ЭкспертНаука

Новый «Союз–Аполлон» из космического мусора

Космический мусор может привести к глобальной катастрофе в результате моментальной потери всей связи на Земле. Избежать этого можно только в результате кооперации России, США и Китая

Чак Дики^*, Валентин Уваров^**

В середине августа Джонатан Макдауэлл из Центра астрофизики в Гарварде в результате анализа уточненных данных в каталоге Space-Track.org сделал сенсационное заявление: «Примечание для объекта 48078, 1996-051Q: Столкнулся со спутником». Ранее, в марте этого года, прошло сообщение о том, что китайский спутник Yunhai 1-02 был разрушен, а Джонатан Макдауэлл пришел к выводу, что причиной этого стал космический фрагмент под названием SATCAT 48078. Это фрагмент корпуса российской ракеты «Зенит-2» (SL-16), запущенной в 1996 году.

Это событие примечательно еще и тем, что «Зенит-2», который значится в каталоге Satellite Catalog Number как SATCAT 24298, входит в список 50 наиболее опасных объектов космического мусора согласно «рейтингу», который приводится в статье «Определение 50 статистически наиболее значимых брошенных объектов на низкой околоземной орбите» (Identifying the 50 Statistically-Most-Concerning Derelict Objects in LEO). Статья 19 ученых из разных стран мира, включая трех авторов из России, была подготовлена для доклада на ежегодном конгрессе Международной астронавтической федерации в 2020 году, который был перенесен на октябрь этого года и состоится в Дубае.

Чтобы избежать возможных упреков в необъективности пусть даже и большой группы ученых, «Список 50» из статьи Даррена Макнайта (для простоты назовем исследование по имени первого автора) можно сравнить с другим — под названием «Список 70». Тридцать один объект из первого списка также отнесен к категории наиболее опасных объектов космического мусора в опубликованном в этом году исследовании ученых из Миланского политехнического университета «Комплексный подход к оценке потенциальных объектов для миссий по активному удалению космического мусора» (A comprehensive ranking framework for active debris removal missions candidates). Методики итальянских ученых несколько отличаются от тех, которые приведены в статье Макнайта, но оценки в отношении 19 наиболее опасных кандидатов, и среди них объект SATCAT 24298 («Зенит-2»), в обеих статьях совпадают.

Убить «Теслу» теннисным мячом

Чтобы разобраться, что такое «космический мусор», который на английском часто обозначают одним словом debris, можно обратиться к работам российских ученых, которые активно занимаются этой проблемой. Ответ можно найти в материалах Всероссийской конференции «Космический мусор: фундаментальные и практические аспекты угрозы», которая состоялась в апреле 2019 года в Институте космических исследований РАН.

Директор Института астрономии РАН Борис Шустов в своей статье «О фундаментальных исследованиях по проблеме космического мусора» дает следующее определение: «Под космическим мусором (КМ) обычно подразумевают все неиспользуемые искусственные объекты, в основном в околоземном космическом пространстве (ОКП). К ним относятся вышедшие из строя спутники, отработавшие ступени ракет, а также фрагменты, образующиеся при их распаде и столкновениях». Российский ученый отмечает, что все эти объекты являются опасным фактором воздействия на функционирующие космические аппараты, а главная опасность космического мусора — это угроза столкновений с рабочими аппаратами, в результате чего последние могут выйти из строя. По мнению Бориса Шустова, еще одна опасность связана с выпадением на нашу планету сошедших с орбиты крупных техногенных объектов. Особенно резонансными являются падения, сопровождающиеся угрозой химического поражения значительных территорий высокотоксичным топливом ракетных ступеней, а также падения объектов с источниками ядерной энергии на борту.

Околоземным пространством (ОКП) называется пространство, ограниченное сферой, радиус которой равен среднему расстоянию от Земли до Луны (380 тыс. км).Что касается «низкой околоземной орбиты» (НОО), то это космическое пространство вокруг Земли от 100 до 2000 км над поверхностью нашей планеты. На всех высотах в ОКП находятся 130 млн объектов размером 0,1–1 см, и попади такой кусочек мусора в космический аппарат, это может вызвать серьезное повреждение. Двадцать миллионов таких «горошин» находятся на низкой околоземной орбите на высотах до 2000 км.

