Мусорщики в космосе: кто заработает на расчистке орбитального пространства

Россия сбивает ракетой вышедший из строя военный спутник. Поначалу небольшое облако обломков разлетается со скоростью более 30 тыс. км/ч и попадает в другие спутники. Начинается неконтролируемая цепная реакция — чем больше спутников разрушается, тем больше становится облако, захватывая все новые и новые космические аппараты. Параллельно массово выходят из строя поддерживаемые ими системы связи. В конечном итоге обломки с катастрофическими последствиями поражают американский космический челнок Explorer, пристыкованный к орбитальному телескопу Hubble для модернизации и ремонта.

Думаю, многие узнали завязку сюжета оскароносного фильма 2013 года «Гравитация» с Сандрой Буллок и Джорджем Клуни в главных ролях. Фильм тогда считался фантастическим, однако чем дальше развивается космическая отрасль, тем более реалистичным становится этот сюжет.

Собственно, ученые из NASA Джон Кесслер и Бертон Кор-Пале предсказали возможность такого сценария еще в 1978 году, в их знаменитой статье «Частота столкновений искусственных спутников: образование пояса космического мусора».

«По мере увеличения числа искусственных спутников на околоземной орбите увеличивается и вероятность столкновений между спутниками. Столкновения спутников будут производить орбитальные фрагменты, каждый из которых увеличит вероятность дальнейших столкновений, что приведет к увеличению числа космических обломков вокруг Земли», – написали они. 

Цепная реакция на орбите выглядит примерно так же, как массовое ДТП на трассе: спутники сталкиваются, разваливаются на обломки, эти обломки врезаются в другие спутники — и так до тех пор, пока целый участок орбитального пространства не станет непроходимым. 

«В худшем случае это может заблокировать доступ человека к космосу и на долгое время прекратить предоставление таких услуг, как GPS и спутниковая съемка», – предостерегает Sky at Night Magazine.

С легкой руки ученого из Североамериканского командования воздушно-космической обороны (NORAD) Джона Габбарда, явление было названо «синдромом Кесслера», и термин прижился, отметил портал Space.com, хотя это, вероятно, и не очень справедливо по отношению ко второму соавтору работы.

«Синдром Кесслера» не просто теория — с момента его описания были и вполне реальные инциденты. Например, в 2009 году на высоте 500 км над Сибирью неработающий российский спутник «Космос 2251» весом 900 кг столкнулся с активным американским спутником связи Iridium 33 весом 690 кг. Столкновение породило почти 2 тыс. обломков размером от 10 см и много тысяч более мелких, говорится в отчете фонда безопасного использования космоса Secure World Foundation. Как ожидается, большинство из этих обломков будут засорять орбиту еще десятки лет, прежде чем упадут и сгорят в атмосфере.

А три года спустя Европейское космическое агентство (ЕКА) потеряло связь со спутником Envisat — крупнейшим на тот момент гражданским спутником, когда-либо запущенным в космос. Махина размером с автобус и весом в 8 тонн до сих пор кружит над Землей на высоте около 780 км, и останется в космосе, предположительно, еще на 150 лет. Что будет, если эта неуправляемая груда металла с чем-то столкнется,  страшно даже представить. По оценке Кесслера, опубликованной в Space Safety Magazine, такое событие могло бы породить раз в 10 больше космического мусора, чем столкновение «Космос 2251» с Iridium, и потенциально способно стать триггером неуправляемой цепной реакции столкновений.

Правда, в своем анализе космической обстановки, опубликованном в 2009 году, он отметил, что сделанная в 1978 году оценка скорости накопления космического мусора оказалась несколько завышенной, в немалой степени потому, что экономический коллапс и крах СССР в начале 90-х резко снизили общую космическую активность человечества.

Но ситуация быстро меняется.  

