Космический мусор может угрожать самолетам: почему эксперты ожидают рост инцидентов к 2030 году
Проблема космического мусора традиционно рассматривалась исключительно в отрасли орбитальных рисков — как угроза для работающих спутников и Международной космической станции. Но по мере роста числа запусков и развития коммерческой космонавтики ситуация изменилась. Теперь специалисты по авиационной безопасности вынуждены учитывать новый фактор риска: объекты, возвращающиеся на Землю.
В среднем раз в неделю крупный фрагмент космической техники — отработанная ступень ракеты-носителя или вышедший из строя спутник — входит в плотные слои атмосферы. Большая часть этих объектов сгорает под воздействием высоких температур, возникающих из-за трения о воздух на гиперзвуковых скоростях. Но есть и крупные элементы конструкции, выполненные из тугоплавких материалов (например, титановые топливные баки или детали двигателей), которые способны выдержать термическую нагрузку и достичь поверхности планеты или эшелонов полета гражданской авиации.
Статистика и прогнозирование рисков
Согласно исследованию, проведенному Университетом Британской Колумбии и опубликованному в начале 2025 года, вероятность того, что в течение ближайшего года крупный фрагмент космического мусора упадет через зону активного воздушного движения, составляет 26%.
Еще более серьезные данные приводятся в исследовании 2020 года: при сохранении текущих темпов космической деятельности к 2030 году риск столкновения коммерческого авиалайнера с падающим объектом может составить 1 к 1000. В масштабах отдельного полета эта цифра кажется незначительной, но для глобальной индустрии авиаперевозок, где ежедневно совершаются десятки тысяч рейсов, такой уровень риска становится уже неприемлемо высоким.
Опасность представляет не только прямое столкновение с крупным объектом. При разрушении спутника образуется облако обломков различного размера. Мелкие фрагменты и частицы могут действовать подобно вулканическому пеплу: при попадании в турбину реактивного двигателя они способны вызвать его отказ. Учитывая герметичность фюзеляжа самолета и высокие скорости полета, любое столкновение с твердым объектом на высоте 10-11 километров может привести к, мягко говоря, негативным последствиям.
Инцидент с Long March 5B: проблема неточных данных
Наглядным примером того, как космические инциденты влияют на авиасообщение, стала ситуация в ноябре 2022 года. Китайская тяжелая ракета-носитель Long March 5B (Чанчжэн-5) совершала неконтролируемый сход с орбиты. Траектория падения 20-тонной первой ступени проходила над территорией Южной Европы.
В ответ на потенциальную угрозу испанский провайдер аэронавигационного обслуживания Enaire принял решение о временном закрытии воздушного пространства. Была установлена бесполетная зона шириной 200 километров вдоль предполагаемой траектории падения. Ограничения действовали около 40 минут. В результате более 300 коммерческих рейсов были задержаны, отменены или перенаправлены на другие маршруты.
Последующий анализ показал, что реальная опасность для воздушных судов в этом секторе сохранялась не более пяти минут. Однако диспетчеры были вынуждены перестраховаться и закрыть небо на гораздо более длительный срок. Причина таких действий кроется в отсутствии точных данных о времени и месте падения объекта.
Технические сложности прогнозирования
Определить точное место падения неуправляемого спутника очень сложно из-за физических процессов, происходящих на границе атмосферы и космоса (высота от 100 до 200 километров).
- Непредсказуемость атмосферы. Плотность газов на этих высотах непостоянна. Она напрямую зависит от солнечной активности. Вспышки на Солнце разогревают верхние слои атмосферы, заставляя их расширяться. Это увеличивает аэродинамическое сопротивление, которое испытывает падающий объект.
- Высокая скорость. Спутники движутся со скоростью около 28 000 километров в час. Даже минимальная ошибка в расчете времени входа в плотные слои атмосферы (например, на несколько минут) приводит к смещению точки падения на тысячи километров.
- Отсутствие данных. Спутники проходят этот высотный диапазон очень быстро, и ученые располагают ограниченным набором эмпирических данных о поведении объектов в этой зоне. Существующие математические модели строятся на экстраполяции, что неизбежно ведет к погрешностям.
Именно эта неопределенность ставит авиадиспетчеров перед сложным выбором: либо игнорировать риск (что недопустимо с точки зрения безопасности), либо закрывать огромные участки воздушного пространства, что влечет за собой высокие экономические убытки и сбои в расписании.
Научное решение: Миссия DRACO
Для решения проблемы недостатка данных Европейское космическое агентство (ESA) разрабатывает специализированную миссию DRACO (Destructive Re-entry Assessment Container Objective). Запуск запланирован на конец 2027 года.
Цель миссии — собрать точную информацию о процессе разрушения космического аппарата при входе в атмосферу. Спутник DRACO оснащен комплексом из 200 датчиков, которые будут фиксировать температуру, давление и механические деформации в режиме реального времени.
Конструкция аппарата включает в себя капсулу, способную выдержать экстремальные условия возвращения. В то время как основной корпус спутника сгорит, эта капсула сохранит записанные данные и передаст их исследователям. Инженеры планируют изучить, как ведут себя различные материалы и компоненты (например, композитные баки и макеты двигателей) при разрушении.
Полученная информация позволит скорректировать существующие модели схода с орбиты. Более точные модели, в свою очередь, дадут возможность сузить прогнозируемые зоны падения обломков. Вместо перекрытия воздушного пространства над целыми странами диспетчеры смогут вводить точечные ограничения на конкретных маршрутах и в узких временных интервалах.
Организационные изменения: взаимодействие авиации и космонавтики
Техническое решение проблемы должно сопровождаться изменениями в нормативно-правовой базе. В настоящее время ведущие авиационные регуляторы, включая Федеральное управление гражданской авиации США (FAA), Европейское агентство по безопасности полетов (EASA) и Международную организацию гражданской авиации (ICAO), разрабатывают новые стандарты взаимодействия с космическими агентствами.
Задача — создание единой системы обмена информацией. Операторы космических запусков и центры слежения за космическим мусором должны передавать данные о сходящих с орбиты объектах авиадиспетчерам в стандартизированном формате и максимально оперативно.
В конечном итоге это должно позволить интегрировать космический трафик в общую систему управления воздушным движением. В будущем предупреждения о входе космических объектов в атмосферу станут стандартной частью полетной информации, аналогично метеорологическим сводкам.
Заключение
Рост количества спутниковых группировок делает проблему падающего космического мусора неизбежным фактором для авиационной отрасли. Период, когда космос и авиация существовали как изолированные среды, закончился.
Несмотря на то, что индивидуальный риск для пассажира все еще остается крайне низким, системный риск для отрасли требует немедленных действий. Внедрение точных систем прогнозирования и новых протоколов взаимодействия позволит минимизировать угрозу, не прибегая к масштабным закрытиям воздушного пространства, которые наблюдались во время инцидента с ракетой Long March. Безопасность полетов в XXI веке будет зависеть не только от надежности самолетов, но и от качества мониторинга околоземного пространства.
Источник:Scientific Reports