Количество же объектов размером 1–10 см на всех высотах составляет 900 тыс., а на НОО — 500 тыс., каждый из которых может нанести серьезное повреждение космическому аппарату или уничтожить его. Для наглядности можно привести следующее сравнение. Допустим, небольшой кусок космического мусора размером с теннисный мяч встречает на своем пути Tesla Roadster, и в результате летящий по своим делам автомобиль получит не вмятину или сквозную дыру, а будет полностью разрушен.

Наконец, каждый из объектов крупнее 10 см (всего 34 тыс. объектов, из которых 23 тыс. находятся на НОО) при столкновении гарантированно уничтожит космический аппарат.

Весь этот космический мусор стал результатом более чем 5000 пусков ракет, которыми с начала космической эры было выведено на орбиту почти 50 тыс. аппаратов различного назначения. Из этого количества примерно 5000 продолжают летать, и к ним добавляется все больше новых, прежде всего за счет развертывания низкоорбитальных группировок, таких как OneWeb и Starlink.

К чему могут привести те или иные события в результате разрушения или столкновения объектов в космосе? В 2009 году два действующих космических аппарата, «Космос-2251» и Iridium-33, в результате столкновения были полностью разрушены. Взрыв в августе 2018 года блока Atlas Centaur 2014-055B резко увеличил число опасных объектов на геопереходных орбитах. Намеренное разрушение Индией в марте 2019 года своего спутника Microsat-R массой около 700 кг на орбите высотой 350 км привело к появлению более ста обломков. Авария в 2019 году на геостационарной орбите КА Intelsat-29e в результате повреждения двигательной установки привела к выводу из строя крупного спутника массой более шести тонн.

Ситуацию с космическим мусором можно сравнить с бомбой замедленного действия, и примером тому может служить разрушение в 2018 году на геостационарной орбите верхней ступени Transtage (SATCAT 3692) американской ракеты-носителя Titan IIIC. Событие состоялось почти через 50 лет после запуска ракеты в феврале 1969 года, в результате были обнаружены 183 новых фрагмента космического мусора.

Однако самое страшное, к чему может привести одно отдельное столкновение в космосе работающих или закончивших срок активного существования космических аппаратов, получило название «синдром (эффект) Кесслера» — теоретически возможно такое развитие событий на околоземной орбите, когда в результате столкновения двух объектов начнется цепная реакция и массовое разрушение космических аппаратов. В свою очередь, это может привести к техногенной катастрофе на планете, принимая во внимание, что с помощью целевой аппаратуры осуществляется связь и навигация, мониторинг чрезвычайных ситуаций, а в целом может оказаться под угрозой обеспечение жизнедеятельности всего человечества.

Все согласны, а мусор и ныне там

Достижения в области изучения космического мусора и его воздействия на космическую среду и космическую деятельность значительно продвинулись за последние десятилетия, начиная с исследования, проведенного в 1978 году ученым из NASA Дональдом Кесслером. Научные исследования привели космическое сообщество к осознанию важности устойчивых космических операций и эксплуатации космических ресурсов. В 2002 году Межагентский комитет по космическому мусору (МККМ) выдвинул предложения и разработал руководящие принципы, внедрение которых способствовало бы предотвращению образования мусора на орбите в будущем. В ряде исследований была подчеркнута необходимость реализации активной стратегии для контроля над ситуацией с космическим мусором. В этих работах показано, что требуется удалять примерно пять крупных объектов в год, чтобы избежать устойчивого увеличения количества обломков из-за дальнейших столкновений и взрывов.

