Газета Завтра 40 (1089 2014)

Землю ждут кольца Сатурна

Юлия Новицкая

2 октября 2014 1

Общество Наука

Чем опасен космический мусор - рассказывает главный научный сотрудник научно-технологического центра «Космонит», доктор технических наук, профессор А.И. Назаренко

"ЗАВТРА". Андрей Иванович, более полувека назад, на заре освоения человечеством космоса, никто и подумать не мог, что очень скоро все это приведет к отрицательным экологическим последствиям, по крайней мере, в околоземном космическом пространстве. А изучение этого самого космического мусора станет новым отдельным направлением классической астрономии. Когда же проблема космического мусора заявила о себе в полный голос?

Андрей НАЗАРЕНКО. Возникала она очень медленно, в течение длительного времени. Действительно, на первых порах освоения космического пространства казалось, что никаких вредных последствий не будет. Но Смотрите, что получается. При каждом запуске от спутника отделяется ракета, отделяются обтекатели, отбрасываются какие-то крепежные элементы. В результате образуется пять-семь объектов размером более десяти-двадцати сантиметров. В результате за более чем полувековую историю освоения человеком космоса таких объектов набралось более сорока тысяч! Часть из них сгорела при входе в верхние слои атмосферы, но порядка 15 тысяч вращаются вокруг Земли.

Само по себе это было бы не так страшно, если бы не одно удивительное последствие - большое число аварий, которых в общей сложности произошло около двухсот. Авария - это взрыв. Что в данном случае может взрываться? Топливные баки, аккумуляторные батареи и т.д. В итоге образовалось порядка четырехсот тысяч объектов размером более одного сантиметра и порядка двухсот миллионов размером более одного миллиметра.

"ЗАВТРА". Получается, что крупные объекты, которые мы видим и отслеживаем, это только, образно говоря, надводная часть айсберга?

Андрей НАЗАРЕНКО. Совершенно верно. В свое время я стал заниматься проблемой космического мусора только потому, что до этого тридцать лет своего труда отдал созданию системы контроля космического пространства.

В мире существует всего две системы, которые отслеживают все объекты в космосе, российская и американская. Правда, возможности измерительных средств таковы, что в их поле зрения попадают только объекты, чьи размеры превышают десять-двадцать сантиметров. Мы их не просто видим, а детально отслеживаем и знаем положение каждого из них. Существуют и те, которые мы обнаружили, но не каталогизировали. Было проведено много специальных измерений, связанных с экспозицией образцов поверхности. С этой целью на спутники устанавливали панели. А когда спутники возвращали на Землю, то считали число столкновений (пробоев). Но это были мелкие частицы.

Американцы провели достаточно большое количество радиолокационных измерений. Мощные локаторы с узким лучом "смотрели" в небо и считали пролетающие частицы. Таким образом, были проведены измерения частиц размером более двух-трех миллиметров. Кроме того, ими был запущен специальный спутник, который представлял собой сплошной датчик из панелей. Через несколько лет полета в космосе его загрузили на "Шаттл" и доставили на Землю, где сотни ученых со всего мира изучали его поверхности. Это в какой-то мере позволило получить представление о более мелких объектах. И те цифры, которые я называл - четыреста тысяч, двести миллионов, результат детального анализа тех самых доступных измерений.

К сожалению, наша страна, несмотря на то, что была пионером в установке подобных пластин на космические аппараты, существенного вклада в эти измерения не внесла.

Первыми обратили внимание на проблемы космического мусора специалисты США. В 1981 году НАСА выпустило официальный отчет по этой проблеме, а при американском правительстве была создана межведомственная группа, в состав которой вошли представители Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства, Министерства обороны, транспорта, иностранных дел и независимые эксперты научно-исследовательских организаций и фирм. Подготовленный этой группой в 1989 году отчет содержит анализ состояния загрязнения околоземного космического пространства в результате деятельности человека и рекомендации министерствам по проведению согласованной программы научно-исследовательских работ, задачей которых стало бы повышение возможности обнаружения и слежения за объектами искусственного происхождения, моделирование уровня загрязнения на околоземных орбитах, координация усилий по сбору данных, разработка общих технологий процедур с целью уменьшения степени загрязнения и повышения живучести космических аппаратов. Была создана совместная программа их реализации.

Почему я заострил на этом внимание? Это правильный деловой подход. Если существует некая проблема, то необходимо организовывать ее решение на государственном уровне. В нашей стране, к огромному сожалению, подобной программы не было, нет и в ближайшие годы не предвидится.

"ЗАВТРА". На ваш взгляд, почему? Нет понимания ее важности?

Андрей НАЗАРЕНКО. Нет согласованности. Ведомства, работающие в данной области, а это Министерство обороны и Роскосмос, зачастую идут параллельно друг другу, дублируя какие-то моменты.

На сегодняшний день не вызывает сомнения тот факт, что дальнейшее освоение околоземного пространства практически невозможно без объективного анализа его текущего состояния, источников его загрязнения и закономерностей эволюции. Особенно остро этот вопрос стоит для низких орбит с высотами до двух тысяч километров и геостационарных, где техногенное загрязнение на сегодняшний день максимально, и возникла реальная опасность взаимных столкновений спутников.

