Как ниската земна орбита се превръща в купчина боклук

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 15:58

Пътеката за боклук на човека отдавна се простира отвъд планетата, далеч в космоса. Докато активисти и политици решават какво да правят с битовите отпадъци на Земята, тонове използвано оборудване се натрупват в орбити.

Нека да разберем от какво са направени космическите сметища, къде се намират и дали "райски" отломки могат да паднат върху главите ни (спойлер: това вече се случи).

Какъв боклук лети в космоса

Космическата ера започва с изстрелването на първия изкуствен спътник през 1957 г. Оттогава човечеството изстреля много ракети и изведе в орбита почти 11 000 спътника. През последните години броят на космическите мисии се увеличи драстично. Сега околоземното пространство се изследва не само от държави - частни фирми и организации с нестопанска цел се присъединиха към бизнеса. Натоварването на орбитите нараства.

Как се промени броят на обектите в околоземното пространство

Въпреки това, сателитите, както всяка друга техника, се разпадат и стават остарели. Те се заменят с нови устройства, а повредените устройства са принудени да изживеят живота си в орбита под формата на метален скрап. В близките и далечните околности на нашата планета са се появили "сметища".

Всички неработещи технически обекти и техните фрагменти се класифицират като космически отпадъци. Повечето от тях са отработени ракетни стъпала, стари спътници и техните фрагменти. Въпреки постоянните изстрелвания на нови устройства, работещите спътници в орбити са много по-малко от „отпадъци“. Според оценки на Европейската космическа агенция (ESA) в околоземното пространство има 128 милиона малки отломки, чийто размер не надвишава един сантиметър, 900 хиляди фрагмента от 1 до 10 cm и 34 хиляди - повече от 10 см. За сравнение: има само 3 работещи спътника, 9 хил.

Най-активно човечеството използва ниска земна орбита (200-2000 км над морското равнище). Тази част от космическото пространство е най-"гъсто населената" и в същото време "най-мръсната". На височина 650-1000 км се намира първото „сметище“– тук „живеят“стари превозни средства, различни по размер отломки и военни спътници с ядрени инсталации. Такива височини за съхранение на потенциално опасни предмети не са избрани случайно: те могат да бъдат там около две хиляди години. Вторият официален "изпитателен полигон" се намира на височина около 36 хиляди км - там се изпращат всички спътници, които са обслужвали от геостационарната орбита.

Космическите отпадъци обаче „лети“не само на места, специално определени за него. Сблъсък с отломки в околоземното пространство може да се случи навсякъде, защото е почти невъзможно да се предвиди движението на малки частици. Но наистина е възможно да се избягват големи фрагменти - повечето от тях се наблюдават от световните космически агенции. Ако през следващите години компании като SpaceX, OneWeb и Amazon разположат хиляди комуникационни спътници над Земята, специалистите ще трябва да наблюдават движението в орбити много по-внимателно, за да избегнат инциденти.

Който следи отломките в космоса

Според ESA мрежите за наблюдение на космоса редовно проследяват само 28 000 особено големи отломки. Мрежата за космическо наблюдение на САЩ е една от водещите услуги за анализ на траекторията на космически отпадъци. Експертите поддържат каталог, в който се внасят обекти по-големи от 5-10 сантиметра от ниска околоземна орбита и отломки от 30 сантиметра, разположени в близост до геостационара.

В САЩ има и други центрове, които събират и обработват данни не само за "отпадъците", но и за работещите устройства. Техните геолокации са публикувани в публичното пространство на ресурса Space Track, а от Twitter на 18-та космическа контролна ескадрила можете да научите за унищожаването на определени превозни средства. Въз основа на тази информация беше създадена онлайн карта Stuff in Space, която показва в реално време позицията на спътниците (червени точки), телата на ракетите (сини) и космическите отпадъци (сиви). Картата се актуализира всеки ден и ясно демонстрира тясната „връзка“между работещите устройства и „отпадъците“.

Страните от Европа, Русия и Китай също наблюдават движението по космически „писти“с помощта на телескопи или геостационарни радари. Сблъсъците в орбита са редки, благодарение на услугите, които изчисляват вероятността от катастрофи.

Откъде идват космическите отпадъци?

Въпреки факта, че сблъсъците в космоса са рядкост, те сериозно влияят на растежа на "райските сметища". Една от най-сериозните космически аварии се случи през 2009 г.: американският комуникационен спътник Иридий и неработещият руски военен апарат „Космос-2251“не можаха да се разпръснат. Тяхната „среща“доведе до голям облак от малки отломки и повече от 1, 5 хиляди големи фрагменти, които и до днес остават в околоземното пространство.

