Космічне сміття

Космічне сміття або орбітальне сміття — некеровані об'єкти антропогенного походження, які більше не виконують свої функції та літають навколо Землі або в меншій мірі навколо інших планет. Ці об'єкти різноманітного походження становлять загрозу космічним апаратам. Є ризик, що сміття почне подрібнюватися у геометричній прогресії внаслідок взаємних зіткнень. Станом на березень 2023 року, на навколоземній орбіті обертається понад 23 000 об'єктів, які відстежуються та віднесені до космічного сміття.

Розподіл сміття в навколоземному просторі

Походження

Існує декілька джерел утворення космічного сміття:

• «Мертві супутники». Штучні супутники, які припинили своє функціонування і з певних причин не були знищені (це не було передбачено проєктом запуску, супутник передчасно вийшов з ладу тощо).
• Останні ступені ракет. Після відділення власне корабля чи супутника від ракети-носія, деякі фрагменти ракети-носія залишаються на орбіті.
• Невеликі шматки. Незначні об'єкти — фрагменти обшивки, інструменти, що випали з рук космонавтів (астронавтів) або з космічних станцій тощо.
• Фрагменти знищених супутників. Особливо потенційно шкідливі наслідки військових навчань. Подібні тренування по знищенню своїх відпрацьованих супутників проводили: Китай, США, СРСР

Масштаби засмічення

Кількість некерованих об'єктів ^{(оц.2012-07-06)} 

Держава	Кількість	Частка
Росія	4667	34.7 %
США	3723	27.7 %
КНР	3518	26.2 %
Франція	484	3.6 %
Японія	183	1.4 %
Індія	174	1.3 %
Інші	688	5.1 %

Станом на 2012 рік на навколоземній орбіті оберталося близько 19 000 об'єктів. Майже 90 % сміття припадає на продукцію трьох держав: Росії (СРСР), США, КНР.

За даними дослідників, на 2021 рік, навколо Землі оберталося також 130 млн. невеликих об'єктів розміром до 1 см, які перетворилися на сміття.

Вже на березень 2023 року, мережа космічного спостереження США відстежувала вже понад 23 000 шматків космічного сміття, які за розміром перевищують розмір м'яча для софтболу на орбіті Землі, в тому числі, 3000 з них – це є відпрацьовані супутники. Однак більшість уламків орбіти занадто малі, щоб їх можна було відстежити. За оцінками дослідників, на орбіті Землі також знаходиться понад 100 трильйонів не відстежуваних частинок космічного сміття. Переважна їх більшість має ширину менше 1 сантиметра, а через відсутність опору атмосфери вони досягають швидкості понад 25200 км/год – що в 10 разів швидше, аніж середня швидкість кулі на Землі

Зони космічного сміття

Виділяють дві зони ущільнення космічного сміття:

1. Низько-орбітальна зона на висотах 500-1.200 км над поверхнею Землі;
2. Геостаціонарна зона на висоті приблизно 38.000 км.

Небезпека вибухів

Причиною вибухів космічних апаратів можуть бути електрохімічні реакції, що протікають в акумуляторах супутників. Місце, де стався вибух, огортають цілі хмари уламків. Поступово вони обволікають всю земну кулю. Більшість з цих об'єктів знаходиться на орбітах з високим нахилом, площини яких перетинаються, тому середня відносна швидкість їх взаємного прольоту становить близько 10 км/с.

Інциденти з космічним сміттям

Інциденти в космічному просторі

У 1983 році маленька піщинка (менше 1 мм в діаметрі) залишила серйозну тріщину на ілюмінаторі багаторазового човника-шатла програми Спейс Шаттл.

У липні 1996 року на висоті близько 660 км французький супутник зіткнувся з фрагментом третього ступеня французької ж ракети Arianе.

10 лютого 2009 року, комерційний супутник «Iridium» американської компанії супутникового зв'язку Iridium, виведений на орбіту в 1997 році, зіткнувся з військовим російським супутником зв'язку «Космос-2251», який був запущений в 1993 році і виведений з експлуатації в 1995 році. В результаті зіткнення супутників на орбіту Землі додалося понад 2300 уламків (і це тільки тих, які можливо відстежити).

У березні 2021 року, уламок російської ракети зіткнувся з діючим китайським військовим супутником і знищив його.

У червні 2021 року невеликий шматок невідомого космічного сміття врізався в роботизовану руку МКС, пошкодивши, але не знищивши її.