В результате процессов, о которых я говорил выше, образовался массив, облако, популяция - называйте, как угодно - объектов искусственного происхождения. Все было бы не так плохо и страшно, если бы не начались столкновения. В настоящее время их зафиксировано три, самое страшное из которых произошло между американским и нашим спутниками. Результат - образование порядка тысячи крупных объектов и сотни тысяч мелких, летающих на высоте 700-800 километров, которая активно используется, в частности, для спутников дистанционного зондирования земли и других.

Второй случай, о котором я хочу упомянуть, аварией назвать сложно. Китайцы провели испытание противоспутниковой системы - выстрелили ракетой по спутнику на этих же высотах. Итог примерно такой же - огромное количество фрагментов.

"ЗАВТРА". Получается, что основная угроза, появившаяся в результате загрязнения космоса - это взаимные столкновения спутников?

Андрей НАЗАРЕНКО. Да, и международная общественность обратила на это внимание. На протяжении нескольких лет в рамках международного "мусорного" комитета, где я неоднократно выступал с докладами, обсуждаются последствия взаимных столкновений. Установлено, что процесс взаимных столкновений крупных с крупными идет, но не очень интенсивно. И будет не таким страшным, если принять соответствующие меры - меньше запускать спутники, уводить их от столкновений, исключить взрывы. Слава Богу, что они обсуждаются на уровне ООН, "мусорных" комитетов, на различных международных конференциях. Вырабатываются рекомендации по ослаблению угрозы и последствий данного процесса. Это замечательно.

"ЗАВТРА". Старая народная мудрость - чисто не там, где убирают, а там, где не мусорят

Андрей НАЗАРЕНКО. Совершенно верно. Приведу пример. Если сейчас не предпринимать никаких мер и оставить все, как есть, то по прогнозам за сто лет случится тридцать-сорок столкновений. Это плохо, но важно, чтобы не было сто и двести. Но процесс идет и его трудно остановить.

Результаты наших исследований в этом плане полностью совпадают с западными и американскими. Но существует и принципиальное расхождение. Они не умеют или не хотят оценивать вероятность столкновений крупных объектов с мелкими и мелких с мелкими. Нами же разработана уникальная методика (результаты неоднократно докладывали на различных совещаниях и конференциях).

"ЗАВТРА". Если в ближайшее время нами не будет приниматься сколько-нибудь решительных мер, каковы ваши прогнозы? На тридцать-пятьдесят лет?

Андрей НАЗАРЕНКО. Неутешительные. В далеком будущем нашу Землю ждут кольца Сатурна. Что они из себя представляют? Вокруг Земли на высоте 700-800 км образуются сферические слои из мелких частиц. Это медленный процесс. Может, он займет сто лет, может, двести. Мы с вами этого точно не заметим. А вот потомки почувствуют. И остановить этот процесс невозможно. Чтобы мы не делали

"ЗАВТРА". Звучит уж очень пессимистически

Андрей НАЗАРЕНКО. Нужно проверять. По нашим оценкам, остановить данный процесс невозможно. А вот американцы говорят, что их исследования не подтверждают данную теорию. Но не потому, что они получили результат, отличный от нашего, а потому, что не умеют это делать.

Для решения различных прикладных задач, связанных с космическим мусором, я применил единый подход. Он основан на статистическом описании космического мусора и построении преобразований одних его характеристик в другие.

Знаете, что является характерной особенностью практически всех публикаций по обсуждаемой проблеме? Описание конкретных результатов исследований и недостаточно подробное изложение методических вопросов. Авторами применяются разные методические приемы решения частных задач. Именно поэтому актуальным представляется разработка и применение единого подхода к решению различных прикладных задач, связанных с космическим мусором. Кстати, этой проблеме посвящена моя монография, изданная в прошлом году.

У меня есть коллеги по методике моделирования столкновений. Один из них - профессор мехмата МГУ Н.Н.Смирнов, с которым у нас издано много совместных работ. Данная методика как раз и позволяет отследить столкновения мелких с мелкими и мелких с крупными объектами. А то, что эта задача очень трудная, я могу проиллюстрировать одним примером.

В настоящее время задачу столкновения крупных с крупными умеют решать и американцы, и европейцы, и мы. Но у нас ее решение занимает на компьютере считанные минуты, в то время как у них - часы. А недавно такую же работу попытались сделать французы. Их модель на современном суперкомпьютере считала результаты целых два дня! Наша же методика уникальна! И принципиально отличается от того, что делают наши зарубежные коллеги. На своем домашнем компьютере я произвожу все подсчеты буквально за минуты. Могу продемонстрировать

"ЗАВТРА". По каким причинам ваши методы значительно превосходят то, что делают иностранцы?