В понедельник 28 апреля ракета Atlas V компании United Launch Alliance успешно вывела в космос 27 спутников — первые аппараты «созвездия» Kuiper. Проект Kuiper, названный в честь известного астронома Джерарда Койпера, был запущен в 2018 году компанией миллиардера Джеффа Безоса Amazon. Его цель — предоставление пользователям широкополосного спутникового доступа в интернет в любой точке земного шара, по сути, это полный аналог уже работающей системы Starlink от другого миллиардера — Илона Маска. 

По данным Statista, доступа к интернету сейчас лишена почти треть населения планеты. Конечно, показатель сильно варьирует от региона к региону, но даже в благополучной Северной Америке это почти 7% населения, а в Восточной Европе — без малого 10%. Потенциально рынок огромный. Гендиректор Amazon Энди Джасси полагает, что  аудитория Kuiper может достичь 300-400 млн человек.

По оценке журнала Scientific American, инвестиции в проект составляют около $20 млрд, а стратегическая цель Безоса состоит в том, чтобы он стал «четвертым столпом» бизнеса компании, наряду с онлайн-торговлей, облачными сервисами AWS и продажами подписок Prime. 

Но для этого Безосу нужно спешить, и не только из-за конкуренции со Starlink. Чтобы сохранить лицензию от Федеральной комиссии по связи (FCC) на эксплуатацию своих спутников в космосе компания должна запустить половину запланированной группировки из 3200 спутников к июлю 2026 года, а оставшиеся спутники — к июлю 2029 года, отмечает журнал.

Газета The New York Times назвала происходящее «новым полем битвы миллиардеров в космосе», однако в гонке участвуют и другие игроки — и количество спутников растет головокружительными темпами. 

Starlink кардинально изменил окружающую среду вокруг Земли. Когда в мае 2019 года были запущены первые спутники Starlink, в космосе насчитывалось едва ли 2 тыс. активных спутников. Сегодня их более 11 тыс. 

Большинство из них (около 7 тыс.) — спутники Starlink, но в эту цифру также входят 648 спутников, которые предоставляют космический интернет-сервис OneWeb европейской компании Eutelsat, и 72 спутника из растущей китайской космической интернет-группировки под названием Qianfan, которая в конечном итоге может достичь 14 тыс., перечисляет Scientific American.

Starlink, со своей стороны, собирается довести размер «созвездия» до фантастических 42 тыс. спутников.

Согласно прошлогоднему отчету Starlink, с момента запуска системы количество маневров уклонения спутников от столкновений с орбитальными объектами, такими как спутники самого Starlink, космические аппараты, принадлежащие другим операторам, и куски космического мусора удваивалось каждые полгода, кроме второго полугодия 2023-го, но в период с 1 декабря 2023 года по 31 мая 2024 года снова выросло и достигло 50 тыс. В среднем за период каждый спутник запускал двигатели 14 раз.

Кроме того, каждый такой маневр снижает точность определения нового положения спутника на несколько дней — ошибка может достигать 40 км, подсчитали в американской компании COMSPOC, поставляющей коммерческое программное обеспечение для управления спутниками, что создает дополнительные сложности в предотвращении столкновений. Иными словами, чем больше спутников маневрирует, тем труднее становится избегать катастрофы.

«С введением Project Kuiper и других мегасозвездий количество сближений спутников может вырасти до десятков или даже сотен миллионов в год. В конечном итоге, одно из них нас настигнет и цапнет за бочок», – цитирует Scientific American Хью Льюиса, эксперта по космическому мусору в университете Саутгемптона (Великобритания). 

Кроме того, как бы хорошо ни работала система предотвращения столкновений, остается открытым вопрос, что будет, если спутник выйдет из строя и станет неуправляемым, как это случилось с Envisat. В прошлом году, например, Starlink объявила, что досрочно выводит с орбиты около 100 спутников, потому что инженеры обнаружили в них проблему, которая потенциально способна привести к потере управления. В чем именно заключалась проблема, в компании не уточнили. Хорошо то, что ее удалось обнаружить заранее, а если в следующий раз не удастся?

