Что такое космический мусор. Космический мусор: проблемы и пути решения. Проблема засорения космоса мусором

Прошло чуть больше половины столетия с тех пор, как человек запустил в 1957 году в космос и вот уже невероятная, экзотическая проблема перестала быть таковой, а превратилась в довольно реальную угрозу. Первые полеты в космос прошли под знаком всеобщей эйфории. Никому и в голову не приходил вопрос: а куда денутся отработанные спутники, что станется с ракетоносителями, как быть с пылью от сгоревшего топлива? СССР и США наперегонки осваивали околоземное пространство, выводя на орбиту все новые и новые ракеты, спутники и станции. И последствия этой недальновидной политики не заставили себя ждать: в 1978 году на Канаду упали обломки советского спутника «Космос-594». Тогда Советский Союз уплатил огромную сумму денег пострадавшей стране за ликвидацию последствий радиационного заражения. Но не прошло и года, как обломки американской станции, отработав свой срок, рассыпались над Австралией.

К человеческим жертвам упавший на землю космический мусор в обоих случаях не привел, однако инциденты заставили ученых задуматься. Ведь в околоземном пространстве по своим орбитам курсируют не только искусственные спутники и (числом примерно 700), но и уже отработавшие свой срок станции, их фрагменты и другие рукотворные объекты. И если мусор на нашей планете можно где-то локализировать и утилизировать, то с объектами бурной космической деятельности человечества такое сделать не получится. Об этих выбросах можно было бы и забыть, если бы они не двигались. А летят они в с огромной скоростью - 9 километров в секунду. Столкновение на такой аппарата с мелкой железкой величиной всего несколько сантиметров может протаранить обшивку и привести к катастрофе.

По данным ученых, космический мусор за последние полстолетия разросся до немыслимых размеров. По разным орбитам вокруг Земли вращается 11 тысяч объектов величиной более 10 см и 600 тысяч отбросов от одного до десяти сантиметров величиной. Сейчас, разрабатывая новые образцы космических аппаратов, инженеры продумывают и защиту их от возможных столкновений с нежелательными летающими объектами. За движением особо крупных кусков следят специальные радары, которые предупреждают космонавтов о нависшей угрозе. МКС 3-4 раза в год должны отклоняться от своего маршрута, чтобы избежать столкновения с мусором.

Таким образом, космические полеты стали небезопасны еще и потому, что покорители космоса могут неожиданно и фатально встретиться с объемным мусором, бороздящим звездные просторы. И если обшивка корабля позволяет сохранить целым корпус (да и то, от мелких отбросов), то это не касается солнечных батарей, которые нечем прикрыть и защитить. Хуже всего то, что иногда два разных объекта сталкиваются между собой и разбиваются. Крупный объект исчезает с радаров, а взамен появляются тысячи более мелких, но не менее опасных осколков.

Но как убрать космический мусор? Пока что ничего умнее, как наблюдать за движением особо крупных отходов и разрабатывать новых спутников с учетом движения обломков старых кораблей, не придумано. Есть утопический проект, выдвинутый Швейцарским технологическим институтом Лозанны, согласно которому, нужно отрядить на орбиту спутник «Clean Space One», который отыщет один фрагмент мусора, захватит его и устремится к Земле, где оба они и сгорят в плотных Но, как представляется, 8 млн. евро - слишком высокая цена за уборку одного фрагмента.

Пока что ученые сфокусировались на проблеме, как сделать так, чтобы космический мусор не увеличивался в объеме в дальнейшем. Сейчас отслужившие свой век спутники переводят на более низкую орбиту, чтобы они вошли в притяжение Земли и сгорели в атмосфере, или, наоборот, их выводят на более высокую траекторию, где они не рискуют натолкнуться на действующие аппараты. Остатки ядерного топлива из ступеней ракет сливают, чтобы предотвратить взрывы от столкновений.

