«Синдром Кесслера»: как сбитый спутник может лишить всех космоса

Лавинообразное увеличение мусора на орбите грозит лишить всех землян космоса

После того, как на этой неделе Россия провела испытания своей противоспутниковой системы, миру пришлось вспомнить об одном экстремальном сценарии, при котором разрушение спутников на околоземной орбите может привести к лавинообразному размножению космических обломков. Что представляет собой так называемый «Синдром Кесслера» — в материале «Газета.Ru».

Сценарий каскадного размножения обломков на околоземной орбите, которые уничтожат космический телескоп Hubble и Международную космическую станцию, был красочно изображен в фильме «Гравитация» с Сандрой Буллок в главной роли, а вспомнить обо всем этом заставил подрыв собственного спутника, произведенный российскими военными ранним утром в понедельник, 15 ноября. Представители многих космических агентств мира выразили возмущение этими экспериментами и напомнили, что окружающее космическое пространство — это общий ресурс, а космические войны недопустимы. Насколько же в действительности реально и неизбежно негативное развитие событий?

Планы о проведении подобных экспериментов заранее не были обнародованы, а после того, как космические ведомства разных стран выразили свое возмущение, Роскосмос заверил партнеров, что опасность миновала: «На текущий момент экипаж Международной космической станции штатно выполняет работы согласно программе полета. Орбитальные параметры станции находятся в так называемой зеленой зоне. Остальные вопросы не входят в компетенцию госкорпорации «Роскосмос». Тем не менее спустя какое-то время Россия признала, что проводились испытания противоспутникового оружия. Официальный представитель российского МИД Мария Захарова заявила, что Россия уничтожила на орбите недействующий спутник «Целина-Д» в рамках деятельности «по обеспечению обороноспособности, направленной на предотвращение внезапного нанесения ущерба безопасности страны в космической сфере и на Земле существующими и перспективными космическими средствами других государств».

Уничтоженный спутник был запущен в 1982 году и не работал уже несколько десятилетий. Каким именно оружием его сбили, доподлинно неизвестно. Министр обороны Сергей Шойгу заявил, что была использована «перспективная система», которая «ювелирно поразила старый спутник».

В результате на орбите образовалось облако космического мусора. Министр иностранных дел России Сергей Лавров в ответ на эти обвинения напомнил, что Пентагон сам испытывал подобные орбитальные ударные вооружения. Известно также, что в январе 2007 года Китай применял свою версию противоспутникового оружия, что в тот момент тоже вызвало возмущение США и других стран. С китайского космодрома Сичан в провинции Сычуань была запущена баллистическая ракета, которая на высоте 865 км уничтожила старый метеорологический спутник Feng Yun 1C, выведенный на орбиту в 1999 году.

После того, как российские военные уничтожили свой неработающий спутник, экипаж МКС был вынужден укрыться в спускаемых аппаратах, так как обломки, пролетавшие на большой скорости в опасной близости от МКС, могли нарушить герметичность станции. В некоторых случаях спутники и космические корабли сейчас могут еще маневрировать, уходя от особо угрожающего им космического мусора, но, возможно, ситуация рано или поздно окажется такой, когда число обломков на орбите станет расти как снежный ком, и все возрастающее число столкновений на орбите фактически отрежет человечество от космоса. Сам этот сценарий, на первоначальных стадиях которого мы, возможно, уже находимся, получил наименование синдрома Кесслера.

Дональд Кесслер, работавший тогда в NASA, рассмотрел этот сценарий в своей основополагающей статье 1978 года под названием «Collision frequency of artificial satellites: The creation of a debris belt».

Он предупреждал, что по мере того, как «количество искусственных спутников на околоземной орбите увеличивается, вероятность столкновений между ними также растет». «Столкновение между спутниками приведет к образованию на орбите дополнительных фрагментов, каждый из которых увеличивает вероятность дальнейших столкновений, что постепенно приводит к разрастанию облака обломков вокруг Земли», — считал Кесслер. Поскольку это облако со временем становится все более плотным, Кесслер выразил обеспокоенность тем, что это станет «серьезной проблемой в следующем столетии». Кесслер не работает в NASA c 1996 года, однако он и поныне остается активным членом сообщества исследователей космического мусора.

Словосочетание «синдром Кесслера» было пущено в ход Джоном Габбардом, который отслеживал события, связанные с разрушением спутников, для NORAD — North American Aerospace Defense Command, Командования воздушно-космической обороны Северной Америки — объединенной системы аэрокосмической обороны США и Канады, обеспечивающей контроль воздушного и околоземного пространства и предупреждение о воздушно-космических нападениях на эти страны.

Кесслер позже уточнил суть этого термина, заявив, что он «предназначен для описания явления, когда случайные столкновения между объектами, достаточно крупными, чтобы их можно было каталогизировать, создают опасность для космических кораблей из-за облака мелких обломков, число которых начинает существенно превышать количество метеороидов естественного происхождения». Он добавил, что «это явление в конечном итоге станет самым важным долгосрочным источником мусора», если мы не предпримем что-то на этот счет.

Этот «самодостаточный, беспорядочный, каскадный процесс столкновений», вероятно, значительно ускорится при частом применении противоспутникового оружия. Пока известен лишь один случай, когда один из неработающих спутников самопроизвольно врезался в другой, работающий, и это произошло 10 февраля 2009 года. В тот день американский спутник связи Iridium 33, входящий в одноименную спутниковую группировку и запущенный в космос с Байконура ракетой-носителем «Протон-К», столкнулся с уже мертвым спутником «Космос-2251».

