«Человечество беспомощно наблюдало бы за бесконтрольным размножением космического мусора»: достигло ли число запусков спутников критической точки?

Тысячи спутников, находящихся на орбите вокруг Земли, способны в ближайшие десятилетия нанести ущерб окружающей среде — от хаотических столкновений до разрушения озонового слоя. Каковы решения растущей угрозы?

«С начала космической эры у нас была культура одноразового использования – что-то вроде пластика в океане», — говорит Ник Шейв, управляющий директор Astroscale UK, компании по обслуживанию космических аппаратов на орбите со штаб-квартирой в Японии.

Когда-то вывод спутника на околоземную орбиту был большим делом. С момента запуска первого спутника в 1957 году, когда выводить спутники в космос стало проще и дешевле, их количество резко возросло. В 2022 году их было около 6000, а к 2030 году, по одним оценкам, на орбите вокруг нашей планеты будет находиться около 60 000 спутников.

Посмотрите сейчас в ясную ночь вверх, и вы, вполне возможно, увидите яркую цепочку точек, пересекающих небо. Это часть «мегаконстелляции» спутников SpaceX Starlink, которая обеспечивает расширенный доступ к широкополосной связи по всему миру.

Но правила поведения людей в космосе разрозненны, а основному международному закону, договору ООН по космосу от 1967 года, уже более 50 лет.

В настоящее время на орбите скопилось огромное количество мусора. Согласно данным Европейского космического агентства (Ека) за сентябрь, сети космического наблюдения отслеживают почти 37 000 объектов размером более 10 см.

«Это опасно, не поймите меня неправильно», — говорит Джон Янка, главный специалист по глобальным правительственным связям и регулированию в коммуникационной компании Viasat, базирующейся в Вашингтоне, округ Колумбия. «Но есть также, по данным Ека, более 1 млн обломков размером от 1 до 10 см, которые смертельны и не поддаются отслеживанию. Что это значит? Это означает, что вы не можете этого увидеть, вы не можете этого избежать, и сегодня вы не можете защитить от этого свой спутник».

Но беспокойство по поводу обломков связано не только с повреждением отдельного спутника или летательного аппарата. Космические операторы остро осознают опасность, известную как эффект или синдром Кесслера, названный в честь ученого НАСА Дональда Дж. Кесслера, который в 1978 году вместе с Бертоном Дж. Кур-Пале опубликовал теорию о том, что с увеличением числа спутников увеличивается и вероятность столкновений. Чем чаще происходят столкновения, тем больше образуется мусора и тем выше риск новых столкновений. При достижении критической массы одно столкновение может спровоцировать неудержимый каскад столкновений, так что вся орбита может оказаться бесполезной.

Обзорный документ Viasat за 2022 год рисует почти апокалиптическую картину: «Если наступит переломный момент, все человечество будет беспомощно наблюдать, как бесконтрольно размножается космический мусор. Без своевременного вмешательства мы рискуем бесславно завершить космическую эру и запереть человечество на Земле под слоем собственного мусора на столетия или даже тысячелетия».

Далее в нем говорится: «Это приведет не только к резкому прекращению освоения космоса, но и к потере всех преимуществ космических технологий, включая навигацию, прогнозирование погоды, климатические измерения и даже спутниковую широкополосную связь (предполагаемая цель развертывания мегаколонн)».

Янка отмечает, что проблема не только в количестве, но и в размере. «Мы выводим на низкую околоземную орбиту десятки тысяч спутников, и мы выводим на низкую околоземную орбиту все более крупные спутники – большие по площади поперечного сечения и массе — мы обнаруживаем, что, возможно, мы оказываем некоторое непредвиденное влияние на такие вещи, как риск столкновений».

Он сравнивает это с большим парусом на лодке, который ловит больше ветра. «Чем больше спутник, тем больше площадь поперечного сечения, тем больше вероятность попадания обломков». А более крупные спутники при попадании создают больше обломков.

Итак, в чем же решение? Отслеживание и маневрирование спутниками во избежание столкновений — один из способов управления рисками. SpaceX Илона Маска управляет своими спутниками Starlink таким образом и выводит с орбиты те, которые считаются «подверженными повышенному риску стать неманевренными».

Многие согласны с тем, что маневренность важна. Shave называет ее «критически важной на орбите». Однако, в конечном счете, это может оказаться небезопасным решением из-за огромного количества спутников, которые должны появиться в небе в ближайшие годы.

«Предотвращение столкновений — это совершенно неправильное определение, — говорит Хью Льюис, профессор астронавтики в Университете Саутгемптона, — потому что вы не можете избежать столкновения, если не знаете, произойдет оно на самом деле или нет».

Но маневр, позволяющий избежать столкновения в будущем, действительно снижает вероятность, объясняет он, поэтому, хотя риск «никогда не исчезает», он становится меньше.

Льюис, также технический консультант Инициативы по устойчивому использованию космического пространства Земли (Essi), рассказывает о «законе по-настоящему больших чисел». «У вас могут быть действительно редкие события, и если вы даете достаточно возможностей для того, чтобы это событие произошло, то оно, как правило, происходит, вот почему мы склонны видеть эти крупные катастрофы, которые происходят, хотя на самом деле они довольно редки. То же самое верно и в случае столкновений космических аппаратов».