4 січня 2023 року, в Космічних силах США підтвердили інформацію про те, що російський штучний супутник «Космос 2499», який востаннє маневрував у 2017 році, розвалився на 85 шматків і тепер вони у вигляді космічного сміття кружляють на висоті майже 1100 км над Землею.

У серпні 2023 року, старий радянський супутник, запущений у космос ще в 1991 році, розвалився на орбіті на 7 шматків космічного мотлоху на висоті приблизно 1400 кілометрів над Землею. Судячи з усього, аварія сталася в результаті зіткнення супутника з космічним сміттям. Спеціалісти зазначають, що це був радянський супутник зв’язку «Космос-2143» або «Космос-2145», тобто один з восьми супутників типу «Стрела-1М», запущених свого часу однією ракетою-носієм та виведений в подальшому з експлуатації.

Інциденти на поверхні Землі

Космічне сміття часто падає на Землю. Щороку в атмосферу входить у середньому від 200 до 400 шматочків космічного сміття, яке наука здатна відстежити. Більшість із них досить малі, щоб повністю згоріти в атмосфері. Однак відомо багато випадків, коли великі об'єкти досягали поверхні.

Так, у серпні 2022 року обгорілий шматок космічного корабля SpaceX Dragon приземлився в Австралії на овечій фермі. В листопаді 2022 року величезний шмат китайської ракети впав у Китаї. Уламки ще однієї китайської ракети виявили в Індонезії та Малайзії. Раніше, в травні 2021 року подібні уламки впали на Мальдівах.

16 липня 2023 року, на віддаленому пляжі в Грін-Хед, приблизно за 250 кілометрів (155 миль) на північ від міста Перт, штат Західна Австралія (Австралія), було виявлено уламок розгінного двигуна від індійської ракети-носія PSLV, який використовувався під час запуску супутника. Поліція Західної Австралії заявила, що урядовий хімічний аналіз визначив, що об’єкт безпечний і «поточного ризику для громади немає», хоча незадовго до цього влада вважала пристрій небезпечним і закликала громадськість триматися від нього подалі.

Інші джерела засмічування

Незначні об'єкти — фрагменти обшивки, інструменти, що випали з рук космонавтів (астронавтів) або з космічних станцій та перетворилися в космічне сміття можуть нести певну загрозу об'єктам на орбіті Землі. В більшості випадків, такі події є результатом ненавмисних та непередбачуваних обставин, але ж, як не дивно, вони бувають і цілком навмисними.

Так, у 1965 році астронавт NASA Ед Вайт ненавмисно втратив запасну рукавичку при виході з космічного корабля «Gemini-4». За подібних причин, в 2008 році, під час виходу у відкритий космос, астронавтка Гайдемарі Стефанишин-Пайпер втратила сумку з інструментами, вага якої складала близько 13 кг (30 фунтів), в 2017 році астронавти Пеґґі Вітсон і Роберт Кімбро також втратили сумку під час виходу у відкритий космос, а в 2018 році інструмент було втрачено під час встановлення обладнання на зовнішній платформі японського модуля «Kibo»

Проте, російські космонавти Сєргєй Прокоп’єв і Дмітій Пєтєлін, які прибули на МКС 21 вересня 2022 року на ракеті-носії «Союз-2.1а», навмисно смітили у космосі. Так, під час чергового виходу у відкритий космос, вони навмисно викинули чималий оберемок обладнання у космічний простір. Про це стало відомо з прямої трансляції семигодинного виходу у відкритий космос для переміщення повітряного шлюзу з однієї частини МКС в іншу. «Просто красиво літає», — прокоментував свій вчинок один з космонавтів.

Згідно публікації NASA, практика викидання сміття з МКС у відкритий космічний простір існує і застосовується астронавтами без будь-якої відповідальності. Так, на відео переданому з МКС, американський інженер і астронавт NASA Уоррен Вудроу «Вуді» Хобург (Warren Woodrow «Woody» Hoburg) демонструє циліндричний шматок космічного сміття, що благополучно дрейфує до Землі після того, як канадський робот-маніпулятор «Canadarm2» викинув його за борт МКС. Зрештою, показані уламки повинні впасти в атмосферу Землі лише влітку 2025 року та без жодного ризику для МКС. Хобург також зазначив: «Добре позбутися маси на борту космічної станції». Потім він додав, що обладнання для забезпечення польотів, що «падає на Землю», відслужило своє: «Це досить круто!». Він також повідомив, що екіпаж МКС робить все можливе, щоб позбавитися непотрібних предметів перед тим, як пристикований космічний корабель підніме орбіту станції, щоб запобігти її падінню в атмосферу Землі.

