Мусор преграждает путь в космос

Группа инженеров для решения этой проблемы разработала специальную следящую систему, которая позволит автономному космическому ремонтному роботу (Autonomous Space Servicing Vehicle — ASSV) "поймать" сломавшийся спутник и отбуксировать его на борт ремонтной базы [19]. Процесс ремонта будет управляться с наземных станций.

Одной из главных трудностей является проблема поиска неисправного спутника. Для этого будет использоваться

специальное программное обеспечение и световой радар, который позволяет точно определить местонахождение спутника, его тип и отслеживать перемещения объекта.

В виде развития идеи использования в ОКП отходов ракетно-космической техники можно предложить создание на борту орбитальной ремонтной базы защитного выносного экрана. Такой экран мыслится собирать из плоских и достаточно массивных элементов РКТ типа солнечных батарей. Если разместить такой экран перед защищаемым объектом, то он способен обеспечить его безопасность при столкновении с космическим или орбитальным мусором. Вся кинетическая энергия высокоскоростного обломка или мусорной частицы будет израсходована при соударении с экраном, а защищаемый объект останется невредим. Устройство такого защитного экрана иллюстрируется рисунком 3.1.

Рис. 3.1. Схема защиты космического аппарата от орбитальных экскретов выносным экраном, собранном из орбитальных отходов: 1– КА; 2– защитный выносной экран; 3– стойки экрана; 4 — космический и орбитальный мусор

В настоящее время вокруг Земли вращаются более 600 тыс. объектов диаметром более 1 см. По данным Европейского космического агентства (ЕКА) 41 % этих объектов составляют различные обломки, потерянные инструменты и другие мелкие детали, 22 % — это отработавшие свой срок космические аппараты, 13 % от их общего числа составляют материальные «следы» различных экспериментов и научных проектов, 7 % — части ракет-носителей [20]. В то же время на функционирующие космические аппараты приходится только 7 % огромного количества летательных аппаратов ракетно-космической техники, связанных с освоением космоса человечеством. Получается, что 93 % объектов, вращающихся вокруг Земли, — это бесполезный и опасный мусор, разбросанный по различным орбитам. Причём каждый пятый орбитальный объект может квалифицироваться как орбитальный отход, то есть может представлять собой материальный и финансовый интерес.

Количество орбитальных отходов увеличивается не только с выработкой срока функционирования космических летательных аппаратов, но и из-за аварий на орбитах. Установлено множество случаев столкновения космических аппаратов с орбитальным мусором [20]. Так, частица мусора 1 см в диаметре пробила антенну телескопа "Хаббл" и вывела его из строя. Российскому спутнику "Экспресс АМН" также не повезло, — в 2006 году удар микроскопической частицы мусора повредил систему

терморегулирования, в результате чего спутник вышел из строя и на некоторое время оставил Дальний Восток без телевещания. Эти примеры и ещё множество других происшествий на орбитах говорят о уязвимости современной аэрокосмической инфраструктуры и необходимости создания службы её ремонта и наладки непосредственно на орбитах.

Современные люди слишком зависимы от GPS, мобильной связи и интернета. Космический или орбитальный мусор может спровоцировать катастрофу, угрожающую здоровью и жизни людей. Насколько она вероятна можно оценить, взглянув на некоторые цифры [20]. На высотах между 788 км и 1000 км летает около 1100 спутников и 370 тысяч частиц орбитального мусора, каждая из которых способна при столкновении вывести спутник из строя. Вероятность столкновения с достаточно крупным объектом на такой высоте составляет от 15 до 30 % на протяжении 150 лет. Пока аварийная статистика радует — спутники погибают от мусора в среднем раз в десять лет. Однако это стоит огромных финансовых затрат, которые включают бронезащиту аппаратов и постоянный мониторинг космического пространства. К сожалению, количество мусора и повреждаемых им летательных объектов растёт (в среднем на 5 % в год), и статистические данные неизбежно начнут ухудшаться.

Кроме опасности столкновений орбитальных аппаратов, ставших отходами, с функционирующей техникой есть и другая опасность некоторых орбитальных отходов — это их радиоактивность. По приблизительным оценкам сегодня на орбитах находятся более 60 космических аппаратов с радиоактивными материалами на борту, часть из которых потеряла работоспособность, то есть стала опасным экскретом. Их следовало бы демонтировать или хотя бы удалять на космическую свалку за пределы геостационарной орбиты, но это делается далеко не всегда — часто из соображений секретности или из-за отсутствия финансирования.

Опасные объекты годами «болтаются» в ОКИ, пока не создадут аварийную ситуацию. Например, в 1978 году советский шпионский спутник Космос-954 после аварийного схода с орбиты осыпал радиоактивными обломками северную часть Канады. России пришлось дорого расплачиваться с канадцами за потенциальный ущерб. С тех пор на Землю упали 9 потерявших работоспособность объектов с ядерными материалами [20].

Опасные летательные аппараты из ОКИ следует по возможности быстро демонтировать или убирать за его пределы. Идея космической изоляции РАО возникла давно [21]. Ещё в 1959 г. этот способ предлагал в нашей стране академик И. Л. Капица, а в 1972 г. в США — Д. Шлесинджер.

На Европейской конференции по ядерной энергетике в 1975 г. в Париже обсуждалось несколько общих концепций окончательного захоронения или удаления высокоактивных и альфа-излучающих радиоактивных отходов (РАО). На первое место в возможном перечне мер была поставлена концепция удаления РАО в Космос. Всё же подчеркивалось, что в нашем столетии они в основном будут захораниваться на Земле.

Уже через несколько лет НАСА и Министерство энергетики США стали разрабатывать способы удаления РАО в Космос с использованием многоразовой космической системы Спейс Шаттл. В нашей стране подобный способ начали разрабатывать в 1987 г. в ЦНИИ машиностроения.

Эти вопросы активно обсуждались на конференции [22], в которой участвовали учёные и специалисты по космической технике, ядерной энергетике России и ряда зарубежных стран. На конференции обсуждались доклады, посвященные разным аспектам космической изоляции РАО, но основной упор был сделан на технические вопросы вывода РАО в Космос.

При решении этой проблемы было решено руководствоваться следующими постулатами:

— биосфера не может ассимилировать все РАО, производимые человечеством;

— наша планета ограничена;

— Космос безграничен и его невозможно замусорить конечным количеством РАО;

— Космос агрессивен для живой материи;

— Земля ограждена от космоса атмосферой, так что из нашего «дома» мы можем выкинуть всё, что хранить в нём невозможно.

На конференции обсуждалось несколько вариантов космического удаления РАО:

— удаление на Юпитер,

— вывод за пределы Солнечной системы,

— удаление на Солнце (в том числе полеты с гравитационным маневром около Юпитера).

Заметим, что все эти варианты из-за неприемлемых в настоящее время энергетических затрат, которые требуются для разгона до необходимой скорости, возможно, будут применены лишь в отдалённой перспективе. А сейчас самый реальный вариант — это удаление РАО на гелиоцентрическую орбиту (на расстояние от Земли в 1,2 а. е., между орбитами Земли и Марса). Для этого предполагается создать сборочно-эксплуатационный центр на околоземной орбите. В этом центре орбитальные отходы будут демонтироваться и подготавливаться к транспортировке. Возможные варианты избавления от радиоактивных орбитальных отходов приводятся на схемах рисунка 3.2.