Ми забруднюємо наш майбутній будинок - ще до того, як почали в ньому жити.
Ось чому нам потрібно прибирати космічне сміття
- Обсяг космічного сміття на низькій навколоземній орбіті, або НГО, швидко зростає, що провокує більше забруднення і ставить під загрозу дослідження космосу.
- Міжнародні космічні агентства розробляють інструкції щодо зменшення космічного сміття, в той час, як аерокосмічні корпорації створюють космічні апарати для активної мінімізації та навіть збору сміття.
- Необхідні узгоджені спільні зусилля на декількох фронтах для усунення існуючого сміття і запобігання його подальшого утворення.
Може здатися абсурдним, що космос теж переповнений - принаймні, в найближчому до Землі просторі.
Чому ми так прагнемо досліджувати космос, коли у нас так багато проблем тут, на Землі ?
Від управління ресурсами до отримання багатоспектральних зображень і радіолокаційних карт - наші космічні інструменти можуть допомогти нам у вирішенні земних проблем. Незабаром армади малих супутників об'єднають світ, зробивши Інтернет доступним для всіх.
Однак у міру того, як ми усвідомлюємо переваги нашої робочої сили на орбіті, ми також повинні проявляти ініціативу щодо запобігання швидкого поширення космічного сміття - щоб ми не зіткнулися з проблемою масштабу забруднення повітря або океану ще до того, як у нас з'явиться шанс заселити наступний рубіж.
Масштаб космічного забруднення
Нині на орбіті Землі перебуває понад 2200 працюючих супутників. Але все більшу стурбованість викликають неробочі супутники, відпрацьовані ракети та сміття, які також захаращують регіон - всі разом вони називаються космічним сміттям або космічним мотлохом.
З того моменту, як людство вийшло в космос з запуском Супутник I в 1957 році, орбітальне сміття почало накопичуватися. До 2020 року до цих 2200 діючих супутників приєдналося приблизно 34000 уламків діаметром 10 см і більше, приблизно 900000 об'єктів розміром від 1 до 10 см, і понад 128 млн одиниць розміром менш як 1 см. Маса уламків на навколоземній орбіті становить майже 7 мільйонів кілограмів. У той час як орбіти в кінцевому підсумку розпадаються, а уламки можуть повторно увійти та згоріти в атмосфері Землі, цей процес може зайняти роки.
І супутники, і космічне сміття в основному зосереджені у двох регіонах.
В екваторіальній площині Землі, на висоті трохи менш як 30 000 км над поверхнею планети, на геостаціонарній орбіті знаходяться сотні супутників. Більшість з них - супутники зв'язку і метеорологічні супутники, але вони ділять свою орбіту з попередниками котрі вичерпали свій ресурс.
Кількість сміття на геостаціонарній орбіті тьмяніє в порівнянні з супутниками та уламками в зоні, яка простягається трохи вище атмосфери Землі та сягає 2000 км над її поверхнею, відомої як низька навколоземна орбіта або ННО. Щоб потрапити на вищі орбіти, на Місяць або на інші планети, космічний корабель повинен пройти через низьку навколоземну орбіту, де уламки найбільш щільні, а орбітальні швидкості максимальні. Таким чином, космічне сміття наражає на небезпеку не тільки космічні кораблі на ННО, але і всі форми космічних подорожей.
Звідки взявся космічне сміття?
Поки люди запускають об'єкти на орбіту, поява космічного сміття неминуча.
При запуску ракет на ННО залишаються прискорювачі, обтічники, проміжні ступені та інше сміття. Те ж саме і з ракетними вибухами, на які нині припадає 7 з 10 основних подій, що провокують утворення сміття.
Діяльність людини на ННО також створює орбітальні уламки, такі як фотоапарати, плоскогубці, рукавички космонавта, гайковий ключ, шпатель і навіть сумка з інструментами, втрачена під час виходів у відкритий космос.
Деякі уламки створюються природним чином, в результаті ударів мікрометеоритів - фрагментів астероїдів і комет розміром з пил.
