Бак по расчету: математическая модель обезопасит МКС от микромусора
Российские ученые занимаются созданием системы мониторинга в околоземном пространстве мусора размером менее 10 см. Несмотря на небольшие габариты, столкновение с таким объектом космических аппаратов почти всегда приводит к аварии. Специалисты уже создали математическую модель расположения микромусора на орбите. С ее помощью они намерены рассчитать количество и оптимальное местоположение оборудования, необходимого для контроля за этой опасностью. В будущем данные со средств наблюдения также загрузят в модель и получат реалистичную картину происходящего вокруг Земли. По словам экспертов, это позволит выбирать безопасные орбиты для МКС, космических кораблей и спутников.
Меньше не лучше
Специалисты Московского авиационного института (МАИ) работают над созданием системы мониторинга космического мусора размером менее 10 см в околоземном пространстве. Несмотря на малые габариты, столкновение с такими объектами космических аппаратов на большой скорости неминуемо приводит к аварии. Ранее ученые создали математическую модель расположения частиц на орбите. Ее данные могут использоваться для расчета безопасных орбит для пилотируемых кораблей и спутников. Проект реализуется при поддержке Российского научного фонда.
— Из-за высоких скоростей соударения объекты размером от 1 до 10 см несут риски для космических аппаратов вплоть до полного выхода из строя. Даже такой защищенный объект, как МКС, может быть пробит частицей диаметром более 1,3 см на скорости около 10 км/c. Объекты диаметром менее 1 см по отдельности не в состоянии пробить защитные экраны МКС, потому что их кинетическая энергия мала. Зато их самих гораздо больше, из-за чего частота столкновений с ними существенно выше, они способны снизить функциональные возможности космических аппаратов и их подсистем, — рассказал автор проекта, доцент кафедры «Системный анализ и управление» МАИ Игорь Усовик.
Доцент кафедры «Системный анализ и управление» МАИ Игорь Усовик
Аварии из-за малоразмерных осколков происходят регулярно. По словам представителей «Роскосмоса», одной из причин разгерметизации Международной космической станции в конце 2022 года могло стать столкновение с мусором. В 2013-м после контакта с малоразмерным объектом вышел из строя российский наноспутник «Блиц». В 2016-м сантиметровая частица пробила панель солнечной батареи европейского космического аппарата Sentinel-1A. В результате от нее отлетели фрагменты размером более 5 см. В 2019 году, предположительно, произошло столкновение с микромусором российского гидрометеорологического спутника «Метеор-М», из-за чего он был временно неработоспособен.
Проблема осложняется с каждым годом. Число новых аппаратов, которые выводятся на орбиту, непрерывно увеличивается. По данным Управления по вопросам космического пространства ООН, в 2020-м человечество вывело на орбиту 1274 новых спутника, а в 2022-м — уже 2474. Отслужив свой срок, эти аппараты превращаются в мусор, который несет угрозу столкновения для действующих устройств. За всеми крупными объектами размером более 10 см внимательно следят и каталогизируют. Сейчас их насчитывается более 30 тыс. Однако полноценной системы слежения за более мелкими, но всё равно очень опасными частицами в мире не существует.
Правильная точка зрения
Сейчас данные о малоразмерном мусоре собирают с помощью очень ограниченного числа наземных радиолокационных станций и спутниковых аппаратов, находящихся в космосе. Однако этой информации не хватает для построения полной картины, как небольшие частицы мусора располагаются вокруг Земли. На первом этапе созданная ранее учеными модель будет использована для определения нужного количества, видов и оптимального местоположения оборудования, которое необходимо для построения полноценной системы мониторинга.
Для решения этой задачи в МАИ также смоделируют технические средства, которые можно использовать для наблюдений. Исходными данными станут характеристики существующих и разрабатываемых сейчас систем. Помимо уже используемых типов устройств, это будут наземные и орбитальные оптические телескопы и контактные датчики, установленные на космических кораблях и спутниках.
— Наша работа заключается в том, чтобы рассчитать, сколько и каких именно средств потребуется для мониторинга космического мусора размером от 1 до 10 см и менее 1 см, для применения этих данных в дальнейшем при проектировании космических систем, — рассказал Игорь Усовик.
После того как в соответствии с расчетами все необходимые средства мониторинга будут установлены и начнут работать, модель можно будет напитать необходимым количеством фактической информации. Это позволит получить реальную картину происходящего на орбите. Эти данные предполагают использовать при изготовлении обновленной российской автоматизированной системы предупреждения об опасных ситуациях в околоземном космическом пространстве «Млечный путь», создание которой «Роскосмос» должен завершить к 2035 году.
С большой энергией
Система мониторинга за мусором небольшого размера необходима, так как он движется с очень большой скоростью на разных орбитах и поэтому может сильно повредить космические аппараты. При любой аварии возникает множество осколков, которые затем сбивают всё подряд. Так образуется целое облако мусора. На орбитах от 600 км, где располагаются спутники, объект может сохраняться десятки лет, а 1000 км — сотни лет, пояснил «Известиям» член-корреспондент Российской академии космонавтики Андрей Ионин.
— Сейчас спутники конструируют по открытой схеме, поэтому их оборудование никак не защищено. Космический аппарат — это сложнейшая техническая система, которую может вывести из строя даже мелкий объект, если он движется со скоростью несколько километров в секунду, — сказал он.
МКС находится на более низкой орбите, чем спутники. Это высота — 350–400 км. Там еще сохраняются остатки атмосферы. Мусор тормозится об нее и поэтому сохраняется на орбите месяцы. Однако он всё равно представляет серьезную опасность, добавил специалист.
— Высокая скорость, с которой движутся частицы мусора на орбите, может привести к фатальным последствиям при столкновении. Они могут пробить обшивку аппарата. Например, при встречном движении мусора и спутника, которые летят со скоростью 8 км/c, мы получаем скорость 16 км/с. А это уже очень большая энергия в случае контакта, — отметил эксперт в космической отрасли Александр Железняков.
Важно знать местонахождение и поведение таких объектов, чтобы избежать эксцессов при создании орбитальных станций и выведении на орбиту другого оборудования, подчеркнул специалист.
