Космический мусор как он есть

Итак, глядя теперь уже из 21-го века в 20-е столетие, мы по праву называем последний веком зарождения космонавтики.
Несомненно, что создание в СССР первого искусственного спутника Земли положило начало новому этапу развития земной цивилизации. Ракетно-космическая техника стала неотъемлемой частью хозяйственной деятельности человека.
Космонавтика сегодня позволяет осуществлять глобальный контроль за антропогенными изменениями природной среды, рациональным использованием природных ресурсов, способствует развитию безотходных энергосберегающих технологий.
«Запчасти» от ракет-носителей
Однако, возвращаясь к планетарным проблемам, необходимо заметить, что интенсивное освоение околоземного пространства может привести к весьма ощутимым воздействиям на окружающую среду, последствия которых трудно предсказать.
Еще в 80-х годах один из крупных российских специалистов, работающих в области космонавтики, С.В.Чекалин, говорил: «В то время, как одной из главных проблем развития атомной энергетики, наряду с обеспечением безопасности эксплуатации АЭС, является проблема безопасного хранения и утилизации радиоактивных отходов, на пути развития космонавтики встают такие негативные последствия, как засорение околоземного пространства фрагментами ракетно-космической техники, вредное воздействие продуктов сгорания ракетных топлив на атмосферу Земли, в том числе и на озонный слой; необходимость отчуждения под районы падения отделяющихся частей ракет-носителей по трассам от пусков больших земельных территорий, что исключает или ограничивает их использование для хозяйственной и другой деятельности человека».
Преодоление этих трудностей заключено в дальнейшем совершенствовании технологий. В частности, в ядерной энергетике — это разработка новых ядерных реакторов, обладающих так называемой внутренней безопасностью, а также технологией радиохимической переработки и надежной изоляции отходов, образующихся в ядерном топливном цикле.
Одним из возможных вариантов обезвреживания особо опасных радиоактивных отходов предлагается их удаление в космос. Космическая изоляция радиоактивных отходов предъявляет жесткие требования к транспортным космическим системам с точки зрения обеспечения надежности и безопасности выведения контейнеров с отходами на орбиты захоронения (!).
В ближайшем будущем подобные проекты найдут применение в решении проблем энергетики и экологии.
Снижение вредного воздействия ракетно-космической техники на окружающую среду связывают в перспективе с переходом на полностью многоразовые транспортные космические системы, использующие экологически безопасные компоненты топлива. Эксплуатация таких систем с возвращаемыми ступенями исключит необходимость отчуждения земель под районы падения и дальнейшее засорение околоземных орбит. А в еще решение экологических проблем космонавтики предполагается за счет проведения ряда организационно-технических мероприятий, направленных, в частности, на сокращение трасс пусков и районов падения ракет-носителей, отказ от использования на носителях токсичных компонентов топлива, предотвращение преднамеренных а также самопроизвольных взрывов космических объектов на орбитах ИСЗ (искусственных спутников Земли), являющихся основным источником «космического мусора»
Потерянные перчатки, отвертки и кинокамеры
Специалист в области проектирования и перспектив развития транспортных космических систем Ю.А.Мозжорин:
«Еще в советское время обе космические державы (СССР И США) проводили исследования по вопросам засорения околоземного космоса фрагментами ракетно-космической техники. Эта проблема сегодня затрагивает интересы многих стран и приобретает особую актуальность. Оценка существующей ситуации и прогноз ее развития показывают необходимость тесного сотрудничества с целью принятия своевременных и действенных мер по снижению темпа роста «космического мусора» и обеспечению безопасности орбитальных полетов».
Однако если раньше это было тайной, то теперь земляне имеют возможность лучше узнать о том, что же «летает» у них над головой.
Засорение космического пространства началось сразу же после запуска первого искусственного спутника Земли (ИСЗ), вместе с которым на орбиту вышла последняя ступень ракеты — носителя (РН).
За годы космической эры на околоземных орбитах было зарегистрировано свыше 20 000 космических объектов искусственного происхождения размером более 10 см, за которыми возможно слежение с помощью наземных средств. Это отработавшие верхние ступени РН и разгонные блоки, отслужившие свой срок космические аппараты (КА), в том числе отделившиеся от них в космосе элементы, конструкции типа переходников, крышек, пружинных толкателей, пироболтов.
Сюда же относятся потерянные космонавтами при выходе в открытый космос перчатки, отвертки, кинокамеры, а также многочисленные фрагменты, образовавшиеся в результате самопроизвольных взрывов или столкновений объектов.
Часть этих фрагментов и объектов со временем, в зависимости от высоты их орбиты и массы, входит в плотные слои атмосферы и в подавляющем большинстве сгорает, и только небольшая часть достигает поверхности Земли. К сожалению, «космический мусор» не ограничивается только зарегистрированными объектами. Экстраполяция на основе существующих моделей показывает, что число фрагментов размером в несколько сантиметров и менее, образующихся при разрушении объектов, сегодня исчисляется уже миллионами.
Наряду с общим ростом числа орбитальных поломок характерным является и расширение сферы их распространения в околоземном пространстве. Как показывают наблюдения, после случившихся самопроизвольных взрывов объектов осколки собираются в кольцо в достаточно узких полосах орбит, незначительно отличающихся углом наклона (обычно в пределах одного градуса и менее).
Однако со временем плоскости орбит начинают расходиться. В итоге обломки распределяются по всей сфере околоземного пространства: траектории их полетов охватывают Землю тонкой оболочкой, оставляя свободными лишь оба полюса. Растущее засорение космоса начинает вызывать беспокойство. От падающих остатков космических объектов нас защищает плотный слой атмосферы, в котором они сгорают. Но они становятся опасными для сверхзвуковой транспортной авиации, летающей на больших высотах. Возможны и случаи, когда при падении объектов часть их обломков, не успев сгореть в атмосфере, достигает поверхности Земли.
В 1979 г. серьезные опасения вызвало непредвиденное быстрое снижение американской орбитальной станции «Скайлэб». К счастью, несгоревшие (!) обломки упали в малонаселенных районах Австралии, не причинив вреда. В начале 1991 г. такие же опасения с падением советской орбитальной станции «Салют-7», фрагменты которой вошли в плотные слои атмосферы над территорией Южной Африки.
Основная опасность «космического мусора» связана с огромными, поистине космическими скоростями столкновения орбитальных фрагментов с КА. Например, встреча с обычным крепежным болтом, потерянным на орбите, при относительной скорости встречи 10 км/сек равнозначна для КА столкновению с пушечным ядром, летящим со скоростью 300 м/сек.
Летящая в космосе частица может пробить космический скафандр, даже если он изготовлен из многослойного материала.
На одном из американских спутников после 6-летнего пребывания на орбите было обнаружено около 500 выбоин от частиц искусственного происхождения размером от 0,01см и более. Надо сказать, что большую часть «космического мусора» представляют собой фрагменты, образовавшиеся в результате взрывов и разрушений на борту КА.
Одной из наиболее вероятных причин взрывов является (предположительно) взрыв гермоконтейнеров с буферными химическими батареями при их перезарядке. За период с 1961г., когда было зафиксировано первое разрушение объекта в космосе, на орбитах взорвалось несколько сотен объектов.
Уже в начале 1982 года (!) состоялась конференция ООН по исследованию и использованию космического пространства в мирных целях, на которой было рекомендовано для уменьшения засорения космоса государствам выделить определенные орбиты в качестве «орбит захоронения», а также организацию «мусоросборочных» полетов, и т.д.
Комментарии специалистов
Как известно, все созданные к настоящему времени и эксплуатируемые средства выведения полезных грузов на космические орбиты выполнены по многоступенчатой схеме. За этим кроется и основополагающее научное предвидение Константина Циолковского о «ракетных поездах», сделавшее реальностью полет в космическое пространство.
По мнению специалиста космического ведомства Я.Т.Шатрова:
«Одним из факторов вредного воздействия ракет-носителей на окружающую среду является падение отработавших ступеней (ракетных блоков) и других отделяющихся элементов конструкции на территории, расположенные вдоль трасс пусков («следов» траекторий выведения на земной поверхности).
Последовательно отделяются после выработки топлива стартовые ускорители, ступени, сбрасываются головные обтекатели, хвостовые (переходные) отсеки последующих ступеней (необходимые для аэродинамической защиты двигателей верхней ступени и силовой связи с отделившейся ступенью) и др.
Например, в процессе выведения трехступенчатой РН «Сатурн -5» с космическим кораблем «Аполлон» от нее отделялось пять крупных элементов конструкции: ступень S-IC массой 165 тонн, система аварийного спасения (CAC) массой 4 тонны, переходник ступеней S-IC и S-II массой 4 тонны, ступень S-II массой 43 тонны, переходник ступеней S-II и S-IYB массой около 4 тонны.
Все указанные элементы отделяются в разное время, различаются по массе, конфигурации и кинематическим параметрам в момент отделения — удаленности от точки старта, скорости, высоте, углу наклона траектории к земной поверхности».
Как известно, немалые территории вокруг космодрома Байконур усеяны остатками от космической техники. Так что же происходит?
Мнение специалиста из космического ведомства С.Ф.Костромина:
«На местности на расстояниях от точки старта до 800 км при двухступенчатом и до 2500 км при трехступенчатом выведении образуются «пятна» площадью 1500 — 5000 квадратных километров, усеянные точками падения. Если при этом учесть, что с 12 эксплуатируемых на Земле в настоящее время космодромов регулярно запускается более 20 наименований ступенчатых РН различного типа в диапазоне азимутов пусков, то на земном шаре обозначится множество «мертвых зон» общей площадью в миллионы квадратных километров, которые должны быть признаны областями вредного воздействия на окружающую среду».
Мусор вокруг Байконура
Особую остроту проблема в настоящее время приобретает там, где траектории полета РН проходят над территориями суши, поскольку в этих случаях зоны падения должны отчуждаться от хозяйственной и другой деятельности населения, наносится существенный ущерб природному ландшафту, флоре и фауне.
И здесь приходится признать, что в силу географических особенностей с внутриконтинентальным расположением космодромов (Байконур, так же как и Плисецк) в отличие, например, от прибрежных космодромов США (мыс Канаверал на Флориде, база ВВС Ванденберг в штате Калифорния), космодрома Европейского космического агентства во Французской Гвиане, -проблема районов падения отделяющихся частей РН становится весьма острой.
Начало перестройки и свобода слова оставили в истории космонавтики такие газетные строки: «Руководство Джезказганской области предъявило ультиматум военному и космическим ведомствам: лучшие пастбища региона оказались «засеянными» объектами их различных исследований. На территории двух районов разбросано 890 целых и взорванных ступеней космических ракет, загрязняющих землю токсичными веществами. Ведь долгое время отработанные ступени просто взрывались. Осколки разлетались по полям, превращая их в пустынные участки. По этой причине совхозы ежегодно несут невосполнимый ущерб в 4 000 000 рублей. Предпринимались редкие попытки по очистке пастбищ. В минувшем году собрали всего сорок изделий. Состоялся разговор о путях устранения последствий запусков ракет с представителями космического ведомства. Решено ограничить районы падения «металла» с неба, уменьшить токсичность применяемого топлива, изменить способ подрыва ступеней, очистить пастбища от осколков» («Правда» от 23.3.90).
«С тех пор, как с Байконура стали запускать космические ракеты, огромная часть территории Джезказганской области практически превратилась в свалку металлолома. Из-за выбывших из оборота сенокосов и пастбищ хозяйства несли миллионные убытки. В нынешнем году по Джезказгану прокатилась волна митингов, на которых население требовало очистить степь от всех опасных предметов. Решением Главкосмоса СССР было создано специальное подразделение, насчитывающее около 300 человек. Ему придано почти 100 единиц мощной авиационной и наземной техники. Уже очищено от космического мусора шесть районов. Полностью работы намечается завершить к зиме» («Известия» от 25.9.90).
«Ввод вышедших из оборота земель отодвигается еще на год, что обернется хозяйствам новыми потерями… По мнению специалистов, с Главкосмоса следовало бы взыскать 170 000 000 рублей. Именно в такую сумму оценивается стоимость всей сельскохозяйственной продукции, которую в течение года можно было бы получить с заброшенных земель только по Джезказганской области» («Известия» от 9.12.90).
Именно таким был исторический момент начала борьбы народа, живущего возле космодрома, за свои экологические права!
Где выход?
Не только земля вокруг Байконура усеяна осколками от ракет. «Отработанные ступени ракет, запускаемых с Плесецкого космодрома, падают на ненецкую тундру… Ступени взрывали на месте падения, усеивая ягель острыми осколками. Олени на этих «космических свалках» ранят ноги, гибнут. Многие сотни гектаров ягельника фактически выведены из пастбищного оборота… Оленеводческие хозяйства несут убытки… В нынешнем году под давлением общественности Главкосмос СССР был вынужден создать специальные подразделения для очистки территорий от космического мусора… На паре вертолетов за три месяца … обработали всего 215 точек, а на большее у Главкосмоса нет средств» («Известия» от 6.10.90). В то время наша пресса впервые смело заговорила на эту тему…
В одном из основных положений законодательных актов по экологии и земле — «О неотложных мерах экологического оздоровления страны» (ноябрь 1989г.) было хорошо сказано:
— земля признается неотъемлемым достоянием народа, проживающего на данной территории. Значит, использование земельных участков под районы падения возможно только с согласия местных Советов.

— В законодательство страны вводится понятие «экологическое правонарушение», предусматривающее повышение ответственности виновных в порче сельскохозяйственных и других земель, загрязнение их химическими веществами, производственными отходами и сточными водами, в проектировании объектов, отрицательно влияющих на состояние земель.
Из анализа сложившегося состояния дел, законодательства по экологии и земле, реакции общественности и населения территорий, прилегающих к космодромам и трассам полета, очевидно, что решение проблемы районов падения отделяющихся частей становится одной из актуальнейших задач на современном этапе использования и развития ракетно-космической техники.
Японский вариант
Совсем недавно в Японии установлен первый в мире радар, призванный следить за перемещением космического мусора. Как сообщило информационное агентство EFE, радар расположен на вершине одной из гор в провинции Окаяма. Создание радара обошлось в 2 миллиарда йен, эти деньги были выделены Министерством науки, технологий и образования.
Радар способен одновременно отслеживать движение до 10 объектов, расположенных в 600 км от Земли. Дистанционное управление прибором будет осуществляться из Космического центра в городе Тсукуба.
По мнению ученых, в настоящее время в космосе находится несколько тысяч обломков спутников и других искусственных объектов, составляющих космический мусор. Скорость движения этих обломков может достигать 10 км в секунду (!), что создает непосредственную опасность для функционирования космических станций и действующих спутников.
То, что создано в Японии, прекрасная новинка. Но, по мнению автора, она вовсе не означает, что ничего подобного не было ранее в СССР. Японцы чемпионы в том, что принято считать «усовершенствованием технологий», в том числе и чужих.
Российская новинка
Систему «информационной защиты» от падения на Землю комет, астероидов, других небесных объектов (в том числе «космического мусора») предложили ученые из ЦНИИ машиностроения. Она должна заметить приближающиеся к нашей планете объекты и предупредить землян о возможной опасности.
Система состоит из двух вращающихся телескопов, которые замещаются на орбите обращения Земли вокруг Солнца: один движется впереди нее, другой — позади. Поле зрения телескопов образует в космическом пространстве вокруг Земли невидимую барьерную зону. Как только опасное небесное тело попадет в нее, его движение будет отслеживаться, при этом космическая система определит скорость тела (даже если она превышает 30 км/сек), траекторию движения и рассчитает время падения на землю.
Казахстан получает компенсацию от России за ущерб, наносимый экологии земель вокруг Байконура. Однако в будущем возможно усовершенствование конструкций космических систем, позволяющих избегать нанесения ущерба землям вокруг космодрома.
Над этим работают сотни лучших умов. И хочется надеяться, что впереди — только прогресс.