Мусор преграждает путь в космос

Романов Вадим Иванович

Проблема очистки орбит от орбитального мусора и отходов в том, что для транспортировки спутника на «орбиту захоронения» нужно дополнительное горючее, а доставка каждого лишнего килограмма груза в ОКП обходится в десятки тысяч долларов. Никто не хочет нести эти дополнительные расходы. Поэтому сегодня лишь треть отслуживших свой срок спутников уводятся на «орбиту захоронения», весь прочий «металлолом» остаётся на геостационарной орбите, угрожая безопасности исправных спутников.

Важная проблема состоит в возможном нарушении физико-химического баланса верхней атмосферы, этой тонко сбалансированной среды. Она характеризуется резким падением плотности с высотой, сложным изменением температуры и химического состава, различными

вариациями всех параметров в зависимости от времени суток, широты, уровня солнечной активности. После каждого запуска в результате работы двигателей в верхнюю атмосферу выбрасывается огромное количество химически активных веществ. Водорода и его соединений, например, может быть выброшено столько же, сколько его содержится во всей верхней атмосфере. С активных спутников в атмосферу и в ОКП постоянно инжектируются различные газы. Молекулы истекающих газов из-за большой скорости аппаратов имеют значительную кинетическую энергию, что резко увеличивает их химическую активность.

Атмосфера нашей планеты способствует очищению низких орбит, вызывая медленное торможение объектов и постепенное возвращение их в атмосферу, где они сгорают. Однако из-за техногенных вмешательств в ОКП очищающие свойства атмосферы могут претерпеть заметные изменения и экологическая безопасность ракетно-космической деятельности не будет обеспечена.

Приведём выдержку из Национального стандарта РФ по экологической безопасности ракетно-космической техники [40]: «Экологическая безопасность изделий РКТ должна обеспечиваться их конструкцией, технологией их изготовления и эксплуатацией, использованием наиболее экологически чистых конструкционных и расходных материалов, ракетных топлив, а также применением необходимых организационно-технических мероприятий, направленных на выполнение требований по экологической безопасности изделий РКТ». Заметим, что этот стандарт в настоящее время носит декларативный характер и по разным причинам не может выполняться в полном объёме. Поэтому ракетно-техническая деятельность наносит заметный урон биосфере планеты.

Возможные вредные воздействия факторов изделий РКТ на окружающую среду (ОС) приведены в Таблице 1 [40].

Таблица 1

Матрица связи различных компонентов ОС, основных видов вредных воздействующих факторов изделий РКТ на ОС и основных видов изделий РКТ

Как отмечалось ранее, одной из главных проблем мировой космонавтики становится загрязнение околоземного пространства фрагментами космических аппаратов. За полвека космической эры на околоземных орбитах скопилось немало мусора — несколько тысяч тонн. Это — «отходы» совокупной космической деятельности человечества.

Количество частиц космического мусора размером от 1 до 10 см, отслеживаемых специалистами составляет свыше двухсот тысяч, а число частиц меньше 1 см превышает десятки миллионов [37]. Каждая мусорника представляет опасность для работы космических аппаратов. Средняя скорость взаимных сближений на низких орбитах Земли — десятки километров в секунду, так что маленькая "граммулька" мусора ударяет с энергией хорошей гранаты. Не однажды летящие с огромной скоростью орбитальные «мусорные кучи» вносили коррективы в график работ космонавтов и запуск космических кораблей.

Сегодня можно выделить основных загрязнителей космоса.

На первом месте — Россия (совместно со странами СНГ), которой принадлежит свыше 5 тысяч аппаратов и различных обломков. США заняли второе место (более 4,5 тысяч объектов). Тройку лидеров замыкает Китай. Прирост космического хлама является самым серьёзным за последние годы. По мнению специалистов, его причиной стали столкновения спутников с фрагментами мусора, после которых остаётся множество обломков. Графики роста разных компонентов орбитальных мусорных экскретов по литературным данным приведены на рисунке 8.1.

Как видно из этого рисунка, начиная с 2005 года наблюдается резкий рост орбитальных мусорных экскретов за счёт увеличения количества обломков КА.

Техногенный мусор сконцентрирован в основном на высотах от 850 до 1500 км над поверхностью Земли, но много его и на высотах полёта космических кораблей и Международных космических станций (МКС). Этим объектам из-за опасности столкновения приходится периодически совершать орбитальные маневры уклонения от столкновения с фрагментами орбитального и космического мусора.

Если орбитальный мусор, расположенный на высотах ниже 600 км, в течение нескольких лет входит в атмосферу и сгорает в ней, то мусору, расположенному на высотах 800 км, на это требуются десятилетия, а искусственным объектам на высотах от тысячи километров и выше — сотни лет. И всё это время орбитальный мусор и отходы будут нести в себе потенциальную угрозу столкновений.

Опыт эксплуатации космической техники показал, что из-за мусорной угрозы орбиты кораблей "Спейс Шаттл" и МКС приходится корректировать несколько раз в год. А солнечные батареи спутников и станций подвергаются бомбардировке микрочастицами ежечасно, что приводит к снижению эффективности их работы. Причём регулярная замена солнечных батарей в ОКП весьма накладна, а чаще всего — невозможна.

Особая категория опасности — спутники с ядерными источниками энергии. Сейчас известно 54 таких спутника, из них 31 принадлежит бывшему СССР, 7 — США и практически все они сосредоточены в диапазоне высот 800-1100 км. Предлагается [38] запретить запуск в космос объектов с ядерными установками. Подобные спутники выводятся на малые, то есть на близкие к земле, орбиты и используются, как говорят наши учёные, в основном для ведения космической разведки за территорией противника. Дело в том, что на малых высотах невозможно использование солнечных батарей, так как сопротивление атмосферы на этих высотах достаточно большое. Поэтому не остается ничего другого, как использовать на спутниках-разведчиках (для потенциального противника — спутниках-шпионах) уран или плутоний.

После прекращения активного существования ядерное топливо спутников теоретически должно «высвечиваться» до безопасного уровня, причем времени жизни пассивных спутников на таких высотах вполне достаточно для этого. Но случаются неконтролируемые входы в атмосферу (например в 1978 г. «Космос-954» с энергетической ядерной установкой упал в канадской тайге). Кроме того, казавшийся ранее безбрежным, космос теперь уже не гарантирует от возможных столкновений с техногенным мусором, что может породить многочисленные радиоактивные частицы. Это уже экологическая и экскретологическая проблема в масштабах всей Земли.

Опасно, что неизбежное падение этих ядерных спутников не теряет со временем опасности. Многие из них были запущены десятилетия назад и за это время существенно приблизились к Земле. Периодически орбиты спутников работой двигателей «приподнимают». Однако этот процесс стоит немалых денег, а малозатратных методов утилизации вышедших из строя КА на сегодняшний день не существует.

В 1981 г. ООН приняла рекомендации Комитета по мирному использованию космического пространства об ограничении использования ядерных источников в космосе. Сейчас новые системы безопасности автоматически отстреливают ненужный реактор. Но опасность радиоактивного заражения верхних слоев атмосферы при его входе остаётся, а значит и возможен выпад радиоактивных частиц на Землю.