Ефектът на Кеслер – космическата граница, която завинаги може да ни остави на Земята

Изследването на космоса е едно от най-перспективните направления в развитието на човечеството. Навлизайки все по-надълбоко в тайните на Вселената, учените се надяват да разширят границите на нашето познание за нея, да намерят нови ресурси и форми на живот, като същевременно решат много от земните проблеми. Но високо над нас има ясно очертана граница, която разделя човечеството. Това не е граница между две държави. Това е секторът, запълнен със най-различни космически апарати – военни и телекомуникационни сателити, космически сонди и най-различни автоматизирани и роботизирани устройства. През последните няколко години техният брой стремително расте и ако нещо прецакаме нещата, то тази граница може да се окаже затворена за поколения наред и то по такъв начин, че нито един човек няма да може да напусне Земята.

Именно това е ефектът на Кеслер, който е познат и като синдромът на Кеслер. Това е един теоретичен апокалипсис, който може да се разрази в ниска околоземна орбита и който подобно на принципа на доминото може да направи близкото космическо пространство недостъпно за никого, а това означава, че нищо няма да може да напусне Земята.

Най-натоварената орбита

Повечето сателити, както и обитаемите орбитални станции се намират в ниска околоземна орбита. Това е зона в пределите на от 160 до 2000 километра над повърхността на Земята. Тази височина е най-удобна за телекомуникационните спътници, които осигуряват надеждна сателитна връзка и многобройни телевизионни канали. Там се намират и най-различните сателити за дистанционно наблюдение, които съставят подробните карти на планетата, както и шпионските космически апарати.

На височина около 400 километра преминава орбитата на Международната космическа станция, която е предният космически пост на човечеството. На същата височина е вече почти готова и китайската орбитална станция, която в момента е обитавана от три тайконавта – мъже и една жена.

Ниската околоземна орбита е изключително важна за живота на нашата планета, включително и за работата на многобройните онлайн услуги.

Това най удобната и съответно, най-популярната орбита, и броят на космическите апарати в тази зона бързо расте, а през последните няколко години изключително бързо. Според статистиките, към края на миналата година в тази ниска околоземна орбита се намират 3790 сателита, като много от тях вече не работят. Почти половината от тях са на космическата компания SpaceX на Илън Мъск и осигуряват работата на сателитния интернет Starlink. Сега, след руската инвазия в Украйна броят на  изведените в тази зона сателити още по-бързо започна да расте, а това създава една твърде опасна потенциална опасност.

Допреди няколко години сателитите бяха държавни – военни, картографски, комуникационни и още някои други. Но в началото на века новите технологии силно намалиха цената на полета в космоса и започна комерсиализацията на ниската околоземна орбита. Сега вече частните компании измислят свои собствени технологии и извеждат в същата орбита свои сателити с помощта на свои собствени частни ракети.

Прекалено тясната орбита

Тенденцията всъщност е много добра, но има един проблем. Тази орбита не е безкрайна и диапазонът от височини спрямо Земята, в който работят сателитите, е относително малък. И разбира се, колкото повече сателити има в тази зона толкова е по-голяма вероятността да сблъскване.

Някой може да каже, какво толкова – няколко компании ще изгубят някакви пари. Проблемът не е в загубата на тези сателити, а в огромния брой фрагменти, които се образуват в резултат на сблъсъка.

На 23-ти август 2016 година Европейската космическа агенция регистрира внезапно понижаване на мощността, подавана от слънчевите панели на космическия апарат Sentinel-1A. Засечени бяха и автоматичните промени в орбитата и ориентацията на сателита. Неговите камери показаха повреда в един от слънчевите панели – дълбока вдлъбнатина, която дотогава нея е имало.

Анализът на наличните данни – скоростта на сателита, неговата орбита и дълбочината на вдлъбнатината показаха, че това е следствие от удар на малък обект с диаметър само около няколко милиметра, който е оставил вдлъбнатина с диаметър 40 сантиметра. Да се намери този обект е невъзможно, понеже сегашната апаратура може да засича обекти с големина над 5 сантиметра.

Специалистите на Европейската космическа агенция пресметнаха, че около Земята се въртят около 129 милиона обекти с размер над 1 мм. Американските специалисти заявиха, че в ниската орбита около Земята има около 20 хиляди подобни фрагменти, които се въртят около планетата с много висока скорост. Късче от този космически боклук, което е с размери колкото малка монета, може да премине открай до край през всеки сателит и да го разкъса на малки парченца, като по този начин ще се образуват стотици и дори хиляди нови малки късчета.

