MIT Technology Review объясняет: позвольте нашим авторам разобраться в сложном и запутанном мире технологий, чтобы помочь вам понять, что будет дальше. Подробнее об этой серии можно прочитать здесь.
В середине октября загадочный объект разбил лобовое стекло переполненного Boeing 737, летевшего на высоте 10 000 метров над штатом Юта, вынудив пилотов совершить аварийную посадку. Интернет внезапно загудел от предположения, что самолёт столкнулся с космическим мусором. Мы до сих пор точно не знаем, что именно попало в самолёт — вероятно, обломок метеозонда, — но, как оказалось, эти предположения были не такими уж и надуманными.
Это связано с тем, что риск столкновения самолетов с космическим мусором все еще невелик, но на самом деле он растет.
По оценкам Европейского космического агентства, ежедневно в атмосферу Земли попадает около трёх единиц старого космического оборудования — отработавших ракет и вышедших из строя спутников. К середине 2030-х годов их может быть несколько десятков. Рост числа таких случаев связан с ростом числа спутников на орбите. В настоящее время вокруг планеты вращается около 12 900 действующих спутников. По оценкам аналитиков, через десятилетие их может быть 100 000.
Чтобы минимизировать риск орбитальных столкновений, операторы направляют старые спутники на сгорание в атмосфере Земли. Однако физика процесса входа в плотные слои атмосферы изучена недостаточно, и мы не знаем, сколько материала сгорает, а сколько достигает Земли.
«Число таких случаев падения астероидов на сушу растёт», — говорит Ричард Окайя, профессор физики в Университете Фри-Стейт в Южной Африке и соавтор недавней статьи о риске космического мусора. «Мы ожидаем, что в ближайшие несколько лет их число может увеличиться в геометрической прогрессии».
До сих пор космический мусор никому не навредил — ни в воздухе, ни на земле. Однако в последние годы сообщалось о нескольких опасных ситуациях. В марте прошлого года кусок металла весом 0,7 килограмма пробил крышу дома во Флориде. Позже было подтверждено, что объект представлял собой остатки поддона с аккумуляторной батареей, выброшенного с Международной космической станции. В момент столкновения 19-летний сын домовладельца отдыхал в соседней комнате.
Связанная история
А в феврале этого года полутораметровый фрагмент ракеты SpaceX Falcon 9 упал недалеко от склада недалеко от Познани, пятого по величине города Польши. Ещё один фрагмент был найден в близлежащем лесу. Месяц спустя 2,5-килограммовый фрагмент спутника Starlink упал на ферму в канадской провинции Саскачеван. Сообщалось о других инцидентах в Австралии и Африке. И многие другие, возможно, останутся совершенно незамеченными.
«Если вы найдёте где-нибудь в лесу кучу сгоревшей электроники, ваша первая мысль будет не о том, что это часть космического корабля», — говорит Джеймс Бек, директор британской исследовательской компании Belstead Research, занимающейся космической инженерией. Он предупреждает, что мы не до конца понимаем риск столкновений с космическим мусором, и он может быть гораздо выше, чем пытаются нам внушить операторы спутников.
Например, компания SpaceX, владелец крупнейшей на данный момент мегагруппировки Starlink, утверждает, что ее спутники «разработаны на уничтожение» и полностью сгорают, когда они сходят с орбиты и падают в атмосферу.
Однако Бек, проведший множество испытаний в аэродинамической трубе с использованием макетов спутников для имитации атмосферных воздействий, говорит, что результаты таких экспериментов вызывают сомнения. Некоторые компоненты спутников изготовлены из прочных материалов, таких как титан и специальные композитные сплавы, которые не плавятся даже при экстремально высоких температурах, возникающих при гиперзвуковом спуске в атмосфере.
Связанная история
«Мы работали с некоторыми производителями малых спутников, и, по сути, их главная проблема заключалась в том, что баки опускались», — говорит Бек. «Для более крупных спутников, около 800 килограммов, мы ожидаем, что приземлятся, возможно, два-три объекта».
Количественная оценка опасности космического мусора может быть сложной. Международная организация гражданской авиации (ИКАО) сообщила журналу MIT Technology Review, что «быстрый рост числа развёртываний спутников создаёт новую проблему» для безопасности полётов, которую «невозможно количественно оценить с той же точностью, что и более известные угрозы».
Однако Федеральное управление гражданской авиации США подсчитало некоторые предварительные цифры риска для полётов: в анализе за 2023 год агентство подсчитало, что к 2035 году вероятность того, что один самолёт в год столкнётся с космическим мусором, составит около 7 из 10 000. Столкновение либо мгновенно разрушит самолёт, либо приведёт к быстрой разгерметизации, что поставит под угрозу жизни всех находящихся на борту.