С учетом того, что в мире осуществляется все большее количество пусков, эта потребность становится все более настоятельной. В ряде стран внедряются технологии активного удаления мусора (Active Debris Remediation, ADR). Работы в рамках миссии e.Deorbit, проводимые в ходе инициативы «Чистый космос» (Clean Space Initiative), имеют целью вывести с орбиты большой спутник наблюдения Земли ENVISAT. В 2020 году Европейское космическое агентство (ЕКА) заказало первую миссию по активному удалению космического мусора в рамках программы «Чистый космос», чтобы снять адаптер VESPA с орбиты. В Японии реализуется сразу несколько проектов по отработке технологий для различных миссий ADR. Планами России на этом направлении «Роскосмос» поделился в средствах массовой информации весной этого года. Концепции активного удаления космического мусора также разрабатываются в качестве платной услуги для крупных группировок в космосе, в том числе в интересах коммерческих организаций.

Как показала прошедшая в Санкт-Петербурге 14–18 июня Международная конференция по исследованию космического пространства (Global Space Exploration Conference — GLEX-2021), озабоченность экспертного сообщества этой проблемой возрастает. Эта тенденция нашла отражение в том, что в рамках технической сессии «Международное сотрудничество в освоении космоса» теме космического мусора был посвящен целый ряд докладов, этот вопрос затрагивался в выступлениях участников конгресса на пленарных заседаниях.

Не обошлось и без вопросов, которые были заданы во время видеоконференции, состоявшейся на форуме с участием генерального директора «Роскосмоса» Дмитрия Рогозина и руководителя NASA Билла Нельсона.

Нельсон призвал страны принять меры к тому, чтобы меньше мусорить в космосе. Это озабоченность прозвучала в контексте ситуации вокруг китайской ракеты-носителя Long March-5B («Чанчжэн-5Б», CZ-5B), когда в начале мая NASA заявило, что практика Китая не соответствует стандартам в отношении космического мусора.

Дмитрий Рогозин согласился со своим коллегой по поводу остроты проблемы, но отметил, что «Роскосмос», NASA и другие крупные партнеры могли бы специально собраться, чтобы поговорить о правовой и технической сторонах дела.

Вопросы «что делать?» и «кто виноват?» периодически звучат на разных международных площадках в различных комбинациях и контекстах. В одном из докладов на GLEX-2021 приводились два варианта оценок «вкладов» основных мусорящих в космосе стран: Китай — 40%, США — 25,5%, Россия — 25,5%, другие страны — 7%; во-втором же случае соотношение было следующим: Россия — 39,7%, США — 28,9%, Китай — 22,8%. К сожалению, не были раскрыты методики подсчета, но главное, что состав основной «тройки» ни у кого не вызывает сомнений.

В данной статье мы обращаемся к исследованиям, результатом которых стали «Список 50» и «Список 70». Во-первых, в этих статьях речь идет не столько о важности проблемы в целом, а о выделении наиболее опасных объектов, которые могут спровоцировать тот самый «эффект Кесслера». Во-вторых, в статьях приводятся методики, по которым проводились расчеты. В-третьих, несмотря на то что оба коллектива применяли различные методики, их мнения сошлись по 31 объекту, и 19 попавших в «топ-лист» объектов — это фрагменты корпусов советских или российских ракет-носителей.

В указанных статьях не делаются выводы и не даются рекомендации относительно того, как организовать процесс активного удаления мусора, а их темой является научное обоснование выбора первоочередных целей.

Итальянские ученые в упомянутой выше статье обращают внимание на то, что в то время как предпринимаются необходимые шаги для развития технологий активного удаления мусора, остаются нерешенными две другие проблемы. Реализацию системного подхода замедляют вопросы экономического характера и политические проблемы, связанные с приближением к объектам, принадлежащим разным странам.

В статье Макнайта обозначены три основные проблемы, от решения которых зависит дальнейшее движение вперед: 1) стоимость операций по удалению мусора подсчитать сложно, и они, наверное, довольно дорогие, а их выполнимость не доказана; 2) вопросы собственности и права физического воздействия и удаления объектов, зарегистрированных в других государствах, не определены и являются потенциально спорными; 3) объекты, которые прежде всего должны быть удалены, не определены на уровне многонационального форума, чтобы повысить безопасность пространства и обеспечить долгосрочную устойчивость космической деятельности.

