Научно-популярный журнал, издается с 1926 года

О космическом мусоре и астероидах

О космическом мусоре и астероидах

Космонавтика – это не только исследования далекого космоса, открывающие главные тайны Вселенной, это и выявление опасностей, грозящих Земле. О наблюдениях за спутниками, проблемах с космическим мусором и астероидной опасности рассказывает Лидия Васильевна Рыхлова, доктор физ.-мат. наук, заведующая отделом космической астрометрии Института астрономии РАН.

Часть 1. Спутники и космический мусор

«ЗНАНИЕ-СИЛА»: Лидия Васильевна, как начались в нашей стране наблюдения за околоземным пространством и ближним космосом?

Рыхлова Л.Н.: В начале 1957 года вышло Постановление правительства СССР об организации сети станций наблюдения за искусственными спутниками Земли. Это Постановление было адресовано Академии наук СССР, которая поручила выполнение этой задачи Астрономическому Совету, созданному в декабре 1936 года для координации всех ведущихся в Советском Союзе астрономических работ. Астрономический Совет АН ССР, который позже был преобразован в Институт астрономии, взялся за организацию такой сети станций наблюдений. Пост заместителя председателя Астрономического Совета в то время занимала профессор Алла Генриховна Масевич, по профессии астрофизик и, в общем, мало что знала о спутниках. Правда, тогда никто ничего не знал о спутниках – их просто не было. Привыкли наблюдать звёзды, которые практически неподвижны на небе, а тут что за объект? Никто не знал. Тем не менее, к началу октября 1957-го года на территории Советского Союза и в странах Восточной Европы было организовано больше 60-ти станций наблюдений на базе академических и ВУЗовских институтов, в астрономических обсерваториях. Появилась сеть станций протяженностью от Ужгорода до Якутска и от Архангельска до Еревана. В Европе готовы были к наблюдениям обсерватории в Германии, Польше, Венгрии, Румынии. Но важно было еще и научить в течение 1957-го года будущих наблюдателей спутников, как находить быстро движущиеся объекты на небе, как определить их координаты и момент времени прохождения. Первые спутники летали на очень низких орбитах. В Ашхабаде был организован семинар для будущих наблюдателей, которые не знали, что будут наблюдать на небе. Обсерватория находилась в небольшой котловинке, окруженной горами. Обучение проходило на территории обсерватории, люди было вооружены кто биноклями, кто командирскими трубками с небольшими объективами. В целом была такая сборная солянка, но кое-что уже было приготовлено, придумано, собрано, чтобы пытаться поймать быстро движущийся объект на небе. Придумали, чтобы по склону горы быстро, но более или менее равномерно шел человек с горящим факелом, чтобы наблюдатели могли сфотографировать факел и засечь момент времени этой фотографии. Вот так учились наблюдать спутники. Позже эксперименты стали проводить с помощью сигнальных огней самолета. Так или иначе, но к началу октября 1957-го года астрономы уже понимали задачу и работали над ее решением.

А дальше была такая история. 4- 5- октября 1957-го года в Барселоне был съезд Международной астронавтической федерации. А.Г. Масевич в составе делегации АН СССР из трёх человек должна была вылететь в Барселону. Рейса Барселона-Москва, Москва-Барселона не существовало, дипломатических отношений с Испанией тоже. Поэтому члены делегации летели через Париж. Они знали, что спутник должен быть запущен в начале октября, но не знали точной даты запуска. А в Париже им необходимо было заняться визами, билетами и все это было непросто. Сейчас такого нет, конечно, это трудно понять, но тогда это было именно так. И пока они днём нервничали, бегали по посольствам, занимались билетами – устали и проспали вылет своего рейса. Хозяин гостиницы их разбудил с криками: «Русские запустили спутник!». Поэтому самолёт, который 20 минут уже летел из Парижа в Барселону, вернули в аэропорт. Возмущение пассажиров быстро погасло, когда они узнали причину. Русские запустили первый искусственный спутник Земли, в Барселону летят представители Академии наук СССР и они опаздывают на сессию Международной астронавтической федерации, где будут делать доклад об этом событии. Первая пресс- конференция состоялась на борту самолета. А уж когда самолёт приземлился в Барселоне, оказалось, что на летном поле собралась огромная толпа людей с плакатами: «Спутник! Спутник!». Как латинскими буквами, так и русскими. Вот такое было торжество и победа советской науки и техники. Все доклады, ориентированные на будущие запуски, пришлось снимать, потому что обсуждение велось в основном вокруг уже состоявшегося запуска. Радиолюбители во всем мире ловили позывные спутника, и никто не верил, что вес первого искусственного спутника Земли составляет чуть больше 83 кг. Все ждали запуска американского спутника весом около килограмма и задавались вопросом, не вкралась ли ошибка в сообщение ТАСС, не весит ли он 0,8 кг?

