Засорение космоса продолжается
10-го октября американский космический челнок "Atlantis" с командой из 7-ми астронавтов на борту отправится в 11-дневную экспедицию к орбитальному телескопу "Hubble". Это будет уже 4-е и последнее техобслуживание телескопа. Программа экспедиции предусматривает полную замену всех 6-ти гироскопов и всех 6-ти батарей, а также установку новой камеры и нового спектрометра. Если эта программа будет полностью выполнена, то телескоп "Hubble" сможет и далее выполнять свою миссию, по крайней мере, до 2013-го года, когда ему на смену придёт космический телескоп нового поколения, названный именем Джеймса Уэбба (James Edwin Webb), бывшего директора НАСА. Между тем, нынешнее руководство НАСА, после гибели челнока "Columbia" в 2003-м году совсем отменившее эту экспедицию шаттла "Atlantis", а затем всё же решившее её осуществить, уже объявило о том, что она связана-таки с повышенным риском. Поскольку с орбиты телескопа "Hubble" челнок не сможет, если это вдруг потребуется, добраться до Международной космической станции, принято решение о том, чтобы шаттл "Endeavour" на протяжении всей экспедиции был готов к экстренному старту и выполнению спасательной миссии. Но что же заставляет так тревожиться менеджеров НАСА, что делает эту экспедицию опаснее остальных? Ответ прост: космический мусор, количество которого в районе орбиты телескопа "Hubble" особенно велико. Проблема космического мусора становится всё более насущной, потому что засорение околоземного космического пространства продолжается. Хотя с начала космической эры прошло всего полвека, что по меркам Вселенной ничтожно мало, за столь короткий срок человечество всё-таки умудрилось изрядно захламить ближние и дальние окрестности нашей планеты. Космический мусор – это вышедшие из строя, но оставшиеся на орбите спутники, последние ступени ракет-носителей, брошенные топливные баки, фрагменты разрушенных космических объектов и такая вроде бы "мелочь", как пружины, гайки, заглушки и тому подобное. Например, рабочая перчатка и отвёртка, упущенные американскими астронавтами во время ремонта одного из "шаттлов". Теперь они рассекают космические просторы со скоростью 28 тысяч километров в час. Однако в последние годы к этим практически неизбежным "случайным" обломкам добавились целые облака мусора, порождённые либо при испытаниях систем противоракетной обороны, либо при целенаправленном разрушении вышедших из строя или выработавших свой ресурс спутников с помощью запущенных с Земли противоракет. 11-го января 2007-го года китайская баллистическая ракета среднего радиуса действия, оснащённая вместо обычной боеголовки ступенью перехвата, прямым попаданием разрушила отслуживший своё китайский же метеорологический спутник "Fengyun-1C", выведенный на орбиту ещё в 1999-м году. Для американцев это стало шоком. Джеффри Форден (Geoffrey Forden), видный эксперт в области оборонных технологий, сотрудник Массачусетского технологического института в Кеймбридже близ Бостона, вспоминает:
На меня это произвело сильное впечатление, более сильное, чем их программа пилотируемых космических полётов. Анализ траекторий обломков показал, что ступень перехвата фронтально врезалась в метеоспутник со скоростью 8 километров в секунду. Это, доложу я вам, очень непростая задача. Таким образом, китайцы продемонстрировали, что эта их технология не уступает американской, лежащей в основе нашей системы противоракетной обороны.
