Первый космический «мусоровоз» будет швейцарским!

Чтобы поймать «добычу», аппарат Clear-Space-1 будет снабжен подобием гигантской руки-манипулятора с четырьмя металлическими пальцами, на каждом из которых будет по три фаланги. ESA

Договор подписан: Европейское космическое агентство (ESA) выделяет 93 миллиона франков стартап-фирме. И фирма эта — швейцарская. Ее задача — создание технологии сбора космического мусора, способного представлять собой реальную угрозу для орбитальных полетов.

Русскоязычную версию подготовили Юлия Немченко, Игорь Петров.

Это произошло 10 февраля 2009 года: американский коммерческий спутник Iridium 33 на скорости около 42 000 км в час столкнулся с российским военным спутником «Космос 2251». Оба аппарата распались на более чем шесть сотен отдельных частей и фрагментов. С тех пор весь этот металлолом вращается вокруг Земли со скоростью, в двадцать раз превышающей скорость ружейной пули.

Это была первая зарегистрированное космическое ДТП подобного рода. С тех пор случались, однако, и такие, которые были вызваны умышленно, причем с разными целями. Например, с тестовыми целями такие столкновения организовывали россияне, американцы, китайцы и индийцы. Все эти операции оставляли на орбите тысяч фрагментов, представляющих собой опасность для любого космического корабля, вплоть до Международной космической станции (МКС). 

Именно этот сценарий можно увидеть в начале фильма Альфонсо Куарона «Гравитация». Но теперь фантазия, похоже, почти стала реальностью. В том же 2009 году Мюриэль Ришар-Нока (Muriel Richard-Noca) и ее студенты торжественно отметили в Высшей технической школе Лозанны (EPFL) успешное выполнение своей миссии спутником SwissCube. Это был первый полностью сделанный в Швейцарии мини-сателлит размером с молочный пакет. Однако уже тогда им всем было ясно, что рано или поздно и их детище тоже превратится в осколки на околоземной орбите. 

Ведь SwissCube был позиционирован как раз в том регионе околоземного пространства, в котором было сосредоточенно особенно много обломков таких «космических кораблекрушений». И тогда в 2012 году Мюриэль Ришар-Нока и Космический Центр Высшей технической школы Лозанны (Space Center der ETH LausanneВнешняя ссылка) запустили новый проект под названием ClearSpaceВнешняя ссылка («Чистый космос»). Одновременно, в то же самое время и совершенно самостоятельно, физик Луиза Инноченти (Luisa Innocenti) убедила ESA запустить программу с той же целью. 

Большая орбитальная свалка

Начиная с 1957 года всего по данным ЕКА на околоземную орбиту было запущено около 9 600 объектов, 5 500 из которых до сих пор находятся над нашими головами. Под контролем — менее половины из них. Это означает, что сейчас в космическом пространстве летает 3 200 «кораблей-призраков». К этому числу следует добавить фрагменты ракет, разгонных ступеней и прочие обломки, возникшие в результате столкновений, взрывов и других нештатных ситуаций. 

На сегодняшний день, по разным оценкам, таких на орбите насчитывается более 500. В общей сложности в ближнем космосе сейчас находится более 8 800 тонн неконтролируемого фрагментарного мусора, что составляет почти 130 млн отдельных частей, размеры которых варьируются от масштабов рисового зерна до габаритов городского автобуса. Тем не менее, с учетом их кинетической энергии, даже самые маленькие объекты размером с невинную гайку все равно способны причинить значительный вред на орбите.

Самые крупные из этих обломков и фрагментов (их число достигает 22 300) известны контрольным инстанциям на земле, за ними пристально следят, принимая в случае угрозы необходимые профилактические меры. И это происходит постоянно. Так, в начале октября 2020 года, то есть менее чем через год после своего вывода на орбиту, уклоняющийся маневр должен был совершить швейцарский космический телескоп CHEOPS, а международной космической станции ISS только в 2020 году трижды пришлось менять свою орбиту, с тем чтобы избежать столкновения с космическим мусором.

