«Синдром Кесслера»: сценарий космической катастрофы уже начался

Что еще более тревожно: потенциальный удар был не таким уж редким явлением, отмечает CNN. Международной космической станции приходилось совершать подобные маневры десятки раз с тех пор, как она была впервые задействована в ноябре 2000 года, и риск столкновений растет с каждым годом по мере увеличения числа объектов на околоземной орбите.

В течение многих лет эксперты по космическому транспорту поднимали тревогу по поводу этой проблемы. Более ранние столкновения, взрывы и испытания оружия привели к появлению десятков тысяч обломков, которые эксперты отслеживают, и, возможно, еще миллионов, которые невозможно увидеть с помощью современных технологий.

И хотя риски для космонавтов могут вызывать серьезную озабоченность, перегрузки на орбите также представляют опасность для спутников и космических технологий, которые используются в нашей повседневной жизни, включая инструменты GPS, а также некоторые широкополосные, высокоскоростные интернет-сервисы и телевизионные сервисы.

“Количество объектов в космосе, которые мы запустили за последние четыре года, увеличилось в геометрической прогрессии”, – комментирует доктор Вишну Редди, профессор планетологии Аризонского университета в Тусоне. “Таким образом, мы приближаемся к ситуации, которой всегда боялись”.

Событие, о котором говорил Редди, является гипотетическим феноменом, называемым «синдромом Кесслера», поясняет CNN. Названный в честь американского астрофизика Дональда Кесслера и основанный на его научной работе 1978 года, синдром Кесслера — в том виде, в каком этот термин используется сегодня — имеет нечеткое определение. Но это словосочетание в общих чертах описывает сценарий, при котором мусор в космосе запускает цепную реакцию: один взрыв выбрасывает столб осколков, которые, в свою очередь, врезаются в другие космические объекты, создавая еще больше обломков. Каскадный эффект может продолжаться до тех пор, пока орбита Земли не будет настолько забита мусором, что спутники станут неработоспособными, а исследования космоса придется полностью прекратить.

Исследователи расходятся во мнениях о текущем уровне риска и о том, когда именно заторы в космосе могут достичь точки невозврата.

Но, согласно интервью CNN с учеными и экспертами по космическому движению, широко распространен консенсус в отношении одной вещи: движение в космосе является серьезной проблемой, которую необходимо срочно решать.

Как часто объекты сталкиваются в космосе? По данным Европейского космического агентства, с момента зарождения космических полетов в 1957 году произошло более 650 “разрушений, взрывов, столкновений или аномальных явлений, приводящих к фрагментации”.

Эти инциденты включали в себя случайные столкновения спутников друг с другом, неожиданные взрывы частей ракет и космических аппаратов, а также испытания оружия в таких странах, как Соединенные Штаты, Россия, Индия и Китай, в результате которых осколки разлетались на орбите на разных высотах.

Например, Россия запустила ракету по одному из своих собственных спутников в рамках испытания оружия в 2021 году, в результате чего образовалось более 1500 отслеживаемых обломков, утверждает CNN.

Последнее крупное случайное столкновение двух космических объектов произошло, по данным CNN, в феврале 2009 года, когда вышедший из строя российский военный спутник “Космос-2251” врезался в Iridium 33, активный спутник связи, которым управляет американская телекоммуникационная компания Iridium. Это событие привело к образованию массивного облака из почти 2000 обломков диаметром почти 10 сантиметров и тысяч еще более мелких осколков.

Подобные события меньшего масштаба также распространены: метеорологический спутник ВВС США, например, развалился на части на орбите 19 декабря, образовав по меньшей мере 50 новых обломков, сообщила в понедельник компания LeoLabs, которая отслеживает объекты в космосе. Это было лишь последнее из четырех “фрагментационных” событий, произошедших за последние несколько месяцев, в результате которых образовалось более 300 новых фрагментов мусора.

Для тех, кто управляет спутниками, перегруженность космического пространства может стать настоящим кошмаром. Обычно спутниковый оператор получает дюжину или более предупреждений в день о возможных коллизиях.

Процесс отслеживания объектов на орбите, называемый космической ситуационной осведомленностью, включает в себя отслеживание возможных “стыковок” или близких сближений между двумя объектами.

Но риски могут быть даже выше, чем может предсказать специалист по космической ситуации. В большинстве случаев для отслеживания объект должен быть больше теннисного мяча. Остальные объекты слишком малы, чтобы отражать свет, или находятся в отдаленных областях орбиты, которые трудно наблюдать непосредственно.

“Даже при наличии самых современных датчиков есть пределы того, что можно надежно ”увидеть” или отследить, а более мелкий космический мусор часто невозможно отследить”, – отмечает Боб Холл, директор по специальным проектам в компании COMSPOC Corp., занимающейся программным обеспечением для космического движения.

Но небольшие объекты все еще могут представлять серьезную угрозу. По данным НАСА, на орбите объекты вращаются с такой скоростью, что даже капля краски способна пробить металл насквозь. Это означает, что любой мусор, оставшийся в космосе, вызывает глубокое беспокойство и может привести к катастрофическим последствиям.

Неясно, как именно может развиваться цепная реакция столкновений в космосе. Различные районы земной орбиты имеют свои собственные уровни загруженности и риска. Низкая околоземная орбита, которая простирается примерно на 2000 километров над поверхностью планеты, на сегодняшний день является наиболее загруженной.