Шляхи вирішення проблеми

Кількість сміття за межами Землі стала настільки великою, що уже може завадити космічним місіям. Також, якщо не почнеться процес «прибирання», існує імовірність того, що в процесі накопичення сміття почне падати на Землю, а це уже становить небезпеку. Саме тому британські вчені з державного дослідницького університету Суррея у м. Гілфорді (графство Суррей, Англія) запропонували технологію для спалення сміття в атмосфері. Сміттєзбиральний апарат RemoveDebris оснастили гарпуном, сіткою та вітрилом для того, щоб збирати сміття різного розміру і, по закінченню місії, також утилізувати апарат в шарах атмосфери. Раніше подібні засоби не використовувались в космосі, тож апарат проходить тест на ефективність роботи в умовах невагомості. На початку 2018 року апарат був відправлений на МКС, де астронавти готували його до початку робіт.

На початку червня 2023 року, приватна компанія Astroscale зі штаб-квартирою в Токіо (Японія) показала космічного прибиральника ELSA-M (англ. End of Life Services by Astroscale-Multiple), якого планують запустити в космос 2025 року. Він стане першим у світі комерційним космічним буксиром, що має можливість зведення з орбіти безлічі неактивних супутників. Також зазначалося, що перш за все, запуск ELSA-M спрямований на деактивацію несправного супутника OneWeb шляхом його зведення з орбіти. Після запуску, буксир з'єднається з супутником за допомогою магнітних стикувальних пластин. Потім буксир перемістить несправний супутник на нижчу орбіту. Після цього ELSA-M відокремиться від супутника і відправиться до наступного, тоді як супутник OneWeb через декілька місяців згорить у атмосфері нашої планети.

Місія Aeolus

24 липня 2023 року розпочався перший етап операції з безпечного повернення на Землю старого космічного супутника «Aeolus», який має увійти в атмосферу планети 28 липня. Так, науковці Європейського космічного агентства (ESA) спланували і проведуть першу у своєму роді операцію з безпечного повернення на Землю непридатного космічного супутника. Як повідомляється, 1360-кілограмовий «Aeolus» обертається навколо Землі з 2018 року. ESA зазначає, що він був першим супутником, який заміряв вітри Землі з космосу та передавав дані до метеорологічних центрів по всій Європі. Наприкінці квітня 2023 року програму «Aeolus» закрили через нестачу палива, з того часу космічний апарат падає до Землі. Вчені вирішили використати рештки палива на супутнику для його контрольованого спуску. Згідно з планом, операція з повернення «Aeolus» на Землю поділена на три етапи. Перший етап вже розпочався 24 липня, коли апарат досяг висоти у 280 км. Науковцям вдалося успішно виконати перший маневр і наблизити апарат до Землі на відстань в 250 км. Наступні етапи передбачені на 27 та 28 липня. Спочатку супутник здійснить ще кілька маневрів, внаслідок яких висота траєкторії його польоту знизиться з 250 до 150 кілометрів. Опісля, апарат контрольовано спустять на висоту 80 км. Кінцевим результатом науковці називають згоряння 80 % супутника в атмосфері Землі та спуск вцілілих частин в Індійський океан. Попри це вченим потрібно підтримувати його роботу достатньо довго, щоб вони могли продовжувати надсилати команди та контролювати його шлях. Вчені наголошують, що майбутні космічні кораблі необхідно розробляти саме з можливістю їх контрольованого повернення з космосу. Це мінімізує накопичення космічного сміття (об'єктів) в космосі та зменшить ризик ушкодження або травматизму для населення Землі під час їх падіння. За повідомленням Європейського космічного агентства (ESA), 28 липня 2023 року, близько 21:00 за центральноєвропейським часом, супутник «Aeolus» увійшов в атмосферу над Антарктидою та завершив своє контрольоване руйнування над Атлантикою.

Місія ClearSpace

Станом на 2023 рік, проєкт місії ESA з прибирання космічного сміття реалізовується у партнерстві зі швейцарською компанією ClearSpace. Ідея останньої полягає в запуску космічного апарата, який примусово захопить великі уламки і змінить їхній напрямок руху. Завдяки цьому сміття перестане рухатися на орбіті Землі. Супутник ClearSpace планують запустити у 2026 році в рамках пілотної місії. Мета дебютного польоту — захоплення компонента розгінного блоку Vega Secondary Payload Adapter, який використовувався в космічному запуску ще в 2013 році. Його вага становить приблизно 100 кілограмів, а ширина — близько 2 метрів. Серйозної небезпеки фрагмент не становить, однак за своїми параметрами він такий же, як і уламки, які здатні серйозно зашкодити діючим супутникам. Однак, як повідомила 18-та ескадрилья космічної оборони США, поруч із запланованим компонентом для прибирання тепер обертаються ще декілька об'єктів, яких раніше не було. Найімовірніше, вони з’явилися внаслідок зіткнення фрагмента на високій швидкості з дрібнішими частинками космічного сміття.

