Бунецький Дмитро
Катерина Степаненко
редактор Проблема зі сміттям на нашій планеті стара, важлива і актуальна кожен день. Величезна кількість людей купують, їдять, користуються, потім викидають відходи – і вони часто зберігаються на величезних звалищах, створюючи нові екосистеми для чайок, щурів і мисливців за цінностями. Втім, якщо з цією неприємністю хоча б якось борються – будують заводи, переробляють сміття і використовують його заново і так далі, то навколоземний космічний простір так і залишається горищем, на який запхали весь-весь непотріб і забули. Труднощі лише в тому, що час від часу нам потрібен цей горище для доступу до інших планет. А ще там телекомунікації, метеорологія та інші джерела інформації для мобільних додатків. Саме тому світ все серйозніше замислюється над прибиранням космічного сміття, яке вже призвело до глобальних катастроф в кінематографі і парочки зіткнень в реальному житті. Кореспондент "Сегодня" дізнався, скільки і чого бовтається навколо Землі і як з цим планують боротися.
СИНДРОМ КЕССЛЕРА
Про космічне сміття почали говорити давно, ще в 70-х роках. Хоча на той момент небо було майже таким же чистим, як і в докосмічну еру. Сенс в тому, що численні запуски штучних супутників приведуть до повної непридатності ближнього космосу для практичного використання. Першим про це заявив – і видав детальний опис процесу – консультант НАСА Дональд Кесслер, в честь якого був названий "синдром (ефект) Кесслера". Він доніс до відома широкої публіки, що кожен супутник, космозонд або пілотована місія – потенційні джерела космічної загрози.
Забавно, втім, те, що першими, як зазвичай, цю загрозу передбачили фантасти.
"У випадку з космічними покидьками треба було з півдюжини катастроф, щоб переконати владу в необхідності очистити навколоземний простір від накопичених за п'ятдесят років шматків використаної ракетної обшивки, зламаних телеметричних пристроїв або втрачених супутників. По ходу справи з'ясувалося, що до цього додалося неймовірну кількість всяких дрібниць, включаючи шматки метеоритних скель і заліза, хондрит, явно земного, можливо, вулканічного походження, муміфіковане тіло одного з космонавтів ... "
Це уривок з роману Кіта Лаумер "Берег динозаврів", який, в общем-то, про подорожі в часі. Він був виданий в 1971 році, через якихось 14 років після запуску першого штучного супутника Землі і за сім років до звіту Кесслера. У 1964 році в "Зоряних щоденниках Йона Тихого" на ту ж проблему скаржився Станіслав Лем.
Втім, Лаумер писав про інше, а ось Кесслер зайнявся питанням впритул. Так, він виявив, що взаємодія з атмосферою на низьких орбітах поступово зменшує кількість сміття, та й зіткнення з ним на маленьких висотах не особливо небезпечні: швидкості невеликі, та й все уламки прагнуть згоріти в щільних шарах атмосфери. На жаль, трохи вище, де до "палючої" атмосфери далеко, уламки можуть бовтатися тисячі років. Найбільша підступність синдрому Кесслера – в ефекті доміно. Візьмемо два великих шматочка, що бовтаються на орбіті. Вони некеровані і стикаються один з одним. Швидкості досить високі, так що кінетичної енергії удару досить, щоб перетворити два великих шматочка о восьмій дрібних. Ті стикаються ще з чимось – і в підсумку ми отримуємо безліч малесеньких залізних штучок, кожна з яких, якщо їм пощастить, може зіграти головну роль в реальній версії фільму "Гравітація".
ЯК МИ СМІТИЛИ
Першими в освоєнні і, відповідно, засмічуванні космосу були представники СРСР. Вони запустили перший в історії людства штучний супутник в 1957 році і залишили в навколоземному просторі ступінь ракети, яка цей самий супутник вивела на орбіту. Відразу за ними відзначилися американці, які запустили власний апарат. Загалом, коли Юрій Гагарін казав своє епічне "Поїхали!" в 1961 році, в небі вже теліпалося близько 200 рукотворних об'єктів.
А тут ще підключився Пентагон. У 50-ті роки ніяких супутників зв'язку не було, а основним засобом зв'язку у військових були радіохвилі, які "націлювали" в іоносферу, звідки ті відбивалися і потрапляли до одержувача. Але такий зв'язок був не надто надійним. І американці вирішили створити ще одну іоносферу, для чого розсипали на середньої навколоземної орбіти 480 мільйонів (!) мідних голок. Це назвали "Проект "Вестфорд": три запуски ракет-носіїв з 1961 по 1963 рік і майже півмільярда дипольних мікроантенн довжиною в 1,78 мм. Перші два запуски пройшли так собі, а от після третього голки утворили величезну хмару, яка перетворилася в кільце, що відбиває радіосигнали. Світова громадськість тут же заревіла від обурення, Лондонське королівське астрономічне товариство і СРСР навіть виступили єдиним фронтом. З невідомих причин (ймовірно, через хвилю протестів в ООН) проект закрили вже в 1963 році, частина голок "обсипалася" і згоріла, частина – 46 скупчень – кружляє навколо Землі до сих пір.
