Мусор преграждает путь в космос

Романов Вадим Иванович

Орбитальный мусор представляет опасность не только объектам освоения ОКП, но и землянам. Были случаи, когда несгоревший орбитальный мусор ранил и людей. Например, по сообщениям средств массовой информации в 1997 году обломок 2-й ступени ракеты-носителя Delta ранил женщину в плечо.

Количество мусора в околоземном космическом пространстве постоянно увеличивается и в перспективе угрожает самой возможности освоения Космоса человеком. Пока что надёжных работающих технологий избавления от него нет; появятся ли они в будущем — покажет время.

5. Орбитальный космический мусор

С необъятных просторов галактики и солнечной системы ежесекундно прилетают в околоземное пространство природные объекты в виде астероидов, метеороидов (метеорных

тел) и космической пыли. Часть этих небесных тел захватывается силами тяготения планеты и остаются на орбитах в ОКП, сгорают в плотных слоях атмосфер или выпадают на поверхность Земли. Эти объекты могут рассматриваться как экскреты космического мусора. Другие небесные тела — в основном массивные и высокоскоростные — пролётом покидают ОКП, чтобы возможно больше никогда не встретиться с нашей планетой.

Индустриальное освоение околоземного космического пространства породило проблему его засорённости объектами и отходами космической деятельности. На фоне антропогенных мусорных экскретов в ОКП новое звучание получили естественные экскреты — космический мусор — природные тела, прилетающие с просторов ближнего и Большого Космоса. На околоземных орбитах стало тесно.

Мусор космический включает в себя объекты внеземного происхождения, появляющиеся в околоземном пространстве Земли под действием гравитации планеты, захламляющие ОКП, нарушающие работу ракетно-космической техники и жизнь биогеоценозов. Под это определение подпадают не только природные объекты в ОКП типа космической пыли, метеорных тел, болидов и комет, но и потерпевшие бедствие летательные аппараты инопланетян.

В настоящее время Службами контроля Космического пространства США и России в каталоги занесено около 33500 орбитальных объектов размером более 10 см., заметная часть которых — космический мусор. Количество подобных объектов с размерами менее 10 см оценивается в несколько сотен тысяч (-600000). Ежегодный прирост составляет 600–700 фрагментов. На орбитах запуска КА находится более 13400 крупных объектов, их которых только 6 % — действующие космические аппараты. Остальное — выработавшие свой энергетический ресурс и «умершие» аппараты и крупные фрагменты различного происхождения, так называемые орбитальные отходы, орбитальный мусор и космический мусор.

Разделить эти объекты с поверхности Земли довольно сложно, фактически образовавшаяся группировка орбитальных экскретов должна восприниматься как составная часть окружающей среды.

Дополняют этот фон кометы, астероиды, метеороиды и метеорные потоки, межпланетная пыль. Существенными факторами возможной опасности для орбитальных ЛА являются пролетающие к поверхности Земли метеориты и микрометеориты, возможные столкновения КА с более крупными телами — астероидами и кометами.

В Солнечной системе, наряду с планетами и их спутниками, существует огромное количество каменных, железных и ледяных объектов, движущихся на огромных скоростях по хаотичным и постоянно изменяющимся орбитам. Фрагменты этого космического мусора раз за разом пересекают орбиты внутренних планет, особенно Марса и системы Земля-Луна. Земля, движущаяся по орбите вокруг Солнца с постоянной скоростью около 110 000 км/час, регулярно проходит сквозь потоки этого мусора. Большая его часть состоит из крошечных метеороидов, сгорающих в атмосфере (так называемые «падающие звезды»). Более крупные объекты взрываются в атмосфере, часть долетает до Земли. За свою долгую историю Земля неоднократно сталкивалась с космическими объектами — фактически с космическим мусором. Защитная роль атмосферы планеты состоит в предохранении её поверхности от выпадения сравнительно мелких тел — (размером от 1 м до 10 м), они сгорают в атмосфере. Но всё же значительное количество метеоритного вещества (десятки килотонн) ежегодно выпадает на Землю.

