Вадим Романов - Мусор преграждает путь в космос

Расчёты показали, что для удаления с низкой околоземной орбиты более чем 2400 объектов орбитального мусора или орбитальных отходов весом более 2 кг каждый, понадобится 12 сетей EDDE общим весом около 1 т.

По мнению разработчиков, за 7 лет 12 аппаратов EDDE способны полностью очистить ОКП от крупных кусков орбитального хлама. Первый полёт аппарата EDDE запланирован на 2013 год, а разворачивание всей группы должно начаться в 2017 году.

Безусловно, заявленный агентством DARPA проект поражает масштабом и размахом, однако его реализация в заявленные сроки, по нашему мнению, не реальна. При воплощении этого амбициозного проекта «в металл» и натурных экспериментах разработчиков ждут непреодолимые технические и финансовые трудности…

Более реалистичен и сравнительно дёшев проект запуска на орбиты ОКП пыли, тормозящей движение мусора. Американские учёные из Научно-исследовательской лаборатории ВМС США предложили оригинальный способ удаления орбитального мусора [37]. Этот метод ориентирован на устранение обломков и частиц небольших размеров (до 10 см). Многочисленные частицы такого диаметра не менее опасны, чем крупные объекты: за маленькими фрагментами невозможно следить, а повреждения, наносимые ими, могут оказаться весьма серьёзными. Расчётное пространственное распределение этих обломков напоминает распределение 19 тысяч занесённых в каталоги массивных объектов, которые находятся на орбите Земли, но смещено на большую высоту.

Время жизни орбитального мусора растёт вместе с так называемым баллистическим коэффициентом В, определяемым как отношение массы объекта М к площади его эффективного сечения S и коэффициенту аэродинамического сопротивления движению С х[38]:

В = М/ C xS,

где S = (I·d) 2— среднегеометрическое значение площади неориентированного осколка;

I, d — длина и ширина мусорного фрагмента.

Известно, что фрагменты и частицы орбитального мусора со значениями баллистического коэффициента В от 3 кг/м 2до 5 кг/м 2скапливаются на высотах около 1000 км над Землёй и могут находиться там веками. Если эти объекты находятся ниже 900 км, где сопротивление среды заметно возрастает, максимальное время их жизни сокращается до 25 лет [37].

Таким образом, суть задачи освобождения от орбитального мелкофракционного мусора сводится к уменьшению высот его полёта до 900 км и ниже. Дальнейшее его «провисание» будет происходить естественным путём ускоренным темпом. Проблема может быть решена путём увеличения сопротивления движению этих частиц на орбитах.

Авторы предлагают использовать для этого вольфрамовые пылевые частицы диаметром 2(А50 мкм, доставленные на квазикруговую полярную орбиту, которая также будет сокращаться за счёт сопротивления среды. Скорость этого процесса зависит от размеров и плотности частиц. Её можно контролировать, если тщательно спланировать траектории орбитального мусора и траектории воздействующей на него металлической пыли. При использовании вольфрамовых мелкодисперсных частиц, по расчётам авторов предложения, эти объекты будут снижаться синхронно. Синхронизация даст возможность уменьшить толщину пылевого слоя AR (см. ниже приведённую схему), которая необходима для очистки требуемого интервала высот 5R.

По расчётам исследователей, для перевода небольших обломков с орбиты высотой 1100 км на 900-километровую понадобится слой 30-микрометровой вольфрамовой пыли толщиной в 30 км и общей массой "всего" в 20 тонн. Процесс искусственного снижения мусора при этом растянется на 10 лет.

Микроскопические пылевые частицы, как уверяют авторы проекта, не будут угрожать работе спутников. Поскольку микрометеориты космического мусора ежедневно доставляют огромные объёмы пыли к Земле, дополнительные 20 тонн вольфрамовой пыли не нарушат установившегося природного равновесия.

Предложенный способ очищения ОКП от мусорных орбитальных экскретов достоин внимания, однако он совершенно не проработан технически и имеет немало «подводных камней». В качестве замечаний к нему следует указать на неопределённость вопросов доставки и распыления металлической пыли на заданных высотах. Как можно сформировать в условиях невесомости равномерный пылевой слой? Не возникнет ли при распылении частиц облако неопределённой конфигурации и нерегулируемых размеров? Как привнесённая в ОКП пыль может повлиять на прохождение солнечной радиации к Земле и не окажет ли она негативного экранирующего воздействия на теплообмен, а значит и на климат планеты?

Кроме технических проблем и вопросов следует иметь в виду международный характер такой акции, затрагивающей интересы всего человечества. Поэтому необходимо проведение обсуждения этой проблемы научным международным сообществом.

Кстати, такие обсуждения должны предварять и любые другие активные вмешательства в ОКП, которые могут иметь непредсказуемые последствия для биосферы планеты.

Ни в околоземном космическом пространстве, ни в Космосе нет межгосударственных границ, поэтому долгое время космические державы размещали свои спутники там, где считали нужным. В результате «ёмкость» удобных орбит уже сегодня практически исчерпана. На низких околоземных орбитах, то есть на высотах до двух тысяч километров, сегодня находятся несколько сотен активных и более двух с половиной тысяч уже не действующих спутников, и численность этой летающей орбитальной свалки стремительно растёт. Ещё хуже обстоят дела на геостационарной орбите, расположенной на высоте ~ 36 тысяч километров. Её главное достоинство в том, что находящиеся на ней спутники неподвижны относительно Земли. Это позволяет вести с них наблюдение и обеспечивать надёжную связь на территории, превышающей 90 % земной поверхности.

Обычно спутник — например, спутник связи, — используется от пяти до десяти лет. Потом он технологически и физически устаревает, и ему на смену запускают новый. Сегодня 95 % спутников — попросту металлолом, и этот хлам способен захламлять ОКП веками. Время орбитального существования экскретных объектов Т 0в космическом пространстве очень велико. На геостационарной орбите Т 0может достигать миллионов лет, на низких околоземных орбитах Т 0оценивается от нескольких сотен до нескольких тысяч лет.

Из-за «перенаселённости» некоторых орбит возникают аварийные ситуации. По расчётам специалистов, при такой тесноте на геостационарной орбите высока вероятность возникновения так называемого «каскадного эффекта», то есть цепи последовательных столкновений, способных привести не только к разрушению действующих космических аппаратов, но и к образованию огромного количества мелкого мусора. Чтобы предотвратить перенасыщение геостационарной орбиты орбитальными экскретами, ООН объявила её «ограниченным природным ресурсом». Теперь места там «выдаются» строго по заявкам претендующих на это стран.