Місія Asteroid Redirect Mission

Згідно повідомлення SpaceNews, компанія TransAstra уклала з NASA контракт на $850 тис на створення прототипу мішка для збирання космічного сміття на орбіті Землі. Мішок для збирання космічного сміття придумали в NASA в рамках програми Asteroid Redirect Mission, що передбачала доставку навколоземного астероїда на орбіту Місяця для вивчення. Мішок має надувну конструкцію з ребрами жорсткості, яка дозволяє йому набувати об’ємної форми і захоплювати об’єкти різних розмірів і форм. Компанія TransAstra планує розвинути цю ідею до наземного демонстраційного прототипу і, можливо, довести проєкт до випробувань у космосі.

Див. також

• Деорбітація
• Космічна археологія

Примітки

1. . Архів оригіналу за 6 квітня 2016. Процитовано 2 квітня 2016. 
2. Орбіта Землі перетворилася на космічне сміттєзвалище: чим це загрожує людству. 13.03.2023, 15:31
3. Астронавти втратили у відкритому космосі інструмент під час робіт на японському модулі. (рос.) 03.12.2018, 19:54
4. Більше за всіх у космосі «насмітила» Росія, — НАСА. Дзеркало Тижня. 20 липня 2011. Процитовано 16 грудня 2012. ^{[недоступне посилання з липня 2019]}
5. . Архів оригіналу за 13 березня 2023. Процитовано 13 березня 2023. 
6. . РБК-Украина (рос.). Архів оригіналу за 24 грудня 2021. Процитовано 24 грудня 2021. 
7. Російський супутник розвалився на орбіті – уламки можуть кружляти у космосі понад 100 років. 10.02.2023
8. Старий радянський супутник розвалився на орбіті після зіткнення із космічним сміттям. 31.08.2023
9. На пляжі в Австралії знайдено ймовірну частину іноземної космічної ракети. // Автор: Михайло Года. 18.07.2023, 21:00
10. Не відомий об’єкт, який викинуло на узбережжя Австралії, міг бути космічним сміттям. 18.07.2023
11. STS-126
12. Астронавти втратили у відкритому космосі інструмент під час робіт на японському модулі. (рос.) 03.12.2018, 19:54
13. Російські космонавти з МКС навмисно смітять у космосі (відео). // Автор: Олександр Тартачний. 10.05.2023
14. Jettisoned equipment seen floating away from space station in cupola view. Video From Space
15. Агентство NASA показало на відео, як астронавти МКС викидають сміття на Землю. 20.07.2023
16. . Tokar.ua (uk-UA). 18 грудня 2017. Архів оригіналу за 29 вересня 2018. Процитовано 28 вересня 2018. 
17. ELSA-M | End of Life Services by Astroscale - Multiple. 06.06.2023
18. У космос запустять апарат зі збору зламаних супутників навколо Землі. // Автор: Інна Буряк. 12.06.2023, 01:21
19. На Землю впаде «мертвий» супутник. Науковці вперше спробують керувати падінням апарата. 25.07.2023, 17:12
20. Replay: Aeolus reentry media briefing. 19 July 2023
21. Aeolus reentry: live. // Written by Rosa Jesse. 29 July 2023, 08:40 CEST
22. Астрономи завершили "контрольоване" падіння супутника Aeolus на Землю. Що це означає. // Автор: Станіслав Ткацевіч. 29.07.2023
23. The Irony. ClearSpace-1 Couldn't Clean up Space Debris Because its Target Already Got hit by Space Debris, Creating Even More Space Debris.
24. Проблеми на великому звалищі. Космічне сміття, яке хочуть прибрати з орбіти Землі, зіткнулося з іншим сміттям. 25.08.2023, 22:00
25. TransAstra claims NASA contract for debris capture bag. // By Debra Werner. August 29, 2023
26. NASA профінансувало створення мішка для збирання космічного сміття. // Автор: Артем Житкевич. 30.08.2023

Посилання

• Забруднення космосу //  : навч.-метод. посіб. / уклад. О. Г. Лановенко, О. О. Остапішина. — Херсон : ПП Вишемирський В. С., 2013. — С. 88.
•