Рис. 5.1. Астероиды главного пояса Матильда Гаспра и Ида, изображённые в одном масштабе

Глобальная проблема космического мусора — так называемая астероидно-кометная опасность существовала всегда, но лишь в последние 2–3 десятилетия развития возможностей техники наблюдений была осознана как реальная опасность. Её сущность в потенциальной возможности этих объектов погубить жизнь на Земле.

Дело в том, что свыше 95 % всех известных астероидов находится в Главном поясе астероидов — между орбитами Марса и Юпитера [29]. Несколько астероидных роев вращается между орбитами Марса и Венеры, пересекая орбиту Земли. Существуют крупные астероидные объекты, постоянно находящиеся за орбитой Юпитера и других внешних планет и имеющие эллиптические орбиты и попадающие в сферу внутренних планет при приближении к перигелию. Орбиты астероидов Главного пояса в основном стабильны. Их общее число превосходит 400 тысяч: от гигантов диаметром 200 км до объектов размером 1 км и меньше. Ближе к Земле появляются рои «околоземных» астероидов — семейства астероидов типа Амура, Аполлона и Атона.

Каталогизация астероидов привела к огромному числу открываемых ежегодно таких объектов вообще и астероидов, сближающихся с орбитой Земли или пересекающих её (АСЗ) в частности, а среди них и потенциально опасных (ПО) для Земли.

В течение десятилетия 1998–2007 NASA (США) осуществляла проект «Spaceguard», задачей которого было обнаружение и каталогизация ~90 % всех астероидов с диаметром выше 1 км. Речь шла об астероидах Главного пояса, чьи орбиты не проходят вблизи орбиты Земли. В ходе выполнения этого проекта было обнаружено свыше 730 АСЗ километровых размеров, а попутно найдено свыше 5000 тел меньшего размера. Логическим продолжением проекта «Spaceguard» является следующий проект, в задачи которого входит открытие тех АСЗ, размеры которых менее 1 км (т. е. 150 м ч-1 км). По предварительным оценкам, таких объектов может оказаться порядка 120 000. Характерные конфигурации малых тел Солнечной системы, появляющихся в ОКП, показаны на рис. 2.3.8.

Размеры известных астероидов, пересекающих орбиту Земли, варьируются в пределах от 6 м до 40 км. Одно из последних падений XX века — январь 2000 г. в районе озера Тагиш в Канаде. Метеорит, являвшийся по предположениям осколком астероида типа D (немногочисленное семейство красно-чёрных астероидов с весьма низким альбедо), имел диаметр около 6 метров, массу порядка 2'10⁸кг [30].

В минувшем столетии несколько астероидов прошли совсем близко от Земли, в том числе даже на расстоянии 0,007 а.е., что составляет чуть более 1 млн. км. Последним астероидом XX столетия, пролетевшим вблизи Земли, был объект 2000YA (он пролетел 24 декабря 2000 г. со скоростью 30 км/с на расстоянии 800 тыс. км от Земли) [31].

В XXI веке уже наблюдались пролёты нескольких астероидов между Землёй и Луной.

Важность наблюдения и контроля за астероидами любых типов состоит в непредсказуемости точных траекторий их движения в солнечной системе из-за гравитационных влияний планет и достаточно крупных объектов. Неопасные или потенциально опасные астероиды сегодня могут стать угрожающими завтра.

Наконец, орбиту Земли ежегодно пересекают экскретные космические тела в виде метеоритов разного размера. Они представляют собой несколько десятков метеорных потоков, состоящих из тел разного размера:

— диаметром менее 0,1 см — пылевой составляющей потока;

— от 0,1 см до 10 м — метеороидов.

В настоящее время известно около 20 главных метеорных потоков с часовыми числами 20-140 метеоров в час [29]. Кроме них выделяют до 6 тысяч малых метеорных потоков или ассоциаций. Воздействие метеорного потока экскретов на ОКП, атмосферу и, в конечном итоге, на Землю определяется его шириной, скоростью метеоров относительно Земли и числом крупных объектов в потоке. В своем большинстве массы метеороидов заключаются в пределах 10 — НО г. Размеры метеороидов при этом варьируются в пределах от 10"⁵ см до ~10 км.