Космос как критическая инфраструктура: как сохранить орбиту безопасной и устойчивой

Коммерческое освоение космоса идёт полным ходом, и орбита Земли становится всё более перегруженной. По данным Европейского космического агентства (ESA), сейчас на орбите находится около 16 000 активных спутников, а к 2035 году, по прогнозу Novaspace, их число может приблизиться к 60 000. Космос незаметно, но быстро превратился в критический слой инфраструктуры, от которого зависит почти вся современная жизнь. Поэтому поддержание безопасной и чистой среды на орбите становится задачей первостепенной важности.

Ситуация усложняется тем, что вместе с ростом космического трафика увеличивается и количество мусора. На орбите Земли насчитывается более 1,2 млн фрагментов размером свыше 1 см, и каждый из них способен повредить спутник или космический аппарат с потенциально катастрофическими последствиями. По мере роста числа активных спутников и объектов мусора давление на космическую среду усиливается.

Баланс между расширением и устойчивостью

Когда-то космос был исключительно domaine государств, но теперь это не так. Технологии совершенствуются, стоимость запусков снижается, а спутники становятся меньше, эффективнее и дешевле в производстве. Это демократизировало доступ в космос и привело к резкому росту трафика, в частности группировок на низкой околоземной орбите (LEO), состоящих из тысяч спутников. Планы по расширению таких группировок уже реализуются, а в ближайшие годы ожидаются новые, ещё более крупные системы. Кроме того, в перспективе нескольких лет возможен запуск первых космических дата-центров, что может положить начало массовому переносу вычислительной инфраструктуры с Земли на орбиту и ещё больше усилить нагрузку.

Чтобы космос и дальше отвечал текущим и будущим потребностям, расширение должно быть устойчивым. Поддержание безопасной и чистой орбитальной среды сегодня важнее, чем когда-либо, а смягчение последствий космического мусора — ключевая часть этих усилий.

Как поддерживать безопасную среду

Смягчение воздействия мусора требует комплексного подхода. Образование новых фрагментов — преднамеренное или случайное — необходимо максимально сокращать на всех этапах: при запуске, эксплуатации и завершении миссии. Спутники и другие аппараты должны проектироваться с учётом этого требования. Кроме того, неактивные спутники не должны оставаться на орбите слишком долго: это повышает вероятность столкновений и появления нового мусора. Раньше стандартом считались 25 лет, теперь всё чаще рекомендуют сокращать этот срок до пяти лет.

Не менее важно предотвращать столкновения активных спутников с другими объектами. Это возможно только при эффективных системах оценки космической обстановки (SSA) и координации космического движения (STC). SSA описывает объекты в космосе — спутники и мусор — и определяет их положение, траекторию и скорость, а STC управляет движением, выявленным с помощью SSA, чтобы предотвращать столкновения. При вероятном сближении поставщики услуг SSA/STC предупреждают операторов, которые решают, нужен ли манёвр уклонения.

Продление срока службы спутников также снижает потребность в новых запусках и, следовательно, вероятность образования дополнительного мусора. Этому способствуют электрические двигательные установки, повышающие манёвренность и длительность миссий, а также обслуживание на орбите, ремонт и дозаправка. Наряду с предотвращением нового мусора нужны эффективные методы удаления уже существующих фрагментов. Этот сектор быстро растёт и привлекает инвестиции: разрабатываются технологии от физического захвата и увода на тросе до разрушения с помощью наземных и космических лазерных и плазменных систем, а также концепция «добычи» мусора для извлечения металлов и газов и их использования в орбитальной переработке в рамках циркулярной космической экономики.

Как реагируют заинтересованные стороны

ООН считает безопасность и устойчивость космоса приоритетными задачами. Её договоры и соглашения направлены на сохранение мирного, безопасного и устойчивого использования космического пространства, предотвращение столкновений, управление космическим мусором и ответственные операции. Правительства, космические агентства и международные организации также усиливают внимание к устойчивости космоса.

ESA запустила стратегию Zero Debris, цель которой — достичь нейтральной по мусору орбитальной среды к 2030 году. В рамках этого подхода агентство обновило требования и стандарты по снижению засорения орбиты, которые определяют проектирование, строительство, эксплуатацию и утилизацию миссий, а также требования для компаний и учреждений, работающих с ESA.

В Великобритании UK Space Agency играет активную роль в обеспечении безопасности и устойчивости космоса через программу Active Debris Removal (ADR) и разработку стандартов устойчивости совместно с отраслью. Агентство также готовит стратегию устойчивости космоса для координации практик.

NASA в своей Space Sustainability Strategy выделяет пять ключевых проблем, актуальных как на национальном уровне, так и для мирового космического сообщества. Среди них — отсутствие единой принятой рамки устойчивости космоса и возможные противоречия между устойчивостью и другими интересами миссий. Стратегия определяет шесть целей и соответствующие задачи для их достижения.

США также развивают Национальный план по снижению орбитального мусора 2022 года с помощью закона Orbital Sustainability (ORBITS) Act. Он внесён в Сенат, но пока не принят: документ предусматривает программу активного устранения орбитального мусора и разработку единых стандартов. Office of Space Commerce создал TraCSS — систему координации космического движения для предоставления базовых данных и услуг SSA гражданским и частным операторам; сейчас она работает в бета-режиме. Международная организация по стандартизации (ISO) также готовит стандарт Space Systems — Space Traffic Coordination (STC), который должен установить базовые протоколы, форматы обмена данными и операционные требования для безопасности на орбите, оценки сближений и предотвращения столкновений.

Эти стратегии движут отрасли в правильном направлении, но действовать нужно быстро. Успех зависит не только от скорости, но и от последовательных совместных усилий и участия всех пользователей космоса. Решения и действия следующего десятилетия определят космическую среду для будущих поколений. Станет ли устойчивость основным принципом, а не запоздалой мыслью, пока неясно, но основания для оптимизма есть. Ключевыми шагами должны стать обязательное обмен данными о сближениях, экономические стимулы для ответственного поведения, страхование рисков, поддержка активного удаления мусора и согласование международных норм до того, как орбитальная перегрузка станет неуправляемой.

Источники: Space.com, ESA, Novaspace, ООН, UK Space Agency, NASA, Office of Space Commerce, ISO.