Баласт на орбіті: які загрози несе землянам космічне сміття

На навколоземній орбіті наразі обертається близько 19 000 некерованих об’єктів антропогенного походження.

Це так зване космічне сміття, оскільки ці об’єкти більше не виконують своїх функцій.

Натомість вони становлять загрозу не лише космічним апаратам, а й... людям на Землі.

Майже 90% сміття «викинули» на орбіту три держави — Росія (СРСР), США та Китай. Про космічне сміття говоримо з Валерієм Фроловим, який досліджує проблему і захистив докторську дисертацію на цю тему. Валерій Федорович — полковник у відставці, після закінчення військової служби 20 років працював у Національному космічному агентстві України.

Нині завідує кафедрою екології в Національному авіаційному університеті.

Космос можемо загубити назавжди

— Щорічно людство запускає в космос 120-150 космічних носіїв, — розповідає Валерій Фролов. — У свою чергу, космічний носій може запустити в космос 6-8 мікросупутників, адже наразі космічні супутники мають і невеликі розміри: є наносупутники, а нові технології породили й пікосупутники, які важать усього... 100 грамів. 

 

Наприклад, Київський політехнічний інститут запустив два мінісупутники, які вже літають на орбітах. У НАУ, де працюю вже рік, ми також підписали договір із Національним космічним агентством України, і разом із заводом «Київприлад» маємо намір збудувати власний мінісупутник. Запустити його буде непросто, адже це потребує чималих коштів, але він університету не завадить, адже маємо аерокосмічний інститут і багато науковців, які працюють у космічній галузі, геодезії та космічного зондування Землі.

 

Водночас космічне сміття сьогодні стало великою проблемою для землян. Я на цьому неодноразово наголошував у своїх статтях та доповідях, зокрема, на міжнародних конференціях. Зараз у космічному просторі — біля 10 тисяч тонн космічного сміття. Під ним маємо на увазі другі-треті-четверті ступені космічних ракет; паливні баки, які залишаються у космосі; супутники, які мають життєвий цикл усього 5-7 років.

 

Усе це розташовується на різних орбітах: починаючи з нижніх — на висоті 400-500 кілометрів (де літають міжнародні космічні станції), середніх — 1,2-20 тисяч кілометрів (де літають супутники, які забезпечують GPS— управління) і до геостаціонарних — на висоті 36 тисяч кілометрів (супутники, які забезпечують зв’язок нашим мобільним телефонам). 

 

На геостаціонарних орбітах супутники розташовані немов намистинки на нитці — дуже щільно. Тому кожна «космічна» країна має чітко визначений сектор, у який лише вона має право запускати космічні апарати. Управління цими супутниками потребує ретельної уваги, аби супутники не зіштовхнулися — відхилення буквально на пів градуса призводить до аварій. 

 

Крім того, уламки з цього космічного сміття постійно бомбардують діючі космічні апарати, які перебувають на різних орбітах, — розбивають їм сонячні батареї, б’ють по ілюмінаторах міжнародних космічних станцій і т.п. (До речі, товщина оболонки космічного апарата лише 5-6 мм). Більше того, космічне сміття часто-густо змінює напрямок руху космічного апарата, вибиваючи його з орбіти, бо ж уламки  бувають величезними (до декількох тон).

 

Але найнебезпечнішим є те, що досі на орбітах є некеровані супутники з ядерними енергетичними установками. Наразі їх літає 48 штук: 36 — на урані-235 (перші з них запущені СРСР ще наприкінці 1960-х років) і 12 — на полонії-211 (запущені США). І хоча їхні паливні системи виведені з активної зони, але все може статися, коли супутники почнуть руйнуватися чи впадуть на Землю...

 

А літати вони можуть ще дуже довго і куди впадуть — ніхто не знає. Нагадаю, що один із подібних супутників (радянський) — впав у Канаді в 1970-х роках. Тоді Канада вимагала від СРСР колосальну грошову суму, аби відшкодувати збитки, завдані екології внаслідок забруднення радіоактивними матеріалами з «брудного» супутника. 

 

На сьогоднішній день питання «Як знімати космічне сміття з космосу?» — відкрите, хоча існує чимало різноманітних пропозицій і методів, проте ще жоден із них  не реалізовано.