26го марта 2012 года экипажу международной космической станции пришлось лечь спать не на привычных местах на станции, а перебраться для ночёвки в спускаемые корабли «Союз». Прятаться космонавтам пришлось из-за того, что рядом со станцией должен был пролететь космический мусор - кусок старого развалившегося спутника. К счастью, МКС не пострадала, и космонавты благополучно вернулись к своей работе, хоть и провели ночь в скафандрах, готовые в любой момент вернуться на Землю. Сложись всё чуть иначе, и бессоная ночь в скафандрах показалась бы космонавтам лучшим времяпрепровождением. Космический мусор мог бы доставить гораздо больше хлопот людям и на Земле и в космосе, разрушив какой-нибудь отсек МКС. Пожелаем космонавтам успехов в их нелёгкой, но интересной работе, а сами поговорим о том, что такое космический мусор.

Космический мусор – это неработающие спутники, их обломки и части отработавших своё космических ракет. Если говорить совсем по-взрослому - это созданные человеком объекты, которые находятся в космосе, но не работают и не приносят пользы.

Космический мусор. Иллюстрация художника с сайта ижевского астроклуба .

Как образуется космический мусор? Какой бывает космический мусор?

Каждый искусственный спутник имеет своё «время жизни». Пока космический аппарат выполняет какую-нибудь работу, его называют «живым». Например, спутник может следить за облаками и изменениями температуры на земле (метеоспутники), передавать радиосигналы из одной точки Земли в другую (спутник связи) или подглядывать за чужими войсками (спутник-шпион). Но проходит время, и у спутника постепенно начинает пропадать питание: садится аккумулятор или портятся солнечные батареи. Тогда на спутнике начинают потихоньку отключаться приборы. Сначала те, которым требуется много энергии, потом другие, которым требуется меньше электричества. В конце концов, космический аппарат перестаёт передавать информацию на Землю. Это значит, что спутник выработал свой ресурс, и использовать его уже не получится. При этом космический аппарат так и продолжает летать по своей орбите вокруг Земли, но пользы не приносит, поэтому его называют космическим мусором.

Мёртвый американский спутник, сгоревший в атмосфере

Другой тип космического мусора – это верхние ступени космических ракет и разгонные блоки, выводящие космические аппараты на орбиту. Когда в космос запускают пилотируемые корабли или спутники, то они вылетают в космос не сами по себе, а с помощью специальных ракет. Космический аппарат находится при этом в специальном разгонном блоке. Когда разгонный блок долетает до того места, где надо оставить спутник, то в нём открывается люк и с помощью пружины спутник выталкивается в космос и отправляется в «свободное плавание». Часто бывает так, что после этого разгонные блоки лишь немного уходят с орбиты спутника, остаются в космосе и тоже становятся космическим мусором. На этом видео на 1:09 показано, как отделяется разгонный блок от космического корабля.

Самый большой вклад в количество мусора на околоземной орбите вносят не отработавшие своё спутники или ракеты, а мелкие (меньше сантиметра) кусочки обшивки космических кораблей, остатки взорвавшихся разгонных блоков - словом, разная мелочь. По последним оценкам количество таких «песчинок» может достигать сотен тысяч. В прошлом году из-за недооценки рисков вышедший на орбиту американский спутник связи столкнулся со старым, уже неработающим российским военным спутником. Столкновение произошло на очень большой скорости, поэтому оба спутника разлетелись на мелкие кусочки, что добавило мелкого космического мусора. Именно от обломков этих спутников и пришлось прятаться космонавтам. есть инфографика о количестве и расположении космического мусора.

Чем опасен космический мусор?

