Щоразу, коли на орбіту виходить новий супутник, у космічному тирі на орбіті з’являється нова мішень.
Космос не порожній. Низька навколоземна орбіта (ННО) забита космічним сміттям — смертоносними уламками, здатними пробити в супутнику діру. Але космічне сміття ми створили самі, тож і прибрати його зможемо, якщо добре візьмемося. А є й інші кулі, потенційно ще смертоносніші, з якими ми не вдіємо нічого. На Землю безперервно сиплються крихітні мікрометеороїди розміром від міліметрів до сантиметрів. Здебільшого вони летять достатньо розріджено, щоб не становити серйозної загрози. Але час від часу Земля влітає у щільні потоки метеороїдів, залишені хвостами комет чи активних астероїдів. Коли це стається, ми отримуємо метеорний дощ — видовище для нас і підвищений ризик зіткнення для супутників.
Комети, які лишають ці потоки, повертаються раз на кілька десятиліть, тож у потоках утворюються згустки — щільніші ділянки, прив’язані до повернень комети. Зазвичай Земля не отримує від таких потоків повного удару: ці згустки вона обминає. Але коли все ж влітає в один із них, кількість метеороїдів різко зростає — і тоді ми бачимо вже не метеорний дощ, а метеорну бурю.
Ці бурі — колосальна природна загроза для супутників, космічних апаратів і станцій на орбіті, а згодом і для місій Artemis на поверхні Місяця. Такого висновку дійшли Браян Мерфі та Річард Кеннон з Единбурзького університету, чия наукова робота цього літа здобула премію Швайкарта від фонду B612. Небезпеку метеорних бур різко недооцінюють, кажуть Мерфі й Кеннон, а оскільки ми наближаємося до нового сезону бур, ризик катастрофічних руйнувань на орбіті — з можливим переходом у згубний синдром Кесслера — ніколи ще не був таким високим.
Штормове попередження
Фонд B612 — некомерційна організація, заснована 2002 року, щоб навчитися відхиляти небезпечні астероїди від Землі. Серед її співзасновників — астронавт «Аполлона-9» Расті Швайкарт, іменем якого названо щорічну премію фонду. Значну частину зусиль на початку фонд зосередив на 325-метровому астероїді Апофіс, який тоді мав невеликий шанс влучити в Землю 2036 року. Тепер ми знаємо, що зіткнення не буде, але 2029-го Апофіс пройде до Землі ближче, ніж геосинхронні супутники, і його можна буде побачити неозброєним оком.
Не всі небезпечні об’єкти з космосу — великі «вбивці міст».
Більшість потоків метеороїдів доволі безпечні, але дослідження Мерфі й Кеннона показує: кілька з них мали б нас дуже непокоїти.
«Наразі ми знаємо близько тисячі різних потоків метеороїдів у Сонячній системі; вони походять від комет і астероїдів, які постійно викидають речовину вздовж своєї орбіти, – розповідає Supercluster Мерфі, планетолог, який щойно захистив докторську в Единбурзі. – Ці потоки скрізь, але шість-дванадцять із них небезпечніші за решту».
Для порівняння: у звичайний рік два найщедріші метеорні дощі — серпневі Персеїди та грудневі Гемініди — дають на піку від 60 до 100 метеорів на годину. На початку 1990-х, коли Земля зустріла щільніший за звичайний згусток метеороїдів від комети 109P/Swift–Tuttle, активність Персеїд підскочила до понад 200 метеорів на годину. Комета 55P/Tempel–Tuttle, прародителька Леонід, лишає по собі ще густіші пилові згустки. Земля влітає в них кожні 33 роки, і саме вони спричиняють метеорні бурі: минулого разу бурі тривали три роки поспіль, починаючи з 1998-го, а активність сягала 3000 метеорів на годину. Спостерігачі розповідали, як виходили надвір, підводили очі — і бачили, як небо креслить метеор за метеором. Хоч як дивно, бурі 1998–2001 років були ще порівняно стриманими: 1966 року Леоніди вирували так, що на піку давали 144 000 метеорів на годину — понад 40 метеорів щосекунди.