 

Видатний американський вчений Кесслер (іменем якого названо «каскадний ефект» — при постійному битті уламків між собою збільшується щільність космічного сміття) наголошує: якщо людство упродовж найближчих 15-20 років не вирішить проблему утилізації космічного сміття, то ми можемо космос загубити назавжди.

 

Косміче сміття: сьогодня — там, а завтра — тут.

 

Щодня з неба падає 10-12 космічних уламків, переважно у Світовий океан, рідше — на тверду поверхню, як правило, у пустелях. Більшість із уламків згорає в щільних шарах атмосфери.   

Відомо, що кожних 11 та 22 роки існують цикли сонячної активності, і, як виявилося, саме ці цикли дають можливість природі та космічному простору очиститися від космічного сміття. Але це — тривалий процес, бо перехід з орбіти на орбіту сягає всього декількох сотень кілометрів — порахуйте, наприклад, скільки пройде часу, поки супутник із геостаціонарної орбіти впаде на Землю. Тому науковці працюють над тим, щоб знайти методи, способи і засоби, за допомогою яких можна було б утилізувати космічне сміття.

Людству час думати, як виживати

Особисто я маю ідеї, як утилізувати, як провести дослідження, пов’язані з мінімізацією забруднення, та зробити так, аби великі уламки перевести з нинішніх орбіт в інші місця (це пов’язано з «точками Лагранжа» — точками космічного вакууму).

 

Але щоб визначити й прорахувати напрямок, балістику переходу з однієї орбіти (де знаходяться уламки) на перехідну орбіту, а потім завести уламки на точки Лагранжа, треба мати дуже потужний обчислювальний апарат (математичну модель) і засоби. І це завдання пов’язане не лише зі складними математичними та балістичними проблемами, а й з проблемами переводу з орбіти на орбіту і т.д.

 

Крім того, я пропоную впроваджувати спільні проєкти: тобто кожна країна не сама вирішує якусь наукову проблему, а разом, інтегруючись з іншими державами. Замість запуску десятка космічних ракетних носіїв для вирішення однієї й тієї ж проблеми варто використовувати одну спільну ракету-носій.

 

Наприклад, така інтеграція вже була, коли наш космонавт Леонід Каденюк літав на американському «Шатлі» й вирішував проблеми, пов’язані з впливом гравітації на рослини.

 

Інтеграція, яка призведе до зменшення запусків ракет, збереже довкілля, адже кожен запуск порушує озоновий шар, як наслідок — зміна клімату, що ми вже відчуваємо на собі...

Планую виступити 7 грудня на Міжнародній конференції в Запоріжжі, де пропонуватиму вихід на міжнародний європейський рівень, на ООН, щоб розробити так звану «Екологічну Конституцію Землі». Цю ідею ще в 1992 році було запропоновано академіком НАН України Юрієм Туницею. Після доповіді в ООН, по приїзду в Україну, він розповів про це президенту Кравчуку, потім і Кучма був з цією проблемою ознайомлений, але все «спустили на гальмах»... 

 

Тому й хочу це питання поновити, адже, на моє глибоке переконання, всьому людству вже час починати думати про те, як... виживати! Бо людство зараз на межі екологічної катастрофи. 

Освоєння Марсу — авантюра, а Місяць — цікавий

Залишків енергоносіїв (нафти, газу, вугілля), за розрахунками науковців, людству вистачить максимум на 75 років. Тож треба вже зараз інтенсивно думати, які альтернативні джерела енергії необхідно розробляти. Інакше вже наших дітей та онуків чекає загибель.

 

Вважаю, що одним із вирішень цієї проблеми є «розробка»... Місяця. Зараз ним дуже зацікавився Китай, не кажучи вже про США. Україна також включилася до цього процесу. Коли в травні я доповідав у Дніпрі саме щодо місячної програми, то чув ще чимало цікавих доповідей по місячних проєктах науковців з Китаю та США. 

 

Справа в тому, що в надрах Місяця — дуже багато гелію, який є невичерпним джерелом енергії. І якщо його доставляти на Землю, матимемо великі запаси енергії. Крім того, в уламках місячного ґрунту, після проведення досліджень, було знайдено і рідкоземельні, і навіть дорогоцінні метали. Тож Місяць — дуже цікавий для землян...