В своей статье многонациональная группа ученых отмечает, что они сосредоточиваются на третьей проблеме: определения приоритетного перечня «мусорных» объектов для удаления. Они также выражают надежду, что это побудит соответствующие организации к разработке вариантов удаления космического мусора, которые были бы эффективными и разумными с точки зрения экономики, что, в свою очередь, стимулировало бы правительства как можно скорее профинансировать такие проекты.

При этом правительства отдельных стран вряд ли смогут в одностороннем порядке начать такую работу. Все односторонние планы экономически неэффективны в свете рыночных реалий, с которыми они могут столкнуться, и не приведут к значительному снижению общего риска, если все правительства, владеющие «акциями» в космосе, не будут действовать независимо и одновременно, что крайне маловероятно. Более того, односторонние и не носящие системного характера действия стран на этом направлении, будут иметь нежелательные последствия как в политическом плане, так и с точки зрения последствий для национальной безопасности отдельных стран.

Кооператив по уборке космического мусора

Мы видим, что существует консенсус в отношении потенциальной угрозы космического мусора, близость мнений на уровне научного сообщества в отношении наиболее опасных объектов этого мусора и понимание, что наиболее «заинтересованными» странами являются США, Россия, Китай и Евросоюз. Почему мы говорим «заинтересованные страны», а не идем по пути определения некоего индекса пропорциональной ответственности? Для значительного снижения риска требуется удаление объектов российского происхождения большой массы на НОО, но только совместный (cooperative) подход, включающий совместное несение расходов, является единственным жизнеспособным путем. Иными словами, почему Россия должна платить значительно больше денег, чем другие, за удаление пропорционально большего количества мусора просто для того, чтобы будущими возможностями воспользовались США, Китай, Европа и другие ведущие в космосе деятельность страны? Если пойти по этому пути, то другие страны получат непропорциональную выгоду.

В ситуации с космическим мусором требования «пропорционального» вклада в очистку космического пространства одного государства можно сравнить с ситуацией, когда муниципальные власти по какой-то причине не могут организовать вывоз мусора с одной из улиц в населенном пункте. В этом случае глупо требовать с одной из семей, в которой больше детей, чем в других, чтобы эта семья при оплате услуг подрядчика платила бы исходя из количества и возраста детей. Умные соседи в этом случае, чтобы не утонуть в мусоре и быстрее решить проблему, скорее всего, скинутся поровну.

Наша точка зрения: нельзя обвинять Россию в том, что в 1970–1990-е годы она в большом количестве проводила ракетные пуски, основана на следующих аргументах:

1) тогда это делали все, так что это был международный обычай, который юридически нельзя оспорить;

2) коммерческое использование космоса позже переместилось на НОО и должно принимать космическую среду такой, какая она есть, поэтому необходимо работать в космосе, предусматривая уклонение от фрагментов ракет;

3) ADR касается устранения рисков, а не ответственности за столкновения. На практике любая формула ADR, основанная на принципе «очистите себя за свой счет», потерпит неудачу, потому что Россия выдвинет первые два аргумента, указанные выше, и может просто отказаться от очистки пространства, а также от ответственности за любое столкновение. Более того, мир не может заставить Россию сделать это, даже если в космосе произойдут столкновения с ее объектами, потому что в качестве аргументов будут вдвинуты пункты 1) и 2) и, вероятно, Россия одержит верх.

Для пояснения того, что в решении проблемы космического мусора нельзя исходить из принципа пропорциональной ответственности, можно провести следующие аналогии. Как известно, порох был изобретен в Китае. Однако никому не приходит в голову возлагать ответственность на страну-изобретателя за миллионы человеческих жизней, которые человечество потеряло в результате использования вещества для фейерверков. Примером солидарных механизмов может быть Международный комитет Красного Креста. В то время как враждующие стороны не могут остановиться в стремлении нанести другой стороне как можно больший ущерб, Красный Крест, нейтральная и независимая организация, занимается выполнением исключительно гуманитарной миссии по защите жизни и достоинства жертв войны и внутреннего насилия и оказанию помощи пострадавшим.