Американские военные, пусть и с некоторым опозданием, сочли своим долгом доказать, что и они не лыком шиты. 21-го февраля 2008-го года трёхступенчатая ракета "SM-3", запущенная с крейсера "Lake Erie", находящегося в северной части Тихого океана, уничтожила вышедший из строя разведывательный спутник "USA-193 / NROL-21". С одной стороны, этот шаг был продиктован заботой о безопасности населения: спутник-шпион размером с микроавтобус, выведенный на орбиту в 2006-м году и переставший подавать признаки жизни вскоре после старта, грозил неуправляемо сойти с орбиты и рухнуть на землю, не сгорев до конца в плотных слоях атмосферы. При этом главную угрозу мог представлять топливный бак, в котором ещё оставалось полтонны гидразина – весьма ядовитого ракетного горючего. С другой стороны, американцы боялись, видимо, возможной утечки секретных технологий в случае, если бы обломки спутника попали "не в те руки". Так или иначе, американские военные уже давно считают вполне реальным сценарий под условным названием "Пёрл-Харбор космической эры". Сценарий сводится к тому, что случае вооружённого конфликта враждебная держава сможет вывести из строя важнейшие спутники США. Джеффри Форден считает подобное развитие событий маловероятным. По его мнению, у американцев слишком много спутников, чтобы противник мог такой атакой серьёзно подорвать военный потенциал США. К тому же всегда существует возможность за счёт манёвра вывести наиболее важные спутники из-под обстрела. Иное дело – менее крупные космические державы. Например, Индия. Для неё китайские противоракеты представляют серьёзную опасность. Поэтому следствием развития этих технологий вполне может стать новая гонка вооружений. Однако самая большая опасность, по мнению Джеффри Фордена, связана со стремительным ростом количества космического мусора. Степень засорённости околоземного космического пространства в 2007-м году резко подскочила. Главная причина этого скачка – то самое столь впечатляющее уничтожение китайскими военными своего метеорологического спутника. На сегодняшний день соответствующие службы слежения насчитывают на околоземных орбитах свыше 370-ти тысяч обломков размером более 1 сантиметра и сотни миллионов обломков размером более 1 миллиметра. Джеффри Форден говорит:
В этом и состоит главная опасность космической войны. Даже если США и не понесут серьёзного ущерба от атаки противника на американские спутники, такие боевые действия в космосе могут больно ударить по всему человечеству. Китайский эксперимент привёл к тому, что вероятность столкновения работающего спутника с фрагментом космического мусора в расчёте на один год повысилась с 12-ти процентов до 18-ти, то есть увеличилась в полтора раза. К счастью, аналогичная операция американцев породила гораздо меньше обломков, поскольку лица, ответственные за её проведение, строго придерживались международных соглашений, цель которых – если не сокращение, то предотвращение или хотя бы снижение темпов образования космического мусора.
Одно из таких соглашений предусматривает заблаговременный перевод старых спутников на более высокую орбиту. Эта мера особенно актуальна в отношении самых "перенаселённых" орбит. В космосе ведь нет межгосударственных границ, а потому до середины 90-х годов космические державы размещали свои спутники там, где считали нужным. В результате ёмкость так называемых "удобных" орбит быстро оказалась практически исчерпанной. В околоземном пространстве, то есть на высотах до двух тысяч километров, сегодня находятся около тысячи активных и ещё несколько тысяч уже не действующих спутников. Немногим лучше обстоят дела и на геостационарной орбите, расположенной в большем отдалении от Земли, на высоте около 36-ти тысяч километров. Находящиеся на этой орбите спутники неподвижны относительно Земли, что позволяет вести с них наблюдение и обеспечивать связь практически на всей территории земной поверхности. Около сорока процентов всех действующих сегодня спутников "висят" именно на этой орбите. Франк Шефер (Frank Schäfer), физик Института динамики быстрых процессов имени Эрнста Маха в городе Фрейбурге, поясняет:
Обычно спутник – ну, скажем, спутник связи, – работает от пяти до десяти лет. Потом он морально устаревает, и ему на смену запускают новый. В результате космос заполняется технически несовершенными объектами, коэффициент полезного действия которых меньше, чем у паровоза. Сегодня 95 процентов спутников – попросту металлолом, и этот хлам будет засорять Вселенную веками. Слишком велико время баллистического существования объектов в космическом пространстве. На геостационарной орбите оно достигает миллиона лет, а в околоземном пространстве составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч лет.
Именно это обстоятельство и побудило мировое сообщество принять меры, – поясняет Франк Шефер:
Чтобы решить эту проблему, на международном уровне было предложено уводить вышедшие из строя старые спутники на так называемую "орбиту захоронения", расположенную на 300 километров выше рабочей орбиты. Конечно, со временем и она окажется заполненной, однако на сегодняшний день это единственный выход. Беда лишь в том, что для транспортировки спутника на "орбиту захоронения" нужно горючее, а доставка каждого лишнего килограмма груза в космос обходится дополнительно в десятки тысяч долларов. Никто не хочет нести такие расходы.