Впечатляющая сумма

Восемь лет спустя лозаннский проект ClearSpace стал компанией-стартапом. Осенью 2019 года ESA выбрало её из 13 кандидатов в качестве компании, которая получит европейское бюджетное госфинансирование, что позволило увеличить штат фирмы с пяти до 20 сотрудников. Решая вопрос космического мусора, М. Ришар-Нока и ее команда оказались в области, где еще не ступала нога человека-ученого, и пока ни один проект в области очистки космоса от мусора в мире не продвинулся так далеко, как этот. 

Очевидно, эта комбинация и стала основной причиной, по которой ESA впервые в своей истории сделало ставку не на свой проект, но на экспертов со стороны. Еще больше впечатляет выделенная сумма. Никогда еще Европейское космическое агентство не поддерживало обыкновенную стартап-фирму таким солидным финансированием в размере 93 млн швейцарских франков. Со своей стороны компания была обязана самостоятельно привлечь еще 26 миллионов франков, и только в этом случае она имела бы в своем распоряжении весь необходимый бюджет. 

А на этой неделе ученые из Лозанны организовали в режиме онлайн свою пресс-конференцию. На ней выяснилось, что к настоящему моменту этот швейцарский стартап уже превратился в настоящий научно-промышленный холдинг, объединяющий НИИ и предприятия из восьми европейских стран, среди них — французская компания Airbus и швейцарский военно-промышленный госконцерн Ruag, который, в частности, производит обшивку головного обтекателя для ракет Ariane. Пока спутник ClearSpace-1 существует только на бумаге, но его монтаж должен начаться уже очень скоро. 

Чрезвычайно рискованная миссия

Если все пойдет по плану, то спутник ClearSpace-1 должен быть выведен на орбиту уже в 2025 году при помощи европейской ракеты Vega. Его миссия — собирать космический металлолом и направлять его в плотные слои атмосферы, где он будет сгорать в результате трения о воздух. Его первой целью станет Vespa, механическое устройство в форме конуса, вращающееся вокруг Земли на высоте 800 км. 

Оно было необходимо для вывода на орбиту одной ракетой-носителем нескольких спутников сразу. Сейчас это свободно дрейфующий в космосе фрагмент весом в 112 килограмм и габаритами своими примерно равный среднему мотоциклу. Он обладает небольшим моментом вращения и не находится под контролем земных инстанций. Так что никогда еще инженерам и ученым не приходилось сталкиваться с таким «несговорчивым» объектом. 

Эта анимация показывает, насколько переполнено мусором околоземное космическое пространство (масштаб фрагментов не соответствует реальному). ESA

Его ликвидация станет на самом деле настоящей сенсацией. «В научно-фантастических фильмах часто можно видеть, как астронавт пытается поймать инструмент, но стоит ему при этом сделать одно неловкое движение, как инструмент улетает в космос словно мячик для гольфа. С „Веспой“ может случиться точно так же», — говорит представитель ESA Луиза Инноченти. Чтобы поймать такой значительный фрагмент, спутник ClearSpace-1 должен будет очень широко и «гостеприимно» развести в стороны все свои четыре захватывающие «руки»-манипулятора.

Еще одна проблема — солнце. Оно может ослепить видеокамеры, и тогда цель станет невидимой, поэтому «спутник-охотник» должен будет при помощи искусственного интеллекта постоянно вновь рассчитывать свою траекторию и каждое свое движение. Но и это еще не все. Как только спутник ClearSpace-1 поймает «Веспу» в свои объятия, на орбите возникнет абсолютно новый объект, все параметры которого изменятся, и их придется вычислять заново. Затем на Земле будет рассчитана траектория, по которой этот объект войдет в плотные слои и там сгорит. 

Зачем нужны такие расходы?

Все очень интересно, но не слишком ли это большая трата денег для того, чтобы избавиться от одного-единственного куска космического металлолома? «Вовсе нет», — в один голос отвечают ESA и ClearSpace. Эта миссия будет лишь первой, в перспективе нас может ожидать создание «охотника», способного последовательно сбрасывать в огонь плотных слоев атмосферы несколько фрагментов или обломков. Начать можно с утилизации пяти или даже десяти фрагментов за одну миссию. 