Пластиковые бутылки производятся из полиэтилентерефталата (ПЭТ), который был получен в начале 1940-х годов в Англии. Массовое их изготовление началось в 1970-х, когда компания DuPont решила использовать ПЭТ для изготовления бутылок, в которые будут разливаться различные напитки. Появившиеся бутылки сразу же приглянулись таким крупным корпорациям, как Coca-Cola и PepsiCo. А спустя еще немного времени практически все производители газированных и негазированных напитков перешли на их розлив в бутылки из пластика. По данным экологов ООН, каждый год в океан попадает около 13 млн тонн пластиковых отходов. Вряд ли кто-то может возложить на Coca-Cola или PepsiCo, которые получают доходы от продажи напитков во всем мире, наибольшие расходы по очистке планеты. Но «Гринпис» попытался найти общий знаменатель и уравнять вклады разных компаний по очистке планета от мусора.

Эти аналогии могут быть уместны как с точки зрения потенциальной опасности и общегуманитарного характера проблемы космического мусора. Сравнение с проектом «Союз–Аполлон» также вполне уместно, если принять во внимание, что он возник не из стремления стран подружиться, а из чисто прагматических интересов — обеспечить дополнительные возможности в космосе. Никто не отрицает, что тогда сотрудничество в этом проекте имело дополнительный положительный эффект в виде смягчения международной напряженности.

Сегодня разница лишь в том, что в условиях резкого изменения количественного и качественного состава субъектов, ведущих космическую деятельность, сверхтяжелая инерция по доставке государственных интересов в космос должна быть дополнена возможностями оперативного реагирования со стороны бизнеса, подкрепленного компетенциями экспертного сообщества.

Таким образом, по нашему мнению, лучшая формула распределения затрат ADR основана не на оценке уже нанесенного вреда, а на оценке будущей пользы. Точнее, на экономической ценности упущенной возможности в результате будущих столкновений, которые сделают стоимость и риск работы в космосе более высокими и опасными, а не на потенциальной вине. По этому критерию США, Европа, Китай и Россия вместе должны внести наибольший вклад. Исходя из принципа совместного финансирования на основе будущих возможностей, а не по наибольшему количеству опасных объектов, лучше формулой является пропорциональная.

Мы понимаем, что эта формула может стать мишенью критики, поскольку ни одна страна не хочет платить (взимать со свои граждан налоги, чтобы платить) за решение проблем другой страны. Но эта формула решает многие общие проблемы, более того, только она и имеет шансы на успех.

Существует три типа кооперативных моделей для ADR (см. схему). Во-первых, это путь частно-государственного партнерства. В его рамках может быть задействована частная неправительственная организация для эффективного и прозрачного сотрудничества между странами-участницами. Такую роль готова, например, на себя взять организация «Доверенный посредник трех стран» (Three Country-Trusted Broker, TCTB), которую возглавляет один из авторов этой статьи Чак Дики.

Во-вторых, это путь создания посредника с участием межправительственных организаций (см. «Кто может объединить США, Китай и Россию»). В-третьих, в рамках двусторонних соглашений, что кажется наименее устойчивой конструкцией.

Все модели сотрудничества, будь то частно-государственные партнерства или чисто государственные, достигают определенной степени экономической эффективности за счет общего снижения рисков при одновременном снижении общих затрат: сотрудничество позволяет выполнять многоцелевые миссии, не разделяя космический мусор по национальному происхождению.

Как мы видим, нет реальной альтернативы кооперативной модели решения проблемы космического мусора, но предстоит выбрать самую эффективную из них с точки зрения стран-участниц, и это нужно сделать как можно быстрее. Планирование ADR займет несколько лет, прежде чем станет возможной первая миссия. Миссии продлятся десятилетия, прежде чем будет достигнуто существенное снижение рисков, а совместное планирование заинтересованными сторонами еще даже не началось.

