Ученые НАСА называют орбиту нашей планеты гигантской космической помойкой и приводят в подтверждения своих слов это изображение, где желтыми точками изображен весь каталогизированный мусор, обращающийся вокруг Земли

Специалистов всего мира, причастных к изучению и освоению космоса, беспокоит не только текущее состояние ОКП, но и то, что нас ожидает в близком и далеком будущем. Если вникнуть в результаты исследований современного состояния засоренности близкого космоса, и без всяких моделей становится очевидным, что в будущем нельзя ожидать ничего обнадеживающего в этом плане.

Вдумайтесь в следующий факт. С начала космической эры (это более 50 лет) осуществлено более 4700 запусков ИСЗ, и только 10 из них породили одну треть каталога КО. Самое неприятное, что из этой десятки 6 приходятся на последние 10 лет. И это несмотря на постоянные призывы ученых ограничить дальнейшее засорение космоса.

С 1960 г. число каталогизированных КО возрастало почти линейно со средним темпом 220 в год. Так продолжалось до 2007 и 2009 гг., когда случились два события — испытание китайского АСАТа на высоте 850 км и столкновение КА «Иридиум-33» и «Космос-2251», в результате которых каталог пополнился сразу на 5000 новых КО.

Без очищающего действия атмосферы рост популяции КМ был бы еще более впечатляющим. Баланс между процессами образования нового КМ и «поглощения» его атмосферой определяет масштабы и распределение будущей популяции КМ. Этот баланс сильно меняется с высотой орбит. На высотах менее 500 км не стоит ожидать быстрого роста количества КО, а на пиках 11-летних солнечных циклов убыль каталогизированных объектов превышает их прирост. На больших высотах и некоторых высокоэллиптических орбитах попавшие туда КО могут оставаться десятки, тысячи и даже миллионы лет, практически наблюдается только приток КМ.

В США, России, ЕКА, Японии еще с 1980-х гг. начали разрабатывать модели для предсказания изменения состояния засоренности космоса. Эти модели постоянно совершенствуются, и, хотя все они построены при множестве различных допущений (у каждой свои), они, в общем, выполняют схожие операции для предсказания будущих популяций. Для каждого высотного диапазона рассчитывается начальная популяция на основе измерений или моделей текущей популяции. Затем орбиты начальной популяции прогнозируются с использованием детерминированных или статистических методов. При этом некоторые КО удаляются из каждой высотной популяции, другие вводятся (как результат действия возмущающих сил). Как дополнительная вероятность изменения состава популяции учитывается прогноз запуска новых ИСЗ, возможных взрывов и столкновений КО. Если по прогнозу имеет место столкновение или взрыв, включается другая модель — столкновения или взрыва — для оценки последствий. Затем вся процедура повторяется, причем выходные данные первой итерации используются как начальные для второй (т. е. на следующий интервал времени).

Эти модели полезны для прогноза популяции крупного и, в меньшей степени, среднеразмерного КМ. Что касается мелкого, то из-за скудности реальных сведений о его количестве и распределении в пространстве, чрезвычайно трудно оценить текущую популяцию и тем более будущую. Тем не менее, с определенной уверенностью можно утверждать, что:

• количество мелких КО, образующихся в результате разрушений будет увеличиваться с ростом числа столкновений, поскольку при этом образуется огромное количество мелких осколков, что показано и теоретически, и в лабораторных тестах [Potter, 1993];

• количество очень малых частиц на орбитах (таких как мельчайшие фрагменты разрушений, продукты работы твердотопливных двигателей и возрастной деградации поверхностей КО) может быстро и заметно изменяться под сильным влиянием возмущающих сил, так что их популяция в любой момент времени будет очень сильно зависеть от КМ, произведенного за самые последние годы, может быть даже 1_2 года.

На рис. 1 [Liou, 2010] показан полученный с помощью модели LEGEND прогноз техногенной засоренности ОКП на ближайшие 100 лет для нескольких сценариев освоения космоса.

Рис. 1. Прогноз роста количества столкновений крупных НОКО (крупнее 10 см), усредненный по 100 прогонам модели НАСА LEGEND

Верхняя кривая предсказывает резкое увеличение частоты столкновений в случае, если не предпринимать никаких мер по предотвращению засорения ОКП (сценарий 1). Средняя — рост числа столкновений для сценария, в котором 90 % отработавших КА будут удаляться с рабочих орбит (сценарий 2). Нижняя — асимптотически линейный рост числа столкновений при условии полного отказа от дальнейших запусков ИСЗ (сценарий 3). Нелинейный отрезок кривой (сплошной) до 2010 г. — дань накопленному влиянию запусков в предшествующий период. Последняя кривая красноречиво говорит, что, если даже человечество сейчас полностью откажется от космической деятельности, ОКП продолжит засоряться из-за столкновений крупных КО с КМ, причем количество последних продолжит свой рост, по крайней мере, в ближайшие 100 лет.

Рис. 2. Прогноз количества катастрофических столкновений на 200 лет для различных сценариев продолжения освоения космоса

Интересно сравнить представленные на рис. 2 результаты работы той же модели LEGEND (также усредненные по 100 прогонам) для трех других сценариев [Liou, 2011a], в которых регулярные запуски продолжатся, но вместе с тем будут предприниматься довольно жесткие меры по сдерживанию дальнейшего засорения ОКП. Сценарий 4 — на фоне регулярных запусков 90 % отработавших КА уводятся на орбиты захоронения.

Сценарий 5 — кроме мер сценария 4, начиная с 2020 г., ежегодно по два крупных «мертвых» КА принудительно удаляются с орбит. Сценарий 6 — от пятого отличается только тем, что не два, а пять КО принудительно уводятся с орбит. Три верхние кривые учитывают все столкновения, а три нижние (сценарии 7, 8, 9, соответственно) отражают (для тех же сценариев) только катастрофические столкновения (при столкновении на 1 г массы приходится 40 Дж энергии).

Расшифровку всех приведенных в статье условных сокращений смотреть здесь: «Исследование ближнего космоса: условные сокращения».