Космический сор, к сожалению, не комнатная пыль, которая спокойно лежит по углам неубранной комнаты. В отличие от покоящегося земного мусора, старые спутники и их куски мчатся около Земли с огромными скоростями - десятки километров в секунду. Умей вы двигаться с такой скоростью, могли бы спать по утрам подольше, ведь дорога от дома в школу (или на работу) никогда бы не занимала и секунды. Но то, что для нас приятные мечты, для космонавта – опасная реальность. Если маленький кусочек мусора врежется в какой-нибудь полезный спутник или космическую станцию, то он разрушит её или нанесёт значительные повреждения. С «песчинками» ещё можно справиться. Для этого на поверхности МКС находятся специальные экраны, в которые врезается космическая пыль. Столкновения столь сильны, что от удара маленький кусочек мусора просто испаряется вместе с частью защитного экрана. Однако от обломков размером в несколько сантиметров уже ничто не спасёт, поэтому космонавтам приходится надевать скафандр и готовиться к эвакуации на Землю. Иногда вместо подготовки к эвакуации космонавты могут немного изменить орбиту МКС и «уступить дорогу» опасному обломку.

Фотография российской космической станции «МИР». На самой правой верхней солнечной батарее видны чёрные пятна - последствия столкновения с космическим мусором.

Космический мусор или космический музей?

Некоторые учёные считают, что космический мусор – это уникальный музей космической техники. Только представьте себе, как было бы интересно пройтись по такому музею! Ведь там можно найти почти все аппараты, запущенные в космос за всё время, прошедшее от запуска первого советского спутника и до наших дней. Метеоспутники, когда-то помогавшие предсказывать погоду, замолчавшие навсегда ретрансляторы с большими тарелками-антеннами, уснувшие вечным сном спутники-шпионы, всё ещё внимательно следящие объективами за поверхностью Земли… Это не просто куски металла, а кропотливый труд сотен талантливых людей, гениальных конструкторов, инженеров, проектировщиков. Это воплощение в жизнь изобретений и открытий физиков и химиков, стараний материаловедов, расчётов математиков. Это история взлётов и падений (порой в буквальном смысле), неудач и прорывных идей, история больших ожиданий и сбывшихся надежд. Пожалуй, это был бы музей, которым всё человечество и, в первую очередь, Россия, могло бы гордиться.

Константин Кудинов

Дорогие друзья! Если вам понравился этот рассказ, и вы хотите быть в курсе новых публикаций о космонавтике и астрономии для детей, то подписывайтесь на новости наших сообществ

Космический мусор - это, во-первых, обломки и целые части отработанных, негодных спутников, которые человечество запускало на орбиту больше пятидесяти лет. Во-вторых, это камешки и потерянные предметы, капли краски и вообще самый разнообразный мусор, который каким-то образом не сошел с орбиты и не сгорел в атмосфере Земли. Космический мусор представляет угрозу из-за цепной реакции, поскольку вращается на огромный скорости. Попадание даже капли краски на такой скорости может прострелить скафандр насквозь. Что будет, если на такой скорости попадет целый спутник? В фильме «Гравитация» это показали особенно красиво.

Может стать для планеты Земля и орбитальных аппаратов серьёзной проблемой, но на данный момент эффективных методов борьбы с ним не существует, всё по большей части ограничивается системами слежения за перемещением мусора и несколькими технологиями, которые до сих пор находятся в разработке. Зато уже существуют эффективные и современные системы предупреждения об опасных объектах. Пресс-служба «Роскосмоса» сообщает, что одну из таких станций российские специалисты недавно открыли в Бразилии.

По данным, предоставленным учеными из США, прямо сейчас на орбите нашей планеты находится более 23 тысяч искусственных объектов , которые можно отнести к космическому мусору. К таковому относятся “умершие спутники”, детали, оставшиеся от взорванных ракет и т.д.

Речь идет, в основном, об объектах размером более 10 сантиметров. Все они занесены в специальные каталоги и имеют свои идентификационные номера. К слову, в 2013 году количество таких фрагментов на орбите Земли, согласно американскому каталогу, насчитывалось всего 16 600.

