Кометы, принадлежащие разным группам, представляют разную опасность с точки зрения столкновения с Землей. Для того, чтобы столкновение с Землей было возможно, комета должна иметь перигелийное расстояние, меньшее 1 а.е. Анализ показывает, что этим как раз и отличаются долгопериодические кометы.
Сейчас известно 13 комет и 15 остатков комет семейства Юпитера с перигелийными расстояниями, меньшими 1 а.е. По некоторым оценкам, общее их количество с размерами головы более 1 км может составлять около 800. Следует отметить, что вблизи Земли пролетают мини-кометы, - рыхлые ледяные тела, покрытые слоем пыли, размерами порядка 10 м, массой около 100 т. При попадании в атмосферу Земли с частотой около 10 в год они взрываются. Энергия взрыва оценивается от нескольких до сотен килотонн.
В заключение отметим, что наибольшую опасность для летательных объектов ОКП и биосферы Земли, на наш взгляд, представляют космические экскреты в виде неопознанных крупных "камней", носящихся в межпланетном пространстве. Эти объекты могут иногда тормозиться земной атмосферой или Луной и превращаться во временные спутники нашей планеты или даже столкнуться с ней. Проблема таких неидентифицированных объектов в ближнем Космосе всё же существует и время от времени напоминает о себе. Например, по данным открытой печати, служба контроля космического пространства России даже при отсутствии пусков ракет обнаруживает один-два неопознанных объекта в сутки.
6. Орбитальные отбросы в ОКП
Общепризнанно, что количество выработавших ресурс спутников, различных ступеней ракет и фрагментов, сопровождающих каждый запуск, достигло предела, за которым оно начинает создавать серьёзную угрозу не только для пилотируемых орбитальных станций и функционирующих космических аппаратов (КА), но и экологии Земли и околоземного космического пространства. Однако, не только орбитальные техногенные объекты, но и сами экипажи пилотируемых летательных аппаратов и пилотируемых орбитальных станций вносят заметную лепту в процесс замусоривания, а точнее сказать загаживания ОКП.
Известно, что каждый человек в процессе жизнедеятельности "производит" несколько килограммов жидких, полужидких и газообразных отбросов. В сутки здоровый человек выделяет в среднем 1,5 литра жидких и около 250 граммов твёрдых отходов. Сюда же следует добавить пищевые отбросы и санитарно-гигиенические. Космонавты не составляют исключения, и хотя частично отбросы их жизнедеятельности удаётся регенерировать, всё же некоторая их доля - довольно заметная - остаётся не использованной и нуждается в удалении.
Отбросы орбитальной ракетно-космической деятельности (Орбитальные отбросы) могут быть определены как продукты жизнедеятельности космонавтов в околоземном космическом пространстве (ОКП). Этот деликатный мусорный орбитальный экскрет не может длительное время находиться на борту ограниченного в жизненном пространстве летательного аппарата, должен периодически изолироваться от его атмосферы и удаляться наружу.
Для уменьшения отбросов космонавтов кормят научно разработанной "пищей из тюбиков" - рафинированной и сбалансированной по энергетическому и витаминному составу калорийной пищей и используют специальные туалеты. Проблема бани также решается применительно к стеснённым условиям космического аппарата, и вместо ванной и душа приходится обходиться влажными обтираниями.
Отметим, что обеспечение нормальны бытовых условий в замкнутом ограниченном пространстве космического аппарата в условиях невесомости оказалось трудной задачей. Неожиданные проблемы возникали при выполнении практически всех физиологических отправлений.
Первым космическую еду испытал на себе космонавт Герман Титов. За двадцать пять часов полёта Титов успел принять пищу три раза, однако по его словам, на Землю он вернулся голодным. На первое у него был стакан овощного супа-пюре, на второе - печёночный паштет; на третье - стакан черносмородинового сока. Следующие космонавты, возвращаясь с орбиты заявляли, что голодают и это мешало им нормально трудиться. Тогда в меню внесли изменения. В него добавили говяжий заливной язык, пирожки с рыбой, украинский борщ, антрекоты, пожарские котлеты, куриное филе, соки более 20 наименований, фруктовые пюре и овощные соусы.
К началу 1980-х годов космический ассортимент включал более 200 наименований. По результатам дегустаций составляется меню на 8-дневный цикл; спустя 8 дней меню повторяется. У космонавтов четырехразовое питание. Меню строго расписано, лишнего есть нельзя.
Ставшие символом космического питания тюбики сейчас используются редко - пища в основном расфасована по банкам. Еду разогревают или едят прямо из пакетов.
Едят в космосе с закрытым ртом и при включённом пылесосе - не дай бог крошка улетит. Крошка, которая на Земле упадёт на пол, в условиях невесомости останется висеть в пространстве; она может не только попасть с глаз, но и в нос, и в дыхательные пути. Поэтому, например, хлеб для космонавтов, чтобы не создавать крошек, готовится порционными ломтиками. Их можно полностью положить в рот, а не откусывать от большого каравая,
Освобождение от продуктов жизнедеятельности космонавтов на борту космического аппарата также является весьма проблематичным. Например, космонавты-исследователи первых спутников, чтобы помочиться, были вынуждены пользоваться специальными памперсами. Во время запуска и приземления астронавты также надевают подгузники для взрослых. Иначе непроизвольно выделившаяся моча может нарушить показания датчиков индивидуального скафандра.
На космических кораблях тоже есть унитазы, и выглядят они примерно так же, как на Земле [32], но имеют ряд конструктивных особенностей. В унитазе предусмотрены специальные крепления для ног, чтобы не оторваться от сиденья. Кроме того, под каждого космонавта чётко подгоняется по размерам его сиденье, т. е сиденье делают под каждую попу индивидуально. Работает система дефекации по принципу пылесоса - часть человеческого тела, ответственная за процесс освобождения от отбросов, состыковывается с подходящим узлом туалета, и там создаётся пониженное давление. Иными словами - туалет отсасывает у космонавта его отходы.
Все отбросы сортируются и какое-то время хранятся на борту. Моча всасывается и собирается в 20-литровые контейнеры. Эти контейнеры затем перегружаются на грузовые космические корабли "Прогресс" и доставляются на землю, некоторые контейнеры сгорают при входе в верхние слои атмосферы. Для твёрдых отходов используются специальные сетчатые пластиковые мешки. Через отверстия в них проходит поток воздуха, и в результате все экскременты оказываются в мешке
До 1995 года отходы жизнедеятельности космонавтов обитаемых космических кораблей собирались в пластиковые пакеты. Пакеты с отбросами ежесуточно "выстреливались" с помощью специального устройства в ОКП и становились самостоятельными спутниками - "киндер-сюрпризами". Попадая в космический холод, они леденеют и становятся неотличимыми от других фрагментов орбитального или космического мусора. Так отбросы орбитальной ракетно-космической деятельности могут кружить в ОКП долгие годы или десятилетия, пока не снизятся до относительно плотной атмосферы. На высотах ниже ~ 200 километров они тормозятся и сгорают. После 1995 года практика загаживания ОКП отбросами пилотируемых орбитальных аппаратов была прекращена, однако многие ассенизационные контейнеры ещё остаются в ОКП.
В настоящее время наземными средствами контроля космического пространства США официально каталогизировано (т. е. регулярно сопровождается и идентифицировано с источником происхождения) более десяти тысяч объектов, находящихся на околоземных орбитах - в том числе и замороженных орбитальных отходов. Общее же количество обнаруженных и сопровождаемых объектов с эквивалентным диаметром более 10 см превысило 13300 [33].
До сих пор в области геостационарной орбиты (ГСО) каталогизированы, в основном, только объекты крупнее 1 м в поперечнике. При этом достоверно известно о существовании значительного количества не каталогизированных объектов размером от 0.2 до 1.5 м, сопровождающих запуски КА, а также возникающих при разрушении крупных объектов.
Следует отметить, что практически все объекты орбитального мусора на ГСО остаются там навсегда, накапливаясь со временем численно и увеличивая вероятность столкновения с КА. Регулярные международные кампании по наблюдению области ГСО, в т. ч. с использованием телескопов 1-м класса, выявили наличие сотен не каталогизированных фрагментов размером от 10 см до 50 см - в том числе и, предположительно, орбитальных отбросов.
Что касается мусорного экскрета в виде орбитальных отбросов, то он, представляя собой продукты жизнедеятельности космонавтов, не может игнорироваться при современном состоянии ракетно-технической деятельности. Такие экскреты заметно пополнили "мусорную свалку" ОКП и в связи с интенсификацией освоения Космоса становятся заметной составляющей загрязнителей ОКП.