Риск жертв среди людей на Земле будет значительно выше. Аарон Боли, доцент кафедры астрономии и исследователь космического мусора в Университете Британской Колумбии (Канада), утверждает, что если мегаконсолиции спутников «не выйдут из строя полностью», риск гибели или травмы одного человека в результате столкновения с космическим мусором на Земле может достичь примерно 10% в год к 2035 году. Это означает, что вероятность того, что кто-то на Земле будет сталкиваться с космическим мусором примерно раз в десять лет, выше, чем 10%. В своём отчёте Федеральное управление гражданской авиации (FAA) ещё больше повышает эту вероятность, исходя из схожих предположений, оценивая, что «каждые два года на планете будет, как ожидается, получать травмы или погибать один человек».
Эксперты начинают думать о том, как включить космический мусор в свои процессы обеспечения безопасности полетов. Например, немецкая компания Okapi Orbits, занимающаяся космической ситуационной осведомленностью, в сотрудничестве с Германским центром авиации и космонавтики и Европейской организацией по безопасности воздушной навигации (Евроконтроль) изучает способы адаптации систем управления воздушным движением, чтобы пилоты и авиадиспетчеры могли получать своевременные и точные оповещения об угрозах, связанных с космическим мусором.
Однако прогнозирование траектории космического мусора также представляет собой сложную задачу. В последние годы достижения в области искусственного интеллекта помогли улучшить прогнозирование траекторий космических объектов в безвоздушном пространстве, потенциально снижая риск орбитальных столкновений. Однако пока эти алгоритмы не могут должным образом учитывать влияние постепенно уплотняющейся атмосферы, с которой космический мусор сталкивается при входе в атмосферу. Радиолокационные и телескопические наблюдения могут помочь, но точное место столкновения становится известно лишь в очень короткие сроки.
Связанная история
«Даже при использовании высокоточных моделей учитывается так много переменных, что точно определить место падения сложно», — говорит Ньорд Эгген, аналитик данных из Okapi Orbits. Он отмечает, что космический мусор обращается вокруг планеты каждые полтора часа на низкой околоземной орбите, «поэтому даже если есть неопределённость порядка 10 минут, это будет иметь серьёзные последствия для места возможного падения».
Для авиационных компаний проблема заключается не только в потенциальной забастовке, какой бы катастрофической она ни была. Чтобы избежать аварий, власти, вероятно, временно закроют воздушное пространство в регионах риска, что создаёт задержки и требует финансовых затрат. Ранее в этом году Боули и его коллеги опубликовали статью, в которой подсчитали, что в загруженных аэрокосмических регионах, таких как Северная Европа или северо-восток США, вероятность хотя бы одного сбоя из-за возвращения крупного космического мусора в атмосферу уже составляет около 26% в год. К тому времени, как все запланированные группировки будут полностью развернуты, закрытия аэрокосмической деятельности из-за космического мусора могут стать почти такими же частыми, как и из-за непогоды.
Поскольку текущие прогнозы возвращения в атмосферу ненадежны, многие из этих закрытий могут оказаться ненужными.
Например, когда в 2022 году на Землю падала китайская мегаракета «Чанчжэн» весом 21 тонна, прогнозы предполагали, что её обломки могут разлететься по всей территории Испании и некоторых районов Франции. В итоге ракета упала в Тихий океан. Однако 30-минутное закрытие воздушного пространства Южной Европы привело к задержке и изменению маршрутов сотен рейсов.
Тем временем международные регулирующие органы настоятельно призывают операторов спутников и поставщиков услуг по запускам по возможности контролировать вывод с орбиты крупных спутников и корпусов ракет, осторожно направляя их в отдаленные районы океана с использованием остаточного топлива.
По оценкам Европейского космического агентства, лишь около половины корпусов ракет, входящих в атмосферу, делают это контролируемым образом.
Более того, около 2300 старых и больше не управляемых корпусов ракет все еще остаются на орбите, медленно приближаясь к Земле по спирали, и у операторов нет механизмов, которые могли бы безопасно направить их в океан.
«Там наверху достаточно материала, так что даже если мы изменим наши методы, все эти ракетные корпуса в конечном итоге всё равно вернутся в атмосферу», — говорит Боули. «Хотя вероятность столкновения космического мусора с самолётом невелика, вероятность того, что обломки разлетятся и упадут в загруженном воздушном пространстве, не мала. На самом деле, это вполне вероятно».
Источник: www.technologyreview.com