Під час тих бур супутників на небі було відносно небагато, та жертва все одно знайшлася: 1993 року Персеїди влучили в супутник зв’язку Olympus-1 Європейського космічного агентства вартістю 1,2 мільярда доларів. Сталося це під час останньої на сьогодні бурі цього потоку, і апарат зазнав таких ушкоджень, що жодної надії на ремонт не лишилося.
Тир
Від Леонід 2002 року метеорних бур не було — але вони ось-ось повернуться, і з подвоєною силою.
«У 2028–2034 роках ми знову наближатимемося до щільних згустків у потоках», – каже Мерфі.
Серед них — щільна ділянка в потоці Персеїд: пилове волокно, яке комета 109P/Swift–Tuttle лишила ще 1479 року і з яким Земля знову зустрінеться 2028-го. Потім, 2033 і 2034 року, Земля пройде крізь щільні згустки в потоці Леонід. На нас чекають потужні бурі — і цього разу мішеней у тирі буде значно більше.
Станом на липень 2026 року навколо Землі обертається понад 16 000 активних супутників, а протягом наступного десятиліття планують додати ще понад 2,2 мільйона — від мегасузір’я дата-центрів на мільйон апаратів до гігантських дзеркал, які виливатимуть світлове забруднення на поверхню. У 1990-х сумарна площа поперечного перерізу всіх супутників і апаратів на орбіті становила 0,03 квадратного кілометра. Ціль для метеороїдів була невелика — і все одно вони примудрилися вивести з ладу Olympus-1. Сьогодні сумарна площа поперечного перерізу всього, що є на орбіті, — 0,36 квадратного кілометра, теж доволі скромно.
А перемотайте на десять років уперед — і сама лише орбітальна система дата-центрів SpaceX, де кожен супутник AI1 з гігантськими сонячними панелями матиме розміри приблизно 70 на 20 метрів, дасть понад 1000 квадратних кілометрів поперечного перерізу.
Ухилитися від метеороїдної бурі супутники не зможуть: вони будуть тими самими нерухомими качками в тирі, у найбуквальнішому сенсі. Утім, захистити їх усе-таки є чим.
Що ми можемо зробити?
Перше — озброїти супутники, кораблі та станції так званим щитом Віппла, названим на честь астронома Фреда Віппла, чиє ім’я, за збігом, нерозривно пов’язане з вивченням комет: саме він розробив модель «брудної сніжки», яка описує склад кометних ядер. Щит Віппла — це тонкий зовнішній шар, який поглинає енергію дрібних ударників і навіть розколює їх ще до того, як вони дістануться корпусу апарата. На Міжнародній космічній станції такі щити використовують уже давно й широко, а якби їх ставили на супутники як стандарт, вони захищали б критично важливі системи.
Інший спосіб — розвернути супутник ребром до потоку метеороїдів, що набігає, і так зменшити площу його поперечного перерізу. Це особливо важливо для апаратів із великими тонкими сонячними панелями — як-от згадані AI1 від SpaceX. Міжнародна космічна станція довела, що сонячні панелі здатні витримати чимало ушкоджень і не втратити працездатності, та все ж кожне влучання відколює від них шматочки: крихітні лусочки летять геть у космос і можуть, наче куля, поцілити в інший супутник. Це вторинне зіткнення породжує нові уламки — і так далі, у каскадному дербі взаємного знищення. Ми називаємо це синдромом Кесслера; у найгіршому разі він поступово знищить усе на низькій навколоземній орбіті, лишивши по собі тільки рій побитих і потрощених супутників та мільйони уламків. Саме сонячні панелі, які займають таку велику площу, найімовірніше зловлять метеороїд — і найімовірніше дадуть нові уламки.
