Ступень ракеты SpaceX врежется в Луну: напоминание о нерешенной проблеме космического мусора
5 августа ожидается, что отработавшая вторая ступень ракеты SpaceX Falcon 9 врежется в поверхность Луны.
После выполнения своей миссии по доставке двух беспилотных посадочных модулей на лунную поверхность верхняя ступень, использованная для преодоления гравитационного притяжения Земли, начала дрейфовать в глубоком космосе. Но гравитация начала тянуть её к лунной поверхности вблизи кратера Эйнштейна.
Хотя его столкновение не представляет никакой опасности для находящихся в настоящее время на лунной поверхности человеческих ресурсов, оно стало последним примером опасной реальности «космического мусора» на фоне стремления человечества к звездам.
Падающие небеса
Существует старая поговорка о том, что всё, что поднимается в воздух, должно опуститься, и это справедливо в отношении объектов, которые человек отправляет в космос.
Начиная с конца 1950-х годов, человечество работает над запуском все большего количества аппаратов за пределы земной атмосферы. В конечном итоге это означает, что все больше и больше грузов возвращается отправителю, поскольку космические аппараты завершают свои миссии и превращаются в космический мусор.
Но то, когда эти предметы попадают домой, сильно варьируется.
Во-первых, во время и после запуска часто остается космический мусор. Современные ракеты, такие как российский «Союз», китайские «Лун Марш-3» и «Лун Марш-5», а также «Атлас V» компании United Launch Alliance, имеют первую ступень, которая отламывается и падает на Землю с большой высоты.
Запуски с космодрома имени Кеннеди во Флориде и стартового комплекса Европейского космического агентства во Французской Гвиане на северо-востоке Южной Америки предоставляют относительно чистые участки океана в зоне запуска, где могут упасть обломки, но другие стартовые площадки не могут похвастаться такой роскошью.
Китай стремится извлечь выгоду из этой прибрежной зоны пусковых работ, открыв новый комплекс на острове Хайнань на юге страны. Однако большая часть его обозначенных зон пуска находится в спорных районах Южно-Китайского моря между коммунистическим режимом и Филиппинами.
Филиппинское космическое агентство сообщило о том, что на берега страны выбросило обломки ракеты.
Проблема безопасности также нашла отражение в США на примере компании SpaceX. Ее гигантский космический корабль Starship призван положить конец падению ступеней ракет благодаря внедрению 100-процентной многоразовости. Однако испытательный полет с побережья Мексиканского залива в Техасе завершился взрывом вскоре после запуска в 2025 году, в результате чего обломки упали на некоторые районы Флориды, Багамских островов, островов Теркс и Кайкос и другие части Карибского бассейна. По меньшей мере 240 рейсов были сорваны и перенаправлены из-за инцидента.
Коммунистический Китай также подвергся критике за безрассудное утилизацию верхней ступени ракеты «Жуцюэ-3». Объект весом 11 тонн четыре дня находился на орбите, выйдя из-под контроля. В конечном итоге он приводнился в Индийском или Тихом океане, но оставался серьезной проблемой на этапе падения, особенно для европейских стран, оказавшихся непосредственно под разрушающейся орбитой.
Орбитальные осколки
Этот фрагмент ракеты — далеко не первый случай, когда космический мусор, пережив вход в атмосферу, угрожал населенным районам.
Обломки ракет, а также целые спутники, зонды и космические станции постоянно встречают свою огненную судьбу, входя в атмосферу либо в результате естественного ухудшения орбит, либо в результате контролируемого спуска и утилизации.
Например, первоначально планировалось, что зонд НАСА Van Allen Probe A войдет в атмосферу в 2034 году. Однако интенсивные космические погодные явления, вызванные Солнцем, увеличили все еще существующее атмосферное сопротивление орбитального аппарата, что привело к значительному ускорению его движения. Он вошел в атмосферу над Тихим океаном 11 марта 2024 года.
Для всех космических аппаратов предпринимаются попытки обеспечить их полное сгорание в атмосфере или приводнение в океане или малонаселенных районах суши, таких как канадская тундра, Сибирь и австралийская глубинка. Но это не всегда так. Сообщения о случаях падения обломков на дома или имущество, а также о выбросе их на пляжи поступают со всего мира.
И опасность для деятельности человека представляют не только целые космические аппараты, вращающиеся вокруг планеты.
По данным Управления программы НАСА по борьбе с космическим мусором, известно, что вокруг Земли вращается более 25 000 объектов размером 10 сантиметров и более, которые отслеживаются американской сетью космического наблюдения. Однако количество более мелких объектов размером от 1 до 10 сантиметров оценивается примерно в 500 000, а частиц размером более 1 миллиметра — более чем в 100 миллионов.
Материалы размером всего в три сантиметра могут быть обнаружены наземными радиолокационными системами, а материалы размером менее одного миллиметра обнаруживаются в основном путем измерения следов удара на возвращающихся космических аппаратах.
Наибольшая концентрация космического мусора сосредоточена на высоте от 466 до 621 мили и представляет угрозу для объектов на низкой околоземной орбите, таких как Международная космическая станция.