При обмеженому терміні служби працюють супутники можуть перетворитися в космічне сміття. У супутників закінчується паливо для маневрування, батареї зношуються, а сонячні панелі приходять в непридатність, створюючи петлю зворотного зв'язку орбітального сміття, в якій проблема посилюється, коли сонячні панелі піддаються піскоструминному очищенню мікрометеоритами та крихітним сміттям. Як і у випадку з ракетними уламками, відпрацьовані супутники в кінцевому підсумку знову входять в атмосферу Землі та згорають, але цей процес може зайняти роки - і чим вище вони обертаються на орбітах над Землею, тим довше ці орбіти руйнуються.
Космічне сміття може вдарити по працюючому космічному кораблю, утворюючи ще більше уламків всіх розмірів, що збільшує ризик зіткнення. Це відомо як «синдром Кесслера» на ім'я вченого NASA, Дональда Дж. Кесслера, який припустив, що космічний корабель і орбітальне сміття можуть досягти такої щільності, що при кожному ударі утворюється більше сміття і підвищується ймовірність зіткнення з іншими об'єктами, що зробить використання ННО неможливим на десятиліття. (Це було показано в фільмі 2013 року «Гравітація», в якому астронавти, яких грали Джордж Клуні та Сандра Буллок, опинилися в космосі після того, як уламки потрапили в їх шаттл.)
Небезпеку становить навіть крихітне космічне сміття: частинки розміром з порошинки, навіть уламки фарби можуть роз'їдати важко захищені компоненти, такі як оптика та сонячні панелі, скорочуючи термін служби та створюючи ще більш крихітні частинки сміття. Удар об'єкта вагою 1 кг, що рухається зі швидкістю 7,0 км / с, вивільняє таку ж кількість енергії, що і під час вибуху 6 кг тротилу.
Тепер ННО може стати ще більш переповнений. SpaceX, Amazon Project Kuiper, OneWeb Corporation та канадська Telesat планують розмістити на ній сузір'я з 50 000 супутників. Тим часом аварійні ситуації між космічними кораблями та збереженим космічним сміттям вже відбуваються досить регулярно. У вересні 2020 року NASA запустило двигуни модуля постачання «Прогрес», стикуватися з Міжнародною космічною станцією, щоб збільшити висоту станції та запобігти зіткненню з осколком ракети.
Що нам робити з космічним сміттям?
В середині 1990-х NASA випустило перші рекомендації щодо зниження зростаючої небезпеки орбітального сміття; інші міжнародні агентства наслідували цей приклад. У 2002 році Міжагентський координаційний комітет з космічного сміття, що складається з 10 країн-членів, прийняв узгоджений набір керівних принципів для «координації діяльності, пов'язаної з проблемами антропогенного і природного сміття в космосі». Якщо слідувати цьому керівництву, ми можемо мати чистіше та підходяще середовище у космосі в майбутньому.
На сьогодні аерокосмічні корпорації розробляють невеликі супутники для попереджувального поводження з космічним сміттям. Супутники містять в собі електричні рухові системи, такі як іонні двигуни та двигуни на ефекті Холла, плазмові двигуни для зведення до мінімуму дрібних частинок від хімічних ракет, а також двигуни для забезпечення сходу з орбіти після закінчення терміну служби, для просування зламаних або непрацюючих космічних кораблів в атмосферу Землі. Дослідники в Японії навіть експериментують з дерев'яними космічними кораблями, щоб мінімізувати рівень токсичного забруднення, що потрапляє у верхні шари атмосфери планети при сходженні космічного корабля з орбіти.
Але як щодо збережених уламків, а також уламків, які неминуче з'являться в результаті запуску десятків тисяч нових супутників?
Деякі компанії планують використовувати космічні кораблі для збору космічного сміття. Інші розробляють методи захоплення орбітального сміття, включаючи сітки, гарпуни та магніти. Дослідники з Університету Тохоку в Японії розробляють рішення для безконтактного спуску з орбіти, при якому супутник запускає промінь частинок по уламках, змушуючи їх сповільнюватися, обходити орбіту та входити в атмосферу Землі.
Щоб звести до мінімуму кількість космічного сміття та дозволити нам ефективно використовувати низьку навколоземну орбіту для майбутніх досліджень - нам потрібні узгоджені спільні зусилля на декількох фронтах, щоб одночасно усунути наявне космічне сміття та запобігти його утворення в майбутньому.
У той час як космічне сміття становить небезпеку, зменшення його утворення дає розумним підприємцям можливість вирішити цю проблему - як на наступному рубежі, так і, мабуть, прямо тут, у себе вдома.
