Космос: передовая борьбы с мусором
В Международный день космонавтики мы отмечаем значение космической эры человечества, размышляем о потенциальных рисках и о том, как стандарты могут помочь их уменьшить.
С момента запуска первого спутника в 1957 году количество орбитальных объектов резко возросло. Во всем мире радиолюбители настроились на волну, чтобы услышать пронзительные гудки Спутника-1 - звук, возвестивший о начале новой технологической эры. Началась космическая эра человечества… и космическая гонка. В 1961 году первый пилотируемый человеком аппарат вырвался за пределы нашей атмосферы. С тех пор к космической гонке присоединились также и частные компании.
Но за 65 лет, прошедших с тех пор, как Спутник совершил свой первый одинокий виток вокруг Земли, ближайший к нам район космоса стал довольно… тесным. Сегодня, в Международный день космонавтики, важно помнить, что космос больше не является недоступным для нас. Великая пустота нашей стратосферы и других областей никогда не была так близка к нам - и это связано с немалым риском.
Небесное столпотворение
Сегодня около 7 500 спутников работают на высоте ниже 2 000 км - верхней границы низкой околоземной орбиты (НОО). Более трети из них были запущены в течение последних двух лет, и ещё больше в скором времени будут запущены. Предполагаемые запуски частных компаний, таких как SpaceX и Amazon, увеличат число спутников на НОО более чем на 45 000.
Но спутники, как таковые, представляют собой лишь малую часть объектов, вращающихся вокруг нашей планеты. Орбитальный мусор, или "космический хлам", становится все более актуальной проблемой. НАСА отслеживает 27 000 фрагментов орбитального мусора размером больше теннисного мяча - от выброшенных ракет-носителей и частей старых космических аппаратов до инструментов и сброшенных мешков с мусором. К ним добавляется примерно миллион обломков размером больше лесного ореха и еще 330 миллионов размером от 1 мм до 1 см. Все эти объекты движутся со скоростью 25 000 км/ч, или 7 км/с. При такой скорости даже крошечные обломки могут нанести значительный ущерб.
Любые происходящие столкновения или взрывы только усугубляют существующую проблему. Когда в ноябре 2021 года Россия успешно испытала противоспутниковую ракету, та создала еще 1 500 единиц отслеживаемого мусора, а также сотни тысяч более мелких фрагментов. Сразу после этого члены экипажа Международной космической станции (МКС) были вынуждены укрыться в своих стыковочных капсулах на случай необходимости быстрой эвакуации со станции. С 1999 года МКС 25 раз приходилось уходить с пути космического мусора.
Эффект Кесслера
Что произойдет, если мы продолжим пополнять эту груду космического хлама? В 1978 году - когда космическая гонка была в самом разгаре - ученый НАСА по имени Дональд Кесслер (Donald Kessler ) предложил ответ. Он предположил, что, когда количество объектов на НОО достигнет критической точки, обломки, образовавшиеся в результате многочисленных столкновений, могут запустить цепную реакцию последующих разрушений. Кесслер утверждал, что в конечном итоге это приведет к образованию облака обломков, окружающего Землю, что сделает регион непригодным для дальнейшего использования и по сути непроходимым для последующих ракет и спутников.
Почему это проблема?
Самая большая угроза переполненности орбиты - это ущерб, который она может нанести действующим спутникам. Спутники на НОО используются для получения изображений, геодезической съемки и - все чаще - для связи. Эта область также становится всё более милитаризованной. Здесь размещаются спутники, используемые для наблюдения и связи на поле боя, а значит, любое столкновение может иметь непредсказуемые геополитические последствия.
Орбитальный мусор также представляет угрозу для полетов за пределы НОО. В настоящее время этот риск невелик, но, как и объем самого мусора, он растет. В самом худшем случае космический мусор может полностью закрыть нас от посторонних глаз и исключить возможность исследования нашей Солнечной системы в будущем (см. врезку).
Стандарты в помощь
В прошлом году страны Большой семерки взяли на себя обязательство решить растущую проблему космического мусора. В совместном заявлении лидеры заявили, что они "признают важность разработки общих стандартов, лучших практик и руководств, связанных с устойчивыми космическими операциями", и призвали организации, включая ИСО, помочь "сохранить космическую среду для будущих поколений".
Работа, проводимая ИСО в этой области - в частности, техническим комитетом ИСО/ТК 20, который занимается воздушными и космическими аппаратами - способствует двум основным направлениям: во-первых, уменьшению количества мусора, попадающего на орбиту, и, во-вторых, снижению рисков, связанных с растущей перегруженностью околоземного пространства космическими обломками.
Стандарт ISO 24113 фокусируется на первом из них. Он устанавливает требования к проектированию и эксплуатации всех космических аппаратов и ракет-носителей, выводимых на околоземную орбиту или проходящих через нее, чтобы они оставляли как можно меньше мусора как во время, так и после своего срока службы. Например, когда у спутника заканчивается топливо, он становится еще одним большим куском мусора. ISO 24113 требует, чтобы разработчики и производители спутников учитывали это - например, создавая такие спутники, которые можно либо дозаправить, либо снять с орбиты в конце срока службы, чтобы они безопасно сгорели в верхних слоях атмосферы.
Безопасное пространство
Стандарты также играют важную роль в снижении риска столкновений. НОО становится не просто более тесной, на сцену запуска предметов, генерирующих космический мусор, выходит всё больше игроков. Помимо мировых космических агентств, более десятка стран успешно запустили спутники, и все большее число частных компаний также борются за своё место в космическом пространстве. Для минимизации риска столкновений между космическими аппаратами и обеспечения безопасного пролета ракет, направляющихся на НОО или через нее, необходим стандартизированный протокол связи.
Стандарты играют важную роль в снижении риска столкновений.
Именно здесь на помощь приходит стандарт ISO 26900. Он определяет форматы сообщений, которые операторы космических аппаратов могут использовать для быстрой и четкой связи друг с другом - будь то обмен предполетными планами или своевременное предупреждение других операторов о потенциальных столкновениях, чтобы они успели отвести свои аппараты в сторону.
В прошлом году по всему миру было осуществлено рекордное количество орбитальных запусков - 145. Околоземное пространство будет становиться все более важным для коммерческих, научных и военных интересов стран и корпораций, и подобные стандарты - один из способов обеспечить то, чтобы, несмотря на растущую перегруженность и связанные с этим риски, у всех было пространство, необходимое для безопасной работы.