Профессор Омского государственного технического университета рассказал об уборке мусора в космосе как о потенциально прибыльном бизнесе

Околоземной мусор сегодня – это обломки старых спутников, отработанные ступени ракет, фрагменты столкнувшихся аппаратов. Всё это угрожает как действующим спутникам, так и будущим космическим миссиям. Основная опасность заключается в высокой скорости движения этих объектов – даже небольшой винт, летящий со скоростью 28 000 км/ч, может пробить корпус спутника или МКС. Уже сейчас приходится регулярно корректировать орбиты, чтобы избежать столкновений.

Если ситуация выйдет из-под контроля, существует риск возникновения эффекта Кесслера – цепной реакции, при которой столкновения элементов мусора будут порождать все новые обломки, делая околоземное пространство непригодным для использования. Избежать такого сценария, как сообщает «Евразия сегодня» , может помочь космический робот-уборщик.

Его проект и представили российские ученые, в частности -- специалисты Омского государственного технического университета. Инновационное устройство способно захватывать космический мусор с помощью специального клея, а после – отправлять его в атмосферу Земли или на космическое «кладбище».

Исследования проводились в рамках госконтрактов с Роскосмосом в 2023 и 2024 годах и госзадания Минобрнауки. О том, насколько остро стоит проблема космического мусора, какие страны сегодня разрабатывают проекты по его уборке и в чем инновационность изобретения омских ученых, изданию «Евразия сегодня» рассказал руководитель проекта, профессор кафедры «Авиа- и ракетостроение» ОмГТУ Валерий Трушляков.

– Как давно возникла проблема космического мусора и когда на нее обратили внимание?

– Я начинал свою научную деятельность с кандидатской и докторской диссертаций именно по этой теме. В 80-х и 90-х годах мы по большей части решали проблему космического мусора на Земле: ракеты падали, требовались значительные площади районов падения, происходили токсичные разливы топлива и так далее. Но с 90-х годов появилась новая проблема – отходы, которые находились непосредственно в космосе.

До середины 80-х годов сам по себе мусор не был серьёзной проблемой – как в космосе, так и на Земле. Ситуация начала резко меняться с конца 80-х, когда резко увеличилось количество космического мусора, что совпало с активной программой запусков спутников и аппаратов. США уже тогда серьёзно занимались этой проблемой. Освоение космоса шло полным ходом, и в какой-то момент произошёл первый случай столкновения космических объектов. Тогда посчитали, что это единичное явление и не стоит большого внимания. Однако учёные были встревожены: каждая научная отрасль стремится привлечь финансирование, акцентируя внимание на проблеме.

С началом массовых запусков ракет космос стал засоряться. Это похоже на ситуацию на Земле: сначала мусора было мало, но затем он начал накапливаться, образуя свалки. Точно так же оказалось, что космос не безграничен – рано или поздно его тоже можно «замусорить».

Сегодня, когда Илон Маск и другие компании запускают тысячи небольших спутников, проблема только усугубляется. И все в итоге пришли к тому, что так дальше нельзя, нужно что-то делать.

Запустить спутник – одна задача, а вывести его из эксплуатации и спустить на Землю – совершенно другая. Это сложно и дорого. Например, спутник на геостационарной орбите стоит около 100 миллионов долларов. Он функционирует 7-10 лет, но затем выходит из строя и становится помехой для других аппаратов. Кто будет его убирать?

Основными заинтересованными сторонами в очистке космоса становятся те, чьи спутники находятся под угрозой столкновения. Если у вас, например, есть дорогой спутник дистанционного зондирования и прогнозы показывают, что через несколько лет он может столкнуться с обломками другого аппарата, то вам придётся решать эту проблему.

Поэтому сейчас за рубежом уже работают целые научные программы, проводятся лётные эксперименты. В первую очередь этим занимаются США, ЕС, Китай и Япония, недавно подключилась Индия. Россия в этом вопросе явно уступает лидерство.

Кроме того, уборка мусора в космосе, как и на Земле, вскоре станет очень прибыльным бизнесом, в котором крутятся огромные деньги. И все страны готовятся занять свое место на этом рынке, но это получится только у очень индустриально и технологически развитых стран.