 

Щодо Марсу переконаний: польоти людини до цієї планети — авантюра. Адже політ на Марс потребує 560-580 діб (лише в один бік). На сьогодні немає систем для підтримки такого довготривалого перебування людини в закритому просторі: треба забезпечити процес рециклінгу, а де брати воду і все необхідне? Другою проблемою цього перельоту є радіаційні пояси, а їх треба буде перетинати тисячі. Люди, які прилетять на Марс після такої подорожі, будуть хворими й нездатними нормально функціонувати. Навіть сьогодні космонавти після перебування на навколоземних орбітах десятки й сотні діб, повертаючись на Землю, мають багато проблем зі здоров’ям. 

 

Я спілкувався з космонавтами — Павлом Поповичем, Олексієм Леоновим, Леонідом Каденюком (з яким ми товаришували) — усі вони казали, що перебування в космічному просторі (в закритому апараті) призводить до того, що навіть змінюється хімічна формула крові. Крім того, великі навантаження йдуть уже після повернення — на міжхребцеві з’єднання. Також багато проблем із мозком — порушується його нормальне функціонування (через стан невагомості, перебування космонавта «догори дригом»).

 

І хоч космічний простір — це дуже цікаво, але космічна діяльність є екологічно небезпечною, адже забруднює і космос, і навколишнє природне середовище. Після старту через 90 секунд на висотах 20-30 кілометрів відокремлюється й падає перша ступінь, а потім падає паливний бак, в якому залишається 300-400 літрів гептилу (обов’язковий запас на випадок непередбачуваних ситуацій), — усе це аерозоллю розливається-розпилюється на велику площу. 

СТО на орбіті 

У своїй докторській роботі, присвяченій боротьбі з космічним сміттям, яку нещодавно захистив, я розробив математичний апарат, за допомогою якого можна визначати кількість космічного сміття в залежності від темпів космічної діяльності, від ефекту Кесслера, від зміни різних характеристик космічного сміття.

 

Ця математична модель дає змогу з’ясовувати, що наразі відбувається на тій чи іншій висоті та орбіті. Зауважу, що швидкості уламків космічного сміття варіюються в діапазоні 6,5-8 км/с й літають вони за рахунок гравітації Землі. 

 

На сьогодні ми відслідковуємо космічне сміття за допомогою двох систем: радіолокаційних та оптико-електронних. Ці системи дозволяють «бачити» космічні уламки розміром до кількох сантиметрів. (У американців апаратура потужніша — вони бачать уламки до одного сантиметра). 

 

Усі космічні уламки внесені до каталогів — кожен має свій номер, орбіту, швидкість, балістичний коефіцієнт (завдячуючи своїй формі). Коли уламки починають між собою контактувати, б’ючись один об одного, доводиться вносити поправки до каталогу через зміну їхніх параметрів. Також, коли відбувається вибух (руйнація якогось супутника), каталог доповнюють. До речі, всі військові супутники після завершення своєї місії руйнуються за командою-сигналом із Землі. 

 

Як правило, тривалість життя супутника 5-7 років. Цей термін визначається часом роботи акумуляторних батарей. Знаєте, чому український супутник («Січ»-2), який ми запустили в 2012 році, так швидко «скис»? Бо на ньому поставили неякісні батареї, через які він і пропрацював лишень 2,5 року! Наразі він теж став космічним сміттям...

 

Є ще ідея, як продовжити життя супутників. Йдеться про суборбітальне сервісне обслуговування. Що це? Ми посилаємо «супутник-СТО», на якому «веземо» декілька акумуляторних батарей: із перехідного модуля підключаємося до супутника, який потребує заміни акумуляторів. Після стиковки за допомогою робота-маніпулятора проводимо заміни акумуляторів.

 

Після обслуговування кількох супутників цей «СТО»-шний апарат повертається «додому». Завантажується по-новому — й знову в космос. Але він зможе обслуговувати лише супутники, які мають уніфіковані модулі. Зараз із київською фірмою «Елміс» ми і займаємося цим питанням.