Изследователите наричат експлозиите основната причина за образуването на космически отпадъци. Най-често те възникват поради изтичане или нагряване на гориво, което остава в резервоарите на вече изразходвани горни степени, последните степени на ракети и спътници. Оборудването експлодира поради недостатъци в дизайна или въздействието на суровата космическа среда. Например през 2018 г. руски и американски горни стъпала „Фрегат“и „Кентавър“се разбиха в орбита, през 2012 г. нашият „Бриз-М“беше разпръснат на фрагменти. През март 2021 г. стар американски метеорологичен спътник избухна, а преди година етап от съветската ракета Циклон-3, която беше в околоземното пространство в продължение на 29 години, се превърна в 75 дрейфуващи фрагмента.

Тестовете на противосателитни оръжия оставят голяма следа от отломки. През 2007 г. Китай унищожи собствената си Fengyun-1C с ракета със среден обсег на височина от 865 км. Образувани са около 3, 5 хиляди големи предмети и неизброим брой фрагменти до 5 сантиметра. През 2019 г. Индия също изстреля ракета по своя спътник - около 400 отломка, разпръснати в орбити, вариращи от 200 до 1600 км.

Специалистите на ЕКА анализираха повече от 560 случая на унищожаване на устройства. Както отбелязват, има и други причини за образуването на космически отпадъци в орбити. Често някои от частите му са изключени от апарата, той се разрушава поради несъвършенства в структурата или се проваля при взаимодействие със земната атмосфера.

Причини за унищожаването на космически кораб

През 2020 г. специалисти от RS Components анализираха кои от космическите сили са осеяли пространството по-силно от други. Оказа се, че най-голямата част от проследените днес останки принадлежат на Русия и страните от ОНД - 14 403 фрагмента. На второ място са САЩ (8734), на трето - Китай (4688).

Защо космическите сметища са опасни

Съвременните спътници са оборудвани със защита от микрометеорити и космически отпадъци, но "бронята" не винаги спасява. Отломките от експлозията продължават да се движат с първоначална скорост. Тъй като в пространството няма забележима сила на триене и обичайната гравитация не действа, те практически не се забавят.

Скоростта им може да достигне 8-10 км/сек, което е почти седем пъти по-бързо от куршум. Ударите на по-бавните фрагменти също могат да бъдат фатални. Парчета с размер над 10 см са способни да унищожат напълно самолета. Сблъсъци с фрагменти над 1 см нарушават работата на космическия кораб или причиняват експлозии на неработещи обекти. Милиметровите частици в повечето случаи оставят пукнатини и стружки по корпусите.

През 2016 г. малки отломки с размерите на прах оставиха 7 мм вдлъбнатина върху стъклото на прозореца на МКС. Сблъсъците с всякакви отломки са опасни за космическата станция, тъй като тя се движи в орбита със скорост над 7,6 km/s. МКС редовно извършва маневри за избягване и коригира орбитата си: антиметеоритните панели не са в състояние да защитят екипажа при сблъсък с големи отломки. Понякога космонавтите са принудени да евакуират станцията и да изчакат момента на опасно приближаване към космическите отпадъци в космическия кораб "Союз", за да напуснат бързо "потъващия кораб", ако е необходимо.

Повечето от маневрите на космическия кораб се извършват, за да се избегнат „срещи“с отломки. Тези действия са скъпи. Експертите прекарват часове в изчисляване на рисковете и планиране на нова траектория. В момента на маневрата се изразходва гориво, което трябва да вземете със себе си „в резерв“, а устройствата „стоят на празен ход“– не предават данните, необходими на изследователите.

За тези на Земята космическите отпадъци не представляват сериозна заплаха. Малките устройства успяват да изгорят в атмосферата, докато големи отработени части от ракети или спътници, като правило, се спускат по дадена траектория в Тихия океан или в необитаеми територии в Казахстан. Само веднъж изкуствените космически отпадъци са ударили човек. През 1997 г. останки от американска ракета носител Delta II падна върху жителката на Оклахома Лоти Уилямс. Момичето беше разочаровано, когато научи, че на рамото й падна не парче звезда, а фрагмент от резервоар за гориво.

Научният консултант на НАСА Доналд Кеслър направи неприятна прогноза през 1978 г. Впоследствие описаният от него феномен е наречен "синдром на Кеслер". Според астрофизика един ден концентрацията на "отпадъци" в космоса ще се увеличи толкова много, че броят на авариите ще започне да расте неконтролируемо. Отломките ще се разбият в самолети и те ще бъдат разкъсани на парчета и ще "атакуват" други обекти. Купчини скрап ще направят долните орбити неизползваеми, а около Земята ще се появи пояс за боклук, напомнящ пръстените на Сатурн. Някои експерти смятат, че критичната концентрация на изкуствени обекти в орбита вече е достигната.