– Существует ли реальная угроза, что из-за мусора человечество потеряет возможность безопасно запускать спутники?

– Да, такая проблема есть. Мы видим космос, наблюдаем за звёздами, но вылететь туда становится всё сложнее. Как говорится, «пули свистят и свистят» – стоит подняться выше 200 километров, и велик риск столкновения с обломками.

Есть и другая серьёзная проблема. Спутники, возвращающиеся из космоса, представляют угрозу для гражданской авиации. Диспетчерам приходится перекрывать воздушное пространство, когда на Землю спускают крупные объекты, такие как орбитальные станции. Это создаёт неудобства и дополнительные расходы: авиакомпаниям нужно перенаправлять маршруты, а диспетчерам – выплачивать компенсации.

Кроме того, космические аппараты не могут падать в районы, где находятся важные объекты. Например, там, где ведётся добыча нефти и установлены морские платформы, или в зонах, где нерестятся киты и т. д.

Сегодня каждый спутник рано или поздно сходит с орбиты, за исключением спутников, которые находятся на высоте свыше 5 тысяч километров. Эта проблема особенно обострилась с 90-х годов. Например, спутник может выработать весь запас топлива и остаться болтаться в космосе в виде мусора. Ступени ракет тоже не приспособлены для управляемого схода с орбиты.

США активно работают над этой проблемой, Европа тоже предпринимает шаги. Существуют разного рода конвенции и соглашения, которые рекомендуют космическим агентствам соблюдать определённые правила утилизации спутников, но они носят лишь рекомендательный характер. На данный момент жёстких санкций или уголовной ответственности за нарушение этих норм не предусмотрено.

– Что из себя представляет космический уборщик, разработанный в Политехе? Как он работает? В чем его инновационность?

– Наша инновация заключается в разработке быстрого снятия с орбиты объектов, представляющих опасность.

Наш космический уборщик – это ящик весом около 300-400 килограммов, заправленный топливом. На орбите он отделяется на тросе и приближается к объекту, например, старому спутнику, за который затем цепляется. Далее система начинает вращаться, а мы, прикладывая управляющие усилия, можем либо опускать спутник вниз, либо поднимать вверх. Запас топлива заранее рассчитан для выполнения этой задачи.

Главная сложность в такой оперативной уборке — это стыковка, так как она занимает длительное время. Космический мусор может хаотично вращаться, и его непросто захватить.

Что предложили мы: вместо традиционных методов (сетей, роботизированных рук) мы используем трос с особым клеящим материалом на конце. Этот материал при столкновении с объектом за считаные секунды создаёт прочное соединение за счёт эффекта холодной сварки.

Принцип напоминает стоматологические пломбы: материал наносится, затем под воздействием ультрафиолета мгновенно затвердевает. По аналогии наш клей при ударе о корпус спутника или ракеты затвердевает в агрессивной среде космоса, обеспечивая надёжное сцепление.

После этого система буксирует мусор вниз, увлекая его за собой и оперативно удаляя с орбиты.

– А куда уборщик его буксирует?

– Есть такое понятие, как «орбита утилизации». Аппарат может просто кинуть мусор на эту орбиту, и он сам долетит до Земли и постепенно сгорит в атмосфере. Это первый вариант. А второй вариант – это орбита захоронения, проще говоря, «кладбище».

Если спутник находится, скажем, на геостационарной орбите – это 36 000 километров, – спускать его вниз слишком дорого. Поэтому его просто отправляют на «кладбище» – для захоронения этих объектов специально определили два места на большом расстоянии от рабочей орбиты.

Если же отправлять мусор на орбиту утилизации, нужно сделать так, чтобы он сгорел полностью и ничего не упало на Землю. Для этого он должен сделать несколько витков в атмосфере, чтобы нагреться как следует и в конечном итоге разложиться. Однако сейчас отдельные обломки всё же падают вниз. Авиакомпаниям уже начали указывать на повышенные риски, и они всё чаще выражают обеспокоенность: мол, ваши аппараты падают, а наши самолёты могут столкнуться с ними. К счастью, пока таких случаев не было.