«Саме через це ми так хвилюємося за сонячні панелі, – каже Мерфі. – Але зробити тут особливо нічого, крім як переорієнтовувати супутники й попереджати їхніх операторів».
Чи слухають оператори?
Мерфі каже, що все тільки починається і попереду ще багато складних розмов.
Щоб змусити світ сприйняти загрозу від потоків метеороїдів серйозно, він бачить план наступу з двох напрямів. Перший — домогтися міжнародного консенсусу через ООН, а для цього доведеться створити один, а можливо, і два нові органи.
Перший — незалежна група експертів; Мерфі пропонує назвати її International Commission on Space Infrastructure Resilience, скорочено ICSIR [Міжнародна комісія зі стійкості космічної інфраструктури]. ICSIR готувала б звіти, на яких ґрунтувала б свої рекомендації Комітету ООН з використання космічного простору в мирних цілях. Далі вже ООН мала б створити ще одну підгрупу — Мерфі пропонує для неї назву WARDEN, Warning-network for Asset Resilience from Dusts, Ejecta and NEOs [мережа попередження про загрози апаратам від пилу, викидів і навколоземних об’єктів]. WARDEN координувала б усю діяльність із планетарної оборони, виходячи за межі навколоземної орбіти на всю систему Земля — Місяць, і формулювала б глобальні мандати, покликані організувати захист позаземних систем, які нині захищені недостатньо.
Страховка від катастрофи
ООН дуже помітно плекає добрі наміри щодо міжнародної співпраці, але «коли доходить до реальних зобов’язальних договорів на міжнародному рівні, історія, гадаю, говорить сама за себе», – каже Мерфі. Тож він заходить до проблеми і з іншого боку — напряму працює з операторами супутників і космічними агентствами.
Задля цього Мерфі заснував Oroff — компанію планетарної оборони з Меріленда. Крім проєктування космічної місії Loki, яка має вийти на орбіту навколо невеликого астероїда й власною гравітацією апарата (метод, відомий як гравітаційний тягач) звести його з курсу зіткнення, Oroff напряму спілкується з людьми з космічної галузі, щоб попередити їх про ризик метеороїдних бур. Зокрема, за порадою Еда Лу з фонду B612, Мерфі виходить на страховиків супутників. Його розрахунок простий: якщо страховики знатимуть про ризик метеороїдних бур, вони закладуть його в ціну поліса — і оператори апаратів самі побачять, що знижувати ризик варто хоча б заради зменшення витрат.
«Ми працюватимемо зі страховиками космічних апаратів, щоб «викупити» цей ризик, а страховики вже працюватимуть з операторами, – каже Мерфі. – Між страховиками, андеррайтерами й операторами існує доволі зрозуміла ієрархія. Проблема з великими мегасузір’ями одна: вони дедалі частіше страхують і андеррайтять самі себе, тож там нам, можливо, доведеться працювати з операторами напряму. Це більший клопіт, але зрештою, гадаю, компанії захочуть себе вберегти».
Здавалося б, компанії та їхні інвестори мають бути кровно зацікавлені захистити свої мільярдні активи, та завжди є побоювання, що хтось зрізатиме кути заради економії чи прибутків. Достатньо одного недобросовісного гравця, який знехтує своїми обов’язками, — і ми отримаємо повноцінний синдром Кесслера над головою.
Ось тут і буде справжня перевірка: чи вдасться змусити виконувати правила, створені для захисту орбітального простору?
«Якщо жменька держав монополізує орбітальний простір, який зрештою належить усьому людству й усьому живому на Землі, один гравець, що поводиться негідно, може поставити все це під удар, – каже Мерфі. – І як тоді відреагує решта світу?»
Це трагедія спільного, розписана великими літерами на навколоземній орбіті.