Ну, и потом, конечно, всё пошло своим путём. Наблюдатели были готовы, а распределение станций по долготе сыграло свою роль. Из- за плохой погоды, самые первые данные были получены в Якутске. Трудности постепенно преодолевались, аппаратура постепенно совершенствовалась. К 1959 году все станции вели регулярные наблюдения.

ЗС: Почему астрофизики взялись за такие наблюдения?

Рыхлова: В то время я ещё работала в ГАИШ – Государственном астрономическом институте им. Штернберга при МГУ, – где был собран большой коллектив настоящих специалистов по динамике движения небесных тел, по астрометрическим высокоточным измерениям. И все они в один голос говорили: никогда никакой науки из наблюдений спутников получить будет невозможно. Потому что даже при наблюдении звёзд нужно учитывать положение самого инструмента наблюдения, его движение, сдвиги из-за температур, аберрации и еще кучу вещей. Кроме того, надо учитывать движение самой Земли или определять его попутно. А наблюдения спутников, определение их орбит требуют учета гораздо большего количества параметров. Поэтому, когда в ГАИШ пришли люди от Сергея Павловича Королёва, им сказали: научных результатов из наблюдений спутников получить невозможно. В общем, все отказались. А А.Г. Масевич, может быть, и не понимала, что там будет потом, но понимала, что надо это делать, что надо наблюдать, что космонавтика только зарождается, и дальше будет всерьез развиваться. И взялась за это.

ЗСИ как дальше развивалось это направление науки?

Рыхлова: Вполне успешно. Вскоре организовалось международное сотрудничество в рамках сотрудничества социалистических стран – Интеркосмос. Он вполне конкурировал с другими наблюдателями – и американскими, и западноевропейскими – в том числе и по части разработки аппаратуры. Всё очень быстро развивалось. Получили развитие теоретические работы, начала усложняться тематика. Первые научные результаты были получены в исследовании вариаций верхней атмосферы. Это уже был результат наблюдений, хотя и довольно низкий. Потом появились спутники более высокого орбитального движения. Тут же возникли новые задачи. Потом появилась аппаратура, которая была аналогична американской. У американцев появилась хорошая камера для съемки спутников, и у нас появилась камера, вполне идентичная по качеству. На Звенигородской обсерватории Астросовета была организована постоянная учебно-методическая база для обучения наблюдателей. В рамках сотрудничества Интеркосмоса появилась программа измерения геодезических координат наземных станций по большой хорде от полюса до полюса. Была построена сеть станций по принципу геодезической триангуляции, в которой для всех станций, расположенных в углах треугольников, визирной целью был «геодезический» спутник. Такая сеть была теоретически обоснована, фактически создана, оснащена оборудованием. Американцы строили свою сеть экваториально и выполнили геодезические измерения по экваториальному поясу. Так что, в общем, тогда было чем гордиться.

ЗСВ чём принципиальное различие между наблюдениями за спутниками и звездами?

