ОБЛОМКИ
КОСМИЧЕСКИЙ МУСОР И СИНДРОМ КЕССЛЕРА

Управление NASA по орбитальному мусору насчитывает более 25 000 объектов крупнее 10 см, около 500 000 размером от 1 до 10 см и свыше 100 миллионов крупнее 1 мм. На январь 2022 года масса вещества на орбите превысила 9000 тонн [1]. Отслеживать можно только самые крупные куски; о более мелких известно из статистики, выборочных радарных наблюдений и следов ударов на вернувшихся поверхностях аппаратов [1].

До 2007 года большая часть крупного мусора появлялась при взрывах старых верхних ступеней и аппаратов. Затем картину изменили два события: намеренное противоспутниковое испытание и первое случайное столкновение двух целых спутников [1][2][3]. Ещё в 1978 году Дональд Кесслер и Бёртон Кур-Пале предупреждали, что столкновения однажды могут создать самоподдерживающийся пояс обломков [4].

11 января 2007 года китайский перехватчик поразил «Фэнъюнь-1C» — старый 960-килограммовый метеоспутник на орбите 845 × 865 км. NASA назвало образовавшееся облако самым сильным загрязнением низкой орбиты за пятьдесят лет: оно простиралось от 200 до более чем 4000 км, и к 31 марта отслеживалось 1613 обломков, большинство — на орбитах, где они продержатся десятилетия и века [2].

10 февраля 2009 года в 16:56 GMT над севером Сибири на высоте 790 км столкнулись работающий Iridium 33 (560 кг) и мёртвый «Космос-2251» (около 900 кг). Их орбиты пересекались почти под прямым углом, поэтому они встретились на скорости более 11 км/с. К концу марта было каталогизировано 823 крупных обломка [3]. В наземных испытаниях спутники полностью разрушались при ударах с энергией около 40 Дж на грамм мишени [3].

Единственный естественный «уборщик» — разреженный верх атмосферы, который медленно тормозит объекты. По данным NASA, мусор на орбитах ниже 600 км обычно падает за несколько лет; на 800 км распад часто измеряется веками; выше 1000 км мусор обычно кружит тысячу лет и больше [1]. Поэтому облако «Фэнъюнь-1C» на высоте около 850 км — такая долговечная проблема.

Скорость падения зависит от того, какую площадь предмет подставляет воздуху на единицу массы: лёгкая плоская панель падает гораздо раньше плотного куска. И зависит от Солнца: в максимум солнечной активности верхняя атмосфера нагревается и разбухает, и плотность на той же высоте возрастает в несколько раз. Попробуйте и то и другое ниже.

В 1978 году Кесслер и Кур-Пале рассчитали, как часто будут сталкиваться искусственные спутники по мере роста их числа. Каждое столкновение создаёт обломки, способные вызвать новые столкновения, поэтому их частота растёт как квадрат численности. На орбитах достаточно высоких, где сопротивление убирает мусор лишь медленно, утверждали они, столкновения со временем могут образовать пояс обломков вокруг Земли [4]. Эту идею теперь называют синдромом Кесслера.

Рычаг прост: на самых опасных высотах удаление сопротивлением линейно по численности, а рождение обломков при столкновениях — квадратично. Единственный устойчивый ответ — перестать добавлять массу, которая остаётся, сводя спутники с орбиты вскоре после окончания миссии. В 2022 году Федеральная комиссия связи США приняла правило пяти лет: спутники, завершающие миссию на низкой орбите ниже 2000 км, должны утилизироваться как можно скорее и не позднее чем через пять лет, вместо прежнего 25-летнего ориентира [5].