Сотни спутников, запускаемые каждый год, космические столкновения и образование быстро движущихся фрагментов космического мусора становятся все более вероятными, угрожая нашему продолжающемуся человеческому и технологическому присутствию в космосе.
Организация экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) недавно опубликовала свой первый доклад об экономической стоимости космического мусора. Используя исследования из многочисленных источников, включая данные и анализ из Управления космического мусора ESA, она обрисовывает в общих чертах опасности, которые могут возникнуть в будущем, если мы не будем действовать, и что можно сделать, чтобы обеспечить наше будущее в космосе.
Здесь мы кратко излагаем основные выводы отчета и объясняем, как ESA помогает решать проблему с помощью своей Программы космической безопасности.
Растущая проблема
«Экономическая и социальная уязвимость к космическим опасностям, в частности к космическому мусору, растет».
Институциональное и коммерческое использование пространства растет все более быстрыми темпами. Количество спутников на орбите будет увеличиваться с запуском «мега-созвездий» для широкополосной спутниковой связи, некоторые из которых включают в себя тысячи спутников, и при этом возрастает риск столкновений и увеличения количества космического мусора.
Только одно столкновение или взрыв в космосе создают тысячи маленьких, быстро движущихся осколков мусора, способных повредить или уничтожить работающий спутник. Например, в 2007 году преднамеренное уничтожение спутника FengYun-1C удвоило количество мусора на высоте около 800 км, что привело к увеличению общей численности мусора на 30% в то время.
Космический мусор стоит дорого, а станет еще дороже
Что касается стоимости космического мусора, то в докладе говорится, что: «Меры по защите от космического мусора и смягчению его последствий уже являются дорогостоящими для операторов спутников, но основные риски и затраты лежат в будущем, если образование мусора выйдет из-под контроля и сделает определенные орбиты непригодными для человеческой деятельности».
Защита спутников от космического мусора стоит дорого, начиная с конструктивных мер, необходимости наблюдения и слежения, удаления действующих спутников и даже замены миссий в целом.
По данным ОЭСР, для спутников на геостационарной орбите такие расходы составляют примерно 5–10% от общих расходов на миссию, которые могут составлять сотни миллионов долларов. На низких околоземных орбитах относительные затраты на миссию могут быть даже выше, чем 5–10%.
Однако цена бездействия будет намного выше. Достаточное количество обломков на орбите может в конечном итоге привести к «синдрому Кесслера», в котором происходит столкновение, приводящее к все большему количеству самогенерирующих столкновений, и то, что ОЭСР описывает как «экологический переломный момент, который может сделать некоторые орбиты непригодными для использования».
Экономика и общество становятся все более уязвимыми от воздействия мусора
Социально-экономические последствия синдрома Кесслера будут серьезными. Могут быть потеряны важные космические приложения, такие как прогнозирование погоды, мониторинг климата, наукf о Земле и космическая связь. Неспособность использовать определенные орбиты будет иметь далеко идущие и значительные последствия. Согласно отчету, это будет включать:
- Уникальные приложения и функции могут быть потеряны, например, интернет, погода и услуги связи;
- Потерянные жизни, например повышенный риск для космонавтов на Международной космической станции;
- Прерванная наука о Земле и исследование климата;
- Увеличение скученности и давления на других орбитах;
- Ограничение экономического роста и замедление инвестиций в сектор;
- В частности, в докладе говорится, что «определенные географические районы и социальные группы будут непропорционально затронуты, особенно в сельских районах с ограниченной существующей наземной инфраструктурой и большой зависимостью от космической инфраструктуры»;
Мы работаем не достаточно
Согласно отчету, «существуют комплексные национальные и международные меры по смягчению последствий, но их соблюдения недостаточны для стабилизации орбитальной среды».
Действующие руководящие принципы по уменьшению засорения для операторов, управляющих спутниками на низкоземных и геостационарных орбитах, включают, среди прочего:
- избегать преднамеренного образования мусора (в том числе противоспутниковых испытаний);
- минимизация вероятности случайных взрывов;
- 25-летнее правило дебетования для миссий на околоземной орбите;
- миссии на геостационарной орбите должны быть отправлены на более высокую «орбиту кладбища» в конце своей жизни, не допуская возможности функционирования спутников;
- По возможности следует избегать столкновений, а также сводить к минимуму риск несчастных случаев на земле в результате повторных въездов;
Как резюмировано в последнем отчете ESA о состоянии космического мусора, большинство операторов спутников на геостационарной орбите соответствуют этим руководящим принципам, но придерживаются менее 60% тех, кто летит на низкой околоземной орбите (и только 20% на орбитах выше 650 км). Несколько стран также провели антиспутниковые испытания за эти годы.
Программа ESA по космической безопасности - ответ Европы
Управление космического мусора ESA занимается защитой полетов сегодня и обеспечением устойчивого будущего. Каждый день команды контроля миссий в Дармштадте, Германия, отслеживают и оценивают вероятность потенциальных столкновений на орбите и помогают операторам обеспечивать безопасность своих миссий.
Поскольку на орбиту будет запущено больше спутников, современных «ручных» методов предотвращения столкновений в космосе и образования мусора будет недостаточно. Таким образом, ESA в рамках Программы космической безопасности Агентства разрабатывает технологии «автоматического предотвращения столкновений», которые сделают процесс предотвращения столкновений более эффективным.
Оценивая риск и вероятность столкновений в космосе, это программное обеспечение улучшит процесс принятия решения о необходимости маневра и может даже отправлять приказы спутникам, находящимся в зоне риска, чтобы уйти с дороги.
Но как насчет мусора, который уже находится на орбите? Впервые в мире ESA заказало миссию по удалению мусора с орбиты.
Миссия ClearSpace-1 будет нацелена на верхнюю ступень Vespa (вторичный адаптер полезной нагрузки), оставленную на орбите после второго полета ракеты-носителя Vega ESA в 2013 году.
При весе 100 кг Vespa по размеру близок к небольшому спутнику, а его относительно простая форма и прочная конструкция делают его подходящей первой целью. Этот первый шаг, доказывающий, что удаление мусора на орбите возможно, создаст коммерческую услугу, которая также может решать более крупные, более сложные «захваты», в конечном счете включая захват нескольких объектов.
Предотвращение столкновений и удаление мусора имеют жизненно важное значение для уменьшения количества мусора в космосе, но соблюдение руководящих принципов по предотвращению образования мусора, изложенных выше, оказывает наибольшее влияние на нашу космическую среду. Офис космического мусора ESA контролирует соблюдение требований по всему миру, и вместе с Офисом чистого космоса работает над повышением соответствия в глобальном масштабе с помощью операций и технологических достижений.