Рыхлова: Принципиальная разница между наблюдениями состояла в том, что все наблюдавшиеся объекты на небесной сфере менее подвижны, чем искусственные спутники Земли. Первое малое небесное тело, перемещающееся на фоне звезд, астероид, был открыт всего лишь в 1801-м году, точнее, в ночь на 1801-й год, на XIX-й век. И это было очень трудное дело, потому что надо было обнаружить очень медленно движущийся объект на фоне неподвижных звёзд. Сначала их открывали визуально, то есть, глядя непосредственно в телескоп в течение нескольких ночей подряд и, заметив его перемещение среди звезд, проследить его траекторию и определить координаты. Такие наблюдения были единичными. Когда появилась фотография во второй половине XIXвека, процесс немножко ускорился, но тоже оставался довольно трудоёмким. Потому что нужно было фотографировать какую-то область неба, проявить пластинки, высушить их, потом отождествить наблюдаемую часть неба с положением на карте неба, определить координаты объекта. Всё это были штучные исследования. Наблюдали и определяли положения, может быть, двух-трех десятков астероидов в год. Это во второй половине прошлого века всё изменилось. А спутники – вообще быстро летящие объекты. Пролетел, и нет его. Надо успеть заметить. Поэтому сеть для наблюдений должна была быть по долготе распределена, как я сказала, от Якутска до Ужгорода. Кто-нибудь, да пронаблюдает. Где-то есть ясное небо, где-то оно прочно закрыто облаками. В первые годы выстраивали барьеры из командирских трубок на треногах, чтобы не пропустить нужный спутник. Иными словами, потребовалась совершенно другая техника наблюдений, более сложная и высокоточная система отсчета времени и прочее.

Это тоже была вначале довольно большая проблема. При фотографировании ожидаемого спутника перед объективом фотокамеры должен был находиться специальный затвор, который срабатывал точно в момент пролета спутника. На фотографиях звезды проявлялись в виде точек, спутники – в виде черточек. Всё-таки спутник в виде точки никогда не удавалось снять. Он всегда имел какой-то трек.

Проблема наблюдения спутников состоит не только в том, чтобы одномоментно зафиксировать его движение, но нужно еще определить его орбиту для того, чтобы потом получить какой-то научный результат, который мы ставим перед собой. Поэтому должны быть наблюдена некоторая дуга, несколько точек, по крайней мере. Ну, поскольку это было интереснейшее задание для всех астрономов и в СССР, и за рубежом, то тут недостатка в разработках не было. Например, был замечательный человек А.А. Киселёв, он и сейчас ещё в Пулково работает, который придумал метод определения движения спутника по трём наблюдаемым точкам. Этот метод до сих пор ещё употребляется в отдельных случаях. Ну, а что касается необходимости большого количества наблюдений, то и тут энтузиазм был велик. И особенно хорошо отозвались все университетские обсерватории, которые стали развиваться или строиться заново. Их появилось в Советском Союзе довольно много. До сих пор иногда получаем письма от прежних директоров станций наблюдений спутников. Читаешь и удивляешься. Это Благовещенская, это Лесосибирск, знаете ли вы такой город? Я не могу перечислять все станции, их было много. В Рязани, в Симеизе, в Звенигороде. Советский Союз был велик.

ЗСА кроме оптического наблюдения другие технологии использовались?

Рыхлова: Конечно, да. Мы же ведь живём с этими спутниками уже больше 50-ти лет. Ну, во-первых, появились, лазерные технологии, радиотехнические, так называемые, доплеровские наблюдения. Лазерные наблюдения, конечно, очень высокоточные наблюдения. Для лазерных наблюдений необходимо, чтобы на спутнике находились специальные отражатели. Отражатели стояли на наших первых лунниках, которые наблюдались очень активно и позволили очень много узнать нового о Луне, о динамике ее движения, о расстоянии между Луной и Землёй. Много было получено результатов. Эта технология до сих пор работает и позволяет получать хорошие результаты. Радиотехнические способы наблюдения – это GPS. Таким образом, мы уже пришли в наше время.

ЗСТо есть, процедура наблюдений постоянно усложнялась?

