Техногенный мусор – происхождение и классификация

Большая часть владельцев космических аппаратов в ранние периоды освоения космоса полагали, что их спутники запускаются в безграничное космическое пространство. Но со временем это пространство (особенно ближний космос) стало заметно заселенным, ибо большинство спутников надолго остается в космосе (до сотен лет). На стадии активного существования спутника, как правило, поддерживаются параметры его орбиты и существует активная радиосвязь с Землей. После выполнения функциональной задачи или в случае аварийной ситуации спутник превращается в пассивный орбитальный объект и переходит в разряд космического мусора. Особенно интенсивным источником загрязнения космоса являлись случайные или запланированные взрывы ракетоносителей и спутников. Вначале освоения космоса все военные спутники из-за режима секретности взрывались. Так в 1964-1985 г.г. в результате преднамеренных взрывов 34 спутников образовалось более 2 000 фрагментов, а в 1986 г. непредвиденно взорвалась ракета «Ариан» (Франция)-возникло более 3000 фрагментов. Около 50% существующих космических осколков образовалось в результате взрывов космических объектов из-за режима повышенной секретности.

По данным североамериканской службы космического наблюдения (НОРАД), сейчас в ближнем космосе кружатся в долговременном хороводе более 7500 искусственных объектов, превышающих размерами банку из под пива. Из них лишь 5% действующие аппараты. Остальное - космический мусор. Это более 1600 вышедших из строя спутников, а так же более 5500 различных фрагментов: ступени ракет, обломки, осколки, различные детали; есть да же один молоток, потерянный в 1984 г. американским астронавтом, работавшим в грузовом отсеке космического корабля в открытом космосе. Мелочевки же (мелкие осколки взорванных спутников, болты, гайки, стержни и т.п.) на околоземных орбитах - несметное количество. Среди них есть даже предметы снаряжения космонавтов: перчатки, различные инструменты (среди них и упомянутый молоток), фотокамера, «часть площадки для закрепления ног», которую случайно уронил в космос американский астронавт Джим Восс и т.п.

В докладе, представленном Комитету по использованию космического пространства в мирных целях, подчеркнуто, что в ближнем космосе находится свыше 7500 техногенных тел размером более 10 см, свыше 20 000 – размером от 1 до 10 см и более 3500000 тел размером от 0, 1 до 1 см. Таким образом в настоящее время в околоземном космическом пространстве находятся более 4 000 000 техногенных тел, опасных для космических аппаратов. К 2010 г. на орбитах высотой менее 5500 км, по прогнозам НАСА, может скопится около 6 000 000 кг мусора (они заинтересованы из-за коммерческих целей занижать опасность космического мусора), а по данным же Совета Национальной безопасности США около 12 000 000 кг мусора (они заинтересованы в завышении опасности космического мусора, с целью получения дополнительного финансирования данной проблемы). По данным Росавиакосмоса (Россия) в ближнем космосе будет порядка 8 000 000 кг мусора, что наиболее реально.

Столкновения элементов космического мусора друг с другом приводит к образованию новых осколков. За последние 10 лет среднее число таких столкновений находится на уровне двух в год, причем число это за счет повторных столкновений должно расти, если даже запуски новых космических объектов прекратятся вовсе. Беспорядочные столкновения фрагментов космического мусора могут привести к лавинообразному процессу вторичных столкновений. Критическая масса для начала такой цепной реакции (так называемый эффект Кесслера) оценивается величиной, в три раза большей, чем существующая в настоящее время. По данным НАСА, этот критический момент (если не принимать никаких мер по очистке космоса) может наступить в середине XXI века. Д Кесслер утверждает, что космические полеты к ближайшим нашим соседям по космосу: Луне, Венере, Марсу и т.д. будут невозможны уже через 20-30 лет, поскольку космические аппараты будут или серьезно повреждены при проходе сферы ближнего космоса или полностью выйдут из строя в результате их разгерметизации ударом техногенных осколков (одиночных или еще более опасных - групповых). Орбиты космических кораблей, проходящие на высотах менее 1000 км, так же станут небезопасны, а посылать космонавтов на более высокие орбиты не представляется возможным из-за вредного воздействия радиационных поясов и экономической нецелесообразности.

Плотность земной атмосферы с ростом высоты уменьшается примерно по экспоненциальному закону. На высотах 200 км и более она уже очень мала. Однако все же не настолько, чтобы можно было не принимать в расчет силу сопротивления, которая вызывает постепенное снижение космических аппаратов, относящихся к классу пассивных (не имеющих дополнительных двигателей для маневра или с отсутствующими или прекратившими работу системами коррекции). С течением времени спутник входит в плотные слои атмосферы (на высоте около 100 км), где он либо полностью сгорает, либо некоторые его части долетают до поверхности Земли. Так происходит естественное самоочищение космического пространства. Скорость такого процесса связана со временем существования спутника, т. е. его спуска с высоты исходной орбиты до поверхности Земли или до высоты сгорания в плотных слоях атмосферы. Время существования спутника приблизительно пропорционально величине m(C_x S), где m-масса спутника, C_x коэффициент аэродинамического сопротивления спутника, S-площадь поперечного сечения спутника. По сделанным оценкам, это время составляет; для спутников с высотой орбиты 400 км - менее года, для спутников с высотой орбиты 1000 км- от нескольких десятков до сотен лет (в зависимости от их массы). Ясно, что самоочищение космоса от загрязняющих его фрагментов на орбитах порядка 1000 км происходит крайне медленно.

Особое место занимает стационарная орбита (высота 36000 км) – она широко используется всеми космическими державами для военных спутников и спутников связи и т.п. Космический аппарат на такой высоте вращается с угловой скоростью вращения Земли и он неподвижно висит над определенной точкой Земли, что чрезвычайно удобно за наблюдением территории вероятного противника и т.д. Засоренность стационарной орбиты является предметом особого внимания Международного союза по радиосвязи, Европейского космического агентства и НАСА