Космический мусор — обозначение находящихся в космосе твёрдых искусственных объектов и их обломков, которые уже неисправны, не функционируют и никогда более не смогут служить никаким полезным целям, но являются опасным фактором воздействия на функционирующие космические аппараты, особенно пилотируемые.
В некоторых случаях крупные или содержащие на борту опасные (прежде всего ядерные, токсичные) материалы объекты космического мусора могут представлять прямую опасность и для Земли — при их неконтролируемом сходе с орбиты, неполном сгорании при прохождении плотных слоев атмосферы Земли и выпадении обломков на населённые пункты, промышленные объекты, транспортные коммуникации.
Проблема засорения околоземного космического пространства «космическим мусором» как чисто теоретическая возникла по существу сразу после запусков первых искусственных спутников Земли в конце 1950-х годов. Официальный статус на международном уровне она получила после доклада Генерального секретаря ООН под названием «Воздействие космической деятельности на окружающую среду» 10 декабря 1993 года, где особо отмечено, что проблема имеет международный, глобальный характер: нет засорения национального околоземного космического пространства, есть засорение космического пространства Земли, одинаково негативно влияющее на все страны.
Необходимость мер по уменьшению интенсивности техногенного засорения космоса становится понятной при рассмотрении возможных сценариев освоения космоса в будущем. Существует так называемый «каскадный эффект», который в среднесрочной перспективе может возникнуть от взаимного столкновения объектов и частиц «космического мусора». При экстраполяции существующих условий засорения низких околоземных орбит, даже с учётом мер по снижению в будущем числа орбитальных взрывов (42 % всего космического мусора) и других мероприятий по уменьшению техногенного засорения, этот эффект может в долгосрочной перспективе привести к катастрофическому росту количества объектов орбитального мусора на низких околоземных орбитах и, как следствие, к практической невозможности дальнейшего освоения космоса. Предполагается, что «после 2055 года процесс саморазмножения остатков космической деятельности человечества станет серьёзной проблемой»Космические новости // Голос России .
Характеристики космического мусора По состоянию на 2021 год на всех высотах околоземного пространства находилось 130 млн объектов размером 0,1—1 см. Из них 20 млн — на низкой околоземной орбите на высотах до 2000 км. Количество объектов размером 1—10 см на всех высотах составило 900 тыс., на низкой околоземной орбите — 500 тыс. Количество объектов свыше 10 см — 34 тыс., из них на низкой околоземной орбите — 23 тыс.
Лишь небольшая их часть (порядка 10 %) была обнаружена, отслеживается и внесена в каталоги с помощью наземных радиолокационных и оптических средств. Например, на 2013 год каталог Стратегического командования США содержал объектов (в основном, размером более большая часть которых была создана СССР, США и КитаемВ НАСА определили количество космического мусора на орбите , 18 апреля 2013Orbital Debris Quarterly News , Volume 17, Issue 2, April 2013: page 10 "SATELLITE BOX SCORE (as of 3 April 2013, cataloged by the U.S. Space Surveillance Network). Российский каталог, ГИАЦ АСПОС ОКП (ЦНИИмаш), содержал в августе 2014 года 15,8 тыс. объектов космического мусораСобытия в околоземном космическом пространстве. Август 2014 года, Выпуск 8 (51) // Центральный научно-исследовательский институт машиностроения: «остальные 15 827 КО — космический мусор», а всего на околоземных орбитах находилось более 17,1 тыс. объектов (включая действующие спутники), столкновение с любым из которых приведёт к полному разрушению космического аппарата (КА).
Около 6 % отслеживаемых объектов — действующие; около 22 % объектов прекратили функционирование; 17 % представляют собой отработанные верхние ступени и разгонные блоки ракет-носителей и около 55 % — отходы, технологические элементы, сопутствующие запускам, и обломки взрывов и фрагментации.
Большинство этих объектов находится на орбитах с высоким наклонением, плоскости которых пересекаются, поэтому средняя относительная скорость их взаимного пролёта составляет около 10 км/с. Вследствие огромного запаса кинетической энергии столкновение любого из этих объектов с действующим космическим аппаратом может повредить его или даже вывести из строя. Примером может послужить первый случай столкновения искусственных спутников: Космос-2251 и Iridium 33, произошедший 10 февраля 2009 года; в результате оба спутника полностью разрушились, образовав свыше 600 обломков.
Наиболее засорены те области орбит вокруг Земли, которые чаще всего используются для работы космических аппаратов. Это низкая околоземная орбита, геостационарная орбита и солнечно-синхронные орбиты.
Существуют различные оценки «вклада» основных мусорящих в космосе стран. В частности, в одном из докладов на конференции по исследованию космического пространства Glex—2021 (Санкт-Петербург, 14—18 июня 2021 года) были приведены два варианта подобных оценок. По одному из них, вклад Китая составляет 40 %, США — 25,5 %, России — 25,5 %, других стран — 7 %. Согласно второму варианту на Россию приходится 39,7 %, на США — 28,9 %, на Китай — 22,8 % (оба расчёта выполнены без учёта случая испытания российской противоракеты в 2021 году).
Космический мусор глубокого космоса Астероиды классов Аполлон и Атон, пересекающие земную орбиту, рассматриваются как форма космического мусора, происходящего из глубокого космоса. В отличие от антропогенных объектов на околоземной орбите, эти небесные тела представляют естественную угрозу для космической инфраструктуры и наземных объектов. Их обнаружение и характеристика требуют решения операционных задач, включая географическое разнообразие наблюдательных систем. Уязвимость современных технологий к столкновениям с такими астероидами подчёркивает необходимость совершенствования методов мониторинга, особенно для потенциально опасных объектов.