До 1980 року на навколоземній орбіті було близько 500 великих об'єктів (не рахуючи мініатюрних голок та іншого мікрохлама). Якраз в цей час США і СРСР розважалися космічними війнушками і запускали протисупутникові ракети, завдяки чому 7% можна побачити на той час об'єктів з'явилися саме в результаті цих дванадцяти запусків в період 1968-1985 років. До 2007-го "крупненьких" стало сім тисяч. Але потім китайці, мабуть, позаздрили "Проекту "Вестфорд" і влаштували випробування кінетичної зброї. Тобто, по суті, тієї ж протисупутникової ракети. Метою став їх власний метеосупутник, який відпрацював свій ресурс. Ракета протаранила його, і обидва апарати (а також ті, що знаходилися поблизу) перетворилися в 2600 десятисантиметрових уламків і десятки тисяч дрібніших.
Через рік американці, які, природно, засудили китайців за їх випробування, раптово виявили, що їх власний експериментальний військовий супутник, запущений в 2006 році, доверху заповнений високотоксичним ракетним паливом – гідразином. Зв'язки з ним не було з моменту запуску, міг би і бовтатися далі, але про все рознюхати преса, приховувати було складно, тому його вирішили знищити. Так що 21 лютого 2008 року по нього вистрілили ракетою з борту крейсера. Більшість уламків увійшло в атмосферу, але частина, як зазвичай, залишилася зверху.
Ну і, нарешті, останнє велике забруднення – результат першого в історії "космічного ДТП". З якоїсь нез'ясованої причини супутник американського оператора супутникового зв'язку "Ірідіум-33" врізався в бовтається на орбіті неробочий російський апарат "Космос-2251". Для нас не настільки важливі причини зіткнення, скільки той факт, що 600-кілограмове тіло протаранило 900-кілограмове тіло, породивши 600 великих уламків і тисячі дрібних. Сталося це в 2009 році, а вже в 2012-му МКС довелося зробити маневр ухилення, щоб не зіткнутися з одним з найбільших шматків супутників.
Але це цейтнот. Методичне забруднення навколоземного простору не припиняється ні на секунду. За останні 50 років людство запустило близько 6600 супутників. Деякі з них були військовими, так що токсичне паливо і ядерні реактори над нашими головами не рідкість. Тисяча супутників працює до цих пір. Близько двох тисяч так чи інакше знищені. Інші продовжують бовтатися, стикатися і всіляко сприяти тому, щоб черговий запуск став фатальним для якогось супутника, а то і людини.
За даними Європейського космічного агентства, навколо планети зараз обертаються: близько 29 тис. уламків більше 10 см, близько 670 тис. уламків від 1 до 10 см і, нарешті, більш 170 млн уламків від 1 мм до 1 см. Загальна їх маса – 7000 тонн, швидкість польоту досягає 56 тис. км/год (швидкість польоту середнього уламка в кілька разів перевищує швидкість вильоту кулі з АК). У НАСА підрахували, що наш космос настільки захаращений, що з 2007 року раз у п'ять років має відбуватися велике зіткнення. Навіть якщо ми повністю припинимо запускати ракети, кількість сміття, завдяки ефекту Кесслера, продовжить рости.
КОМОРА НАДПЛАНЕТНОГО ПРИБИРАЛЬНИКА
Зараз ми заберемося в нетрі наукових припущень, оскільки поки що жоден "космопилесос" не дістався до орбіти. Є лише проекти, які можуть здатися фантастикою. Про таке писав ще радянський космонавт і фантаст Юрій Глазков – в оповіданні "утильника" він створив нову професію, космічний прибиральник, який літає по системі і збирає різний мотлох за допомогою деяких мереж, а потім тягне його на величезне звалище.
СІТКА. Щось подібне пропонують і британські вчені. Правда, без звалища – програма RemoveDebris, яку Королівське наукове товариство записало в кращі наукові проекти 2016 року, передбачає скидати все ... назад на Землю. "Це не наукова фантастика, це реальна проблема, – заявив керівник проекту професор Джейсон Форшоу з космічного центру Університету Суррея. – Весь космічне сміття нарешті впаде на Землю завдяки силі тяжіння, але на це піде приблизно тисяча років. Але ми не можемо стільки чекати, у нас є всього років 10-20 до того, як це переросте в серйозну проблему".
