Мусорная угроза из космоса

В начале космической эры еще никто не думал над проблемой засорения земных орбит. Н. Кульчицкий. Иллюстрация из книги В. Захарченко «Путешествие в завтра», 1952

Привычные сообщения радио и телевидения о работе очередной экспедиции на Международной космической станции создают у нас впечатление, что на борту МКС и в ближнем космосе все спокойно – ситуация под контролем. Но что именно, кроме обстановки на борту, подлежит непрерывному контролю с Земли – метеориты? Как поется в известной песне: «Прошит метеоритами простор». Да, пространство, в котором живет и действует МКС, действительно прошито насквозь, но не метеоритами, а множеством других объектов, носящих совершенно не романтичное название – космический мусор.

На высоте орбиты МКС (400 км) этого мусора огромное количество. В Центр управления полетами ЦНИИмаш постоянно поступают сообщения о сближении станции с крупными фрагментами, причем как минимум одно-два предупреждения в месяц связано с особо опасными сближениями. За последние два года получены сотни сообщений радаров о возможных столкновениях станции с металлическими обломками. Только в 2013 году было 67 таких потенциально опасных ситуаций. За время работы МКС пришлось 16 раз уводить станцию от столкновения.

Проблема настолько серьезна, что ее решением занимаются целые коллективы ученых и специалистов, в том числе подразделение ФГУП ЦНИИмаш, возглавляемое доктором технических наук Михаилом Яковлевым. Результатам их исследований посвящена только что опубликованная двухтомная монография «Космический мусор» (М.: Физматлит, 2013) под научной редакцией доктора технических наук, профессора Геннадия Райкунова. Один из соавторов монографии – кандидат технических наук, действительный член Российской академии космонавтики имени К.Э. Циолковского Сергей Логинов. Сергей Степанович – участник многих международных конференций по космическому мусору.

Чем опасен космический мусор

Космический мусор (КМ) – это все искусственные объекты, включая их фрагменты и элементы, которые не выполняют заданных целевых функций и находятся на околоземных орбитах или направлены в плотные слои атмосферы Земли. Все эти объекты фактически образуют вокруг нашей планеты кольцо, подобное естественным кольцам Сатурна. Сейчас в районе низких околоземных орбит высотой до 2000 км находится до 600 тыс. объектов КМ. Их общая масса – 6 тыс. тонн. Средняя относительная скорость их взаимного пролета составляет около 10 км/с. Это в 10 раз больше скорости пули из боевой винтовки.

Но в этой «космической свалке» – не только «пули» массой 9 граммов, а целые «снаряды» массой на порядки больше. Так что столкновение любого из этих объектов с действующим космическим аппаратом может повредить его или вывести из строя. Примером может служить первый случай столкновения искусственных спутников: нашего – «Космос-2251» и американского – Iridium 33, произошедший пять лет назад. Оба спутника полностью разрушились, и вместо них на орбите образовалось около 2000 обломков размером не менее 10 см каждый.

Как рассказывает Сергей Логинов, в околоземном космическом пространстве есть две защищаемые области. Первая, или «А», – это низкоорбитальная сферическая область, включающая в себя высоты от поверхности Земли до 2000 км. Вторая, или «В», – область в окрестности геостационарной орбиты от 35 586 до 35 986 км от поверхности Земли. Иначе говоря, это невидимая кольцевая зона вокруг Земли «толщиной» в 400 км и «шириной» в 30 градусов.

На геостационарных орбитах на сегодня зарегистрировано около 900 космических объектов, из них более 300 – функционирующие космические аппараты. Кроме того, ожидается запуск еще нескольких десятков КА.

Мусорная история

Впервые космический мусор упоминается в 1963 году в докладе Эрнста Петеркина, сотрудника Военно-морской исследовательской лаборатории Министерства обороны США. На основании анализа предшествующих запусков космических аппаратов он пришел к выводу о том, что в период до 1980 года количество крупных космических объектов будет ежегодно увеличиваться на 318.

В октябре 1979 года в Космическом центре имени Джонсона (США) по инициативе NASA было создано первое специализированное подразделение для проведения исследований по «мусорной» тематике. А в июле 1982 года там же состоялась первая международная конференция, посвященная проблеме космического мусора. Международное сообщество признало нарастающую опасность космического мусора и настоятельную необходимость мер по предупреждению его образования.

А в октябре 1993 года в подмосковном Калининграде (ныне Королев), на базе ЦНИИ машиностроения, прошло совместное заседание полномочных представителей NASA, Европейского космического агентства, Японии и Роскосмоса, на котором был образован Межагентский координационный комитет по космическому мусору (МККМ). Основная цель этой организации – обеспечение взаимного обмена информацией между членами МККМ, расширение возможностей сотрудничества, разработка мер по снижению техногенной засоренности околоземного космического пространства.

В 2002 году был разработан и принят основной документ Межагентского координационного комитета по космическому мусору – «Руководящие принципы МККМ по предупреждению образования космического мусора». Документ охватывает основные направления работ: ограничение космического мусора, образующегося при штатном функционировании; минимизация возможности орбитальных разрушений; увод космических систем с рабочих орбит после завершения целевого функционирования; предотвращение орбитальных столкновений.

В этих «Руководящих принципах...» изложены соответствующие рекомендации, которые предназначены для использования при планировании космических полетов, а также на этапах проектирования и эксплуатации космических аппаратов и орбитальных ступеней.Основные из этих рекомендаций сводятся к следующему.

Во-первых, для предотвращения образования КМ требуется конструировать космические аппараты и орбитальные ступени таким образом, чтобы исключить отделение механических объектов при любых штатных режимах их функционирования.

Во-вторых, для предупреждения разрушений на орбите рекомендуется проводить дожигание или дренаж остатков топлива и других жидкостей для предотвращения случайных разрушений вследствие протекания химических реакций; разрядку аккумуляторов и размыкание зарядных линий в конце работы; стравливание газов из баллонов высокого давления; остановку маховиков и гироскопов.В-третьих, введено требование увода отработавших космических аппаратов с геостационарной орбиты на орбиту, которая расположена выше нее не менее чем на 250 км.

Что касается отработавших орбитальных средств, которые находятся в низкоорбитальной области, в соответствии с «Руководящими принципами МККМ...» все они должны быть уведены со своих орбит (предпочтительно в плотные слои атмосферы) или переведены на орбиты с укороченным временем существования. Исследования МККМ показали, что срок орбитального существования – не более 25 лет.

Источник космического мусора – деятельность людей. А. Леонов, А. Соколов, «Старт космического корабля», 1969

Необходимы, но… не обязательны

Изначально предполагалось, что «Руководящие принципы...» будут представлены и одобрены на сессии Научно-технического подкомитета Комитета ООН по космосу. Затем это решение будет утверждено Генеральной Ассамблеей ООН, и «Руководящие принципы МККМ...» приобретут статус обязательного к исполнению международного правового документа.

Однако потребовалось три года напряженной работы на международном уровне, прежде чем в 2007 году на 44-й сессии Научно-технического подкомитета документ «Руководящие принципы Комитета ООН по космосу по предупреждению образования космического мусора» был одобрен на 52-й сессии Комитета ООН по космосу и далее – на 62-й сессии Генеральной Ассамблеи ООН.

Данный документ рекомендует государствам – членам ООН и международным организациям добровольно применять через свои национальные и иные механизмы меры по ограничению КМ. «Руководящие принципы...» рекомендуется применять при проектировании и в процессе эксплуатации вновь разрабатываемых космических аппаратов и орбитальных ступеней, а также, если это возможно, при эксплуатации уже существующих аппаратов и ступеней.

Но, как отмечает Сергей Логинов, у «Руководящих принципов…» есть одна особенность. Согласно международному праву, данные принципы не являются юридически обязательными. А исключения из осуществления отдельных руководящих принципов или их элементов могут быть обоснованы, например, в соответствии с положениями договоров и принципов ООН, касающихся космического пространства.

Дело в том, что Научно-технический подкомитет Комитета ООН по космосу – чуть ли не единственная структура ООН, где решения принимаются консенсусом. В этом, с одной стороны, заложен глубокий смысл: ведь большинство государств не ведет такой космической деятельности, как, например, Россия или США, поэтому они могли бы (если бы работало «правило большинства») принимать юридически обязательные решения, которые ложились бы тяжким бременем на основные космические державы.

С другой стороны, принцип консенсуса приводит к тому, что очень затягивается принятие конкретных решений. И в итоговых документах появляются формулировки вроде «Было высказано мнение» или «Некоторые делегации высказали мнение». Если же никто не высказал возражения по какому-то тезису, применяется формулировка «Подкомитет согласился с тем, что…».

Чистить и чистить!

В Российской Федерации проводится постоянная работа по созданию нормативно-технических документов, определяющих требования по снижению техногенного засорения околоземного космического пространства.

С 2009 года в России введен в действие Национальный стандарт – ГОСТ Р 52925-2008 «Изделия космической техники. Общие требования к космическим средствам по ограничению техногенного засорения околоземного космического пространства». Этот документ определяет механизм реализации в Российской Федерации «Руководящих принципов Комитета ООН по космосу по предупреждению образования КМ».

Стандарт устанавливает общие требования к космическим средствам по ограничению техногенного засорения околоземного космического пространства. Требования стандарта распространяются на вновь создаваемые и модернизируемые космические средства научного, социально-экономического, коммерческого и специального назначения. Требования стандарта должны применяться на всех этапах жизненного цикла космических средств: разработки тактико-технического задания, проектирования, изготовления, ввода в эксплуатацию, эксплуатации и утилизации. Требования российского стандарта гармонизированы с «Руководящими принципами МККМ...» и «Руководящими принципами ООН по снижению КМ».

Однако проведенные исследования показывают: если даже все участники космической деятельности будут следовать всем требованиям, направленным на предотвращение образования космического мусора, его общее количество все равно будет увеличиваться. Эффективного ограничения роста КМ невозможно добиться без принудительного удаления его крупногабаритных фрагментов из зоны рабочих орбит функционирующих космических аппаратов.

Экспертные оценки возможного влияния удаления космического мусора на техногенное засорение околоземного космического пространства показывают, что увод с геостационарных орбит 150 нефункционирующих спутников снизит вероятность столкновения объектов в этой области примерно в пять раз. В низкоорбитальной области увод 5–6 крупногабаритных объектов ежегодно будет приводить к снижению прогнозируемых катастрофических столкновений в полтора раза.