Проблема космического мусора

Сегодня ученые все чаще и чаще начинают говорить о засорении околоземной орбиты космическим мусором. В середине апреля Европейское космического агентство сообщило , что искусственных фрагментов на орбите уже столько, что следить за ними становится очень сложно, и это может привести к различным авариям. Накопившийся за десятки лет хлам не обладает никакой научной ценностью, но несет угрозу МКС, работающим спутникам и космическим полетам. В представленном ЕКА докладе звучат такие цифры:

“С помощью мощных наземных радиолокационных радаров и других оптических приборов мы установили, что на орбите находится приблизительно более 700 000 объектов крупнее 1 сантиметра и около 170 миллионов фрагментов больше 1 миллиметра. С каждым годом эти цифры растут”

Проблема космического мусора становится злободневной, и если ее не решить, мы рискуем оказаться в ситуации, когда человечество больше не сможет выйти в космос, для нас он будет просто закрыт. Впрочем, существует множество проектов, реализация которых помогла бы решить эту проблему. Например, доктор Зигфрид Джейсон хочет создать аппарат весом около 100 граммов, который бы захватывал мусор и направлял его в атмосферу планеты, где тот бы сгорал. Другие предлагают вообще отправлять космический хлам к Марсу. К сожалению, в силу финансовой составляющей, любые предложения существуют, как говорится, пока только на бумаге.

Да и еще неизвестно, как ученые хотят уничтожать радиоактивные элементы. В 60-х-80-х годах прошлого века СССР запустил в космос большое число спутников морской разведки «УС-А». На борту каждого аппарата стоит ядерный реактор с 30 килограммами обогащенного урана-235. Была запущена серия из 30 аппаратов, несколько уже «вернулось» на Землю. Один из них, «Космос-954», в 1978 году упал на территорию Канады. Обломки спутника вызвали радиоактивное заражение местности (к счастью, малонаселенной), что привело к большому международному скандалу. Остальные неработающие аппараты “захоронили” на орбите высотой около 1000 километров, где спутники, как думают специалисты, смогут оставаться еще 2000 лет.

МКС и космический мусор

В мае прошлого года британский астронавт Тимоти Пик, работавший в то время на борту МКС, отправил на землю вот такой снимок.

На фото хорошо видна небольшая трещина, то есть повреждение на иллюминаторе. Специалисты Европейского космического агентства пояснили, что это повреждение нанес некий металлический фрагмент извне «не более нескольких тысячных миллиметра» . По сути, объекты такого размера причинить какой-то серьезный ущерб станции не могут, но вот фрагмент диаметром более 1 сантиметра, летящий в космосе со скоростью пули, может вызвать критическую ситуацию. А что будет со станцией, если в нее врежется кусок железа размером более 10 сантиметров, страшно представить.

МКС находится на низкой околоземной орбите на высоте около 400 километров над уровнем моря (НОО имеет высоту от 160 до 2000 км). Стоит сказать, что в области НОО проходили и проходят все космические полеты, и сюда же выводят большинство искусственных спутников Земли, поэтому здесь сосредоточено большое количество хлама.

Вероятность столкновения МКС с этими объектами существует постоянно, благо мы живем в XXI веке, и технологии позволяют нам отслеживать движение космического мусора. Вокруг станции есть так называемый «защитный периметр» в форме коробки для пиццы. Его размеры составляют 4 километра в высоту (по 2 км вниз и вверх от станции) и 25 километров в ширину и длину. Если один из обломков попадает в эту защитную зону, на экранах мониторов наземной службы USSTRATCOM, занимающейся отслеживанием мусора, появляется тревожный сигнал.

Операторы предупреждают NASA о надвигающейся опасности и высоту МКС начинают корректировать: поднимать или опускать станцию, чтобы уйти от столкновения. Понятно, что совсем маленькие кусочки железа с игольное ушко отследить очень тяжело, да и, как мы писали выше, опасность для МКС они не представляют.

Для своих габаритов Международная космическая станция очень подвижна (весит чуть более 400 тонн). Она оснащена четырьмя гиродинами — инерциальными устройствами, которые позволяют станции менять направление в пространстве. Вдобавок к этому у МКС есть несколько наборов ускорителей, позволяющих ей поворачиваться. Управление происходит с земли специальными службами.

