Автор: Материал подготовил А. К. МАЛЬЦЕВ

После того, как СССР отправил в полет первый искусственный спутник Земли, прошло более 40 лет. С тех пор в космос были запущены тысячи отечественных и зарубежных объектов. Многие из них выполнили свои функции и вместе с ракетами-носителями и другими "потерянными" аппаратами (некоторые взорвались, иные просто не вышли на связь) переместились в разряд космического мусора. Об исследованиях, связанных с ним, рассказали сотрудники Института астрономии РАН доктора физико-математических наук Л. В. Рыхлова и М. А. Смирнов, кандидат физико-математических наук А. М. Микиша.

Проблемы, о которых в период эйфории практического освоения Вселенной никто не задумывался, появились сразу. В 1961 г. произошла катастрофа с американским спутником серии "Транзит", а в 1964 г. наши конструкторы осуществили целенаправленный взрыв (по команде с пульта управления) "Космоса-50". Так на орбитах планеты впервые появились бесхозные рукотворные объекты. Постепенно их число стало увеличиваться. Однако ни ученые, ни мировая общественность не придавали этому значение.

Всерьез о загрязнении космоса заговорили в начале 80-х годов, когда положение в околоземном пространстве стало представлять реальную угрозу не только для пилотируемой космонавтики и долговременных спутников, но и для населения нашей планеты. Во многих случаях нам просто "везло". В 1978 г. спутник "Космос-954" упал в та-

стр. 36

Содержание мусора в околоземном пространстве:

1 - количество объектов, включая незанесенные в официальные каталоги;

2 - число объектов, занесенных в каталоги;

3 - фрагменты космического мусора;

4 - космические аппараты;

5 - верхние ступени ракет;

6 - эксплуатационный мусор.

ежной части Северной Канады. Годом позже обломки американской космической станции "Скайлэб" рассыпались над пустынными районами Австралии. В ходе неудачного запуска навигационного спутника США с ядерными источниками в 1964 г. радиоактивные материалы рассеялись над Индийским океаном. И в конце концов об актуальности проблемы загрязнения околоземного космического пространства заговорили на форумах многих международных организаций, стали обсуждать на ежегодных сессиях ООН по мирному использованию космического пространства, в ее подкомитетах - научно-техническом и юридическом. А затем появление нового типа небесных объектов искусственного происхождения ученые выделили в отдельную область астрономии. Последняя ныне является промежуточной между традиционными метеорной, изучающей вещество Солнечной системы вблизи и внутри атмосферы нашей планеты, и планетной, исследующей пространство за пределами Земли.

Первые конкретные шаги в постоянном слежении за объектами, находящимися в космосе, предприняли военные бывшего СССР и США в рамках задач противоракетной обороны. В обеих странах создавали системы контроля околоземного пространства, оснащенные радарами дальнего действия и оптическими приборами с целью обнаружения, сопровождения, получения координатной информации и изображений объектов, их идентификации, анализа и отображения космической обстановки. Сейчас "под колпаком" таких систем находится чуть более 10 тыс. летающих вокруг Земли различных тел размером более 10 см каждое. Около 8 тыс. из них занесены в официальные каталоги, причем действующие космические аппараты (примерно 500) составляют лишь незначительную их часть ^* . В основном это исчерпавшие свои энергетические ресурсы спутники, верхние ступени ракет-носителей, различные детали, сопутствующие запуску, и многое другое. Всего же за десятилетие на разные околоземные орбиты и в дальний космос было запущено более 20 тыс. объектов общей массой свыше 3 тыс. т.

Изучением проблем антропогенного загрязнения околоземного пространства наиболее серьезно занимаются Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (НАСА) и Институт астрономии РАН.

Как уже говорилось, существующие ныне службы контроля ближнего космоса ведут каталоги космического мусора. В них входят различные предметы с минимальными размерами 10-30 см для низких орбит (высота от 200 до 2000 км) и около 1 м для геостационарной орбиты (35 800 км). Количество "частиц" размером 1-10 см можно подсчитать лишь приблизительно (примерно 70 000-150 000), поскольку их нельзя наблюдать ни с помощью телескопов, ни радаров и, следовательно, они не поддаются классификации. С меньшими же фракциями (1 см) и того хуже - их, видимо, несколько миллионов; газовой и пылевой консистенции тоже предостаточно.

Для того чтобы оценить опасность сложившейся ситуации, скажем: столкновение любой частицы более 1 см со спутником чревато полным выходом его из строя. Если же на нем установлен ядерный реактор, то последствия окажутся непредсказуемыми. Для снижения риска такой несанкционированной встречи ученые пока нашли единственный выход - создание моделей некаталогизированных популяций. Основным их источником являются расчеты возможных катаклизмов в космосе в виде разрушения аппаратов и ракет-носителей вследствие взрывов или высокоскоростных столкновений с космическим мусором. Причем отмечена определенная закономерность - чем меньше размер соударяющихся фрагментов, тем большее количество мелких обломков образуется.

Исследования подтвердили предположения: самыми засоренными являются наиболее используемые орбиты - околоземные (на высотах 850-1200 км) и геостационарная. Здесь находятся метеорологические спутники и аппараты дистанционного зондирования Земли, а также

^* См.: А. И. Назаренко. В опасности... космос. - Наука в России, 1995, N 3 (прим. ред.).

стр. 37

Схематическое распределение космического мусора в непосредственной близости от Земли: на высоте 850-1200 км и в пределах 38 500 км.

преобладающая часть космических устройств с ядерными энергетическими установками. Последние на этих высотах могут существовать сотни лет, а ведь катастрофа вероятна при встрече с частицей менее 0,1 см в диаметре, летящей со скоростью пули - 10 км/с.