Миссии ADR будут дорогостоящими, и, чтобы договориться о затратах понадобится время, но затраты на планирование миссий гораздо меньше по стоимости. Поэтому возможно и крайне важно начать эффективное и доверительное сотрудничество прямо сейчас, чтобы успеть очистить космос от мусора до того рокового столкновения, которое может привести к синдрому Кесслера и глобальной техногенной катастрофе.

Другие опции для на пути кооперативного решения проблемы

В качестве площадки для кооперативного решения проблемы космического мусора могут рассматриваться уже существующие международные организации и некоторые инициативы по созданию профильной организации.

Международная организация гражданской авиации (ИКАО) была создана в 1944 году, когда 52 страны подписали Чикагскую конвенцию о международной гражданской авиации. Сегодня в нее входят 193 правительства-члена, которые трижды в год избирают 36 членов для разработки и принятия стандартов и рекомендуемой практики, касающихся аэронавигации, ее инфраструктуры, инспекции полетов, предотвращения незаконного вмешательства и упрощения процедур пересечения границ для международной гражданской авиации.

Корпорация Intelsat начала свою деятельность в 1964 году как IGO (Международная организация спутниковой связи), созданная из семи стран для управления парком телекоммуникационных спутников, предоставляющих услуги международного вещания. Ее устав предусматривал коммерческое участие, разрешая частным организациям из государств-участников действовать в интересах своих стран.

Международный спутник для удаления мусора (International Debris Removal Satellite — INREMSAT). В 2020 году Университет Макгилла предложил создать МПО, основанный на модели INTELSAT, но специально для решения проблемы космического мусора. В соответствии с предложением INREMSAT каждое участвующее правительство должно согласиться (посредством договора или соглашения) удалить на коммерческой основе ряд существующих крупных космических обломков («мертвых» спутников и отработавших верхних ступеней), созданных в результате их национальной космической деятельности. Финансировать эти операции предлагается за счет национальных налогов на «сбор космического мусора», взимаемых с конечных пользователей космических коммерческих услуг в самой стране.

Межагентский координационный комитет по космическому мусору (МККМ) (Inter-Agency Space Debris Coordination Committee, IADC), созданный в 1993 году, является межправительственным форумом для координации исследовательской деятельности, связанной с орбитальным мусором. В его состав входят космические агентства Италии, Франции, Китая, Канады, Германии, Индии, Японии, Южной Кореи, США, России, Украины, Великобритании, а также ЕКА. Его основная цель — обмен информацией между космическими агентствами-членами по исследованию космического мусора.

Международная морская организация (ИМО) — специализированное учреждение в ООН, отвечает за регулирование судоходства в открытом море. Была создана путем ратификации многосторонней конвенции о Международной морской организации, и сегодня в ней 174 государства-члена. Как и ИКАО для глобального воздушного пространства, ИМО рассматривает морское пространство в контексте «глобального достояния» аналогично космическому пространству.

Международный союз электросвязи (МСЭ) является специализированным учреждением Организации Объединенных Наций и устанавливает в том числе общие принципы использования на международном уровне радиочастотного спектра и орбитально-частотного ресурса космических аппаратов на геостационарной орбите.

Наконец, любое число сотрудничающих правительств может принять решение о создании совершенно новой международной организации, предназначенной исключительно для устранения орбитального мусора. Однако тут вступают в действие ограничения, налагаемые публично-правовым характером таких организаций, что, в свою очередь, может привести к увеличению сроков решения проблемы.

^*Член Международного института космического права, заместитель главного юрисконсульта Lockheed Martin Space System Company (1981–2019)

^**Член Международного института космического права, член Совета РАН по космосу, генеральный директор ООО «СР климатическая мониторинговая система» (корпорация Success Rockets).

Фото из досье ИТАР-ТАСС 10.32

Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl