оценивают вероятность потенциальных столкновений на орбите и помогают операторам обеспечивать безопасность своих миссий.

Поскольку на орбиту будет запущено больше спутников, современных ручных методов предотвращения столкновений в космосе и образования мусора будет недостаточно. Таким образом, ЕКА в рамках Программы космической безопасности Агентства разрабатывает технологии автоматического предотвращения столкновений, которые сделают процесс предотвращения столкновений более эффективным.

Оценивая риск и вероятность столкновений в космосе, это программное обеспечение улучшит процесс принятия решения о необходимости маневра и может даже отправлять приказы спутникам, находящимся в зоне риска, чтобы уйти с дороги.

Но как насчет мусора, который уже находится на орбите? Впервые в мире ЕКА заказало миссию по удалению мусора с орбиты.

Миссия ClearSpace-1 будет нацелена на верхнюю ступень Vespa (вторичный адаптер полезной нагрузки), оставленную на орбите после второго полета ракеты-носителя Vega ESA в 2013 году.

При весе 100 кг Vespa по размеру близок к небольшому спутнику, а его относительно простая форма и прочная конструкция делают его подходящей первой целью. Этот первый шаг, доказывающий, что удаление мусора на орбите возможно, создаст коммерческую услугу, которая также может обрабатывать более крупные, более сложные захваты, в конечном счете включая захват нескольких объектов.

Предотвращение столкновений и удаление мусора имеют жизненно важное значение для уменьшения количества мусора в космосе, но соблюдение руководящих принципов по предотвращению образования мусора, изложенных выше, оказывает наибольшее влияние на нашу космическую среду. Офис космического мусора ЕКА контролирует соблюдение требований по всему миру, и вместе с Офисом чистого космоса работает над повышением соответствия в глобальном масштабе с помощью операций и технологических достижений.

По материалам Scitechdaily