Вот как описывает космонавт С.Кричевский накопление отбросов в космической станции "Мир" [34].
"В гермоотсеках станции образовывалось огромное количество отходов жизнедеятельности и работы экипажа: за полгода полета двух человек возникала свалка разнообразного мусора массой в 1 тонну и объёмом в несколько кубических метров. За год накапливалось более 2 тонн отходов, а за 15 лет работы станции их общий объем составил более 30 тонн. До 1995 года всё это погружали в контейнеры и отстреливали за борт, что было небезопасно для космических объектов, в том числе для самой станции. Затем мусор начали увозить пустыми "грузовиками" и шаттлами. Но куда увозить? Ясное дело, на Землю. Кроме того, вокруг станции образовалась загрязнённая внешняя атмосфера из продуктов работы двигателей, топлива, различных примесей и предметов, появившихся в результате работы космонавтов в открытом космосе. Эти загрязнения простирались на десятки метров вокруг станции и мешали проведению исследований с применением бортовой оптической аппаратуры".
По оценкам космонавта несколько сотен контейнеров с отбросами от орбитальной станции "Мир" всё еще вертятся вокруг Земли. К примеру, в 1991 году один из таких контейнеров (от американской станции Skylab) упал в Австралии и убил корову [34].
Если к этим объектам добавить выброшенные отбросы от других пилотируемых летательных аппаратов и спутников, которые не оснащены контейнерами доставки этих грузов на Землю, то количество "киндерсюрпризов" с отходами жизнедеятельности космонавтов может увеличиться до тысяч.
Проблема орбитальных отбросов не теряет своей актуальности и требует цивилизованного научного решения. Например, за сутки на орбите в российском модуле МКС собирается до трёх килограммов отбросов и мусора. Российские учёные готовы создать на орбите такую систему, которая бы утилизировала эти экскреты, а затем возвращала их уже в виде воды в цикл действующей системы жизнеобеспечения, в том числе водообеспечения. Ммикробиологи предложили уничтожать органические экскреты специальными бактериями [35]. Это эффективно и экологически безопасно. "Мусорщиками" будут бактерии Клостридиум термацелиум, традиционное место обитания которых - почва. Они будут разлагать целлюлозу и превращать её в жидкость. Другие бактерии эту жидкость должны превратить в воду. Именно вода будет конечным продуктом после переработки органических экскретов на борту орбитальной станции.
Выбор целлюлозы как вещества, подлежащего трансформации, не случаен, а острая космическая необходимость. Именно салфетки, основой которых является целлюлоза, составляют на орбите основную часть мусорных экскретов. В сутки космонавт использует несколько комплектов салфеток: специальные - для рук, лица, полотенца гигиенические влажные и сухие. Г олову и тело космонавты моют тоже салфетками. Особенно их расход увеличивается, если на борту женщина.
Уничтожение орбитальных экскретов при использовании бактерий, безусловно, весьма перспективный способ решения этой проблемы, однако пока он находится в стадии лабораторных экспериментов и в ближайшее время вряд ли появится в обитаемых орбитальных КА.
Многие страны активно осваивают ОКП, используя не только беспилотные спутники, но и пилотируемые летательные аппараты. В ОКП в последние годы стало престижно летать состоятельным людям на так называемые туристические орбитальные экскурсии. Летательные аппараты для подобных путешествий, как правило, не оборудованы системами сбора и возвращения экскрементов на Землю. Поэтому ОКП ещё долго будет смесью мусорки металлолома, свалки и бесплатного "космического туалета".
7. Как избавиться от орбитальных мусорных экскретов
Повышенная опасность орбитального и космического мусора связана с тем, что он перемещается в околоземном пространстве с огромной скоростью - в среднем 10 - ь 15 километров в секунду. Поэтому даже частица, линейные размеры которой составляют лишь 1 сантиметр, может серьёзно повредить космический аппарат. Такая частица обычно летит в 20 раз быстрее пули. Для космического аппарата встретиться с такой частицей - всё равно что столкнуться с легковым автомобилем среднего класса, движущимся со скоростью 80 километров в час. И такие аварии случаются, хоть пока и нечасто. Зато "встречи" с более мелкими частицами происходят уже регулярно.
