Космическая устойчивость: рекомендации должны стать законом
С самого начала космической эры 4 октября 1957 года космического мусора на орбите было больше, чем действующих спутников. В 70-х вопрос его увеличения всерьез заинтересовал ученых, а в 1978 г. сотрудник НАСА Дональд Кесслер (Donald Kessler) сформулировал теорию, получившую название «синдром Кесслера» или «эффект Кесслера»: ученый утверждал, что растущее число обломков в околоземном пространстве приведет к самоподдерживающемуся лавинообразному увеличению фактов столкновений и, соответственно, мусора. Что, в конце концов, сделает невозможным использование околоземного пространства.
В 80-х были проведены первые конференции, посвященные этому вопросу, а в 1993 г. основан Межагентский координационный комитет по космическому мусору (Inter-Agency Space Debris Coordination Committee – IADC/МККМ), который в 2002 г. опубликовал «Руководящие принципы МККМ по предупреждению образования космического мусора». Этот документ послужил основой для принятых позднее политических документов (пока носящих рекомендательный характер) и отправной точкой для разработки технических стандартов. Версия обновляется, но набор базовых принципов остается неизменным. Согласно обозначенным мерам IADC, проектировать, запускать и утилизировать космические миссии рекомендовалось таким образом, чтобы предотвратить дальнейшее образование мусора.
Космический мусор также был постоянным пунктом повестки дня Научно-технического подкомитета Комитета Организации Объединенных Наций по использованию космического пространства в мирных целях (КОПУОС) с 1994 года.
С 2016 года Управление по вопросам космического мусора ЕКА публикует ежегодный отчет о состоянии космической среды.
Отчет ЕКА 2022 г. оценивает общее число объектов космического мусора в околоземном пространстве следующим образом:
• 29 тыс. объектов размером более 10 см;
• 670 тыс. объектов размером более 1 см;
• Более 170 млн объектов размером более 1 мм.
Столкновение с объектом в 10 см повлечет, по оценке экспертов ЕКА, катастрофическое разрушение типичного спутника с образованием большого количества обломков. Объект в 1 см, скорее всего, выведет космический аппарат из строя. Обломок размером в 1 мм может разрушить подсистему спутника.
Риск столкновений растет из-за резкого увеличения числа отправляемых на орбиту коммерческих спутников, большинство из которых – аппараты массой от 100 кг до 1000 кг. При этом наиболее рискованные орбиты — низкие, менее 2 тыс. км: они переполняются наиболее интенсивно. МККМ отслеживает число объектов на околоземной орбите с 2005 г. и пришел к выводу, что на орбитах менее 2 тыс. км мусор из-за столкновений образуется быстрее, чем обломки успевают сгореть в атмосфере.
Существующее международное законодательство предусматривает удаление с орбиты спутников и верхних ступеней ракет в течение 25 лет. Однако, во-первых, этот период уже не отвечает современным реалиям, а во-вторых, нет механизмов соблюдения этого требования. Сейчас считается, что наиболее оптимальный срок очистки орбиты от отработавших срок аппаратов и ступеней — 5 лет; этот промежуток времени и предлагается внести в новую регуляторику космического движения.
По мнению ЕКА, если мы не изменим ничего в темпах запуска и утилизации космических объектов и будем продолжать действовать, как раньше, то в долгосрочной перспективе это приведет к «синдрому Кесслера», и человечество фактически потеряет низкие орбиты.
Источник: ЕКА
Источник: ЕКА
Выполнение существующих рекомендаций МККМ — например, удаление операторами не менее 90% отработавших свой срок аппаратов — способно только поддерживать ситуацию в текущем положении, т.е. не довести до ухудшения. Восстановление же околоземной космической среды возможно только при реализации активного удаления мусора (ADR). По мнению МККМ, нужно начать активную очистку космической среды, и в первую очередь удалить самые крупные объекты с наиболее используемых орбит.
А ЕКА в свою очередь добавляет, что действовать нужно уже сейчас: если мы запустим бесперебойный механизм по удалению мусора в самое ближайшее время, то наши действия будут на 25% эффективнее, чем при том же процессе, но запущенном в 2060 г. В самой большой опасности находятся орбиты высотой 800–1400 км, они наиболее близки к возникновению каскадных самоподдерживающихся столкновений.
Помимо ADR, в краткосрочной перспективе можно добиться улучшения ситуации, предотвращая взрывы на орбите посредством пассивации космических объектов в конце срока их эксплуатации, а также путем маневров, помогающих уклоняться от столкновений в момент, когда объекты еще работают в активном режиме.
Для пассивации необходимо добиться того, чтобы все запасы энергии спутника или орбитальной ступени были полностью израсходованы к концу срока активного существования. Этого можно достичь с помощью дожигания или сброса (слива) остатков топлива, стравливания резервуаров повышенного давления, разрядки аккумуляторов и блокировки пироустройств.
Уклонение от столкновений требует, во-первых, конструктивной возможности совершать маневры самим аппаратом, во-вторых, наличия оперативных данных и прогнозов возможных столкновений, и в-третьих, регуляторики, четко определяющей, кто именно должен уклоняться и как.
Международные стандарты уменьшения засорения уже были разработаны в ISO, например, стандарт ISO24113, принятый European Cooperation for Space Standardization — ECSS. Следующим шагом должен стать перевод руководящих принципов в действующие правила.