Методы защиты космических аппаратов от столкновений с космическим мусором Действенных мер защиты от объектов космического мусора размером более 1 см в поперечнике (на низких и средних орбитах)Космический мусор — проблема которую нужно решать // Новости космонавтики, 20.04.2013 почти нет.
Методы уборки и уничтожения космического мусора Эффективных практических мер по уничтожению космического мусора на орбитах более 600 км (где не сказывается очищающий эффект от торможения об атмосферу) на настоящем уровне технического развития человечества пока не разработано. Хотя в ряду других рассматривались, например, проекты спутников, испаряющих обломки мощным лазерным лучом // NASA Technical Reports Server (NTRS) или меняющих их орбиту ионными пучками (таков проектируемый российский КА «Ликвидатор»), которые должны тормозить обломки для их входа в атмосферу с частичным или полным сгоранием в ней или, в случае аппаратов на геостационарной орбите, уводить их на орбиту захоронения, или наземные лазеры (Laser broom), либо аппарат, который будет собирать мусор для его дальнейшей переработки. Вместе с тем стремительно растёт актуальность задачи обеспечения безопасности космических полётов в условиях техногенного загрязнения околоземного космического пространства и снижения опасности для объектов на Земле при неконтролируемом вхождении космических объектов в плотные слои атмосферы и их падении на Землю.
Международное сотрудничество по решению проблемы «космического мусора» развивается по следующим приоритетным направлениям: экологический мониторинг околоземного пространства, включая область геостационарной орбиты: наблюдение за «космическим мусором» и ведение каталога объектов «космического мусора»; математическое моделирование «космического мусора» и создание международных информационных систем для прогноза засорённости околоземного пространства и её опасности для космических полётов, а также информационного сопровождения событий опасного сближения КО и их неконтролируемого входа в плотные слои атмосферы; разработка способов и средств защиты космических аппаратов от воздействия высокоскоростных частиц «космического мусора»; разработка и внедрение мероприятий, направленных на снижение засорённости околоземного пространства.
Федеральная комиссия по связи США требует от компаний, запускающие спутники на низкую околоземную орбиту, проводить утилизацию их в течение 25 лет с момента завершения миссии; в 2022 году введены новые правила, которые требуют утилизировать их в течение 5 летСША обязали операторов удалять свои спутники с орбиты в течение пяти лет после завершения миссий // 3DNews, 30.09.2022.
В некоторых странах сейчас внедряются технологии активного удаления мусора (Active Debris Remediation, ADR). В 2020 году Европейское космическое агентство заказало первую миссию по активному удалению космического мусора в рамках программы «Чистый космос», чтобы снять с орбиты адаптер Vespa (адаптер отсека вторичной полезной нагрузки лёгкой ракеты «Вега», запущенной в космос в 2013 году). Япония реализует сразу несколько проектов по отработке технологий для различных миссий ADR.
Поскольку экономически приемлемых методов очистки космического пространства от мусора пока не найдено, основное внимание в ближайшем будущем будет уделено мерам контроля, исключающим образование мусора: предотвращению орбитальных взрывов, сопутствующих полёту технологических элементов, уводу отработавших ресурс космических аппаратов на орбиты захоронения, торможению об атмосферу
Поиск и отслеживание
Существует множество инструментов контроля околоземных орбит с целью поиска объектов на ней. Их можно разделить на радиолокационные и оптические. Обнаружение орбитальных объектов может быть также дополнительной функцией универсальных инструментов исследования космического пространства или оборонных систем. Также существует ряд специализированных инструментов. В СССР и США были созданы мощные инструменты отслеживания космического пространства. Также ряд специализированных инструментов существует в Европе и других странах. Также работает ряд национальных программ отслеживания околоземных объектов и борьбы с космическим мусором. Для координации их деятельности создано .
СССР и Россия В Советском Союзе была создана Система контроля космического пространства, которая и сегодня ведёт каталог орбитальных объектов на основании данных систем СПРН и специализированных станций наблюдения за околоземным пространством. Засорённостью космоса начали заниматься в 1985 году в Министерстве обороны и в Академии наук страны. Уже в 1990 году были получены первые практические оценки и разработана математическая модель засорённости околоземного космического пространства. В 1992 году впервые в стране был создан проект стандартных исходных данных для обеспечения работ по созданию космических орбитальных средств.
В Федеральную космическую программу России на 2016—2025 годы включено создание к 2025 году «уборщика» мусора с геостационарных орбит (на которых на 2014 год находится до 1000 неэксплуатируемых объектов). Планируется, что в течение полугода каждый «Ликвидатор» будет переводить на орбиту захоронения до 10 объектовКосмический мусор и его коллеги — И. Чёрный // «Новости космонавтики», № 10, 2014 г..
На 2015 год по данным российской системы предупреждения об опасных ситуациях в околоземном космическом пространстве находится более космических объектов искусственного происхождения. Из них действующих — , остальное — космический мусор.
Помимо систем СПРН поиском и идентификацией орбитальных объектов занимается специализированный радиооптический комплекс распознавания космических объектов «Крона», а также станция оптических наблюдений «Архыз», алтайский оптико-лазерный центр имени Г. С. Титова, оптико-электронный комплекс «Окно».
США