В этом районе расположены две космические станции с экипажами и огромные группировки спутников, которые передают Интернет — такие, как сеть SpaceX, состоящая из почти 7000 спутников Starlink, — для мониторинга погоды, наблюдения за растениеводством или анализа климата.

Если бы на низкой околоземной орбите произошла серия взрывов, это могло бы угрожать жизни астронавтов, остановить запуски ракет и привести к уничтожению всех имеющихся там спутниковых технологий.

Хорошей новостью в этом сценарии, если таковые имеются, является то, что катастрофические условия могут сохраняться в течение нескольких поколений: “У нас все еще есть остатки атмосферы на низкой околоземной орбите, поэтому у нас есть естественный механизм очистки”, – рассказывает Кэролин Фруэ, доцент кафедры аэронавтики и астронавтики в Университет Пюрдью в Индиане.

По словам Фруэ, на высоте около 500 километров объекты, находящиеся на орбите, естественным образом упадут обратно на Землю или распадутся в атмосфере в течение примерно 25 лет, что указывает на то, что поле обломков на таком расстоянии, вероятно, не будет угрожать доступу в космос будущих поколений.

Но на более высоких орбитах картина быстро меняется. На расстоянии около 800 километров обломкам потребовалось бы по меньшей мере столетие, чтобы естественным образом выбраться из космоса. На расстоянии более 1000 километров этот процесс занял бы тысячи лет.

Это плохая новость для геосинхронной орбиты — региона, расположенного примерно в 35 786 километрах от поверхности Земли, — где расположены спутники связи стоимостью в четверть миллиарда долларов, которые передают телевизионные и другие услуги в самые разные уголки земного шара.

Фильм 2013 года “Гравитация” перенес идею синдрома Кесслера на большой экран: ракетный удар России по мертвому спутнику вызывает каскад столкновений, создавая облако мусора, которое разрушает другие спутники и космические аппараты. Но в то время как драма в “Гравитации” разворачивалась в течение полутора часов, по мнению экспертов, для реализации сценария с синдромом Кесслера в реальной жизни, скорее всего, потребовались бы годы – или десятилетия.

И с момента выхода фильма на экраны более десяти лет назад скопление людей на орбите быстро возросло: тогда американские военные отслеживали около 23 000 объектов по сравнению с 47 000 объектов на сегодняшний день.

Хотя предпринимаются постоянные усилия по расчету того, где, когда и как может возникнуть волновой эффект, это невыполнимая задача, отмечает Кэролин Фруэ.

“Как только мы начинаем прогнозировать будущее, мы должны делать предположения”, – сказала Фруэ. – Каждая модель неверна, но некоторые из них полезны”.

Модели неточны, потому что даже у экспертов нет четкой картины расположения объектов на орбите. Объекты размером менее 10 сантиметров в основном невидимы. Более того, космическая погода может изменять орбитальные траектории, поэтому, по словам доктора Томаса Бергера, директора Центра технологий, исследований и образования в области космической погоды Университета Колорадо, трудно точно предсказать, как и куда полетят обломки. Бергер выступил на эту тему 11 декабря на ежегодном собрании Американского геофизического союза в столице США.

Размер и форма кусков космического мусора также остаются загадкой. Итак, чтобы смоделировать один-единственный эффект синдрома Кесслера, аналитикам нужно было бы точно предсказать, как спутник распадется на части, как будет выглядеть каждый фрагмент этого мусора, куда он полетит и с каким другим объектом может столкнуться в следующий раз.

Учитывая, что “синдром Кесслера” не является мгновенным явлением, ученые обсуждают, может ли это явление уже проявиться. В мысленном эксперименте Кесслера исследователям предлагается рассмотреть вопрос о том, приведут ли столкновения в космосе к увеличению числа объектов на орбите, даже если все запуски ракет прекратятся. И пока не ясно, достигнута ли эта точка.

В чем эксперты, похоже, сходятся во мнении, так это в том, что ситуация на орбите является проблематичной. Никто из них не сказал, что, по их мнению, катастрофы определенно можно избежать. Более вероятно, по их словам, что количество мусора на орбите будет продолжать увеличиваться.

Есть два важных соображения, когда речь заходит о предотвращении распространения мусора на орбите Земли.

Одна из них – технология очистки: компании и правительственные инициативы стремятся разработать способы удаления мусора с орбиты, такие как система увеличения аэродинамического сопротивления, разработанная Европейским космическим агентством и технологической компанией High Performance Space Structure Systems, или HPS GmbH.

Вторым фактором является регулирование. Эксперты в области космической политики в течение многих лет отслеживали усилия по принятию новых международных руководящих принципов или национальных законов, направленных на предотвращение безответственных действий космических компаний или злоумышленников.

Некоторые усилия уже предпринимаются. В сентябре Организация Объединенных Наций приняла Пакт о будущем.

В документе, принятом государствами-членами, содержится призыв к странам “обсудить создание новых механизмов для борьбы с космическим движением, космическим мусором и космическими ресурсами в рамках Комитета по использованию космического пространства в мирных целях”.

Формулировки кажутся расплывчатыми, и эксперты по космической политике отмечают, что у Организации Объединенных Наций нет средств принуждения.

Источник