– Если мусор будет сгорать в атмосфере, не приведет ли это к выбросам вредных веществ? Японцы даже деревянный спутник запустили, который при сгорании ничего от себя не оставит, но с металлом другая история.

– Да, действительно, только часть мусора сгорает в атмосфере, некоторые фрагменты всё же достигают Земли. В основном это турбонасосные агрегаты, камеры сгорания и другие элементы, содержащие тугоплавкие металлы. Например, раньше использовались нержавеющие стали и стальные баки, которые практически не сгорали. А вот алюминиевые сплавы, более дешёвые, полностью выгорают.

Поэтому мы тоже работаем над этим. Наша цель – добиться полного разрушения спутников и ракет при входе в атмосферу, чтобы от них оставалась лишь пыль. Такая пыль не представляет опасности ни для людей, ни для животных.

Один из способов это сделать – усилить разрушение объектов при сходе с орбиты. То есть нужен такой механизм, который в момент входа в атмосферу космического мусора запускает нагревание в вакууме для процессов пиролиза и термодеструкции. Это позволит заранее ослабить структуру аппарата, расщепить его материал, чтобы при попадании в плотные слои атмосферы он мгновенно разрушался и сгорал. В идеале нам нужно добиться, чтобы мусор не просто рассыпался, а сгорал полностью. Это наша мечта, над которой мы активно работаем.

Сейчас и в мире меняется подход: правительства разных стран разрабатывают новые законы, требующие, чтобы материалы были легкоутилизируемыми. Теперь уже недостаточно просто запустить аппарат в космос — важно заранее продумать, что с ним будет после завершения миссии. Раньше об этом никто не задумывался.

– А есть ли похожие космические уборщики у других стран?

– Да, у американцев, например, есть роботизированная рука. Она медленно приближается к спутнику, либо вставляет в его двигатель специальный стержень, либо захватывает сам аппарат. Иногда через эту руку спутнику подаётся электричество. Однако этот процесс занимает много времени, и он не предназначен для оперативного спуска с орбиты. Мы же предлагаем более быстрое и эффективное решение.

Очень активно работают в этой области англичане, но в основном они тесно сотрудничают с американцами, как и Канада. Они проводили эксперименты с гарпунами, сетями и другими методами захвата. Японцы и китайцы тоже активно исследуют эту тему, тестируя свои технологии.

– А на каком этапе ваш проект?

– У нас не только этап разработки, но и серьёзные научные исследования. Мы определяем принципы управления, проектный облик системы, последовательность действий. Однако самостоятельно разрабатывать материальную часть мы не можем – для этого у нас нет необходимых компетенций. Этим должен заниматься наш индустриальный партнёр.

Наша задача – предоставить результаты научных исследований, но дальнейшая работа, включая разработку материалов, проведение конструкторских, технологических и испытательных работ, должна выполняться на уровне реального производства. Однако всё упирается в финансирование, а его пока нет.

К тому же процесс этот достаточно длительный. Даже если сейчас финансирование появится, научно-исследовательские работы займут ещё несколько лет. Затем индустриальный партнёр проведёт свою часть исследований, на что уйдет около двух лет. Производство материальной части – ещё три года, затем лётные испытания – минимум год. В итоге на всё потребуется примерно 7-8 лет. Так что реально рассчитывать на демонстрационный спуск — не раньше этого срока.

– Получается, Россия пока отстает?

– Да. Сейчас активно японцы проводят эксперименты, европейцы, американцы – у них уже проходят лётно-технические испытания. В последние два-три года они перешли от лабораторных разработок к запускам прототипов. Но у нас тоже есть перспективы.

К 2030 году должна заработать российская орбитальная станция (РОС). И на ней планируются различные эксперименты. Поэтому мы тоже подали заявку на отработку нашей системы захвата космического мусора. Нам дали понять: всё хорошо, продолжайте работу, но финансирование появится только с 2027 года. Поэтому пока мы сами ведём поиск финансирования, рассматриваем студенческие гранты, работаем над запуском стартапа, чтобы получить средства на эксперименты.