Основными источниками космического мусора являются взрывы и столкновения космических аппаратов, такие как преднамеренное уничтожение Китаем метеорологического спутника Fengyun-1C в 2007 году и случайное столкновение американского спутника связи Iridium-33 с выведенным из эксплуатации российским космическим аппаратом Cosmos-2251 в 2009 году.
Обломки орбитальных снарядов, обнаруженные на высоте около 372 миль, предположительно упадут на Землю через несколько лет. Однако, по оценкам, объекты, найденные на высоте около 500 миль, будут оставаться в воздухе столетиями, а всё, что находится выше 620 миль, будет вращаться вокруг Земли 1000 лет и более.
По данным НАСА, на низкой околоземной орбите (ниже 2000 км) орбитальные осколки движутся со скоростью около пяти миль в секунду и могут поражать другие космические аппараты со скоростью удара, в 10 раз превышающей скорость пули.
Международная космическая станция считается самым защищенным космическим аппаратом из когда-либо запущенных, что снижает риск столкновений с объектами размером 1–10 сантиметров, а ежегодная необходимость изменения ее орбиты или положения для предотвращения столкновений на орбите остается редким явлением. Однако недостаточное понимание природы этих частиц и угроза столкновений, способных привести к завершению миссии, остаются высокими.
«Обломки космического мусора размером в миллиметр представляют собой наивысший риск проникновения в космические аппараты, работающие на низкой околоземной орбите, что может привести к завершению миссии», — говорится в недавнем документе Управления по борьбе с космическим мусором, подчеркивающем необходимость более тщательного наблюдения и отслеживания этих гораздо меньших по размеру фрагментов мусора.
«Вероятность некатастрофического, но приводящего к завершению миссии повреждения критически важных систем, вызванного частицами OD размером в миллиметр, на порядки выше, чем вероятность случайного столкновения с крупным отслеживаемым объектом», — добавляется в статье. «Кроме того, неисправное транспортное средство становится легкой мишенью в этой среде».
«Рано или поздно он может столкнуться с другими объектами, создав еще больше мусора, который еще больше загрязнит окружающую среду».
Американская сеть космического наблюдения (SNS) идентифицировала на орбите почти 35 000 объектов. Из них около 20 000 — космические аппараты, по сравнению с примерно 5 000 в 2020 году. Несмотря на значительный рост в текущем десятилетии, количество обломков ракет и мусора, связанного с миссиями, остается относительно низким, составляя менее 5 000 объектов, а количество фрагментов фактически уменьшается с пика в чуть менее 15 000 в 2022 году.
Соединенные Штаты предпринимают усилия по уменьшению количества космического мусора. НАСА, Министерство обороны, Федеральное управление гражданской авиации, Национальное управление океанических и атмосферных исследований и Федеральная комиссия связи вводят лицензионные требования, связанные с уменьшением количества космического мусора. Кроме того, федеральное правительство приняло Стандартные методы уменьшения количества космического мусора, разработанные правительством США, которые были обновлены в 2023 году.
НАСА также признает, что многие производители и операторы космических аппаратов и ракет осознают необходимость смягчения последствий увеличения количества космического мусора на орбите и добровольно придерживаются таких мер.
Однако, поскольку американские амбиции снова обращаются к Луне, возможно, потребуется очередное обновление политики в отношении космического мусора.
Космический мусор на Луну и за её пределы
После запуска построенной в Японии миссии iSpace Hakuto на Луну в 2025 году вторая ступень ракеты SpaceX Falcon 9 была утилизирована в дальнем космосе. Однако ожидалось, что она завершит свой путь к Луне, упав на поверхность около кратера Эйнштейна 5 августа на скорости 5400 миль в час, что станет последним из сотен случаев падения искусственных объектов на поверхность Луны.
Джулианна Шейман, директор программ NASA Science и Dragon в SpaceX, заявила на брифинге 3 августа, что SpaceX выполнила необходимые маневры для безопасной утилизации второй ступени в соответствии с действующими правилами и нормами. Однако природные явления в системе Земля-Луна-Солнце отбросили обломок ракеты обратно к Луне.
«По сути, сочетание солнечной активности и гравитационных сил направило его по траектории к Луне», — сказала она.
Проблема утилизации не нова; после миссии «Аполлон-8», первой пилотируемой миссии вокруг Луны, по сути, использовался одноразовый ускоритель, позволивший преодолеть земное притяжение на значительной части пути.
Но это происходит в то время, когда НАСА и его международные партнеры готовятся к запуску беспрецедентного количества роботизированных миссий к южному полюсу Луны в рамках подготовки к созданию постоянного пилотируемого поселения. Для такого наращивания потребуется использование одноразовых верхних ступеней, что, возможно, потребует очередного обновления систем защиты от космического мусора.
«Как учёный, я тоже очень рад этим наблюдениям», — добавил Шейман. «Но да, одна из вещей, над которой мы работаем в партнерстве с НАСА и другими соответствующими агентствами, — это вопрос: „Какой лучший способ утилизации высокоэнергетических аппаратов, находящихся в системе Солнце-Земля-Луна, в будущем?“ И да, мы очень этому рады».