Спутники могут быть выведены на разные орбиты в зависимости от их назначения. Например, спутники, выведенные на низкую околоземную орбиту (НОО), находятся относительно близко к Земле, на высоте 160-200 км над поверхностью, и хороши для наблюдения за Землей. Другие, выведенные на высокую околоземную орбиту, на высоте 36 000 км над Землей, могут быть полезны для мониторинга погоды. Спутники также используют различные частоты или части электромагнитного спектра для связи, и, как и в случае с радиочастотами на Земле, операторы должны обращаться за этим ограниченным ресурсом через Международный союз электросвязи ООН.

И по мере того, как компании и государства борются за этот ограниченный ресурс, а первые участники могут осваивать орбиты и полосы пропускания, возникает вопрос о том, как мы справедливо разделяем небо, распределяя доступ к его преимуществам по всему миру.

Иэн Кристенсен, старший директор базирующейся в США некоммерческой организации Secure World Foundation, говорит, что «в целом операторы преуспевают» в том, чтобы уберечь свои спутники от опасности. Например, по его словам, Starlink имеет «более высокий порог предотвращения столкновений, чем обычно», а ее автоматизированная система предотвращения столкновений «не склонна к риску».

Он говорит, что проблема заключается в том, как наладить такую координацию в отсутствие глобальной системы.

Объединение усилий во всем мире «неизбежно», по мнению некоторых, которые утверждают, что космическому сообществу следует как можно скорее начать работать сообща, извлекая уроки из эволюции других технологических изменений, таких как мобильные телефонные сети и Интернет.

«Мы надеемся, что сможем перейти к концу. Давайте не будем тратить 10, 20, 30 лет на то, чтобы делать это неправильно», — говорит Майкл Ченг, член консультативного совета Essi и член Совета Outernet.

Эти некоммерческие организации лоббируют космическую отрасль в разработке «совместимых» систем. Это означает, что различные операторы согласовывают и используют стандартизированное оборудование, программное обеспечение и сетевые подключения, чтобы их спутники и космические системы могли «взаимодействовать друг с другом».

«Мы хотели бы видеть более эффективное использование коммуникационных технологий и сетей связи», — говорит Ченг, который также является директором по продуктам коммуникационной компании Aalyria, дочерней компании Google.

Чтобы повысить устойчивость систем связи, фирма разработала «инструмент управления сетью» или программное обеспечение под названием Spacetime, которое отслеживает перемещение антенн и может находить наилучшие маршруты или варианты соединения между движущимися спутниками. По словам Ченга, это также может помочь операторам обмениваться пропускной способностью сети друг с другом после получения лицензий.

Он сравнивает нынешнюю сеть связи в космосе с первыми днями существования сетей мобильной связи на Земле, когда выход из-под юрисдикции одного оператора означал «непомерную» плату за роуминг для клиента, в то время как сейчас у разных операторов мобильной связи есть протоколы и стандарты, упрощающие работу системы для всех.

Совместное использование и стандартизация систем в космосе сделало бы работу более эффективной и, следовательно, более устойчивой – например, за счет сокращения количества оборудования, которое необходимо запускать.

«Мы делаем ставку на нашу способность технологически опережать или использовать технологии для того, чтобы найти выход из любых ужасных ситуаций», – говорит Ченг, который утверждает, что только совместными усилиями мы сможем сохранить экологичность космоса. Он приводит в пример одну историю большого успеха человечества – запрет, который помог закрыть дыру в озоновом слое. «Человечеству удалось сотрудничать и сделать доброе дело, уменьшая эту дыру все больше и больше».

Однако Ченг также отмечает, что озоновый слой может снова оказаться под угрозой – на этот раз из-за отработавших свое спутников. Исследование, опубликованное ранее в этом году, показало, что в будущем используемые спутники из крупных космических группировок могут производить более 360 тонн частиц оксида алюминия в год, поскольку они сгорают в атмосфере Земли. Они могут сохраняться десятилетиями и привести к «значительному разрушению озонового слоя».

Большинство согласны с тем, что идея совместимых систем имеет смысл, хотя Янка предупреждает, что это не решит «проблему чрезмерного потребления». «Я думаю, что крайне важно обеспечить необходимый уровень стандартизации в нужных областях, чтобы обеспечить устойчивость пространства», — говорит Шаве. Он говорит, что генеральный директор Astroscale Нобу Окада сравнивает нынешнюю ситуацию в космосе с увеличением количества автомобилей на дорогах в начале 20-го века.

Похожие записи:

Правительство США впервые в истории наложило штраф за космический мусор на Dish Network Япония запустит первый в мире деревянный спутник для борьбы с загрязнением космоса NASA запустило космический корабль на лунную орбиту в рамках первого этапа миссии Artemis Великобритания построит новый спутник для мониторинга климатического кризиса и стихийных бедствий Обреченный лунный модуль «Сапсан» на пути к огненному возвращению на Землю