Обломки ракет и спутников: откуда в космосе появляется мусор и как его оттуда убрать

Сейчас на низкой околоземной орбите летает 40 500 крупных останков ракет и спутников, а также более 130 млн частиц мусора размером до 1 см, подсчитали в Европейском космическом агентстве (ESA). Количество спутников, выведенных на орбиту, приблизилось к 20 000, из них только половина в рабочем состоянии. 

Ежегодно для решения научных, военных и бизнес-задач — от платежей по пластиковым картам до систем связи — около 3000 новых спутников отправляют в космос. Тренд последних лет — разворачивание целых систем — мегаинсталляций, состоящих из десятков объектов. Лидируют в этой области коммерческие компании. Например, SpaceX Илона Маска в 2024 году вывела на орбиту 89 аппаратов Starlink. 

Если ничего не предпринять, то запуск ракеты станет походить на лавирование между отходами. Собственно, это уже происходит: Международная космическая станция постоянно меняет траекторию, а в Американском космическом агентстве вспоминают 28 февраля 2024 года, когда аппарат по изучению солнечной радиации едва не столкнулся с неуправляемым 32-летним российским спутником.

В конце концов осуществится прогноз американского ученого Дональда Кесслера, данный в конце 1970-х годов. «Синдром Кесслера» предполагает, что произойдет цепочка столкновений останков космических объектов: каждое новое будет увеличивать число отходов, и так до тех пор, пока не заполнится вся орбита. В результате околоземный космос станет непригодным для использования. Такое развитие событий легло в основу сюжета фильма «Гравитация» 2013 года. Астронавты в исполнении Сандры Буллок и Джорджа Клуни остались дрейфовать в космосе после уничтожения потоком космического мусора орбитальной станции. Согласно математическим моделям, для того, чтобы избежать сценария Кесслера, у человечества еще 200 лет. 

Технологии космической уборки

Один из старейших «мусорных» проектов принадлежит России. Компания «Энергия» в 2010 году предложила использовать струю ионов, которую направляет на объект аппарат-уборщик и сталкивает мертвый спутник с орбиты. Это пока единственный способ бесконтактной очистки. Однако испытаний в космических условиях не проводилось, а последнее упоминание проекта в СМИ относится к 2022 году.

Проблему обнаружения останков аппаратов ученые решают созданием систем мониторинга. Например, бельгийская компания Arcsec с 2020 года разрабатывает небольшие спутники для поиска отходов размером до 3 см. 

Японский стартап Aeroscale производит магнитные пластины, которые устанавливают на оборудование перед запуском. Космический уборщик с их помощью «притягивает» устройство и сталкивает с орбиты, чтобы оно сгорело в плотных слоях атмосферы. Партнером миссии Astroscale выступают британская компания OneWeb, Европейское космическое агентство и Космическое агентство Великобритании. В дальнейшем компания разработает технологию, которая позволяет за один полет удалять из космоса несколько объектов.

Еще одна возможность — британский космический гарпун для захвата мусора. Он представляет собой сеть, которая выстреливает из аппарата, улавливает останки и направляет в атмосферу. Также студенты-инженеры из Авиационного университета Embry-Riddle во Флориде смоделировали роботизированную руку — дополнительное оборудование для спутника Solar CubeSat — для «вылавливания» объектов на расстоянии до 10 см. В отличие от многих других потенциальных «чистильщиков» у этого крошечного аппарата не закончится топливо и он не превратится в мусор. Куб работает от солнечной энергии. На создание прототипа уйдет 4–5 лет.

Однако массового применения технологии очистки орбиты пока не нашли. Тестировать оборудование слишком дорого, и приоритет отдан более выгодным коммерческим проектам или созданию военных систем. Тем не менее уже полвека на международном и национальном уровне происходят попытки сократить космический мусор и хотя бы отсрочить синдром Кесслера. 

Космическая цель устойчивого развития

Программы по борьбе с засорением орбиты появились в 1990-е годы, международные принципы по предотвращению появления космического мусора в ООН приняли в 2007 году. Они предполагают проектирование спутников с минимальным образованием отходов и безопасный вывод объектов с орбиты. 

Однако со временем задача специалистов космической отрасли трансформировалась: теперь недостаточно избежать столкновений объектов, необходимо очистить космос и не допустить повторного засорения. В ЕС и США приняты программы «ноль останков», которые предполагают очистку орбиты к 2030 году. Японское правительство вкладывает деньги в разработку космических «мусорщиков». В 2022 году Федеральная комиссия по связи США ввела новые правила, которые обязывают телекоммуникационные компании выводить с орбиты и утилизировать старые аппараты, а не позволять им десятилетиями дрейфовать в космосе. В России с 2008 года действует ГОСТ по борьбе с космическим мусором, отвечающий рекомендациям ООН.

Но несмотря на усилия, объем мусора в космосе растет. Чтобы изменить ситуацию, международная группа ученых призвала принять дополнительную, 18-ю цель устойчивого развития ООН — «Безопасность, устойчивость и сохранность космического пространства». Она поможет рационально использовать орбиту и избежать накопления мусора. Сейчас ООН принято 17 целей, которые направлены на искоренение бедности, сохранение окружающей среды, климата, обеспечение доступа к чистой воде.

В недавнем исследовании, проведенном под руководством Плимутского университета, группа экспертов сравнила борьбу с мусором в космосе с предотвращением загрязнения океанов. Многие морские районы сегодня представляют собой бесплодные пустоши с миллиардами частиц отходов. Человечество столкнулось с действительностью: ресурсы океана ограничены. Орбита Земли — среда похожая на океан, и ее бездумная эксплуатация повторяет ошибки прошлого. По мнению ученых, необходимо разработать единые правила создания и вывода на орбиту космических объектов. Они должны быть безопасными, долговечными, а также служить интересам всего человечества. 

Сотрудники космической индустрии, похоже, и сами видят схожесть ситуации на Земле и на орбите. По мнению инженера космических систем Мориба Да, следует переходить на замкнутый цикл использования орбитальных объектов и ресурсов для их создания, а это означает — многоразовые ракеты, спутники, материалы, пригодные для повторного использования, и дизайн аппаратов с учетом их вывода с орбиты. 

Однако ускорение процессу очистки космоса, скорее всего, придадут не международные соглашения, а развитие космического туризма. Как только затраты на уклонение от обломков и риск крушения ракеты превысят стоимость очистки пространства, такие «космические» бизнесмены, как Илон Маск или Джефф Безос, доведут до стадии промышленного применения даже почти забытое российское изобретение, не говоря уже о гарпунах и сетях.