Високо над небом, у тій частині простору, де супутники мчать навколо Землі, по орбіті носиться щільне кільце старого металу зі швидкістю понад 24 000 кілометрів на годину. Люди називають це космічним сміттям. Науковці ж називають це орбітальним уламками — і вони накопичуються дуже швидко.
До них належать «мертві» супутники, зламані деталі попередніх місій і крихітні фрагменти, що виникли внаслідок вибухів або зіткнень. І цей безлад зовсім не стоїть на місці. Кожен об’єкт — навіть завбільшки з рисове зерно — рухається з такою швидкістю, що стає небезпекою. GPS, метеосупутники, інтернет-системи та навіть астронавти на Міжнародній космічній станції залежать від чистих і безпечних орбіт. За словами експертів, навіть крихітний шматок сміття може вивести з ладу супутник вартістю у мільярд доларів.
Зростаюча небезпека космічного сміття
Професор Хао Чень зі Стівенського технологічного інституту, який вивчає проєктування космічних систем, пояснює, наскільки серйозна ситуація.
«Якщо навіть крихітний, п’ятиміліметровий об’єкт влучить у сонячну батарею чи сонячний масив супутника, він може його зламати», — каже він. — «А на орбіті понад 100 мільйонів об’єктів менших за один сантиметр. Тож якщо ви хочете уникнути зіткнення, вам доведеться маневрувати апаратом, а це потребує палива і коштів».
Навіть астронавти на МКС перебувають у небезпеці. Іноді їм доводиться виходити у відкритий космос — а там їх також може вразити уламок. Глобальних правил, які б змушували країни чи компанії прибирати за собою, немає. Не існує й системи «забруднювач платить» із реальними наслідками. У результаті, каже Чень, у космосі панує повний безлад. Його нове дослідження показує, як це можна змінити.
Варіанти очищення космічного простору
Чень та його команда вивчили три можливі шляхи позбавлення орбіти від сміття. У кожному варіанті використовується спеціальний космічний апарат — «ремедіаційний сервіс», який захоплює уламки і виконує з ними безпечні дії.
Перший варіант — неконтрольований спуск. Сервіс знижує уламок до приблизно 350 км над Землею, а далі природа робить своє: об’єкт продовжує обертатися, поки його не затягне в атмосферу, де він або згорить, або впаде.
«Він або згорить, або впаде десь на Землі — ми не знаємо де, бо це залежить від атмосферного опору», — каже Чень. Це найдешевший варіант, бо апарату не потрібно літати далеко.
Другий варіант — контрольований спуск. Тут сервіс знижує уламок до приблизно 50 км.
«Контрольований спуск дорожчий, бо сервісу потрібно опустити уламок значно нижче, а потім знову піднятися, щоб забрати наступний», — зазначає Чень. — «Це потребує більше енергії та палива».
Переробка сміття прямо в космосі
Спершу ідея здається дорогою, адже сервіс мусить транспортувати уламки на переробну станцію на орбіті. Але повторне використання металів, зокрема алюмінію, може зекономити величезні кошти й енергію.
«Запуск будь-чого з Землі в космос коштує близько 1500 доларів за кілограм», — пояснює Чень. Переробка скорочує кількість матеріалів, які потрібно виводити з Землі.
Як мотивувати компанії прибирати космос
Навіть за наявності технологій очищення космос — це не благодійність. Хтось має платити за місії та обладнання. Команда Ченя застосувала теорію ігор та теорію кооперативних переговорів Неша, щоб створити справедливу систему розподілу витрат і вигод. Такий підхід балансує інтереси операторів супутників та компаній, що прибирають сміття.
«Ремедіатори платять за місії, технології та саму роботу. Без фінансових стимулів вони не отримують нічого — вони несуть усі витрати, а інші отримують вигоду», — каже Чень.
Оператори ж отримують безпечніші орбіти та менше аварійних маневрів, нічого не роблячи. «Але вони нічого не роблять, щоб прибрати сміття — лише користуються чистішим середовищем», — зазначає він.
Стимули для прибирання космічного сміття
Команда пропонує систему зборів, де оператори платять у фонд, який винагороджує компанії, що прибирають сміття.
«Потрібна агенція, яка створить стимули для ремедіаторів», — каже Чень. — «Гроші мають надходити від тих, хто користується всіма цими перевагами». «Наш аналіз показує, що очищення орбіти створює додаткову вигоду, яку можна оптимально розділити між операторами та ремедіаторами».
Космос потребує плану дій
Щороку запускають все більше супутників. Все більше техніки залишається на орбіті. Якщо нічого не змінити, ситуація тільки погіршиться. Чень вважає, що шлях уперед потребує дій і стимулів, які дозволять поєднати безпеку та прибуток.
«Саме це нам потрібно, щоб зробити космічну індустрію безпечнішою, стійкішою і все ще прибутковою».
Небо може здаватися безмежним, але корисні частини земної орбіти — ні. Незалежно від того, оберуть компанії переробку, контрольований спуск чи дешевший неконтрольований варіант — висновок один: якщо хочемо, щоб космос залишався відкритим для досліджень і відкриттів, очищення треба починати вже зараз.
Дослідження було опубліковане в журналі Aerospace Research Central.