Передбачається, що вже в 2017 році почнуться випробування системи. Принцип роботи простий: в простір закинуть сітку на кшталт риболовецької. Як тільки вона заповниться сміттям, спеціальний космічний тягач потягне її на Землю. При входженні в атмосферу дрібне сміття згорить, а великий – потоне в Тихому океані. Є варіації: замість мережі можна використовувати ультратонке сонячне вітрило, яке буде ганяти по орбіті, підштовхуване протонами світла.
RemoveDebris: величезна "риболовецька сітка", яка заповнюється сміттям і спалюється в атмосфері Землі.
ЛАЗЕРИ. Треба сказати, що ідея з сітками не нова: неодноразово з'являлися проекти супутників, які будуть обстрілювати сміття мікросітками, зіштовхуючи його в атмосферу. Але навіщо морочитися (до того ж є шанс, що шматки металу зіткнуться з сіткою і розваляться на ще більш дрібні шматочки з непередбачуваними орбітами), якщо можна постріляти з лазера? На цьому будується проект "Лазерна мітла" від НАСА, який прийшов на зміну більш ранньому проекту "Оріон" з 90-х років.
Ідея в тому, що на поверхні Землі побудують станцію з потужним лазером, який короткими імпульсами буде випаровувати метал відомих великих уламків. Траєкторія зміниться метрів на 200 в день. Підрахунки вчених говорять, що навіть таке зрушення призведе до очищення орбіти: лазер в один мегаджоуль, встановлений в пустелі (там менше хмар) зможе зводити в атмосферу дюжини таких об'єктів. Можна стріляти і з космосу, така ініціатива теж є – мікроімпульси з супутника будуть зіштовхувати уламки вниз.
РОБОТИ. У 2014 році до очищення космосу приєднався і "Роскосмос" з ініціативою "Ліквідатор". Чотиритонний орбітальний робот буде носитися по орбіті, хапаючи великі неробочі супутники і тягнучи їх на орбіту поховання (вона знаходиться вище геостаціонарної і не заважає польотам). За підрахунками, "Ліквідатор" зможе тягнуть за півроку десяток таких апаратів, а за десять років експлуатації зміг би очистити орбіту від 200 великих об'єктів. Проблеми дві. По-перше, грошей немає (як, втім, і у американських лазерів). По-друге, кожен раз при "заарканіваніі" сміття "Ліквідатор" змінював би центр ваги і починав би непередбачувано крутитися. Тому конструкція повинна бути продуманою, а маневреність – високою.
МАШИНА СУДНОГО ДНЯ. Китайці теж не залишаються осторонь. Вчені Університету Цінхуа під керівництвом Лей Ланя виклали концепцію власного прибиральника. Всі попередні ідеї мають одну слабку сторону: для пересування в космосі потрібне паливо. А ось "пилосос-дробарка", що нагадує машину Судного дня з "Стартреку" (вона поглинала планети і використовувала їх як паливо), буде ... пожирати уламки інших апаратів.
Сенс простий. Будь-яка речовина можна перетворити в плазму, якщо її нагріти до великої температури. Якщо прикласти до плазми електричну напругу, можна змусити іони, з яких вона складається, вилітати з сопла. Так працюють іонні двигуни, давно відомі в космонавтиці. Тяга невелика, зате ККД величезний і запас роботи – на роки.
Головна проблема в тому, щоб розмолоти сміття до порошку. Для цього пропонують використовувати барабанно-кульовий млин (циліндр, що обертається з кульками). Такі використовують при виробництві цементу, кераміки та гіпсу. Отриманий порошок нагрівається і відправляється в систему, що розділяє іони і електрони плазми. Потім позитивно заряджені іони вистрілюються з сопла за допомогою сильного електричного поля. Єдине, що потрібно такого апарату, – електрика. А її можна отримати з сонячних батарей або радіоізотопних джерел.
Звичайно, все вищеописане – проекти. Британський можуть впровадити вже в наступному році. Американський і російський поки застигли на невизначений час: основні засоби жеруть запуски ракет, кожен з яких залишає свій слід на орбіті. Точно можна сказати лише, що в 2018 році Швейцарія запустить апарат Clеan SpaceOne, який прибере з орбіти їх власне сміття – перший супутник країни, запущений в 2009-му. Є й інша сторона питання. Так, ще в 2006 році археолог з Австралії доктор Еліс Горман закликала зробити частину космомусора частиною всесвітньої спадщини. Наприклад, супутник Vanguard 1, який літає над планетою з 1958 року і є найстарішим "людським" об'єктом на орбіті. На думку доктора, збереження цього і подібних йому об'єктів "може забезпечити свідоцтво національної присутності в космосі і допомогти у відновленні історії досліджень позаземного простору". Але ловити на орбіті "цінні супутники" занадто накладно. Так що їх в кращому випадку розстріляють, роздрібнять або скинуть на Землю сітками. А в гіршому – через кілька років хтось в них вріжеться.
Головні теми