Ідеться про те, як спільний ресурс неминуче виснажується через надмірну експлуатацію чи безвідповідальне поводження одного-двох учасників — і зрештою гине. Особливо трагічним це може стати тому, що в космосі є інфраструктура, критично важлива для сучасного суспільства: супутники дистанційного зондування Землі, без яких не обійтися в моніторингу зміни клімату, довкілля та природних загроз; метеосупутники, що дають дані для прогнозів; супутники зв’язку, на яких тримається все — від супутникового телебачення й телефонії до високошвидкісного глобального банкінгу та світового інтернету (хоч чимало з них працюють і на значно вищих геосинхронних орбітах); військові апарати, критично важливі для оборони держав; плюс усі космічні станції, які на той момент будуть на низькій навколоземній орбіті. Їхня втрата не відкине нас у кам’яний вік, але серйозно зламає багато функцій сучасного суспільства, а на розчищення підуть десятиліття: доведеться терпляче чекати, поки уламки самі зійдуть в атмосферу.
Та частка цих важливих супутників серед усього, що літає на орбіті, дедалі менша: переважна більшість апаратів — комерційні й непотрібні. Справжньою трагедією спільного стало б утратити важливу космічну інфраструктуру через те, що низьку навколоземну орбіту забили заради жадібності та прибутків. Звідси напрошується висновок: більше зусиль варто витрачати на те, щоб узагалі оскаржувати запуск мегасузір’їв — знижувати ризик у космосі ще до того, як щось відірветься від землі. Але наразі це, схоже, марна надія.
Некероване руйнування
Синдром Кесслера став би екологічною катастрофою, якої ще не бачили. Кожне зіткнення народжувало б уламки, ті розліталися б і спричиняли нові зіткнення — каскад наростав би експоненційно, доки весь той орбітальний простір (найімовірніше, низька навколоземна орбіта, де перебуватиме переважна більшість супутників) не заповниться сміттям.
Мільйони дрібних фрагментів космічного сміття розміром від міліметрів до сантиметрів літають на орбіті вже зараз — і вже зараз шкодять супутникам. Цього досить, щоб частина дослідників припускала: синдром Кесслера вже почався, і це процес завдовжки в десятиліття, який перетворює низьку навколоземну орбіту на звалище. Частинки космічного сміття рухаються зі швидкістю близько десяти кілометрів на секунду, а мікрометеороїди влітають на швидкостях від 30 до 70 кілометрів на секунду.
«Саме тому потоки Персеїд і Леонід такі небезпечні: їхні метеороїди летять відносно Землі зі швидкістю 60 і 70 кілометрів на секунду відповідно», – каже Мерфі.
Що швидше летять метеороїди, то більшої шкоди вони завдають.
Почався він уже чи ні, і чи лише посилить шкода від метеороїдної бурі катастрофу, яка й так відбувається в уповільненій зйомці, — некерований синдром Кесслера за багато років зробив би низьку навколоземну орбіту недосяжною. Утім, наразі ці побоювання радше якісні, ніж кількісні, і Мерфі хоче це виправити.
«Одне з головного, що ми хочемо дослідити в Oroff, — це зростання ризику синдрому Кесслера через мікрометеороїдні бурі, а також конкретні орбіти й проміжки часу, коли цей ризик стає майже експоненційним — залежно від різних потоків і різних класів супутників», – каже Мерфі.
Космос небезпечний, і наше майбутнє в ньому залежить від того, чи зуміємо ми захистити себе й свої апарати від загроз, що чигають у темряві, — і водночас не сприймати цей простір як щось належне, з чим можна робити все, що заманеться. Що далі ми тягнемося до нових рубежів, то більше загроз на нас чекає: апаратам загрожуватимуть не лише метеороїди, а й уламки від спроб відхилити астероїди — як-от місія NASA DART — чи від видобутку на астероїдах і Місяці. Поки що ми зробили тільки перші несміливі кроки, і якщо хочемо зайти далі, критично важливо навчитися захищатися вже зараз.
За авторством Кіта Купера.