Как учёные собираются очищать орбиту Земли от космического мусора

Ни для кого не секрет, что в своих творческих исканиях человечество производит невероятное количество отходов. Теперь с горных вершин и из глубин океанов мусор добрался и до Космоса.

Масса из нерабочих спутников, кусков краски, обломков и деталей ракет вращается вокруг Земли с огромной скоростью, грозя столкновениями с космическими аппаратами, травмами космонавтов или падением на поверхность планеты. Взяться за генеральную уборку на орбите решила Великобритания, объявив конкурс на лучший проект по очистке космического пространства от отходов

Теперь за поддержку Космического агентства Соединённого Королевства соревнуются две компании. Победитель конкурса запустит свой аппарат для уборки космического мусора уже в 2026 году по контракту с Великобританией. Цель миссии — уничтожение двух сломанных британских спутников.

За космическую благосклонность Британской короны соревнуются компании ClearSpace (Швейцария) и Astroscale (Япония).

Несмотря на существенные различия в технологии, удалять мусор с орбиты аппараты обоих компаний будут по одному алгоритму: приборы захватят отходы, спустят их с орбиты в земную атмосферу, где сгорят вместе с космическим мусором.

Перед инженерами обеих компаний стоит непростая задача: так как уборка космического мусора произойдёт на большой скорости, управлять аппаратами с Земли не получится — поэтому устройства должны выполнять миссии автономно. Кроме этого, предполагается, что прибор-"уборщик" сможет захватить с собой больше одного объекта за раз — так как попытка убрать отходы с орбиты у аппарата будет всего одна.

Познакомимся с конкурентами подробнее.

Осьминог-уборщик от ClearSpace

 

Космический аппарат, разрабатываемый компанией ClearSpace, внешним видом напоминает осьминога. Он сможет захватывать орбитальный мусор при помощи четырёх длинных механических щупалец. Важное преимущество конструкции в том, что "многорукий" аппарат сможет легко обхватить мусор со всех сторон и крепко удерживать его, не давая обломкам развалиться или отлететь в неожиданном направлении.

Кстати говоря, свою первую миссию детище ClearSpace должно осуществить уже в 2025 году: ранее швейцарская компания заключила контракт с Европейским космическим агентством на удаление с орбиты части конструкции лёгкой ракеты Vega.

 

Чтобы успешно осуществить миссию, космический "уборщик" от ClearSpace оснащён усовершенствованной системой управления и специальным искусственным интеллектом, основанным на наблюдении через камеры: благодаря ему аппарат сможет самостоятельно осуществить миссию без контроля человека.

Механическая рука и космический магнит от Astroscale

Коллеги швейцарцев из компании Astroscale подошли к проблеме с другой стороны — и готовят к запуску аппарат, который сможет ловить мусор на орбите за счёт массивной роботизированной руки и магнитного притяжения. Космический "мусоровоз" оснастили сложной робототехникой, ведь ему предстоит не только захватывать мусор, но и предварительно исследовать его, проверяя, в каком он состоянии: некоторые обломки космического мусора настолько стары, что при попытке их поймать могут начать разваливаться, усложняя процесс уборки.

По информации Интернет-источников, за основу нового проекта разработчики Astroscale взяли уже существующий космический аппарат-уборщик собственного производства ELSA-d (расшифровка названия "End-Of-Life Services by Astroscale demonstration" переводится, как "Демонстрация утилизационных услуг компанией Astroscale). 175-килограммовый аппарат-уборщик успешно прошёл испытания в 2021 году, поймав тестовую "модель" мусора.

 

Действует японский прибор за счёт магнитной стыковочной пластины, на которую и приклеиваются отходы. Но такой принцип работы может быть успешно осуществлён только в том случае, если у космического мусора будет возможность примагнититься к пластине "мусоровоза". Именно поэтому в усовершенствованной версии аппарата, которая готовится к участию в конкурсе, как упоминалось ранее, к магниту присоединится роботизированная рука.

Космические перспективы

Обе компании уже имеют планы развития своих проектов.

Astroscale собираются не только уничтожать космический мусор, но и перерабатывать его часть. Специалисты компании надеются, что в будущем изготовители спутников будут оснащать аппараты стандартной магнитной стыковочной пластиной, чтобы их было легче захватывать при утилизации.

 

В то же время в перспективе у ClearSpace — не только переработка, но и сборка и ремонт спутников прямо на орбите! Обычно починка космических аппаратов поручается космонавтам, но такие миссии сложны и требуют много ресурсов. Задействовать в этих целях машины было бы эффективнее.

На развитие проектов по уборке орбитального мусора обеим компаниям было выделено суммарно 4,7 миллиона долларов. Какой из проектов победит, решится в 2023 году, когда обе организации представят окончательные результаты разработок. Показав себя в ходе миссии под эгидой Великобритании, компания-победитель сможет заниматься очисткой околоземной орбиты в долгосрочной перспективе.

А что у нас?

В будущем свой космический "мусоровоз" может появиться и в России.

В 2019 году отечественный холдинг "Российские космические системы" представил проект аппарата-СКМ (сборщика космического мусора), который сможет не только собирать орбитальные отходы, но и перерабатывать их в топливо.

По информации научного новостного портала "N+1", согласно разработкам, прибор будет ловить космический мусор двумя титановыми сетями. В этих же сетях отходы будут утрамбовываться. После мусор будет измельчаться в порошок и сжигаться в смеси с кислородом и водородом, что даст аппарату энергию для дальнейшего продвижения по орбите.

 

Самоуничтожение этого прибора не предусмотрено — выполнив работу, аппарат "застрянет" на собственной орбите захоронения. Пока проект находится в стадии разработки, точные даты реализации не обсуждаются.

Реальная угроза

Общая масса космического мусора вокруг Земли составляет несколько тысяч тонн. Может ли что-то случиться с отходами на орбите, если не считать уже упомянутых в начале серьёзных космических аварий?

Худший исход развития событий предложил в прошлом веке инженер Дональд Кесслер. Как посчитал учёный, если число аппаратов на орбите будет постоянно увеличиваться, то взрыв или разрушение лишь одного прибора вызовет "каскадный эффект": обломки от него попадут в соседние объекты, те разлетятся на куски, провоцируя новые столкновения и разрушения уже последующих аппаратов — и так по цепочке.

Загромождение отходов вокруг планеты и связанные с ними проблемы и аварии могут закрыть для человека доступ в Космос и нарушить работу спутников, оставив землян без связи, Интернета и телевидения. Пока такая угроза не кажется очень вероятной — однако опасные ситуации с космическим мусором уже не раз случались. К примеру, в 1999 году Международной космической станции пришлось изменить траекторию полёта из-за пролетавшего в опасной близости старого разгонного блока ракеты. А в 2021 году экипажу МКС пришлось несколько раз скрываться в кораблях из-за возникновения угрозы столкновения станции с обломками взорванного Россией собственного старого спутника.

Несут угрозу отходы на орбите и для населения планеты.

Наболее серьёзными могут быть последствия аварий космического мусора, содержащего радиоактивные материалы. Такое тоже уже случалось: например, в 1978 году советский военный аппарат с ядерным реактором на борту упал в Канаде.

Чуть ранее, в 1964 году, схожий инцидент произошёл с американским спутником с ядерной установкой: он взорвался в атмосфере. Все эти события убедительно доказывают: необходимость как можно быстрее взяться за "генеральную уборку" на земной орбите действительно существует.

Несмотря на то что Космос кажется чем-то очень отдалённым, проблема мусора на земной орбите не менее остра, чем на Земле. И поэтому очень ценно то, что решением этого вопроса занимаются уже сейчас — пока изменить ситуацию ещё не поздно.