12 апреля – День космонавтики. Когда 64 года назад Юрий Гагарин совершил свой первый полет в космос, никто и не думал, что след от человеческой деятельности в космосе может быть столь разрушительным. В настоящее время на орбите находится в четыре раза больше фрагментов космического загрязнения, чем работающих космических аппаратов. ИНФРАГРИН исследует глобальную проблему и подходы к ее решению.
Что такое космический мусор и чем он опасен
Космический мусор определяется как нефункционирующие искусственные объекты в космосе, преимущественно на околоземной орбите. Категория включает широкий спектр предметов различного происхождения и размеров, от спутников до микроскопических частиц.
Основными источниками космического загрязнения являются вышедшие из строя космические аппараты, заброшенные ступени ракет-носителей, а также фрагменты, образовавшиеся в результате распада, столкновений или деградации космических объектов. К ним также относятся затвердевшие жидкости, выброшенные из аппаратов, несгоревшие частицы от твердотопливных двигателей и даже отслоившаяся краска с поверхности спутников.
Количество объектов космического мусора на орбите резко возросло с начала космической эры. В настоящее время на орбите находится более 10 000 функционирующих спутников, и с каждым новым запуском риск создания дополнительного мусора увеличивается.
Значительный вклад в увеличение количества мусора вносят орбитальные взрывы. Их причиной является остаточное топливо, которое сохраняется в баках или магистралях, а также другие источники энергии, остающиеся на борту после вывода ступени ракеты или спутника на орбиту. Со временем суровые условия космической среды снижают механическую целостность внешних и внутренних частей, что приводит к утечкам или смешиванию компонентов топлива, вызывая самовозгорание и последующий взрыв.
Помимо случайных разрушений, перехваты спутников ракетами, запущенными с поверхности Земли, также становятся значительным источником космического мусора.
По данным Европейского космического агентства (ЕКА), в 2025 году отслеживается и каталогизируется более 40 тыс. фрагментов космического загрязнения размером более 10 см. Некоторые из этих объектов по размеру сопоставимы с бытовым холодильником. Кроме того, существуют десятки миллионов более мелких частиц размером от 1 мм до 10 см. И все это несется с огромной скоростью.
Технические решения удаления космического мусора разрабатываются в разных странах
Ежегодно около 80 тонн космического отходов возвращается в атмосферу Земли. Хотя большая часть безвредно распадается, процесс разрушения выделяет химические вещества, которые могут способствовать истощению озонового слоя и атмосферному загрязнению. В ближайшие 10 лет ожидается, что десятки спутников будут достигать «конца жизни» каждый день, потенциально выпуская непрерывный поток сгоревших материалов в атмосферу.
В 2022 году британское космическое агентство инвестировало четыре мил. фунтов в финансирование двух космических миссий, которые удалят как минимум два неактивных британских спутника с орбиты к 2026 году. Компания ClearSpace возглавляет одну из этих миссий в составе консорциума из 9 организаций, а сама инициатива получила название CLEAR (Clearing of the LEO Environment with Active Removal).
В том же году инженеры в Космическом центре NASA Джонсона разработали Активное транспортное средство для удаления мусора (ADRV), которое может «возвращать» крупные орбитальные загрязнения с низкой околоземной орбиты. ADRV приближается к объекту, оценивает его характеристики и движение, определяет начальную траекторию захвата, выполняет маневр захвата и деорбитирует объект.
Японская компания Astroscale в январе 2024 года успешно продемонстрировала технологию магнитного захвата и привлекла более $380 млн финансирования в сектор удаления космического мусора.
Существуют также методы лазерной абляции, которая подразумевает использование лазеров для изменения траектории небольших фрагментов мусора. Лазер точно нацеливаются на объект, чтобы создать силу, которая может вытолкнуть его на более низкие орбиты, где он в итоге сгорит в атмосфере Земли.
Другие перспективные технологии включают:
Гарпунные системы: разработаны для захвата и извлечения крупных обломков для контролируемого деорбитирования. Airbus тестировал гарпунную технологию в рамках своей миссии RemoveDEBRIS, успешно пронзив муляж мусора на орбите.