На низкой околоземной орбите МКС удерживает сила притяжения Земли. Без этого притяжения станция улетела бы в далекий космос. Исходя из закона всемирного тяготения, получается, что МКС как бы падает на Землю, но “промахивается”, кроме того, она еще движется “вбок” (не забываем, планета круглая). Чтобы это движение не прекратилось, необходимо правильно подобрать эту самую «скорость вбок». Для МКС она равна 8 км/с.

Еще один нюанс. На высоте, на которой находится МКС, прослеживается атмосфера — газовая оболочка, которая вращается вместе с нашей планетой. Станция как бы “трется” о нее и замедляется, все ближе и ближе приближаясь к Земле. Чтобы космический дом окончательно не рухнул, требуется регулярно поднимать его высоту.

Точно так же на НОО “работает” и вращается вокруг Земли космический мусор. С двумя отличиями — у него более высокая скорость движения, чем у МКС, и им не управляют с командного пункта. Обломки различных аппаратов постоянно падают. Ежегодно в атмосферу Земли входит порядка 150 тонн мусора . Более мелкие фрагменты сгорают в атмосфере, более крупные тонут в океане, но иногда могут рухнуть и на твердую поверхность. Самым примечательным случаем за последние несколько десятков лет стало падение в 1997 году топливного бака второй ступени ракеты-носителя «Дельта-2». Кусок металла упал в Техасе. К счастью, никто не пострадал.

Есть мусор и на геостационарной орбите, которая начинается на высоте более 30 000 км. Хорошо известно, чем выше орбита, тем меньше сила притяжения, и меньше мешает атмосфера, а значит мусор может находится на ней дольше — веками!

Лидер по количеству оставленного мусора в космосе

Большую часть космического мусора составляют фрагменты, которые образовались в ходе преднамеренного или самопроизвольного взрыва ракет или спутников. Большая часть таких взрывов была “плановой”. Во время Холодной войны СССР и США выполняли очень много космических полетов по военным программам и некоторые корабли, не справившиеся с заданием, просто уничтожались в космосе.

Но были и аварийные ситуации, когда аппараты взрывались непреднамеренно, вследствие каких-либо проблем с системой. Например, в 1960-х годах основной причиной космических катастроф становились пары ракетного топлива, которое не успевало выгореть во время работы двигательных установок. В 1965 году из-за остатков топлива в баках взорвалась ступень американской ракеты “Транстейдж”, в результате ракета разлетелась на 500 частей. Все эти фрагменты остались в космосе.

Первое место по взрывам на орбите принадлежит… России. С 1991 года произошло не менее 35 аварий с российскими ракетами. С чем это связано, остается только догадываться. Одна из причин — снижение качества выпускаемой космической техники. Проблема эта началась после распада СССР. К большому огорчению, этот упадок в ракетно-космической отрасли не могут преодолеть до сих пор.

Нашли ошибку? Пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

В мае этого года частичка космического мусора попала в иллюминатор МКС. Кусочек то ли краски, то ли металла размером в тысячные доли миллиметра не пробил стекло насквозь, так как оно толще и прочнее обычных стекол, но оставил вмятину диаметром семь миллиметров.

Вмятина на иллюминаторе МКС. Фото: ESA/NASA

Жизненно важные отсеки МКС устоят против мелких фрагментов космического мусора, но, если фрагмент будет больше 1 сантиметра в поперечнике, он пробьет защиту. За космическим мусором на орбите ведется наблюдение с Земли, и при угрозе столкновения станции с куском мусора МКС маневрирует, чтобы уклониться от него. НАСА отслеживает движение фрагментов космического мусора размером от пяти сантиметров в поперечнике на низкой орбите. По оценкам космического агентства, вокруг Земли летает около 20 тысяч фрагментов размером с теннисный мяч и примерно 500 тысяч более мелких кусочков.

