ПРОБЛЕМЫ КОСМИЧЕСКОГО «МУСОРА»
Запуском Первого спутника человечество не только открыло врата Вселенной, но и задействовало своего рода «мусоропровод», благодаря которому околоземный космос лавинообразно превращается в гигантскую свалку отходов ракетно-космической деятельности. На высотах 200 км и более остаются последние ступени ракет-носителей, разгонные блоки, головные обтекатели, вышедшие из строя и отработавшие свой ресурс спутники. Прибавьте к этому обломки взорвавшихся по каким-то причинам космических аппаратов, бытовой мусор, выброшенный с пилотируемых кораблей и долговременных орбитальных станций, и всякую «мелочь» вроде болтов, шайб и даже инструментов, которые космонавты теряют в ходе работ в открытом космосе.
Таким образом, в околоземном пространстве скопилось около 26 тыс. крупных материальных объектов искусственного происхождения и еще в 3—5 раз большее количество малоразмерных элементов (монтажные конструкции, сбрасываемые защитные крышки и т.д.). Они сталкиваются друг с другом, и каждое такое столкновение многократно увеличивает общее количество фрагментов.
На сегодня только две страны – Россия и США – имеют возможность осуществлять с использованием своих национальных радиолокационных и оптических средств контроль космического пространства на предмет его техногенного загрязнения. Официально каталогизировано, т.е. регулярно отслеживаются и внесены в специальные каталоги и идентифицированы с источником происхождения, около 10 тыс. объектов, имеющих минимальные размеры – 10—30 см для низких и около 1 м – для геостационарной орбит.
Общее же количество обнаруженных и сопровождаемых объектов с диаметром более 10 см приближается к 14 тысячам. Из них порядка 950 – действующие космические аппараты разных стран. Число тел размером до 10 см достигло 200—250 тыс., от 0,1—1 см приблизилось к 70—80 млн., а микронного и меньшего размера – порядка 1013—1014. Но это по статическим оценкам, поскольку такие частицы не наблюдаются ни телескопами, ни радарами и, соответственно, не могут быть занесены ни в какие каталоги.
Фрагмент «космического мусора» поперечником всего в полмиллиметра, летящий со скоростью в 10—20 раз быстрее пули, с легкостью пробьет скафандр космонавта. Столкновение частицы размером более 1 см с действующим спутником может привести к его выходу из строя. Столкновения с крупногабаритными искусственными космическими объектами пока маловероятны, хотя события такого рода уже имели место. Так, в июле 1996 г. один из фрагментов последней ступени французской же ракеты «Ариан» «нашел» в космосе французский спутник «Церас» и повредил его – была перебита штанга системы гравитационной стабилизации. В январе 2005 г. произошло столкновение последних ступеней двух ракет-носителей, запущенных в разные годы США и Китаем. За 15 лет эксплуатации советского орбитального комплекса «Мир» к нему приближались на расстояние 1—3 км достаточно крупные искусственные космические тела.
В июне 1999 г. тогда еще необитаемая Международная космическая станция имела все шансы столкнуться с обломком разгонного блока одной из ракет-носителей. В 2001 г. МКС пришлось выполнить специальный маневр, чтобы уклониться от семикилограммовой металлической подставки, потерянной космонавтами при выходе в открытый космос.
Накопление на орбитах техногенных объектов вызывает серьезное беспокойство и с точки зрения радиационной обстановки в околоземном космическом пространстве. За прошедшие годы были запущены 33 советских космических аппарата с ядерными энергоустановками (ЯЭУ) на борту. После выполнения программы полета ЯЭУ были отстреляны от спутников и переведены на так называемую орбиту захоронения (700—1000 км). Здесь, в свою очередь, от них отстреливались активные зоны, представляющие собой сборку тепловыделяющих элементов (твэлов).
Сегодня в космосе на орбите захоронения находятся 44 отечественных радиационных объекта. Это два спутника, у которых не были отделены ЯЭУ («Космос-1818» и «Космос-1867»), сборки твэлов и 12 остановленных реакторов с жидкометаллическим носителем, 15 сборок твэлов с ядерным топливом и 15 ЯЭУ без топлива, но с теплоносителем во-вторых контурах охлаждения реакторов. На орбите захоронения срок их пассивного существования составит не менее 300—400 лет. Этого времени вполне достаточно для распада продуктов деления урана-235 до безопасного уровня.
Не остались в долгу в части ухудшения радиационной обстановки в околоземном космосе и США. В апреле 1964 г. навигационный спутник «Транзит-SB» с радиоизотопным генератором на борту не вышел на орбиту и развалился. Сгорая в атмосфере, он рассеял над западной частью Индийского океане к северу от Мадагаскара около килограмма плутония-238. Это привело к пятнадцатикратному повышению естественного радиоактивного фона на всей планете. Несколькими годами позже в Индийский океан рухнул метеорологический спутник «Нимбус-В» с реактором на уране-235. Сегодня в околоземном космическом пространстве находится семь американских радиационных объектов на орбитах высотой 800—1100 км и еще два – на окологеостационарных.
Потенциальная опасность как российских, так и американских «ядерных» спутников состоит в том, что в случае их разрушения при столкновении с космическим мусором радиоактивному загрязнению подвергнутся обширные области околоземного пространства. Кроме того, отдельные обломки, скорость которых после столкновения и разрушения окажется ниже первой космической, сойдут с орбиты и в результате будут загрязнены отдельные участки земной поверхности. В особо неблагоприятных случаях возможно существенное радиоактивное загрязнение атмосферы.
Раз есть опасность, необходимо заранее продумать меры ее предотвращения или, если это невозможно, ликвидации последствий. Для начала важно сократить число выводимых в космос аппаратов за счет увеличения срока их активного существования и использования многоцелевых спутников. После выработки ресурса уводить их, используя резервные запасы топлива в плотные слои атмосферы, где они сгорят, или на менее «заселенные» орбиты. Второй вариант предпочтительнее. Предполагается, что «кладбища спутников» будут располагаться на 200—300 км выше зоны геостационарных орбит.
Непосредственная очистка околоземного пространства от уже накопившегося мусора в обозримом будущем представляется во многом проблематичной. Предлагается, в частности, использовать для этого лазеры. Однако полное испарение даже сравнительно небольшого фрагмента потребует значительных затрат энергии. Кроме того, некоторые материалы под действием лазерного излучения будут лишь рассыпаться, увеличивая тем самым общее количество фрагментов. Наконец, подобный метод очистки представляется достаточно опасным из-за мощного энерговыделения в окружающую среду. При этом может не только нарушиться ее тепловой баланс, но и измениться химический состав.
К сожалению, эффективных практических мер по защите от загрязнения космоса на высотах более 600 км, где не сказывается очищающий эффект тормозящего воздействия на спутник атмосферы, на сегодняшний день не существует. В то же время дальнейшее накопление на околоземных орбитах техногенных объектов опасно тем, что после достижения некоего критического уровня может начаться лавинообразный рост их числа вследствие разрушения при взаимных столкновениях.
Это сделает через какое-то время деятельность в космосе невозможной.