После неудачного вывода космического грузового корабля «Прогресс М-27М» на орбиту, американские военные обнаружили на орбите рядом с ним 44 обломка, происхождение которых остается неизвестным. Это еще раз напомнило о проблеме космического мусора, которую человечеству предстоит решить для успешного покорения околоземного пространства и дальних рубежей Солнечной системы.
Пусть медленно, но многие мечты человечества о завоевании космоса сбываются: на орбите уже размещены ключевые элементы информационных технологий — спутники связи и навигации. Потенциально в космос может переместиться и производство: на орбите испытывают создание кристаллов без дефектов, сверхчистых лекарственных субстанций и разнообразных химических соединений — от катализаторов для нефтегазовой промышленности до загустителей для йогуртов. В ближайшие десять лет частная компания Planetary Resources даже обещает подыскать подходящие астероиды для добычи редкоземельных и драгоценных металлов. По некоторым оценкам, в 500-метровом астероиде могут находиться запасы металлов платиновой группы на триллионы долларов.
Если ожидания оправдаются, космодобыча резко снизит стоимость суперэффективных катализаторов, солнечных панелей и других передовых технологий. К тому же есть и другие амбициозные планы. Так, компания Bigelow Aerospace разрабатывает надувной обитаемый модуль B330, из которого можно будет собирать космические отели. Экспериментальный надувной модуль Bigelow планируется запустить в сентябре 2015 года и пристыковать его к МКС.
К сожалению, освоение космоса уже столкнулось с проблемой космического мусора, который может поставить крест на амбициозных планах «застройки» околоземного пространства. Из-за несовершенства технологий и ошибок в управлении космическими аппаратами мусора на орбите становится все больше. Так, в 2009 году российский спутник Космос-2251 на скорости 11,7 километра в секунду столкнулся со спутником связи Iridium 33. В итоге образовались более 2200 крупных фрагментов, их орбиты теперь закрыты на ближайшие десятилетия, а наземным службам приходится следить за каждым обломком.
В космосе до сих пор используются фактически одноразовые космические аппараты, которые превращаются в металлолом после исчерпания топлива или поломки. Такое нерациональное использование ресурсов приводит к засорению космоса. Сегодня на орбите Земли работают, по разным данным, немногим более 1300 спутников, в то время как кусков мусора размером больше 10 сантиметров насчитывается около 21 тысячи штук. Фрагментов диаметром менее 1 сантиметра насчитывается свыше 100 миллионов, и каждый из них способен пробить алюминиевую обшивку космического корабля, не говоря уже о скафандре.
Невозможность отправить спутники на ремонт и техобслуживание иногда приводит к непредвиденным ситуациям. Например, 7 июня 2014 года аппарат спутниковой связи Iridium 47, запущенный в 1997 году, спустя 17 лет безукоризненной работы вдруг выбросил 10 крупных фрагментов мусора, которые разлетелись в стороны со скоростью до 80 метров в секунду. Радар четко их зафиксировал, но непонятно, что это было: взрыв на борту, столкновение с обломком или что-то еще. Интересно, что спутник при этом сохранил работоспособность.
Насколько высок риск столкновения с крупным мусором? Для Международной космической станции (МКС) расчеты показывают вероятность столкновения в 10 тысяч к одному: то есть за год в среднем происходило бы одно столкновение, если бы станция не маневрировала. В реальности МКС для надежности уклоняется даже чаще: в 2014 году она выполнила четыре маневра. По заявлению российского ЦНИИмаш, ежемесячно регистрируется шесть-семь случаев опасного сближения космических аппаратов с мусором.
Еще выше риск столкновения с микрочастицами мусора, опасными для людей в скафандре. Специальный тестовый аппарат НАСА — станция LDEF размером с автобус — за почти шесть лет пребывания на низкой орбите пережила 21 тысячу столкновений с микромусором.
Хуже всего то, что мусор размножается сам: крупные обломки сталкиваются и порождают сотни новых. Например, в 2000 году на орбите было чуть более 8 тысяч частиц мусора, а в 2012 году их стало уже 18 тысяч, хотя тут может играть роль и улучшение инструментов контроля околоземного пространства.
За последние 50 лет состоялись 4900 космических запусков, на околоземную орбиту выведены 6600 спутников. Большая часть этой техники теперь летает в виде мусора на высоте менее 2 тысяч километров с наибольшей концентрацией на высоте 750-800 километров.
В настоящее время как таковая очистка орбиты от мусора не производится: отработавшие свое спутники в лучшем случае сгорают в атмосфере или уводятся на так называемые орбиты захоронения. Обычно туда отправляются спутники, в которых почти не осталось топлива, как в случае с российским спутником связи «Бонум-1», который выработал ресурс еще в 2010 году. Для геостационарных аппаратов захоронение представляет собой подъем на 200 километров и более от высоты прежней орбиты. Спутники с ядерной силовой установкой переводятся на орбиту 650-1000 километров, где они могут находиться до 2 тысяч лет без риска падения на Землю.
К сожалению, международные соглашения, обязывающие страны производить захоронение своих спутников, не всегда удается соблюсти по техническим причинам. Для радикального решения проблемы необходимо очищать орбиту и изменить подход к использованию космической техники.
В России на создание мусорщика под названием «Ликвидатор» планируется потратить 10,8 миллиарда рублей. Четырехтонный спутник сможет работать на наиболее коммерчески востребованной геостационарной орбите до десяти лет и удалять в общей сложности до 20 крупных объектов. По планам Федеральной космической программы на 2016-2025 годы создание «Ликвидатора» начнется в 2018 году и закончится к 2025. Пока же идет обсуждение общей концепции аппарата.
Зарубежные коллеги для уборки околоземного пространства предложили в 2011 году концепцию Phoenix. В это же время стартап-компания NovaWurks получила от оборонного научного агентства DARPA 30,8 миллиона долларов на разработку и испытания ремонтных мини-спутников. К настоящему времени общее финансирование проекта превысило 46 миллионов долларов.
В рамках программы Phoenix США хотят использовать сломанные спутники как запасные части. Отработавшие спутники часто имеют исправные детали — например, двигатели, антенны, фотокамеры. Специальный спутник-носитель проекта Phoenix будет сближаться с такими аппаратами и подключать к ним модули — сатлеты, способные работать в космосе самостоятельно, оснащенные топливными баками, аккумуляторами и системами управления. Таким образом можно оживить ценное оборудование и получить из космического металлолома рабочий спутник. По расчетам НАСА, на околоземной орбите находятся «мертвые» спутники на общую сумму 300 миллиардов долларов.
Испытания по программе Phoenix разбили на несколько частей. Для начала в декабре 2015 года в рамках миссии Sherpa в космос отправится носитель, способный разворачивать в космосе пять спутников весом до 300 килограммов или множество более легких сатлетов.