Поэтому сегодня лишь треть отслуживших свой срок спутников уводятся на "орбиту захоронения", весь прочий металлолом остаётся на геостационарной орбите, угрожая безопасности соседних спутников. Но иногда дело вовсе не в расходах: американцам пришлось сбить свой спутник потому, что он просто не реагировал на команды с Земли, китайцам – свой потому, что это был хороший предлог испытать свою технологию противоракетной обороны. И никаких правил при этом китайцы не придерживались. Возможно, для страны, лишь недавно взявшейся всерьёз за освоение космического пространства, это отчасти и простительно, однако если подобные эксперименты станут правилом, а не исключением, это приведёт к драматическим последствиям. Дейвид Райт (David Wright), эксперт в области космических технологий, член Объединения обеспокоенных учёных в Кеймбридже близ Бостона, штат Массачусетс, говорит:
Специалисты уже давно обсуждают вопрос, может ли при такой тесноте на орбите возникнуть некая цепная реакция последовательных столкновений – так называемый "каскадный эффект", – который приведёт к разрушению большого числа действующих космических аппаратов и к образованию гигантского количества мусора. По расчётам японских специалистов, вероятность такого развития событий довольно высока. Эксперты НАСА тоже опубликовали 2 года назад результаты исследования, из которых следует, что область орбит на высоте от 900 до 1000 километров уже находится в "закритическом" состоянии. Расчёты американских специалистов говорят о том, что даже если на эти орбиты никакие новые спутники выводиться не будут, количество обломков там в долгосрочной перспективе само по себе возрастёт втрое.
Для более точного прогнозирования этой ситуации немецкие учёные создали специальную компьютерную модель. Один из её авторов – Карстен Видеман (Carsten Wiedemann), сотрудник Института аэрокосмических систем при Техническом университете в Брауншвейге, – говорит:
По поручению Европейского космического агентства мы разработали компьютерную программу, получившую название "POEM", что означает "Program for Orbital Debris Enviroment Modelling", то есть "Программа для моделирования распространения орбитальных обломков". С помощью этой программы мы пытаемся вычислить распределение фрагментов мусора в космосе. То есть мы моделируем каждое отдельное событие, так или иначе приведшее к образованию обломков, смотрим, какое при этом должно было возникнуть облако фрагментов, и рассчитываем с учётом всех действующих в космосе сил, где сегодня должны находиться возникшие тогда обломки. А затем эти расчётные данные мы сравниваем с результатами измерений и наблюдений. Три главных источника космического мусора – это обломки после взрывов, частицы шлака от твердотопливных ракетных двигателей и капли жидкого металла из ядерных реакторов. В нашей программе учтены все взрывы, имевшие место в околоземном пространстве с начала космической эры до сегодняшнего дня, все включения твердотопливных двигателей на орбитах и даже примерно 66 тысяч металлических капель, образовавшихся ещё в 80-е годы при сбросе выгоревших реакторов. Такой подход потребовал огромного объёма расчётов, но он себя оправдал. Наша программа даёт более точную информацию, чем все прочие аналогичные программы.
Конечно, компьютерным моделированием и прогнозированием нежелательных космических встреч давно занимаются и специалисты НАСА, однако расчёты американцев надёжны лишь в тех случаях, когда речь идёт о низких орбитах, поскольку в основе их программы лежат только данные радарных станций и обсерваторий.
Преимущество же нашей программы – в том, что она даёт реалистическое распределение космического мусора во всём околоземном пространстве. То есть мы имеем возможность моделировать потоки частиц мусора и на геостационарной орбите.
Расчёты брауншвейгских учёных подтверждают, что разрушение китайского спутника крайне негативно отразилось на ситуации с космическим мусором:
Китайский спутник был разрушен на высоте около 850 километров. Это уже так далеко от земной атмосферы, что образовавшимся обломкам суждена довольно долгая жизнь в космосе. Компьютерное моделирование показало, что плотность обломков на орбите выросла в полтора раза. Неприятно то, что на этой высоте космического мусора и так очень много. Наибольшая плотность фрагментов отмечена сегодня на высоте 900 километров.
А вот американская операция по уничтожению спутника, хоть на первый взгляд и сходная с китайской, к аналогичным негативным последствиям не привела, – говорит Карстен Видеман:
Фрагменты, образовавшиеся при этом событии, испытали довольно заметное трение атмосферы, поскольку находились на высоте в 250 километров. Так что с каждым витком они слегка тормозились и опускались ниже, в более плотные слои. Примерно половина обломков вошли в плотные слои атмосферы и сгорели в первую же неделю после своего возникновения. А три месяца спустя на орбите осталось менее 1 процента фрагментов. По нашим расчётам, последний обломок должен сгореть примерно через 11 месяцев после взрыва, то есть в конце января будущего года.
Впрочем, главная задача программы "POEM" состоит в оценке вероятности аварийного отказа космического аппарата вследствие его столкновения с частицами космического мусора. Что же касается проблемы космического мусора в целом, то бороться с ним надо так же, как и с мусором на Земле: не допускать его возникновения. И точно так же, как на Земле, это связано со значительными расходами. Но другого пути нет.