Единственным способом предотвратить экспоненциальный рост космического мусора — «сокращение количества корпусов ракет и неработающих космических аппаратов, остающихся на орбите после окончания срока их службы», написал в 2009 году Кесслер.

По оценкам ЕКА, на орбите Земли сейчас находится не менее 36 500 объектов мусора размером более 10 см, 1 млн размером от 1 до 10 см и ошеломляющие 330 млн объектов размером от 1 мм до 1 см. И все они несутся со скоростями несколько километров в секунду.

Проблема в том, что даже спустя четверть века после предупреждения Кесслера, никто точно не знает, как очистить космос от мусора. Хотя некоторые компании уже разрабатывают такие технологии.

Швейцарская ClearSpace занимается разработкой первой в истории миссии по удалению космического мусора. Специальный аппарат, снабженный четырьмя роботизированными «руками», должен захватить отработавший европейский спутник Proba-1 весом 95 кг и направить его на новую траекторию, чтобы он быстро снизился и сгорел в атмосфере над Тихим океаном.

У компании есть контракт с ЕКА на 86 млн евро. Кроме того миссию спонсирует, очевидно, в имиджевых целях, швейцарская часовая компания «Омега», пишет CNBC. Общая стоимость проекта оценивается в 120 млн евро, запланированная дата реализации первой миссии —  2028 год.

Ведущим технологическим партнером ClearSpace стала немецкая космическая компания OHB SE — она предоставит спутниковую платформу, а ClearSpace создаст средства сближения и захвата цели, говорится в сообщении швейцарской компании. В случае успеха ClearSpace планирует проводить коммерческие миссии по удалению космического мусора, а также заниматься техническим обслуживанием и дозаправкой спутников, чтобы продлить срок их службы.

Аналогичные планы есть у японского стартапа Astroscale, который в 2023 году получил $76 млн венчурного финансирования, доведя общую сумму инвестиций до внушительных $376 млн. Инвесторами стали экстравагантный японский миллиардер Юсаку Маэкава (купивший у SpaceX первый частный полет вокруг Луны, которого он все еще ждет), а также подразделения промышленного гиганта Mitsubishi, которая планирует совместно с Astroscale создать «космические автобусы» для эвакуации с орбиты отработавших спутников, пишет TechCrunch. 

Кроме того, в прошлом году Astroscale получила контракт Космических сил США на $25,5 млн на разработку системы дозаправки спутников горючим. Компания, кстати, с прошлого года торгуется на Токийской фондовой бирже с капитализацией 96 млрд иен (около $660 млн).

Итальянская компания D-Orbit уже предлагает услуги «последней мили» по доставке малых спутников на орбиту — она собирает их в свой носитель ION, который выводится в космос, например, ракетой SpaceX Falcon-9, а потом «развозит» и размещает аппараты именно там, где нужно заказчику. В начале прошлого года компания привлекла 100 млн евро финансирования, а в октябре получила от ЕКА 119,6 млн евро на создание системы обслуживания, ремонта и дозаправки спутников в космосе, что является частью миссии ЕКА по борьбе с космическим мусором, пишет SpaceNews.

Как ни странно, в наиболее активно «засевающих» космос своими спутниками США, крупных стартапов по очистке космического мусора мне обнаружить не удалось. Вот разве что Turion Space, привлекший в общей сложности $20 млн инвестиций, в прошлом году получил от Космических сил США небольшой контракт $1,9 млн на разработку микроспутников, способных автономно стыковаться и сводить с орбиты в атмосферу неактивные космические объекты.

А между тем, хотя космос и общий, все космические аппараты кому-то принадлежат, и, например, японцы или европейцы не имеют права без специального разрешения убирать американский космический мусор. Так что придется, видимо, инженерам из США придумать что-то и для себя.