[Перевод] Как решить проблему космического мусора? Стратегия открытого океана
На нашей орбите сегодня еще хуже, это проекция 2011 года
Американское астрономическое общество предполагает, что благодаря развитию спутниковых мегасозвездий, таких как OneWeb и Starlink от SpaceX, к 2030 году мы увидим более 100 000 спутников на орбите Земли. Но эксперты призывают к созданию более эффективных правил управления космическим движением. Иначе нас всех ждет так называемый «гигантский барьер» из миллионов мелких обломков в орбите, который сделает дальнейшее освоение космоса невозможным, и навсегда запрет нас на Земле.
По состоянию на 2019 год Сеть космического наблюдения США сообщала о 20 000 искусственных объектов в орбите над Землей. Включая 2218 действующих спутников. Однако это только те объекты, которые являются достаточно большими, чтобы мы могли их отследить. При этом на орбите уже находится больше 128 млн (!) обломков с диаметром меньше 1 см. Около 900 000 обломков размером 1–10 см и около 34 000 обломков размером более 10 см.
Столкновения с обломками стали опасностью для космических кораблей. Мельчайшие объекты вызывают повреждения, похожие на обработку металла пескоструйкой. Это особенно вредно для солнечных панелей и оптики, которые не могут быть защищены баллистическим щитом. Уже сейчас МКС приходится маневрировать, чтобы избегать столкновений — хотя от мелких частиц её защищает щит Уиппла.
Иридиум-33 и Космос-2251
Опасность космического мусора — в каскадном эффекте. Столкновение двух объектов приводит к возникновению большого количества новых осколков. Которые в свою очередь могут столкнуться с другим мусором, продолжая цепную реакцию. Такой эффект домино называется синдромом Кесслера — по фамилии ученого НАСА, который впервые описал этот сценарий в 1978 году.
Такой эффект может привести к катастрофическому росту количества объектов орбитального мусора, и сделать безопасный запуск новых спутников (а тем более ракет) невозможным. По моделям НАСА, на низкой околоземной орбите (200—2000 км) уже с 2007 года было достаточно крупного мусора и спутников для начала синдрома. Согласно расчётам, в среднем каждые пять лет теперь будут происходить крупные столкновения, а количество мусора будет удваиваться, даже если полностью прекратить новые космические запуски. По мнению многих ученых, каскадный эффект уже начался.
В 2009-м произошло первое в истории столкновение спутников: российский военный спутник связи «Космос-2251» столкнулся с американским спутником Iridium 33 в небе над севером Сибири. В результате столкновения орбита пополнилась сразу 5000 объектов диаметром больше 10 сантиметров. В марте 2021 года — новое крупное столкновение: китайский метеоспутник столкнулся с обломком российской ракеты-носителя, запускавшей спутник «Целина-2» в 1996-м.
Облака обломков в орбите спустя десять минут и спустя три часа после столкновения спутников
Одна из главных проблем — страны и компании просто не знают, где находятся чужие спутники и другие объекты. Особенно если они уже перестали работать и отправлять сигнал. Делиться имеющейся информацией друг с другом тоже хотят не все и не всегда: часть спутников используются военными для своих целей.
При этом проблема имеет международный, глобальный характер. Нет засорения околоземного космического пространства в районе одной страны, есть засорение космического пространства Земли, одинаково негативно влияющее на все страны. И в данном случае — это минус. Как и в случае с глобальным потеплением, ни у одной отдельной страны нет стимула вкладываться и решать проблемы всех остальных. Тем более основная часть космического мусора пришла из России (37%) и Китая (28%).
MIT Technology Review провела интервью с Рут Стилвелл, главой Aerospace Policy Solutions, консультирующей НАСА, Space X и других по поводу интеграции космических операций в гражданское воздушное пространство. О том, как (в реальности) можно помочь ситуации, и что сделать, чтобы космос для нас не закрылся. По словам Рут, единственный способ, который нам остался, — обратиться к морским законам, разработанным на протяжении сотен лет. И позволить им определять, как должны вести себя спутники, космические суда и другие управляемые объекты на нашей орбите.
Для начала, если существует вероятность столкновения двух объектов, каков общий процесс предотвращения катастрофы? Можете дать краткое описание?
18-я эскадрилья командования космических сил США постоянно наблюдает за небом и каждые восемь часов моделирует ситуацию. Если они обнаруживают, что крупные объекты будут проходить слишком близко друг к другу, они отправляют предупреждение компании — владельцу спутника. Владелец потом решает, что ему делать с этой информацией. Естественно, чаще всего он не хочет потерять дорогой аппарат. А 18-я эскадрилья продолжает следить за происходящим.
На самом деле всё это очень сложно. Проекция того, где что-то находится в космосе, сильно варьируется в зависимости от объекта, его формы, того, что находится вокруг него, атмосферных явлений и прочего. Если одна из компаний-операторов перемещает свой объект, это тоже внезапно радикально меняет прогнозы.
Это выглядит примерно так
Система пока работает, но проблем много. Что делать со спутниками тех компаний, которые обанкротились? Что делать, скажем, если какая-то фирма из далекой страны ставит под угрозу всех остальных?
