Количество искусственных объектов на околоземной орбите продолжает стремительно расти. Вместе с действующими спутниками вокруг Земли вращаются тысячи неработающих аппаратов, ступеней ракет и миллионы более мелких фрагментов. Даже небольшой обломок, движущийся с огромной скоростью, способен вывести из строя дорогостоящий спутник или создать угрозу для пилотируемых космических миссий.
Поэтому наблюдение за космическим мусором становится одной из важнейших задач современной космонавтики. Недавнее исследование показало, что в этой работе могут помочь инструменты, которые изначально создавались вовсе не для изучения околоземного пространства. Учёные успешно продемонстрировали возможность отслеживать космический мусор при помощи радиотелескопов.
Почему космический мусор становится всё более серьёзной проблемой
С начала космической эры человечество вывело на орбиту десятки тысяч аппаратов.
Со временем многие из них перестали работать.
Кроме них вокруг Земли продолжают обращаться:
- разгонные блоки;
- ступени ракет;
- элементы конструкций;
- фрагменты, образовавшиеся после столкновений;
- детали, потерянные во время выхода астронавтов в открытый космос.
Каждый новый запуск увеличивает плотность объектов на популярных орбитах.
Даже маленький фрагмент представляет опасность
На орбите объекты движутся со скоростью около нескольких километров в секунду.
При такой скорости даже металлический осколок размером всего несколько миллиметров обладает огромной кинетической энергией.
Столкновение способно:
- пробить защиту космического аппарата;
- повредить солнечные батареи;
- вывести из строя научные приборы;
- полностью уничтожить небольшой спутник.
Именно поэтому специалисты стремятся отслеживать как можно больше объектов.
Обычно за мусором наблюдают специальные системы
Для контроля околоземного пространства применяются:
- мощные радиолокационные станции;
- оптические телескопы;
- лазерные системы измерений;
- специализированные сети наблюдений.
Каждый из этих методов имеет свои преимущества и ограничения.
Например, оптические телескопы зависят от времени суток и погодных условий.
Радиолокационные станции требуют значительных энергетических затрат.
Неожиданная идея
Авторы нового исследования предложили использовать совершенно другой подход.
Они решили проверить, способны ли радиотелескопы обнаруживать космический мусор.
На первый взгляд подобная идея кажется странной.
Ведь радиотелескопы обычно изучают:
- далёкие галактики;
- пульсары;
- облака межзвёздного газа;
- активные ядра галактик;
- космическое радиоизлучение.
Однако оказалось, что их высокая чувствительность может быть полезна и значительно ближе к Земле.
Радиотелескопы ничего не излучают
Главное отличие такого подхода заключается в принципе работы.
Радиолокатор самостоятельно посылает мощный сигнал и затем принимает отражение.
Радиотелескоп работает иначе.
Он только принимает радиоволны.
Благодаря этому подобные инструменты не создают дополнительных радиопомех и способны работать чрезвычайно чувствительно.
Как удалось обнаружить космический мусор
Исследователи использовали отражённые радиосигналы, уже существующие в окружающем пространстве.
Космический мусор, проходя через область распространения таких сигналов, отражает часть излучения.
Высокочувствительные радиотелескопы способны зарегистрировать эти слабые отражения.
Затем специальное программное обеспечение анализирует полученные данные и определяет движение объекта.
Таким образом появляется возможность фиксировать пролетающие фрагменты без использования собственного мощного передатчика.
Почему метод оказался перспективным
Испытания показали, что подобная схема действительно работает.
Это открывает сразу несколько преимуществ.
Например:
- снижается энергопотребление;
- появляется возможность использовать уже существующие научные инструменты;
- увеличивается число наблюдений;
- можно получать дополнительные данные о движении объектов.
Особенно важно, что такой метод способен дополнить уже существующие системы контроля орбитального пространства.
Радиоастрономия получила неожиданное применение
Большинство радиотелескопов строилось исключительно для фундаментальных исследований Вселенной.
Они помогли открыть:
- пульсары;
- быстрые радиовсплески;
- молекулы в межзвёздном пространстве;
- особенности строения галактик.
Теперь выясняется, что эти же инструменты способны решать вполне практические задачи, связанные с безопасностью космических полётов.
Почему количество мусора продолжает расти
Наиболее серьёзную опасность представляют столкновения между уже существующими объектами.
Когда два аппарата сталкиваются на высокой скорости, образуются тысячи новых фрагментов.
Каждый из них сам становится потенциальным источником новых столкновений.
Этот процесс иногда называют каскадным увеличением количества космического мусора.
Именно поэтому своевременное обнаружение объектов приобретает всё большее значение.
Чем больше наблюдений, тем точнее прогнозы
Для безопасной эксплуатации спутников необходимо заранее знать, где окажется каждый крупный объект.
Если расчёты показывают вероятность опасного сближения, спутник может выполнить небольшой манёвр уклонения.
Чем больше источников наблюдений используется, тем точнее становятся такие расчёты.
Поэтому новая технология может стать важным дополнением к уже существующей международной системе контроля околоземного пространства.
Можно ли использовать существующие радиотелескопы
Одним из достоинств предложенного подхода является возможность применения уже действующих обсерваторий.
Во многих случаях не требуется строительство совершенно новых комплексов.
Достаточно разработать специальные программы обработки сигналов и адаптировать режимы наблюдений.
Это делает технологию значительно дешевле по сравнению с созданием отдельных специализированных систем.
В ближайшие годы число спутников на орбите продолжит увеличиваться.
Развиваются:
- глобальные системы связи;
- навигационные группировки;
- научные аппараты;
- коммерческие космические проекты.
Одновременно возрастает вероятность опасных сближений между объектами.
Любая новая технология, позволяющая улучшить контроль орбитального пространства, становится особенно ценной.
Необычная идея может изменить подход к наблюдениям
Исследование показывает, что современные научные инструменты способны решать задачи, для которых они изначально вовсе не создавались. Радиотелескопы, десятилетиями помогавшие астрономам изучать самые далёкие объекты Вселенной, теперь могут внести важный вклад в обеспечение безопасности космической деятельности возле самой Земли.
Хотя предложенный метод вряд ли полностью заменит традиционные радиолокационные системы, он способен существенно дополнить существующую сеть наблюдений. Чем точнее человечество будет отслеживать космический мусор, тем безопаснее станут будущие спутниковые группировки, научные миссии и пилотируемые экспедиции, работающие на околоземной орбите.
Источники:
Статья создана по материалам Space.com
