В 2025 году специалисты по космическим миссиям обратили внимание на важный, но часто недооценённый аспект эксплуатации спутников — как заканчивается их активная работа после окончания миссии. Новые исследования показывают, что существующие методы могут иметь существенные последствия для атмосферы Земли и безопасности на поверхности, а также поднимают вопросы устойчивости космической инфраструктуры. Эта статья подробно разбирает факты о текущих подходах к завершению жизненного цикла спутников и предлагаемых альтернативах.
Почему важен вопрос завершения миссии
Спутники, работающие годы или десятилетия, в конце своей работы требуют надежного и безопасного завершения миссии. Это часть планирования, которое учитывается ещё на этапе проектирования и разработки. Неправильное или неэффективное завершение может привести к проблемам как на орбите, так и в атмосфере Земли.
Традиционный подход заключается в том, чтобы спутник вошёл в плотные слои атмосферы и сгорел, не оставив крупных фрагментов на поверхности. Однако при таком «естественном» завершении возникают побочные эффекты, которые требуют внимания учёных и регуляторов.
Текущий подход: Design for Demise (D4D)
Метод, который сегодня используют большинство спутников, особенно малых, включая аппараты из «мега-созвездий», известен как Design for Demise (D4D) — «проектирование для разрушения». Согласно этой концепции, конструкция спутника и выбор материалов направляются на то, чтобы при входе в атмосферу он максимально полностью сгорел.
Основная идея D4D заключается в использовании материалов с низкой температурой плавления, таких как алюминий: когда спутник входит в плотные слои атмосферы, тепло от трения надёжно разрушает его, не оставляя крупных осколков. Однако этот процесс — далеко не нейтральный.
Химические последствия разрушения в атмосфере
При разрушении спутника в атмосфере возникает ряд химических процессов:
- Образование оксидов азота (NOₓ) — эти соединения могут оказывать разрушающее воздействие на озоновый слой, поскольку при входе в атмосферу высокие температуры инициируют реакции между азотом и кислородом воздуха. Оценки показывают, что до 40 % энергии, выделяющейся при столкновении спутника с атмосферой, преобразуется в NOₓ.
- Выброс оксидов алюминия (алюмины) — алюминий, используемый в конструкции, при сгорании формирует алюминий-оксидные частицы (alumina). Эти частицы поднимаются в стратосферу, где они могут изменять тепловой баланс атмосферы и служить реакционной поверхностью для других веществ, например, активировать хлор, разрушающий озоновый слой.
Модели предсказывают, что концентрация алюминиевых окислов в верхних слоях атмосферы может увеличиться на сотни процентов в ближайшие десятилетия из-за роста числа спутников, которые разрушаются в атмосфере. На сегодня данные миссии NOAA SABRE указывают, что примерно 10 % частиц серной кислоты в стратосфере уже содержат алюминий, что служит индикатором увеличения доли спутниковых отходов.
Альтернативный подход: Design for Non-Demise (D4ND)
В ответ на возможные экологические и эксплуатационные проблемы предлагается альтернативная философия — Design for Non-Demise (D4ND), или «проектирование для недеструкции». В этой концепции спутник разрабатывается так, чтобы не разрушаться полностью при входе в атмосферу, а сохранять прочность на протяжении всего спуска.
Основная логика D4ND заключается в том, что если спутник при входе сохраняет значительную часть своей конструкции, можно обеспечить:
- контролируемый спуск на заранее определённую «безопасную» область, например, удалённые участки океана, где риск повреждения инфраструктуры и угрозы людям минимален;
- уменьшение выбросов вредных химических соединений в атмосферу, поскольку масса и состав спутника останутся менее разрушенными;
- возможность рециклинга некритичных компонентов, если аппарат спускается в пригодном для сбора виде.
Однако у D4ND есть свои ограничения и риски: объекты, которые не разрушаются полностью, могут представлять опасность при падении на поверхность, если контроль входа и зон падения осуществляется недостаточно точно. Международные стандарты ISO 27875, с которыми согласованы многие космические агентства, ограничивают риск человеческих жертв от падающих объектов до 1 случая на 10 000, что становится всё менее вероятным при стремительном росте числа спутников.
Контролируемый вход: вариант между D4D и D4ND
Помимо крайних концепций D4D и D4ND, рассматривается вариант контролируемого входа, при котором спутник выполняет манёвры, прежде чем войти в атмосферу. Это позволяет обеспечить, чтобы разрушение произошло над удалёнными океанскими или пустынными районами, минимизируя риски для людей и объектов.
Однако такой метод требует, чтобы спутник был оснащён дополнительным топливом и системой управления ориентацией и двигателями, что увеличивает его массу и стоимость запуска и эксплуатации. Тем не менее это уже входит в требования ряда международных регуляторов к проектированию новых аппаратов.
Дебаты и баланс интересов
На сегодняшний день не существует единственного «правильного» решения для завершения миссии спутника. Согласно авторам исследования, выбор между подходами должен опираться на комплексную оценку рисков:
- влияние на атмосферу и озоновый слой;
- риск повреждения инфраструктуры и людей на поверхности;
- экономические затраты на обеспечение контролируемого входа;
- последствия для управления космическим пространством и космического мусора.
Такая оценка должна стать частью проектировочных требований на ранних этапах разработки спутника, а не приниматься после запуска или во время эксплуатации. Это позволит промышленности адаптировать свои методы к растущим потребностям орбитальной инфраструктуры, сохраняя экологическую и эксплуатационную безопасность.
Международные стандарты и регулирование
Регуляторы уже начинают отражать эти обсуждения в нормах. Международный стандарт ISO 27875, который ограничивает риск попадания частей спутников на Землю, является одним из примеров того, как нормы учитывают безопасность людей и объектов на поверхности при проектировании и выводе спутников на орбиту.
Тем не менее рост числа спутников — в том числе в рамках коммерческих проектов вроде крупных созвездий связи — требует обновления подходов как к проектированию, так и к регулированию завершения миссий. Решения должны сочетать техническую надежность с минимизацией экологического воздействия и рисков для людей, не только в космосе, но и на Земле.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