Системы захвата сетью: включают развертывание большой сети для улавливания мусора и предотвращения его дальнейшего дрейфа на орбите. ЕКА успешно протестировало этот метод, захватив масштабную модель спутника с помощью развертываемой сети,
Роботизированные руки и клешни: предоставляют более точный метод захвата и перемещения мусора в космосе. Эту технологию разрабатывает компания ClearSpace. Ее космический аппарат для удаления мусора имеет роботизированные руки для захвата неработающих спутников и направления их к контролируемому снижению в атмосферу Земли, где они сгорят при повторном входе.
Международные правовые нормы и инициативы
Для решения проблемы космического мусора в 2010 году были разработаны международные руководящие принципы ООН. Руководство по снижению космического мусора Комитета по мирному использованию космического пространства включает следующие рекомендации:
Ограничение мусора, выбрасываемого в ходе штатных операций. Космические системы должны быть разработаны таким образом, чтобы не выпускать мусор во время нормальных операций. Если это невозможно, влияние любого выброса мусора на космическую среду должно быть минимизировано.
Минимизация потенциала разрушений в нештатных ситуациях: Космические аппараты и орбитальные ступени ракет-носителей должны быть спроектированы таким образом, чтобы избежать режимов отказа, которые могут привести к случайным разрушениям. В случаях, когда обнаружено состояние, ведущее к такому отказу, следует планировать и выполнять меры по утилизации и пассивации, чтобы избежать разрушений.
Эти руководящие принципы не являются юридически обязательными в соответствии с международным правом, но государства-члены и международные организации должны добровольно принимать меры, чтобы обеспечить их выполнение в максимально возможной степени
В последнее время наблюдается активность в области смягчения последствий космического мусора. Европейское космическое агентство объявило, что 12 стран и более 40 компаний и НПО присоединились в качестве первоначальных подписантов Хартии "Нулевой мусор", которая устанавливает цель, чтобы к 2030 году будущие космические миссии проводились таким образом, чтобы не создавать чистый прирост мусора на орбите.
В апреле 2024 года Индийская организация исследования космоса (ISRO) объявила о своем намерении запустить "Миссии космоса без мусора (DFSM)" к 2030 году, в рамках которых все космические миссии, проводимые индийскими космическими организациями, должны быть "без мусора".
В Соединенных Штатах в начале мая 2024 года Федеральная комиссия по связи (FCC) заявила о своем намерении обновить требования по смягчению последствий орбитального мусора для больших группировок спутников,
След России во внеземном пространстве
Россия, будучи одним из ключевых участников космической деятельности, активно развивает различные направления борьбы с мусором, сочетая нормативное регулирование, инновационные технические разработки и участие в международных инициативах.
С 1 января 2019 года в России действует национальный стандарт по борьбе с засорением космоса – «Общие требования к космическим средствам по ограничению техногенного засорения околоземного космического пространства». Документ разработан головным научным институтом «Роскосмоса» – ЦНИИмаш, и включает несколько требований:
· Космическая техника должна исключать образование мусора при штатной работе (предотвращение выброса пружин, фрагментов)
· Обязательное предотвращение аварий через слив топлива после завершения работы спутника, разрядку аккумуляторов, стравливание газов
· Выбор оптимальных дат запуска, высот и траекторий орбит для минимизации риска столкновений
· Запрет на применение средств самоликвидации на высоких орбитах (допускается только перед входом в атмосферу)
· Ограничение времени нахождения объектов на низкой околоземной орбите (6-8 тыс. км) до 25 лет
В марте 2025 года российские инженеры представили прототип первого в стране многоразового космического аппарата для очистки околоземного пространства от загрязнений. Разработкой занимается стартап VT Empire при поддержке Национальной технологической инициативы Агентства стратегических инициатив. Объект включает в себя модульную систему из четырех небольших блоков, которые раздвигаются при обнаружении мусора и высокопрочную сетки, выдерживающую сверхвысокие температуры. При этом один из модулей способен возвращаться на Землю для технического обслуживания.
Обзор подготовлен с использованием материалов ООН, ESA, Nasa, E+E Leader, Access Partnership, Росстандарт.
