На орбите Земли летает огромное количество космического мусора, оставшееся от предыдущих запусков ракет, а также отработавших своё спутников. Если с этим ничего не делать, однажды это может закрыть дорогу в космос. В США регулятор уже ввёл правила по обязательному своду с орбиты первых ступеней ракет, а на днях опубликовал черновик правил для утилизации верхних ступеней.

Источник изображения: NASA

Как предлагает Федеральное агентство гражданской авиации США, которое также выдаёт лицензии на космические полёты, операторам космических пусков с его лицензией необходимо будет утилизировать верхние ступени ракет одним из пяти возможных способов: контролируемо спустить в атмосферу, перевести на орбиту захоронения, отправить подальше от Земли, в течение 5 лет организовать последующую охоту, захват и утилизацию ступени самостоятельно или по контракту или обеспечить неконтролируемый сход ступени с орбиты.

В последнем случае операторам даётся 25 лет на планирование схода, но эти сроки могут быть пересмотрены в сторону сокращения до 5 лет, поскольку проблема космического мусора становится всё острее и острее, а компоненты ракеты никто не изготавливает с прицелом на длительную эксплуатацию. Так, допустимое условно низкое качество компонентов ракет может привести к быстрому разрушению верхних ступеней, а это лишь умножит космический мусор.

Черновик предложений FAA подлежит 90-дневному публичному обсуждению. После этого регулятор сделает обязательными те или иные действия по новым правилам утилизации верхних ступеней ракет-носителей.

По состоянию на июль 2023 года, сообщил регулятор, количество орбитальных объектов размером 10 см и более достигает 23 000. Объектов размерами от 1 до 10 см на орбите находится около 500 тыс. и там более 100 млн объектов размерами от 1 до 10 мм.

Японская компания Astroscale Japan провела 7 сентября встречу с прессой, на которой продемонстрировала космический аппарат ADRAS-J (Active Debris Removal by Astroscale-Japan), предназначенный для использования в операциях по удалению космического мусора с орбиты Земли. Его демонстрационный запуск с космодрома в Новой Зеландии должен состояться в конце этого финансового года.

Источник изображений: Mainichi/In Tanaka

Размеры спутника составляют 0,8 × 0,8 × 1,2 м, вес — 150 кг. После запуска на орбиту он должен приблизиться на расстояние до нескольких десятков метров к останкам верхней секции ракеты-носителя H-IIA № 15, которая была запущена Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA) в 2009 году и в настоящее время перемещается вокруг Земли со скоростью около 8 км/с.

ADRAS-J оснащён несколькими мощными камерами и лазерными дальномерами, которые позволят точно определить положение и движение космического мусора и безопасно приблизиться к ним. Однако убирать фрагменты мусора спутник не будет, он лишь отработает технологию точного сближения. Но компания уже разрабатывает и систему для очистки орбиты.

Astroscale Japan занимается разработкой технологии удаления космического мусора, включая останки ракет и спутников, срок эксплуатации которых истёк. В будущем компания планирует разработать технологию захвата обломков космического мусора с помощью роботизированной руки и отправки их в атмосферу Земли, где они сгорят.

«Проблема космического мусора — это неотложная проблема. Мы надеемся, что эта техническая демонстрация приблизит нас к её решению», — заявил Эйджиро Атараси (Eijiro Atarashi), руководитель проекта в Astroscale Japan.

Компания TransAstra заключила с NASA контракт на $850 тыс. на создание прототипа мешка для улавливания на орбите космического мусора. В планах разработчика продвинуться намного дальше сбора и сжигания мусора в атмосфере Земли. Вместе с компанией ThinkOrbital он планирует создать на орбите заводской комплекс по ремонту и переработке собранного мусора во что-нибудь полезное.

Выгрузка мусора из мешка на орбитальную платформу для переработки. Источник изображения: TransAstra / ThinkOrbital

Строго говоря, мешок для сбора космического мусора придумали в NASA. Сделано это было в рамках программы Asteroid Redirect Mission по доставке околоземного астероида на орбиту Луны для изучения. В NASA разработали два варианта захватов: с помощью мешка с надувными рёбрами жёсткости для придания ему объёмной формы, и с помощью жёстких манипуляторов ферменного типа. Компания TransAstra взялась за деньги NASA развить идею надувного мешка до наземного демонстрационного прототипа и, если всё пройдёт хорошо, возможно доведёт проект до испытаний в космосе.

Демонстратор мешка, созданный в 2021 году

Небольшие по объёму мешки помогут собирать кубсаты, а большие будут способны захватить обломок ракеты массой до 50 тыс. т. Сбор космического мусора мешками упростит задачу по очистке орбиты от смертельно опасного хлама. Захват в мешок не потребует особой коррекции орбит и точных манёвров на сближение с останками кораблей. Всё что нужно, это двигаться горловиной мешка как сачком в сторону мусора. Наконец, мешок можно перемещать вслед за сборщиком мусора до тех пор, пока он не наполнится, вместо расходного с точки зрения потребления топлива свода мусора с орбиты для каждого пойманного фрагмента.