Андрей НАЗАРЕНКО. Причина одна - наша бедность. За время освоения космического пространства, решая на компьютерах сложнейшие трудоемкие задачи, мы всегда находились в существенно худших условиях (я имею в виду материальные), чем американцы. Наши компьютеры были значительно слабее. Я еще начинал работать на "Урале", "Стреле". Вы про них и не слыхали, наверное.

Мы делали более экономные по временным затратам алгоритмы, которые по точности, тем не менее, были очень даже неплохими. Школа, появившаяся в нашей стране с началом космической эры, собрала специалистов, которые были способны на старенькой, слабенькой технике решать сложнейшие задачи. За счет мозгов.

А более богатые американцы и европейцы действуют и до сих пор по-другому. Существует определенный набор простых рекомендаций, каких-то блоков, которые сделали другие люди. И вот специалист собирает их и запускает задачу, которая решается на суперкомпьютере двое суток. Людей же думающих в настоящее время во всем мире единицы. Почему? Компьютеры-то все освоили, но освоили, как школьник осваивает таблицу умножения: в столбик делить и умножать он уже не может. Так же и многие специалисты обращаются к готовым программам.

"ЗАВТРА". При моделировании космического мусора решается много задач?

Андрей НАЗАРЕНКО. Целый ряд. Одна из них связана с оценкой обстановки. Из имеющейся информации нужно выудить то, что позволяет оценить, где этот мусор летает, с какими скоростями, на каких высотах его больше, а на каких меньше и т.д. Когда обстановка оценена и построены характеристики, описывающие его распределение в пространстве, появляется следующая группа задач - оценить, что будет, если мы туда запустим аппарат. Какова вероятность столкновения, с какой стороны к нему будут подлетать частицы, какова вероятность пробоя в его стенке и т.д. Таким образом, данная группа задач оценивает последствия того, что там летает.

Первая группа задач решается специалистами индивидуально на основе той информации, которой они располагают. У меня, например, есть штук десять программ, которые я использую для решения этой первой части.

Могу показать практически, как работает мой метод. Мы задаем параметры орбиты спутника, который мы собираемся запустить или который уже летает, - период, высота перигея, наклонение и т.д. Несколько секунд - и все посчитано.

Здесь показан поток космического мусора на всем витке - летит от экватора, поднимается на высокие широты, затем к экватору, в южное полушарие. Кроме того, можно увидеть потоки космического мусора через единицу площади за определенное время. На экваторе его мало, к высоким широтам количество увеличивается. Наибольшая концентрация наблюдается на высоких широтах.

Можно увидеть также распределение направлений подлета, то есть с какой стороны будут подлетать частицы. В данном примере с наибольшей вероятностью они будут подлетать "в лоб". Могу назвать и скорость - она будет порядка 15 км в секунду. Трудно себе даже представить такие цифры!

Вторая задача, стоящая перед нами, определить вероятность пробоя. Задается конструкция спутника или его элементов, и программа считает вероятность столкновения и вероятность пробоя. Последнее напрямую зависит от того, какая стенка - толстая или тонкая, как она ориентирована.

"ЗАВТРА". Получается, что такая уникальная программа никому в нашей стране не нужна?

Андрей НАЗАРЕНКО. У меня на сегодняшний день ее заказала всего лишь одна фирма. В течение многих лет я предлагал данную программу ЦНИИМАШу, но они не торопятся. Американцы привезли в Россию две своих программы (как я уже говорил, они похожи на наши, только значительно медленнее работают). Одну установили на РКК "Энергия", другую на заводе им. Хруничева. В чем особенность данных программ? В них постоянно нужно обновлять данные о космическом мусоре. В той программе, которую нам привезли заокеанские коллеги двадцать лет назад, когда начиналась создаваться Международная космическая станция, имелся массив данных тех лет. Насколько мне известно, недавно они передали вторую версию.

Но вам не кажется странным, что мы должны заботиться об обновлении данных американской программы? Надо иметь свою собственную и с ней работать, и обновлять именно ее исходные данные.

"ЗАВТРА". Совершенно с вами согласна!

Андрей НАЗАРЕНКО. Это, я бы даже сказал, непатриотично! Я занимаюсь решением задач на компьютере уже шестьдесят лет. Моя кандидатская диссертация, сделанная в машиностроении в 50-х годах, была связана с применением компьютеров для решения технических задач. А начинал я с того, что писал алгоритмы и выдавал их программистам (позже и сам освоил программирование).

Когда мы создавали систему космического контроля, у нас трудилось порядка ста программистов и столько же алгоритмистов. Гигантская работа! Но мы выполнили стоящую перед нами задачу - создали центр контроля.

В моем становлении и воспитании как специалиста гигантскую роль сыграли мои старшие коллеги, люди, прошедшие войну, которые ответственно относились к делу. И меня этому научили. На мой взгляд, именно ответственного отношения к делу очень не хватает сегодняшним специалистам.

Беседовала Юлия НОВИЦКАЯ

Рис. Антуан де Сент-Экзюпери. "Встал поутру, умылся, привел себя в порядок - и сразу же приведи в порядок свою планету". "Маленький принц"