През 2009 година стана първото сериозно сблъскване в историята. Пресякоха се траекториите на нормално работещия комуникационен сателит Iridium-33 и прекратилият още преди 14 години работа руски военен сателит Космос-2251. Двата изкуствени спътника с тегло 600 и 900 кг се сблъскаха и в резултат от това се образуваха според различните оценки, от 600 до 2000 късчета с най-различни размери. Повече от тях така си и останаха в ниската околоземна орбита и няма да паднат на земята още минимум 20 години.

Това събитие бе случайно и никой не се спря особено подробно на него. Но освен случайността има нещо съвсем друго. Големите космически държави от време на време нарочно увеличават космическия боклук в тази орбита. По време на Студената война СССР и САЩ сериозно замърсиха тази зона със своите тестове на противосателитно оръжие. През 2007 година Китай на височина почти 900 км с помощта на новата си ракета унищожи свой сателит с изтекъл технологичен живот. А през месец ноември 2021 година същото направи и Русия. Фрагментите на унищожения сателит Космос-1408 на няколко пъти накараха екипажът на МКС да влиза в аварийните капсули, понеже имаше голяма вероятност от сблъсък с образувалата се плеяда от космически боклуци.

Колкото повече космически боклук има в орбита, толкова по-голяма е вероятността да се образуват многократно повече отломки. Това директно води до опасната верижна реакция, известна като Ефектът на Кеслер.

Верижната реакция на Кеслер

Експертът на НАСА Доналд Кеслер още през 1978 година описва хипотетичен сценарий на развитие на събитията, който прилича на ефекта на доминото. Дори и едно сблъскване в тази орбита може да доведе до серия нови, а те да предизвикат лавина от нови сблъсквания. След няколко итерации  от подобен род в ниска околоземна орбита ще настане такъв хаос, че околоземното пространство ще стане недостъпно за човека. Никакви нови сателити, никакви нови космически апарати до Луната и Марс. Всяка изстреляна от Земята ракета би се сблъскала в образувалият се купол от отломки, който обвива цялата Земя.

Тези фрагментирани късчета няма да останат завинаги в орбита. Постепенно те ще започнат да губят скорост, тяхната височина ще започне да намалява и в крайна сметка те ще стигнат до атмосферата на нашата планета където ще изгорят.  Само че това е един твърде бавен процес. На някои от тези късчета са необходими десетки години, за да изгорят в атмосферата. И колкото са повече тези фрагменти, толкова по-дълъг ще бъде процесът на самостоятелно прочистване на орбитата.

Не е нужно да чакаме сбъдването на този хипотетичен сценарий на Кеслер: по-добре е да действаме по-отрано. Starlink например, официално заяви, че ще поддържа чиста тази орбита, като това става по няколко начина. Starlink сателитите разполагат със собствени бордови двигатели за промяна на орбитата и за нейното напускане след приключване на технологичния живот на космическия апарат. Тези двигатели задържат сателита в неговата работна орбита, и ако двигателят не се задейства, сателитът самостоятелно ще изгори в горните слоеве на атмосферата, което трябва да стане в рамките на една година.

Само че всички останали сателити се изстрелват и продължават да се извеждат в космоса без да се предвижда начин за тяхното безопасно напускане на орбитата. Всичко е оставено на естествения ход на нещата. Ето защо за събирането на космическия боклук започна проектирането на специализирани машини. Предлагат се най-различни варианти – от апарати с харпуни и мрежи, в които да бъдат улавяни боклуците, до роботизирани ръце, които могат да запазят целостта на по-ценните сателити.

В YouTube се появи клип за успешно покриване на стар сателит със специална мрежа, само че никой не е измислил как това нещо ще напусне орбитата.

Ето и една мисия с харпун, при която също не е предвидено как уловеният сателит ще напусне орбита.

Наскоро бе осъществен експеримент с космическо платно, който изглежда е най-успешен. Идеята е слънчевото платно да се използва като естествена спирачка за забавянето на набелязания сателит, който под въздействието на слънчевия вятър в платното ще забави скоростта си и ще слезе от орбита. Но това платно не успя да се отвори и експериментът се провали.

Наскоро се появи информация, че през 2026 година Европейската космическа агенция възнамерява да изведе в орбита специализиран космически апарат-чистач на ниската околоземна орбита. Това трябва да стане в рамките на мисията ClearSpace-1, като първата цел е сателитът Vega изведен в космоса преди около 10 години.

Тази мисия веднъж вече бе отложена, понеже производителят на този космически чистач изпусна сроковете. Чакаме следващия опит.

ClearSpace е основана през 2018 година като обособена компания от Космическия център на Федералната политехническа гимназия в Лозана (EPFL) – проучвателен център, където екипът на Люк Пиге още от 2012 година създава нови технологии за прихващане и премахване на различните космически боклуци .

Никой никога не е почиствал в пространството на ниската околоземна орбита. Засега ние само правим още повече боклук и създаваме проблеми за бъдещите поколения, които явно няма да могат безопасно да използват космическото пространство.