Начала экскретологии

Романов Вадим Иванович

По некоторым расчётам, через 10 лет мусорные поля в Мировом океане вырастут в три раза. Отметим, что пока ни одно из государств-загрязнителей океанов не предпринимает никаких действий.

На этом фоне отличный способ извлечь выгоду из ненужного хлама и мусора показывают японские власти [115]. В «Стране восходящего солнца» из них строятся настоящие искусственные острова. Твёрдые отходы перемалываются в мелкий «песок» и ссыпаются в заранее подготовленные заглублённые в дно упорные конструкции. Острова получаются пригодными для жизни. На них возводятся высотные здания и вся городская инфраструктура.

Заметной составляющей антропогенного мусора является мусор, возникающий в околоземном космическом пространстве (ОКП), вернее в нижнем

его слое на высотах Н_м 100–200 км.

В многочисленных литературных источниках (например, [16]) «под космическим мусором подразумеваются все искусственные объекты и их фрагменты в космосе, которые уже неисправны, не функционируют и никогда более не смогут служить никаким полезным целям, но являющиеся опасным фактором воздействия на функционирующие космические аппараты, особенно пилотируемые». То есть к космическому мусору причисляются и орбитальный мусор, и орбитальные отходы.

На самом деле орбитальные мусорные объекты как экскреты включают в себя только безвозвратно утерянные для человека ИСЗ и их фрагменты, которые находятся на завершающем этапе их существования, интенсивно тормозясь и сгорая при входе в плотные слои атмосферы.

Напомним, что на высотах Н > Н_м, где находится основная масса действующих космических летательных аппаратов, имеется множество отработанных спутников и их разрушенных фрагментов (орбитальные отходы). Они могут быть ещё использованы в качестве сырья.

В некоторых случаях объекты космического мусора, содержащие на борту крупные или опасные (ядерные, токсичные и т. п.) материалы, могут представлять прямую опасность и для жителей Земли. Например, при их неконтролируемом сходе с орбиты, неполном сгорании при прохождении плотных слоёв атмосферы Земли и выпадении обломков на населённые пункты, промышленные объекты, транспортные коммуникации и т. п.

Проблема засорённости околоземного космического пространства так называемым «космическим мусором» возникла сразу же после запусков первых искусственных спутников Земли в конце пятидесятых годов. По данным, опубликованным Управлением ООН по вопросам космического пространства в октябре 2009 года, «вокруг Земли вращается около 300 тысяч обломков мусора» [109]. В настоящее время по разным оценкам в районе низких околоземных орбит (НОО) вплоть до высот около 2000 км находится до 5 тысяч тонн техногенных объектов. На основе статистических оценок делаются выводы, что общее число объектов подобного рода (поперечником более 1 см) достаточно неопределенно и может достигать ~ 100 000.

Большинство этих объектов находится на орбитах с высоким наклонением, плоскости которых пересекаются, поэтому средняя относительная скорость их взаимного пролёта составляет – 10 км/с, и столкновение любого из этих объектов с действующим космическим летательным аппаратом может повредить его или вывести из строя.

Вклад в создание космического мусора и орбитальных отходов по странам: Китай – 40 %; США – 27,5 %; Россия – 25,5 %; остальные страны – 7 % [104].

В настоящее время нет реально приемлемых методов очистки космического пространства от отходов и мусора, основное внимание в будущем будет уделено мерам контроля, исключающим образование таких объектов. Это – предотвращение орбитальных взрывов, увод отработавших ресурс космических аппаратов на орбиты захоронения, торможение об атмосферу и т. п.

Отметим, что события столкновения космических аппаратов между собой и с орбитальным мусором имеют малую, но не нулевую вероятность.

За тридцатилетний период произошло более десятка таких происшествий. Назовём наиболее заметные инциденты [16].