В сотрудничестве с компанией ThinkOrbital идея собирать космический мусор в мешок заиграла новыми красками. Компания ThinkOrbital мечтает построить на орбите заводской комплекс по вторичной переработке мусора на месте. По расчётам компании, хранение и повторное использование космического оборудования позволит в шесть раз снизить затраты по сравнению с транспортировкой отдельных объектов на достаточно низкую высоту для быстрого возвращения в атмосферу Земли. Кроме того, при повторном использовании на 82 % снижаются затраты на топливо и на 40 % сокращается время, необходимое для уборки обломков.

Корабль «Рабочая пчела» в работе

Для сбора космического мусора в надувные мешки планируется создать корабль-уборщик TransAstra Worker Bee. «Рабочая пчела» будет собирать мусор и доставлять его на платформу ThinkPlatform. Планируемый диаметр платформы составит 37 м, а объём — 4 тыс. м³. Оборудование платформы будет диагностировать, ремонтировать или утилизировать собранный мусор.

«Данное исследование показывает, что мы можем и должны творчески переосмыслить подход к устранению обломков, — заявил Ли Розен, соучредитель ThinkOrbital и полковник ВВС США в отставке. — Это важно не только для развития космических исследований и индустриализации, но и для нашей национальной обороны».

В 2026 году Европейское космическое агентство (ЕКА) планировало запустить миссию ClearSpace-1, в рамках которой с орбиты собирались свести оставшийся там фрагмент ракеты Arianespace Vega, запущенной ещё в 2013 году. Но возле этого фрагмента внезапно возникло новое скопление обломков космического мусора, сообщили в 18-й эскадрилье космической обороны Космических сил США, которая отслеживает движение спутников.

Источник изображения: esa.int

Конический объект VESPA (VEga Secondary Payload Adapter) — это адаптер полезной нагрузки, соединявший космический корабль с ракетой-носителем. Объект диаметром около 2 м и массой около 113 кг остался от ракеты Vega, которая в 2013 году стартовала с космодрома Куру во Французской Гвиане и помогла вывести на орбиту спутники Proba-V, VNREDSat-1 и ESTCube-1. О новом скоплении космического мусора возле адаптера ЕКА сообщили 10 августа — оно, вероятно образовалось из-за «сверхскоростного удара небольшого неотслеживаемого объекта». Этот объект не был зафиксирован системами слежения, и мы уже, вероятно, никогда не узнаем, был он искусственным или имел естественное происхождение.

«Этот инцидент с фрагментацией подчёркивает актуальность миссии ClearSpace-1. Самая значительная угроза, которую представляют крупные объекты космического мусора, состоит в том, что они распадаются на скопления более мелких объектов, каждый из которых может нанести значительный ущерб действующим спутникам», — заявили в ЕКА. Дальнейшее наблюдение Космическими силами США, а также станциями в Германии и Польше показало, что «основной объект остался нетронутым, и его орбита значительных изменений не претерпела», а вероятность повторного столкновения оценивается как «незначительная».

Миссия по удалению космического мусора реализуется швейцарским стартапом ClearSpace. Аппарат ClearSpace-1 должен отправиться на орбиту на лёгкой ракете Arianespace Vega-C. Предполагается, что он сблизится с VESPA, произведёт его захват и сведёт с орбиты — сейчас адаптер находится на высоте 660 км. На данный момент неизвестно, насколько сильно новое скопление мусора повлияет на реализацию миссии, но точно можно сказать, что оно её не облегчит.

На зачистку орбиты космического мусора потребуется время. За 70 лет освоения космоса на околоземное орбите скопились 36 500 объектов размером более 10 см, подсчитали в ЕКА. Если добавить к ним объекты размером от 1 мм, то их число вырастет до невероятных 330 млн.

Российский оптико-электронный комплекс обнаружения и измерения параметров движения космического мусора начал функционировать в Хартебистхуке на территории управления полётами Южно-Африканского национального космического агентства (SANSA). В церемонии открытия комплекса принял участие глава «Роскосмоса» Юрий Борисов. Сообщение об этом опубликовано в Telegram-канале госкорпорации.

Источник изображения: «Роскосмос»

Юрий Борисов напомнил, что шесть лет назад был реализован проект по размещению квантово-оптической станции с беззапросной измерительной системой, которая помогла значительно повысить точность навигационных сигналов спутниковой системы «Глонасс». В ходе церемонии открытия господин Борисов заявил, что взрывной рост участников космической деятельности и быстрое увеличение количества спутников на орбите приводит к росту угроз столкновения. Он подчеркнул важность расширения сети станций мониторинга космического пространства. Глава «Роскосмоса» также выразил надежду на то, что новый комплекс не станет последним совместным проектом двух стран и сотрудничество России и ЮАР будет динамично развиваться в будущем.

В сообщении «Роскосмоса» сказано, что в прошлом году российские системы мониторинга околоземного пространства выявили свыше 600 нарушений четырёхкилометровой зоны безопасности Международной космической станции, а также более 16 тыс. случаев опасных прохождений объектов космического мусора вблизи сопровождаемых спутников. Поэтому для повышения безопасности и устойчивости космической деятельности необходимо продолжать работу по расширению сети станций мониторинга околоземного пространства.