Воздушным движением управляют авиадиспетчеры. И самолеты в воздухе, вроде бы, сталкиваются редко, несмотря на их количество. Возможно, похожая система смогла бы работать и для управления космическим пространством?
На самом деле, если речь идет о предотвращении столкновений, это неподходящая модель. Дело в том, что всё международное воздушное пространство разделено на территории государств. Которые обязаны следить за воздушным движением у себя на территории. Так, например, США контролируют 13 млн км2 внутреннего воздушного пространства и 63 млн км2 международного воздушного пространства. Они единственные могут управлять воздушным движением в этом пространстве по решению ИКАО [Международной организации гражданской авиации].
А если какая-то страна не обладает достаточными ресурсами — ничего страшного. В крайнем случае, можно её облетать.
В космосе нет ничего подобного. Нет разделения на четкие территории, за каждой из которых закреплен кто-то ответственный.
Где еще такого нет? В открытом море!
Что там есть — это совокупность правил поведения. И четкое понимание, кто в итоге несет ответственность. Компания, фрахтующая судно, и государство, под флагом которого оно находится.
Нет органа управления открытым морем, который мог бы сказать, можете вы находиться здесь или нет. Каждый имеет доступ к этому общему ресурсу. Принципы свободы на море включают свободу судоходства, свободу прохода, свободу прокладки кабелей, свободу рыбной ловли. В рамках морских соглашений существует свобода ведения коммерческой деятельности. Это отличается от воздушного пространства, которое исторически служит только транспортной зоной.
Орбита, как и открытое море, тоже предназначена не только для транспортировки людей и товаров. Это сфера активной коммерческой деятельности: телекоммуникации, дистанционное зондирование и так далее.
Морское право тоже помогает предотвращать столкновения в открытом море. Есть четкие алгоритмы для любой ситуации, определяющие, что должно произойти, если два судна идут на столкновение. Они могут, не связываясь друг с другом, понять, как им нужно маневрировать. Космосу такой свод правил нужен обязательно, и чем скорее — тем лучше. Сейчас две компании (или страны), получая сообщение о предстоящем столкновении, решают каждый случай индивидуально. И легко может выйти так, что они обе выберут одинаковый курс.
Есть очень четкие параллели между открытым морем и космической сферой. А если брать авиационную модель, то здесь мы будто пытаемся вставить квадратный болт в круглое отверстие.
Есть ли аргументы против идеи использовать морское право в качестве источника для создания общих космических законов? Куда движется общий консенсус?
Космические правила — это очень сложно. Тут стоит и дипломатический вопрос, и экономический вопрос. И, главное, вопрос безопасности для каждой отдельной страны.
Было бы легко передать управление космическим движением одному регулирующему органу. Например, той же 18-й космической эскадрилье США, которая сейчас предоставляет эти услуги бесплатно. Но есть страны, которые относятся к такой идее с подозрением. Те же Россия, Китай — вряд ли будут в восторге. И, конечно, есть проблема передачи секретных данных. Если положение вашего военного спутника зависит от решений органа из США — это большая проблема.
Если бы существовала одна доверенная глобальная организация, то, конечно, мы могли бы это сделать. Но нет никого, кому бы доверяли все. И даже если создать такую организацию, страна, которая получит в ней приоритет, сможет диктовать свои правила всем остальным.
Таким образом, путь дальше состоит в том, чтобы создать способ, позволяющий делиться информацией и гарантирующий, что ей можно доверять. Например, я работаю над проектом, в котором мы используем блокчейн. По характеру блокчейна вы можете определить, кто ввел информацию, и подтвердить его. Плюс информация не может быть изменена третьей стороной. Возможно, это то, к чему нам придется прийти.
Космос часто описывают как новый Дикий Запад — беззаконный и нерегулируемый. Как вообще можно создать законы для регулирования космического движения, если мы никогда раньше ни с чем подобным не сталкивались?
Я бы сказала, что космос — это не Дикий Запад. В Договоре о космосе, подписанном в 1967-м США, СССР и Британией, говорится, что государства обязываются осуществлять наблюдение за объектами, которые они запускают из своих стран. То есть, полного беззакония тут нет. Просто мы пока не пришли к единому мнению, как потом делиться этими данными, и с какой целью их можно использовать.
Авария между «Космосом» и Iridium стала тревожным сигналом. Те, кто следил за этим, поняли, что нужно что-то менять. Началась разработка технологий для утилизации больших объектов на орбите. И развитие коммерческих средств отслеживания — чтобы мы могли получать более детальную информацию о том, что происходит в ближайшем космосе.
Например, появилась компания LeoLabs, которая планирует установить шесть наземных радаров для отслеживания кусков космического мусора размером до 2 сантиметров.
Появился стартап NorthStar Earth and Space, планирующий запустить в космос свои спутники для мониторинга ситуации. В 2018-м он собрал на это более $38 млн.
Теперь мы получаем больше предупреждений о потенциальном столкновении между двумя спутниками. Что является решаемой проблемой, если они способы маневрировать, и у нас есть набор правил. Остается самое сложное — приступить к достижению этих договоренностей. Надеюсь, что капитализм станет для всех достаточно мощным мотиватором. Люди видят для себя больше экономических возможностей на орбите, и должны появиться законы, как-то регулирующие это пространство.