Обшивка возвратившихся из космоса летательных аппаратов оказывалась усеяна выбоинами и царапинами до сантиметра глубиной. 80 раз на "шаттлах" приходилось менять иллюминаторы. На доставленных на Землю солнечных батареях орбитального телескопа "Хаббл" было обнаружено немало царапин, вмятин и пробоин.
Особенно остро проблема безопасности стоит перед пилотируемыми космонавтами космическими станциями, поскольку сквозное повреждение КА может привести к гибели экипажа. Опыт эксплуатации международных космических станций (МКС) показал необходимость не реже раза в год совершать маневрирование, чтобы избежать опасного сближения с крупными объектами. Повышение безопасности станции можно при её компоновке, размещая жизненноважные агрегаты за второстепенными.
Наиболее эффективным средством защиты космонавтов считаются [20] защитные экранные конструкции. Один из таких экранов, изготовленный во Фрайбурге по заказу Европейского космического агентства для научно-исследовательского лабораторного модуля "Колумбус", показал свою эффективность.
Экраны разрабатываются, чтобы обеспечить безопасность космонавтов в ОКП, задерживая или отбрасывая частицы с линейными размерами до 2-х сантиметров и скоростями до 7 километров в секунду [36]. Они мыслятся состоящими из нескольких слоёв: снаружи - листовой алюминий, под ним - керамические и полиамидные волокна. Конечно, более массивный экран смог бы задерживать более крупные частицы и даже фрагменты мусора, но он должен удовлетворять довольно жёстким финансовым и геометрическим требованиям. Стоимость его доставки в космос не должна выходить за разумные пределы.
Рассматриваются и другие методы защиты от орбитального мусора: например, передвижной экран, который реагирует на сигнал, подаваемый системой автоматического обнаружения, и тотчас занимает "оборонительную" позицию.
Наиболее приемлемым с экономической и технической точек зрения, по нашему мнению, является разработка вариантов защитных экранов из "орбитального утиля". Речь идёт об использовании узлов и агрегатов орбитальных отходов - в первую очередь солнечных батарей спутников и орбитальных космических станций. Более подробно это предложение обсуждается в разделе 3. нашей книги.
Понятно, что использование экранов - это лишь частичное решение проблемы безопасности космических полётов. Однако, по мнению экспертов, технические средства радикальной очистки ОКП от хлама в обозримой перспективе созданы не будут. Более того, даже если с сегодняшнего дня вообще прекратить запуски в Космос каких бы то ни было новых аппаратов, всё равно мусора там год от года будет прибывать. Главный источник загрязнения - это случайные взрывы ракет-носителей и космических аппаратов: они дают до 80 % всех объектов орбитального мусора размером более 5-ти сантиметров [36]. Каждый год происходит в среднем 4 таких взрыва. Они объясняются наличием на борту источников и накопителей энергии - таких как компоненты топлива, аккумуляторные батареи, газовые баллоны и прочее. Между тем, каждый такой взрыв приводит к более значительному увеличению числа только наблюдаемых элементов космического мусора (а сколько ненаблюдаемых!), чем все запуски космических аппаратов за год.
Приведём по литературным данным наиболее перспективные методы очищения околоземного космического пространства от мусорных экскретов.
Аэрогелиевая тормозящая сфера
Сфера NERF диаметром 1,6 км, состоящая из сверхлегкого пористого материала (аэрогеля), по замыслу её создателей, должна принимать на себя удары частиц орбитального мусора и замедлять их. Таким образом происходит постепенное снижение скорости движения мусора, снижение его и очистка орбиты.
Достоинством этого проекта является возможность борьбы даже с самыми мелкими (менее 1 мм) частицами мусора. К тому же, аэрогель настолько лёгок, что отколовшиеся куски самого шара не способны повредить космические аппараты. Стоимость такого "мусоросборщика" относительно невелика - кусок аэрогеля, помещающийся на ладонь, стоит около 100 долл. Вся сфера NERF будет стоить всего около 1 млн долл.
Недостатком этого проекта признана малая эффективность сферы. Прежде всего, очистка с помощью аэрогеля займет много времени, поскольку крупные, - более 1 см, частицы будут "прошивать" шар насквозь, лишь незначительно снижая свою скорость. Крупные фрагменты орбитального мусора будут вырывать сквозные "туннели" в нём. Кроме того, сам шар сможет стать препятствием для движения спутников и орбитальных станций. Возникнет проблема его демонтажа и удаления из ОКП по окончании срока эксплуатации.