В 1983 году песчинка диаметром менее 1 мм оставила серьёзную трещину на иллюминаторе шаттла [105]. В 1996 году на высоте около 660 км французский спутник столкнулся с фрагментом третьей ступени французской же ракеты Arian [106]. В 2001 году МКС едва не столкнулась с семикилограммовым прибором,

утерянным американскими астронавтами [105]. В 2006 году из-за контакта с космическим мусором произошла авария спутника Экспресс-АМН [107]. В 2009 году коммерческий спутник американской компании спутниковой связи Iridium, выведенный на орбиту в 1997 году, столкнулся с военным российским спутником связи «Космос-2251», запущенным в 1993 году и выведенным из эксплуатации в 1995 году.

При столкновении спутника с орбитальными отходами часто образуется новый мусор (так называемый синдром Кесслера), что приводит к неконтролируемому каскадному росту засорённости ОКП.

Приведём важнейшие события, повысившие засорённость ОКП и безопасность эксплуатации спутниковых систем.

1. Испытание Китаем противоспутниковой ракеты в январе 2007 г. 11 января 2007 г. на высоте 865 км китайская ракета уничтожила отработавший свой срок китайский спутник «Фэнъюнь», столкнувшись с ним встречным курсом. В результате появилось более 2000 новых обломков размером в несколько сантиметров и более, то есть, засорённость космоса поднялась сразу на 22 %.

2. Ликвидация США неисправного спутника. 20 февраля 2008 г. на высоте 250 км ракета SM-3 уничтожила неисправный спутник-шпион, имеющий в баках около 400 кг ядовитого гидразина.

3. Столкновение российского и американского спутников. 10 февраля 2009 года на высоте около 790 километров над северной частью Сибири зафиксировано столкновение двух искусственных спутников в ОКП. Спутник связи «Космос-2251», запущенный в 1993 году и выведенный из эксплуатации, столкнулся с коммерческим спутником американской компании спутниковой связи Иридиум. В результате столкновения образовалось около 600 обломков, большая часть которых осталась на прежней орбите [108].

В заключение отметим, что в атомный век были засорены огромные пространства Земли, на очистку которых понадобились многомиллиардные затраты. Теперь оказалось засоренным и околоземное пространство, очистить которое куда более сложно и дорого. С 1957 по 1998 год только Россия и США произвели около 5 тысяч запусков летательных аппаратов, ещё несколько сотен запусков были осуществлены другими странами. На орбитах разных высот побывало несколько десятков тысяч объектов различного назначения. А ведь каждый из запусков оставляет в космосе свой след: это и остатки ракетоносных систем, и оборудование с потерпевших неудачу экспериментов, спутники и космические аппараты, выработавшие свой ресурс, но вовсе не исчезнувшие с орбиты бесследно. Все они успели сформировать вокруг Земли целый «арсенал» различных космических приспособлений и их фрагментов, большинство из которых стало опасным мусором. Отработавшие на высотах ~ 1000 км спутники продолжат своё существование в течение многих сотен лет, причём, чем выше их орбита, тем продолжительнее срок «жизни» этого ставшего ненужным и вредным груза. Со временем изделия разрушаются, пополняя «мусорное облако» обломков вокруг нашей планеты.

Свой негативный вклад в увеличение гигантской космической свалки вносят и космонавты, теряющие при выходе в открытый космос такие прозаические предметы, как перчатки, отвертки и даже кинокамеры. Мусорные мешки, использованные за период эксплуатации станции «Мир», и превратившиеся в лёд отбросы космонавтов тоже кружат в этом вихре.

По данным специалистов НАСА, мусора и отходов на орбите стало так много, что его количество перешло в новое качество. Даже если прекратить запускать корабли в космос уже сейчас, к 2055 году только за счёт фрагментации уже имеющихся на орбите объектов искусственного происхождения число вновь образующихся обломков начнёт превышать количество падающих на Землю и сгорающих в атмосфере планеты. Орбитальная свалка начнёт «саморазмножаться», что поставит под сомнение возможность безопасных полётов в космос вообще. По данным 2003 года, из более чем 9300 искусственных объектов на орбите активны лишь 6 %, и процент полезных изделий в ОКП неуклонно уменьшается.