Атмосфера Земли как «крематорий для спутников»: что говорят учёные и чем это может грозить

Человечество давно и успешно освоило околоземное пространство. Ежедневно мы слышим о новых космических миссиях, спутниковых сетях и планах по интернет-покрытию всей планеты. Но новая научная публикация рисует необычную картину: нашу атмосферу грозят превратить в «крематорий для спутников» — и этот процесс может иметь экологические, научные и даже культурные последствия.

Взрывной рост числа спутников

За последние годы количество активных искусственных спутников на орбите Земли резко возросло. На сегодняшний день их уже около 15 000, и большинство — это элементы так называемых «мега-созвездий» — больших сетей однотипных аппаратов, обеспечивающих связь или интернет-покрытие.

Многие из этих спутников имеют короткий срок службы — всего несколько лет. После этого они умышленно выводятся с орбиты и направляются обратно в атмосферу, где сгорают. Именно на этом механизме основана современная практика предотвращения засорения околоземного пространства старыми аппаратами.

Почему спутники сгорают в атмосфере?

Когда спутник теряет работоспособность или достигает конца жизненного цикла, операторы стремятся убрать его с орбиты, чтобы снизить риски столкновений с другими объектами. Для этого искусственно понижают его орбиту: в результате аппарат входит в верхние слои атмосферы и сгорает под действием трения и температуры.

Процесс полного разрушения и превращения в аэрозоли, осколки и другие мелкие частицы называется дезинтеграцией. На практике это означает, что многие спутники сегодня уже стали частью «одноразовой космической культуры».

«Крематорий для спутников» угрожает атмосфере

Проблема, о которой предупреждают учёные, заключается в масштабе: если число спутников продолжит расти в десятки раз, воздействие на атмосферу станет заметным. Например, компания SpaceX подала заявку в Федеральную комиссию по связи США (FCC) на запуск до миллиона новых спутников, включая тяжёлые модели, сравнимые по массе с небольшими самолётами.

Ракетные запуски и последующее сгорание спутников неизбежно приводят к выбросу в атмосферу различных веществ, многих из которых учёные плохо себе представляют с химической точки зрения: состав, форма и размеры частиц, появляющихся после сгорания, не всегда известны производителям.

Что уже наблюдается

• В атмосфере уже находят остатки от космической техники: в 2023 году были зарегистрированы металлические частицы от обломков космических аппаратов.
• Относительно недавно учёные зафиксировали следы лития, оставшиеся после неконтролируемого возвращения ступени ракеты Falcon 9.

Такие частицы могут оставаться в атмосфере годы или десятилетия, влияя на химические процессы, в частности — на озоновый слой и тепловой баланс верхних слоёв атмосферы.

Оценки влияния: что может произойти

По приблизительным оценкам, в результате сгорания огромного числа спутников в атмосферу может попасть около одного тераграмма (1 миллиард килограмм) алюминиевых частиц, если предположить, что большая часть корпусных материалов — именно алюминий.

Такие выбросы:

• могут изменить химический состав верхних слоёв атмосферы,
• повлиять на распределение теплового потока в мезосфере и термосфере,
• способствовать дополнительному истончению озонового слоя — но точные эффекты всё ещё плохо известны из-за отсутствия данных о реальном составе материалов спутников.

Также не все аппараты сгорают полностью. Фрагменты, которые достигают поверхности, могут представлять опасность для людей и инфраструктуры: риск инцидента оценивается как повышающийся с увеличением количества спутников.

Космическое пространство тоже страдает

Наряду с воздействием на атмосферу, растущий поток спутников усугубляет и другую проблему — засорение околоземного пространства. Дефицит свободного объёма орбиты приводит к увеличению вероятности столкновений. Согласно моделям, если все спутники перестанут маневрировать, то столкновение произойдёт примерно каждые 3,8 дня — это так называемое состояние, близкое к синдрому Кесслера — цепной реакции, когда каждая новая авария создаёт всё больше обломков.

Что может измениться в наших наблюдениях

Мега-созвездия, если их количество станет огромным, будут видны невооружённым глазом повсюду на ночном небе. По моделям астрономов, таких объектов может быть больше, чем видимых звёзд, что серьёзно осложнит работу как профессиональных обсерваторий, так и любителей-астрономов.

Возможные решения и вызовы

Предложены разные подходы:

• Перевод «мертвых» спутников на дальние орбиты, где они не будут сгорать в атмосфере. Но для этого требуется больше топлива и сложная технология вывода на такие орбиты, что увеличивает массу и стоимость аппаратов.
• Разработка общемировых экологических стандартов для космических запусков и утилизации, аналогичных международным соглашениям об озоновой безопасности в XX веке.
• Введение понятия атмосферной «грузоподъёмности» для космического мусора, чтобы регулировать общий вклад всех стран и компаний в состояние атмосферы.

Заключение

Современная практика эксплуатационной утилизации спутников, когда аппараты сознательно сжигаются в атмосфере, была разработана как способ борьбы с космическим мусором в орбитальных слоях. Но в условиях стремительного роста числа запусков и производства спутников этот подход может иметь непредвиденные экологические последствия для атмосферы Земли — от изменения её химии до влияния на ночное небо и безопасность на поверхности.

Сейчас обсуждение этих вопросов выходит за рамки узкоспециализированных научных кругов, поскольку решение FCC в США и аналогичные регуляторные действия в других странах могут затронуть каждого — от астрономов до простых любителей ночного неба.

Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org