Рыхлова: Ну, конечно, спутников становилось всё больше и больше и, естественно, вся процедура наблюдений усложнялась. Появились в 60-х годах службы. Службы контроля космического пространства. До недавнего времени их было две: американская и советская, теперь российская служба контроля космического пространства. На очереди – создание Европейской службы. Для низких спутников они используют локаторы, радиолокаторы. А для высоких спутников, куда локаторы нынешние не дотягиваются, естественно, нужна оптика. Оптика, конечно, тоже улучшается, объективы больше, и проницающие возможности телескопов становятся больше. Тем не менее, это проблема. В настоящее время примерно 40 тысяч объектов находится в каталогах американских и, может быть, немножко поменьше у нас. Ну, что такое эти 40 тысяч объектов? Спутников столько нет. Это уже объекты, которые относятся к категории космического мусора. Понятие космического мусора появилось ещё в 80-х годах. Что такое космический мусор? Этот термин придумал немецкий исследователь Вальтер Флюри. По его определениям, космический мусор – это всё то, что запущено человечеством и находится в космосе, но по разным причинам прекратило свое активное существование и никакой пользы человечеству принести уже не может. С одной стороны ,спутник не может вечно пребывать в активном состоянии. Его энергетические ресурсы поначалу рассчитывались на 3-5 лет. Сейчас требования такие, чтобы спутники работали не меньше 10-ти лет. Но рано или поздно их активная жизнь кончается, и с этого момента бывшие космические аппараты становятся элементами космического мусора. Они могут находиться на орбитах многие тысячелетия. Ракеты, первая ступень, вторая, третья, да ещё разгонные блоки. Спутники или обломки спутников, летающих на высоте больше тысячи км, остаются там на десятки тысяч лет. Как действующие космические аппараты, так и космический мусор охватывают широкий диапазон орбит и имеют самые разнообразные характеристики: орбитальные параметры, размеры, массы, скорости движения, материал, отражающие способности и др. Поэтому необходим широкий ассортимент средств наблюдения. Непосредственные наблюдения ведутся с помощью различных радиолокационных, оптических, радиотехнических, лазерных средств. Службы контроля космоса ведут динамические каталоги крупных космических объектов. Из них лишь 5%.составляют действующие, т.е. полезные космические аппараты. Остальные 95% — крупный космический мусор с массой от 300 г до 20 тонн. Каталогизируются только объекты размером более 10 см. Частицы размером 1-10см не регистрируются ни радиолокационными, ни оптическими средствами.

ЗСВ чём проблема с этим мусором?

Рыхлова: С начала космической эры было осуществлено около 5000 запусков, в результате чего в околоземное космическое пространство было выведено более 30 000 крупных объектов. Более двух третей все еще на орбитах и контролируются средствами наблюдения. Как уже было сказано, контролируются объекты размером более 10 см. Но огромное количество мелких, но от этого не менее опасных частиц, не видимых никакими средствами наблюдения и исчисляющихся миллионами и миллиардами, приходится считаться из-за огромных скоростей. На некоторых экспонированных в космосе материалах, возвращенных с космических станций или некоторых космических аппаратов, изучено воздействие космического мусора на поверхности аппаратов. Отмечен внушительный объем повреждений.

Самая большая проблема для Международной космической станции. Есть другие важные космические объекты, для которых необходимо постоянно определять возможность столкновения с мусором. Но прежде всего, Международная космическая станция. Высота орбиты МКС от 360-ти до 400 км. Ежегодно станция совершает несколько десятков манёвров уклонения от летящего обломка диаметром в сантиметр. Это уже очень опасно, потому что скорости безумные. 14 — 17 км в секунду! Даже осколок в несколько миллиметров может причинить серьёзный ущерб. Я уж не говорю о том, что столкновения были зарегистрированы в окружающем космическом пространстве, по крайней мере, дважды. Это в 1996-м году французский спутник радиоэлектронной разведки «CERIS» был выведен на орбиту, он столкнулся с фрагментом французской же ракеты «Ариан», которая уже давно отработала и просто находилась в космосе. Международного конфликта не случилось. И в 2008-ом году американский действующий спутник столкнулся с нашим «Космосом», который уже давно не работал. Это произошло над Иркутском. Такие события уже говорят о том, что хотя толща околоземного космического пространства – от приземного слоя атмосферы до геостационарной орбиты – велика, тем не менее, человечество уже умудрилось заполнить его настолько, что появляется уже опасность не только для столкновения самих спутников, но ещё и для, так называемого, эффекта падающего домино. Сталкиваются уже объекты и обломки между собой. Это так называемый эффект Кесслера – размножение обломков самостоятельно уже идёт. А вот что касается геостационарной орбиты, своего рода ресурса человечества для промышленной индустриализации, где находится много разных необходимых человечеству объектов, и мы уже без геостационарной орбиты жить не можем, это и телевидение, и метеорология, и много других полезных спутников работает, то ее надо охранять особо. Если в начале этой деятельности только две страны имели геостационарные аппараты, – Советский Союз и Соединённые Штаты, – то сейчас 60 стран претендуют на то, чтобы им выделили кусочек неба над головой для своих спутников. И это уже проблема. Поэтому был создан Международный комитет по космическому мусору, который пытается регламентировать каким-то образом деятельность всех космических агентств. Этот межагентский комитет координационный, он выступает уже на уровне ООН. Потому что в ООН есть два технических подкомитета. Один подкомитет по космическому мусору, а другой подкомитет по астероидно-кометной опасности. Подкомитет выносит рекомендации запускающим странам. Ну, во-первых, как можно меньше должно быть конструкторского мусора, какие-то крышки отваливаются, открываются объективы и пр. Всё это валится и на Землю, и остаётся в космосе. Во-вторых, срок действия спутников как можно больше увеличивать, по крайней мере, не меньше 10-ти лет. Что касается геостационарной орбиты, предложены так называемые места захоронения отработавших спутников. Это примерно на 200 км выше геостационарной орбиты. Однако, каждый увод такого спутника на высоту 200 км это примерно, несколько дней его работы т.е. равные затраты энергии требуются примерно на месяц работы или на увод этого спутника на орбиту захоронения. Между прочим, в своё время Советский Союз впервые осуществил такой увод, но он делал это с какими-то своими экспериментальными целями. Потом об этом забыли, потом заговорили, но теперь все, обязаны это делать. Такая вот регламентация международной деятельности в космическом пространстве уже идёт.