Солнечные панели станции «Мир» пострадали не только из-за столкновения с «Прогрессом М-34» в 1997 году, но и из-за бомбардировки мелким космическим мусором и микрометеоритами. Фото: NASA/Crew of STS-91

Меньше грамма космического мусора убивает спутник

Мелкий мусор не так опасен для тщательно защищенной МКС, но для обычного спутника может оказаться смертельным. 28 января 2013 года российский научный наноспутник BLITS, запущенный в 2009 году, внезапно изменил свою орбиту и скорость вращения. Он столкнулся с фрагментом космического мусора и развалился на части. Поскольку движется мусор с большой скоростью — до 8 км/с, то для гибели 7,5-килограммового спутника, по расчетам ученых , оказалось достаточно фрагмента массой всего 0,017-0,019 граммов.

Спутник BLITZ. Фото: Kelso, T. S. et al. Proceedings of the Advanced Maui Optical and Space Surveillance Technologies Conference, 2013

Откуда берется мусор

Орбита Земли замусорена «мертвыми» спутниками, отработанными ступенями ракет и более мелким мусором. Большая часть мелкого мусора образуется, когда спутники взрываются (наиболее частая причина — поломки двигателей), сталкиваются друг с другом или становятся мишенями противоспутниковых ракет.

Первое столкновение в космосе случилось в 1996 году, когда ступень европейской ракеты «Ариан-1» столкнулась с французским спутником Cerise. Спутник пострадал, но выжил и продолжил работать. Более серьезное ДТП произошло в 2009 году, когда спутник связи «Иридиум» столкнулся с военным российским спутником «Космос-2251», на тот момент уже не работающим. Оба спутника разлетелись вдребезги где-то над Сибирью.

Больше всего в космосе намусорили китайцы, которые в 2007 году сбили свой собственный спутник при испытаниях противоспутниковой ракеты, оставив на орбите более 3000 мелких обломков.

Кроме того, в открытом космосе можно встретить плоскогубцы, камеру, шпатель и целую сумку с инструментами — их в разное время потерял экипаж МКС. А до тех пор, пока на станции не появилась система переработки мочи, ее просто выливали в космос, где она становилась частью космического мусора в виде мелких замороженных кристалликов.

Космонавт Сунита Уильямс теряет камеру в открытом космосе в 2007 году

Куда уходят спутники

Как долго космический мусор остается в космосе, зависит от высоты орбиты. На низкой орбите космический мусор, подчиняясь притяжению Земли, в конце концов сгорает в атмосфере. Часть долетает до Земли, но пока не было случаев, чтобы они кому-то сильно навредили.

Самый известный случай падения космического мусора на живого человека произошел в Оклахоме: кусок космического мусора весом с пустую банку из-под колы ударил по плечу женщину по имени Лотти Вильямс. Фрагмент был похож на ткань, но из металлических волокон. Женщина была уверена, что поймала кусочек падающей звезды, но расследование показало, что это, скорее всего, была деталь ракеты-носителя «Дельта-2». Вильямс эта версия разочаровала.

Спутники, находящиеся на более высокой геостанционарной орбите слишком затратно уводить на низкую, чтобы они в конце концов сгорели, поэтому их, наоборот, поднимают выше — на так называемую орбиту захоронения, где они могут оставаться веками. Чтобы на орбите не происходило взрывов, при которых обломки могут попасть ближе к Земле, перед захоронением спутники разряжают батареи, выпускают запасы сжатого газа и сбрасывают топливо. Это может уменьшить дальнейшее замусоривание орбиты Земли, но проблемы уже существующего мусора не решает.

Космический мусор на орбите, 1957-2016 годы

Охота на мусор

В 2023 году для уборки на орбите Европейское космическое агентство планирует запустить аппарат e.Deorbit. Как он будет захватывать мусор, пока неизвестно: ученые рассматривают сеть, гарпун или зажим. После захвата аппарат будет уводить мусор с орбиты, чтобы тот сгорел в атмосфере.