Но и это еще не все! В теории технологии, лежащие в основе проекта ClearSpace, могут использоваться для дозаправки кораблей или спутников на орбите или для их ремонта. В долгосрочной же перспективе такие спутники могут помогать собирать прямо на орбите тяжелые космические аппараты, используемые для длительных перелетов даже к Луне или Марсу.

«Наша цель — предлагать для использования на орбите малозатратные услуги на устойчивой долгосрочной основе», — говорит директор ClearSpace Люк Пике (Luc Piguet). При этом он не скрывает и коммерческий целей. Сегодня он мечтает о том, что однажды придет время, и его проект приобретет капитализацию в масштабе «от нескольких сотен миллионов до нескольких миллиардов долларов». 

Здесь следует только отметить, что частные компании, например Илон Маск, уже продвинулись гораздо дальше, особенно в том, что касается технологий дозаправки или орбитального монтажа космических аппаратов. С другой стороны, он не занимается конкретно проблемой мусора. Еще один вопрос: насколько позитивны перспективы развития швейцарского «мусорного проекта» под эгидой не частного бизнеса, но по сути госструктуры, каковой является ЕКА? 

Частные игроки

Есть и другие вопросы. Например, кто будет платить за утилизацию космического мусора? Кто несет правовую ответственность за загрязнение космоса? В частности, в Декларации правовых принципов ООН, регулирующих деятельность государств по исследованию и использованию космического пространстваВнешняя ссылка, говорится только об ответственности государств. Присутствие в космосе частных игроков в ней никак не регулируется. 

А между тем теперь именно частный сектор в лице того же Илона Маска перехватил инициативу в плане реализации передовых инновационных форматов и технологий освоения космоса и его финансирования. Но значит ли это, что в итоге до мусора в космосе сейчас просто никому нет дела? Нет, так утверждать тоже нельзя, просто надо провести различие между старыми и новыми (или будущими) обломками и фрагментами, находящимися на околоземной орбите. 

Уже сейчас существуют вполне четкие правила, обязательные для соблюдения как частными, так и государственными игроками на этом рынке. Например, ракета-носитель, доставившая на орбиту спутник, должна максимум через 25 лет войти в плотные слои и сгореть. А это означает, что у нее на данный момент должно быть на борту достаточно топлива для того, чтобы совершить все необходимые маневры. С другой стороны, создав модели возвращаемых на землю ракет-носителей и разгонных ступеней многоразового использования, Илон Маск предложил реальный путь сокращения темпов и объемов замусоривания околоземной орбиты. 

И это очень актуально, ведь, как говорит Люк Пике, «мы запускаем на орбиту все больше и больше спутников». Начиная с 2010 года число объектов на орбите выросло в 16 раз, за счет прежде всего таких проектов, как Starlink компании Илона Маска SpaceX, или же проект OneWeb. Впрочем, сам Люк Пике тоже признает, что такие «новые игроки сознательно относятся к проблеме мусора и действуют превентивно, а значит, самая большая проблема сейчас — это не новые, а старые фрагменты и обломки».

«В ООН в настоящий момент идут дискуссии о введении налога на запуск спутников. На эти деньги можно было бы финансировать управляемый ООН Фонд по очистке космоса», — говорит Луиза Инноченти. И это понятно: государственный сектор, проигрывая в космической гонке частным игрокам, сразу же хватается за испытанный фискальный инструмент, чтобы заставить таких гибких частников, как Маск, делиться с менее поворотливыми государственными и межгосударственными структурами и институтами.

Но пока за рамки теоретических дискуссий дипломатов и международных чиновников дело не выходит. Проблема же уборки в космосе остается. В апреле 2021 года эта тема станет предметом дебатов на 8-й Европейской Конференции по проблемам утилизации космического мусора. Пройдет она под лозунгом Time to Act! («Пришло время действовать!»).