Есть ещё такие проблемы. Есть такая орбита, примерно 600 тысяч км, на которой находятся несколько десятков спутников с ядерными двигательными установками. Считалось, что на этих орбитах они будут жить вечно. Считалось, что на этих орбитах не потребуется защищаться от радиоактивного воздействия. Но сейчас выясняется, что они начали «газить» и какие-то малоприятные факторы начали регистрироваться. Это тоже проблема.

Последнее драматическое событие приходится на 2007 год. Событие вызвано взрывом китайского космического аппарата «Фенгюн». Взрыв вызвал резкий скачок обнаруженных и каталогизированных фрагментов.

В результате этого взрыва вокруг Земли уже образовалось такое плотное облако этих обломков, которое создало вокруг Земли «замечательный» ореол из этого мусора. Время от времени падает что-то и на Землю. Вот такая у нас теперь появилась проблема. Проблема космического мусора. Причем, этот мусор может загрязнять Землю. В Канаде упал радиоактивный спутник, и его до сих пор не нашли. Падала «Колумбия», падали обломки топливных баков, детали ракет, целые корабли и космические лаборатории. И вот сейчас, несколько лет назад, вернее, была попытка очищать территории, где чаще всего падали эти детали. И если в интернет посмотреть, увидим, что солдаты на Алтае разрезают туловище огромное первой ступени, где-то под Хьюстоном делают то же самое. В общем, Земля засоряется. Я уж не говорю о космодромах, которые сами по себе заражены гептилом, и прочей неприятной химией.

Я заведую отделом, и мы каждые два года проводим конференцию под названием «Околоземная астрономия». Это две части: космический мусор, и астероидно-кометная опасность.

ЗСКакие последние примеры космического мусора?

Рыхлова: Свежий пример – аппарат Фобос-грунт. Будет теперь болтаться на орбите, может распасться на многие части, если столкнется с другим крупным мусором. А вот пример опасности космического мусора: в марте было сообщение, что космонавты покинули МКС, чтобы спрятаться от российского космического мусора. Тогда экипаж МКС – американский астронавт и два российских космонавта – укрылись в кораблях «Союз», пристыкованных к станции, в связи с риском столкновения космической станции с обломком российского спутника серии «Космос». Опасный обломок был обнаружен за день до этого, так что станция уже не успевала совершить маневр уклонения. Руководитель полетов принял решение эвакуировать экипаж в «Союз». К счастью, обошлось без столкновения. Мусор пролетел в 11 километрах. Это реальная опасность. Вероятность столкновения была.

Беседу вел Алексей Вырский

Reset password

Recover your password
A password will be e-mailed to you.
Back to
Закрыть панель