Геостационарная орбита заселена спутниками-стационарами. Это в основном аппараты связи, которых в настоящий момент насчитывается свыше 800. Ежегодно к ним прибавляется два-три десятка новых, а какие-то из старых перестают функционировать и превращаются в космический мусор. Кроме того, попавшие сюда искусственные объекты подвергаются опасности столкновения с микрометеоритами и болидами. Данная проблема также является одной из основных для наших ученых, работающих в рамках общей программы "Космический мусор" ("Space Debris").

Изучение околоземного пространства в области пилотируемых полетов (высота около 400 км) показало, что несмотря на максимальное количество космического мусора там, он сравнительно недолговечен. Естественное уменьшение полетных орбит, а стало быть, вхождение в верхние слои атмосферы приводит к его сгоранию. Другое дело - геостационарная орбита. Долгое время считалось, что механизма самоочищения на ней не существует. Однако выполненный в Институте астрономии РАН цикл работ, посвященных исследованию долговременной эволюции высокоорбитальных космических объектов под действием светового давления, в корне изменил это мнение. Оказалось, и здесь, правда, с гораздо большим промежутком времени, происходит освобождение орбиты от отработанных аппаратов.

Как естественные небесные тела, так и обломки разрушающихся искусственных объектов требуют создания специальной службы обнаружения. Дело в том, что спутники, находящиеся на орбитах более 20 лет и, увы, попавшие в разряд космического мусора (серии "Транзит", NOAA, "Космос", верхние ступени "Востоков"), дают разное количество наблюдаемых обломков (в среднем от 6 до 50).

Наконец, все более усложняющиеся установки, а зачастую и целые "заводы", отправляемые человеком с Земли, требуют наращивания мощи ракет-носителей, что, в свою очередь, увеличивает загрязнение космоса. Скажем, взрывы вторых ступеней семи ракет "Дельта" (из-за наличия остатков топлива и сложившихся условий перегрева) добавили свыше 1300 наблюдаемых и каталогизируемых фрагментов. Исследования, проведенные в последние годы в Институте астрономии РАН и НАСА, привели к выводу: более 40% бесхозных космических предметов, находящихся на низких околоземных орбитах, - осколки, образовавшиеся в результате взрывов вторых ступеней ракет и спутников.

Гораздо сложнее вопрос с геостационарными аппаратами. После того, как они отработали свой ресурс и их орбиту перестают корректировать (с этого момента такие объекты называют "пассивными"), они начинают эволюционировать по законам небесной механики, т.е. могут со своей (геостационарной) орбиты уйти или в любой соответствующий момент на нее вернуться. А если учесть, что с 1963 г. запуск спутников на эту высоту стал массовым, то возвращение на нее "пассивных" объектов может обернуться катастрофой. Вот почему все объекты и их перемещения на геостационарной орбите важно держать под контролем. Его можно осуществлять с помощью больших фотографических камер с широким углом зрения. В течение одной ночи они позволяют зафиксировать всю область, видимую со станции наблюдения. Самая большая камера подобного типа, работающая в Институте астрономии РАН

стр. 38

(Звенигородская обсерватория под Москвой), может охватить область около 100 по долготе и обнаружить там все геостационарные объекты размером свыше 1 м.

Авторы статьи считают, что столкновения и взрывы спутников на геостационарной орбите происходят столь же часто, как и на низких высотах, но поиск и изучение их осколков представляют собой особую проблему. Первым шагом на пути ее решения, как ни странно, является фиксация самого факта взрыва. Причем его не всегда можно определить визуально (редчайший случай), а чаще - по косвенным признакам, в частности, по изменению параметров орбиты спутника или скорости его дрейфа.

Для наблюдения за фрагментами космического мусора на геостационарной орбите предложены различные варианты аппаратуры. Скажем, на российском спутнике связи "Экспресс-2", запущенном в сентябре 1996 г., установлен прибор GORID (Geostationary Impact Detector), созданный специалистами Европейского космического агентства для выявления небольших блуждающих частиц и изучения мелкой компоненты межпланетной пыли. В настоящее время в Институте космических исследований РАН разрабатывают охлаждаемый телескоп для аналогичных целей, который планируется разместить на геостационарном спутнике. Такой инструмент способен обнаружить астероиды, сближающиеся с Землей, а также метеориты, болиды и мини-кометы (последние, по данным спутника "Полар", регистрируются в атмосфере до десятков в минуту).

Эволюция "мусорного" окружения нашей планеты не может быть точно предсказана из-за постоянно растущего числа пользователей космическим пространством (включая коммерческие запуски), появления новых технологий выведения на орбиты малых аппаратов и "созвездий" коммуникационных спутников (типа "Иридиум"), наконец, из-за неопределенности будущих взрывов и столкновений всех этих объектов на орбитах.

На основании проведенного анализа авторы статьи полагают: огромное количество находящихся в околоземном пространстве частиц различного происхождения не позволяет их постоянно и в полном объеме отслеживать, тем не менее, есть пути, которые помогут ученым максимально приблизиться к решению данной задачи.

Прежде всего - это совершенствование методики моделирования фрагментов космического мусора на основе специальных экспериментов и согласования параметров моделей с полученными данными. Другое направление - изучение общих закономерностей процесса миграции вещества в Солнечной системе, выявление и каталогизация наших вероятных космических "гостей". И наконец, постоянное наблюдение за искусственными объектами, их фотометрический контроль и т.д.

Микиша А. М., Рыхлова Л. В., Смирнов М. А. Загрязнение космоса. - Вестник РАН, т. 71, N 1, 2001.

Permanent link to this publication: