Ядовитый след «Протона» и невидимый рой на орбите

Падение российской ракеты-носителя «Протон» вновь заставило заговорить о проблеме, которая сопровождает космонавтику с самого её рождения, — о космическом мусоре. Но в тот раз тревогу вызвало не столько столкновение с обломками на орбите, сколько то, что рухнуло на землю. В баках аварийного «Протона» оставалось почти 219 тонн токсичного топлива — гептила. В баках аварийного «Протона» оставалось почти 219 тонн гептила — ядовитого топлива первого класса опасности. Вещество, растворившись в воздухе, образовало ядовитое облако.

Подобные выбросы сотен тонн отравы — не единичный инцидент. Даже при успешном старте часть вредных веществ неизбежно попадает в атмосферу. После каждого запуска с Байконура над районами Сибири и Алтая рассеиваются остатки ракетного топлива и падают обломки стартовых двигателей. Если «Союзы» работают на сравнительно безвредной смеси керосина и жидкого кислорода, то «Протоны» заправляют гептилом. Вдыхание его паров способно вызвать заболевания крови, печени и нервной системы. По оценкам независимых экспертов, на землю проливаются многие тонны гептила, а площадь загрязнённой территории достигает порядка 100 миллионов гектаров. Всемирная организация здравоохранения относит гептил к веществам первого класса опасности: даже малые дозы приводят к тяжёлым отравлениям.

С развитием космонавтики проблема загрязнения лишь обостряется. Ведь то, что благополучно достигает орбиты — а это большинство спутников и ракет, — не вечно. Отслужив своё, аппараты тоже должны куда-то падать, угрожающе лавируя среди работающих собратьев и сгорая «в плотных слоях атмосферы». Или не сгорая.

Кошмар астронавта: когда болт встречает скобу

Фантасты любят сцену: экипаж в ужасе, на корабль несётся глыба, отчаянные манёвры, хладнокровный пилот виртуозно уворачивается — и случайный снаряд, «межпланетный айсберг», остаётся позади. Однако этот беллетристический штамп, похоже, скоро пополнит реальную практику управления космическими кораблями. Слишком много объектов кружит возле Земли, и столкновения с такими «льдинками» далеко не безобидны.

Речь не о крупных астероидах или кометах — они не пересекают оживлённый «фарватер» спутников. Речь о следах нашего собственного присутствия в космосе: о фрагментах давно вышедших из строя аппаратов, которые продолжают сновать вокруг планеты, угрожая действующим кораблям.

Немецкий астроном Михаэль Освальд подсчитал: на околоземной орбите сейчас находится свыше 330 миллионов рукотворных объектов — и это лишь те, что крупнее одного миллиметра. В основном это мусор: брошенные спутники, отработавшие ракетные двигатели, потерянные инструменты, крышки и колпачки, всевозможные крепёжные элементы — замки, скобы, болты, которые высвобождаются при отделении ступеней, — шлаки из твердотопливных двигателей и, прежде всего, тучи обломков, оставшихся после взрывов крупных объектов. Размер подавляющего большинства этих «изделий» не превышает сантиметра.

Взрываются спутники по разным причинам. Иногда виноваты электрохимические реакции в аккумуляторах. Порой детонируют ракетные ступени, доставившие аппараты на орбиту: когда ветшают топливные баки, горючее неожиданно перемешивается. Военные спутники-шпионы и вовсе подрывают намеренно. Каждый такой взрыв окутывает точку плотным облаком осколков, которое постепенно расползается вокруг земного шара.

Кто следит за космической свалкой

Мусор скапливается на самых оживлённых орбитах — в радиусе нескольких сотен километров от Земли, а также на геостационарной, удалённой на 36 тысяч километров. Он представляет огромную опасность и для спутников, и для пилотируемых кораблей.

Система радиолокационных станций США непрерывно отслеживает около одиннадцати тысяч объектов, подпадающих под определение «космический мусор». На низких орбитах радары замечают обломки диаметром от десяти сантиметров, на геостационарной — только те, что крупнее метра; более мелкие фрагменты там попросту неразличимы. Все известные единицы мусора заносятся в каталог, который издаёт Североамериканский штаб противокосмической обороны (NORAD).

Космическая шрапнель: что летает над головой

Околоземная орбита давно превратилась в свалку. Тысячи отработавших спутников, обломков ракет и фрагментов, образовавшихся после столкновений, кружат вокруг планеты, словно невидимая шрапнель. И если крупные объекты ещё можно отследить, то мелочь остаётся почти неуловимой — пока не столкнётся с чем-то ценным.

Плотность распределения небольших частиц фиксируют эпизодически. Например, по числу и размеру вмятин на элементах спутников, которые вернулись на Землю. После замены солнечного паруса космического телескопа «Хаббл» площадью 40 квадратных метров специалисты насчитали на нём 174 сквозных отверстия и несколько тысяч вмятин. Эти данные загружают в компьютерные модели, чтобы предсказывать поведение «неопознанных летающих объектов» и оценивать риск для действующих аппаратов.

Перед каждым стартом шаттла приходилось просчитывать, какой из бросовых фрагментов может помешать запуску или выполнению миссии. И всё равно иллюминаторы челноков не раз меняли после встреч с крупицами, снующими по орбите. На МКС жилой модуль защищён двойными стенками — на случай удара какого-нибудь пикирующего кронштейна.

Но от крупного обломка не спасут и двойные стены. Скорость таких тел в двадцать раз превышает скорость пули. Главная угроза — осколки диаметром от одного до десяти сантиметров. Их в космосе около 600 тысяч, и отследить каждый невозможно. Частица размером в сантиметр, летящая со скоростью 10 километров в секунду относительно корабля, при ударе выделяет энергию, сопоставимую со взрывом ручной гранаты. Спутник после такой коллизии, скорее всего, разрушится. Деталь весом в 80 граммов наносит ущерб, как килограмм тротила.

Опасность представляют даже пылинки. В 1983 году частица лака длиной 0,2 миллиметра врезалась в иллюминатор шаттла и оставила вмятину глубиной 2,4 миллиметра. Будь она чуть тяжелее — проломила бы стекло насквозь. А ведь кабина пилотируемого корабля находится под давлением: крохотная трещина мгновенно расползётся по обшивке, как расстёгивается молния.

Случай с французским разведчиком и юридический тупик

В июле 1996 года французский спутник-разведчик Cerise столкнулся с металлическим предметом. В июле 1996 года французский спутник-разведчик Cerise столкнулся с металлическим предметом, напоминая о том, как тонна мёртвого спутника протаранила Iridium над Сибирью. От удара отлетела шестиметровая мачта стабилизатора. Потеряв управление, аппарат превратился в бесполезный кусок железа. Этот инцидент примечателен тем, что впервые удалось установить происхождение «снаряда»: им оказался обломок конечной ступени европейской ракеты «Ариан», разломившейся на сотни фрагментов ещё в 1986 году.

Когда причина стала ясна, начались юридические споры. Кто отвечает за ущерб? Требовать компенсации может лишь государство, запустившее спутник, но удовлетворить иск почти нереально. Ни одна страна не обладает суверенным правом на участок орбиты. Да и космической полиции, которая выписывала бы уведомления нарушителям, пока никто не создал.

Пепел с небес и радиоактивные сюрпризы

«Каталог небесного мусора» постоянно обновляют, вычёркивая объекты, которым суждено упасть на Землю. Любое тело, приблизившееся к планете на критическое расстояние — менее 400 километров, — уже не может сопротивляться притяжению. Со временем мусор переходит на более низкие орбиты и исчезает: попадая в плотные слои атмосферы, он сгорает, оставляя лишь пепел. Ежегодно на наши головы оседают сотни тысяч тонн такого пепла, и мы этого не замечаем.

Но бывает, что массивные глыбы выдерживают сверхвысокие температуры и пробивают воздушный щит планеты. Только при падении американской станции «Скайлэб» в июле 1979 года на Землю просыпалось 20 тонн металла. А иногда с орбиты прилетают и радиоактивные снаряды. В 1978 году российский спутник «Космос-954» с миниатюрным ядерным реактором на борту — в него загрузили сто килограммов обогащённого урана-235, чуть меньше критической массы для атомной бомбы — вошёл в штопор и рухнул на Канаду. Обломки, среди которых был радиоактивный блок ёмкостью 25 литров, рассыпались на десятках тысяч квадратных километров.

Геостационарная ловушка и топливная арифметика

Судьба мусора напрямую зависит от высоты. На очень низких орбитах обломки сгорают в атмосфере за считанные недели или месяцы. Но стоит подняться выше 800 километров — и картина резко меняется. Здесь трение о разреженный воздух уже не способно быстро сводить объекты с орбиты; они останутся на сотни, а то и тысячи лет.

Хуже всего ситуация на геостационарной орбите. Атмосферы там, по сути, нет, и трение не играет никакой роли. Всё, что попало на эту высоту, останется там навсегда — если только его не уберут принудительно.

Но принудительное удаление — задача не из простых. Чтобы спутник по окончании службы сменил орбиту, ему нужно топливо. А запас топлива на борту всегда жёстко лимитирован. В течение жизни аппарата горючее расходуется прежде всего на стабилизацию положения — постоянные микроимпульсы, удерживающие спутник в нужной точке. Манёвр перевода на орбиту захоронения требует примерно столько же топлива, сколько аппарат тратит за полгода-год штатной работы. В пересчёте это означает, что срок активной эксплуатации сокращается примерно на 7%, а финансовые потери исчисляются десятками миллионов долларов.

Многие спутники просто не могут позволить себе такую роскошь. Топлива для полноценной эвакуации не хватает, и вместо безопасной орбиты-кладбища они переходят на эллиптическую траекторию, которая всё равно пересекает геостационар. По сути, такой аппарат остаётся потенциальной угрозой для соседей.

Цепная реакция на орбите

Картина вырисовывается тревожная. Если число объектов на околоземных орбитах продолжит расти прежними темпами, нас может ждать настоящая цепная реакция. Отработанные ступени и старые спутники взрываются, порождая облака обломков. Чем больше обломков — тем выше вероятность их столкновений с действующими аппаратами. Каждое такое столкновение, в свою очередь, умножает количество мусора, и число соударений начинает расти по экспоненте. В какой-то момент град космической «шрапнели» способен изрешетить любой аппарат, превратив его в груду новых фрагментов.

Если темпы засорения не снизятся, уже через несколько десятилетий выход в космос может стать попросту опасным: вероятность встречи с обломком возрастёт многократно. Чтобы избежать такого сценария, околоземное пространство необходимо расчищать. И главное внимание здесь стоит уделить геостационарной орбите — той самой, где сосредоточены спутники мобильной связи и телевещания. Без порядка на этой высоте вся космическая инфраструктура рискует оказаться под угрозой.