По некоторым оценкам, в настоящее время в окружающем нас космосе находится около 330 млн обломков, что кажется совершенно невероятной цифрой. Очевидно, что никто не запускал на орбиту 330 млн отдельных объектов, но проблема именно в том, что обломки в космосе могут размножаться, распадаясь на множество все более мелких частиц, которые затем могут врезаться в другие объекты и так далее. В результате всего этого число обломков с течением времени возрастает по экспоненте.

Большие участки на низких околоземных орбитах, особенно очень востребованная полоса между 900 и 1400 км, в конечном итоге становятся недоступными на длительные периоды времени, измеряемые десятилетиями.

В 1991 году Кесслер заявил о том, что «сейчас необходимо начать ограничивать количество оставляемых на орбите корпусов ракет и других объектов». Десятилетия спустя это предупреждение, казавшееся тогда преувеличенно пессимистичным, начало обретать вполне реальные и даже угрожающие черты, учитывая темпы запуска в космос все новых и новых ракет. Более того, попытки помешать этому процессу могут оказаться уже безуспешными, поскольку скорость, с которой создается космический мусор, сейчас выше, чем скорость, с которой этот мусор падает и сгорает в атмосфере Земли.

«Результаты моделирования, подтвержденные данными испытаний [ВВС США], а также рядом независимых ученых, позволяют предположить, что текущая ситуация с космическим мусором является нестабильной или превышает критический порог, так что любая попытка добиться уменьшения числа мелких обломков путем устранения их источников, скорее всего, потерпит неудачу: новые фрагменты столкновений будут генерироваться быстрее, чем прежние сходят с орбиты из-за торможения в верхних слоях атмосферы», — писал Кесслер в 2009 году.

Европейское космическое агентство соглашается с этим, заявляя, что образовавшиеся осколки от столкновений начнут преобладать на полезных участках низкой околоземной орбиты, и это станет тем фактором, который придется постоянно учитывать, «даже если все запуски будут полностью прекращены, что крайне маловероятно». Кроме того, геостационарная орбита, которая простирается над Землей в районе 36 тыс. км и на которой размещены сотни спутников, также не застрахована от «синдрома Кесслера».

Впрочем, Кесслер никогда не утверждал, что деструктивный каскад обломков может образоваться в течение короткого промежутка времени, исчисляемого несколькими днями или месяцами, или что этот каскад может быть спровоцирован одним-единственным космическим запуском. Фильм 2013 года «Гравитация» использовал именно такой сценарий, в котором разрушение российского спутника привело к возникновению каскадных событий, быстрому размножению космического мусора, который в конечном итоге и уничтожил Международную космическую станцию. В действительности единичное событие-триггер вряд ли приведет к массовому уничтожению спутников, однако столкновения, которые создают большие объемы мусора, могут существенно ускорить весь этот процесс.

Наблюдается тенденция постоянной подпитки «синдрома Кесслера». Космические запуски становятся все более дешевыми, космос делается все более доступным для коммерческой эксплуатации. Миниатюризация позволяет создавать спутники все меньшего размера и опять же удешевлять их эксплуатацию. Это означает, что с каждым запуском в космос выводится все большее количество спутников. Кроме того, существует тенденция к созданию спутниковых мегагруппировок, в которых целые флотилии орбитальных космических аппаратов работают совместно для предоставления таких услуг, как широкополосный доступ в Интернет. Компания SpaceX Илона Маска, уже запустившая на орбиту более 1700 спутников Starlink, считается лидером в этом направлении, однако подтягиваются и другие компании, такие как OneWeb и Amazon, которые намерены развернуть аналогичные космические группировки.

В настоящее время на орбите Земли находятся около 7630 спутников, из которых функционирующими остаются примерно 4700 (по оценкам ESA). Каждый объект, выводимый на орбиту, увеличивает риск столкновений, а каждое столкновение в свою очередь увеличивает вероятность будущих столкновений. Это может сделать перспективы долгосрочной жизнеспособности спутников достаточно сомнительными.

Когда же неприемлемо высокая плотность мусора превратит орбиту Земли в место, не подходящее для спутников, космических станций и космонавтов и сколько это может продлиться? В худшем случае имеющееся облако обломков уничтожит еще несколько спутников и сделает отдельные участки околоземной орбиты непригодными для какой-либо эксплуатации на длительное время. Облако обломков ниже 500 км в конечном итоге осядет обратно на Землю, но на это потребуется десятилетие или больше. Что касается области выше 600 км, то она может оставаться закрытой на неопределенный срок, если мы не найдем способ очистить ее принудительно.

Все это означает существенные риски для современных телекоммуникационных систем, отсутствие уже ставших привычными сервисов глобальных систем позиционирования GPS, пострадают также финансовые системы, будет во многом утрачен военный потенциал многих стран, и, среди прочего, мир лишиться метеоспутников и картографических инструментов. То есть человечество во многом вернется технологически в середину XX века.

Но способы уменьшить объемы космического мусора все же имеются. К ним относятся ограничение количества нового космического мусора за счет систематических восстановительных операций, например, технического обслуживания и ремонта спутников на орбите; предотвращение столкновений в космосе, например, за счет обеспечения маневренности всех спутников и запрещение испытаний противоспутникового оружия; изготовление более ударопрочных корпусов спутников; и, наконец, какие-то проблемы можно решить за счет более ответственного подхода к утилизации спутников, вырабатывающих свой ресурс — например, путем разработки спутников, которые могут самостоятельно сходить с орбиты. Также очень важно искать новые и эффективные способы удаления имеющегося космического мусора.

Вероятно, со временем будут приняты также разумные ограничения на объем и типы объектов, которые разрешено будет отправлять в космос. Договориться об этом со всеми сторонами, включая разные государства и частников, будет непросто, но эта вынужденная мера позволит поддерживать здоровую экологию околоземного пространства и избежать потери этого ресурса.

Загрузка