「汚い」空間、あるいは地球の軌道がどのようにして巨大な埋め立て地になったのか。軌道上のゴミ: スペースデブリをより効果的に除去する方法スペースデブリの原因

08.08.2024

私たち一人ひとりは、人類が地球を信じられないほど汚染し、毎日信じられないほどの量のゴミを排出し続けていることを知っています。しかし、短期間の宇宙探査の間に、私たちが地球近傍の空間を使用済み衛星の小さなゴミ捨て場に変えることに成功したことを知っている人はほとんどいません。現在の状況を反映した 2 つのインタラクティブな視覚化を次に示します。

最初の視覚化 (Alex Rasmussen による) では、既知および追跡されたすべての衛星とデブリが表示されます。

緑色の点はアクティブな衛星を示します。
灰色 - 非アクティブですが機能します。
赤 - 失敗した衛星とその破片。

欧州宇宙機関は、地球が現在周回していると判断しました。

10cm以上の破片約29,000個、
1～10cmの破片約67万個、
1 mm から 1 cm までの破片が 1 億 7,000 万個以上。

地球近傍空間のデブリの総質量は6,300トンと推定されており、飛行速度は時速56,000kmに達する可能性がある。

過去 50 年間に、約 6,600 個の衛星が打ち上げられ、そのうち 3,600 個が今も地球の周りを周回しており、1,000 個がアクティブモードにあります。

このゴミはどれほど危険なのでしょうか？

ドットは単に要素を表しているだけであるため、提示されたビジュアライゼーションは私たちの心を誤解させる可能性があります。位置破片はありますが、サイズは考慮されていません。つまり、スケールが尊重されていません。実際には、写真で見られるように、地球近傍の空間は埋め立て地ではありません。しかし、打ち上げられる物体の価格は非常に高額であり、デブリとの衝突による現在運用中の衛星1,000機の損失による潜在的な損害額は1,300億ドルと推定されているため、各国の宇宙機関は依然として警戒を続けている。

毎年、100～150トンの瓦礫が地球の大気中に侵入します。近年で最も注目された事件は、2011年にドイツとアメリカの人工衛星が衝突し、その破片がベンガル湾に落下した事件である。軌道上の宇宙飛行士もリラックスすべきではありません（こんにちは、「重力」）。 2012年、日本の人工衛星からの破片との衝突を防ぐため、ISSはより高い軌道に移された。

何をするか？

幸いなことに、人生において「重力」に似たシナリオが繰り返される可能性は低いです。さらに、技術者は多くの保護装置を提供しました（ISS は「史上最も保護された宇宙船」とみなされています）。しかし、飛行速度と破片の量の増加により、脅威が増大しています。科学者らは、軌道上に大量の破片があり、打ち上げられたロケットが破壊される危険性が非常に高くなるケスラー症候群の可能性について警告している。このような連鎖反応は実際、人類の宇宙へのアクセスを閉ざす可能性があります。

現在、科学者たちは瓦礫を追跡し、宇宙を浄化する方法を模索しています。多くのアイデアのうちの 1 つは、デブリを捕捉して地球の表面に送る特別な衛星を使用することです。まだ使えるがれきを回収してリサイクルするという選択肢も検討されている。

将来どのような方法が選択されるにせよ、一つ確かなことは、近くの宇宙空間にポイ捨てすると多大な費用がかかるということだ。私たちが地球外へのアクセスを継続し、最新の衛星通信、観測、研究を行いたいのであれば、軌道上のデブリを除去する可能性のある方法を模索し始める必要があります。

元の記事をクリックすると、ビジュアライゼーションのインタラクティブ性を理解できます。残念ながら、Habr では投稿に埋め込むことができないため、スクリーンショットを撮る必要がありました。

2012 年 3 月 26 日、国際宇宙ステーションの乗組員は、ステーション内のいつもの場所ではなく、その夜はソユーズ着陸船に移動して就寝しなければなりませんでした。ステーションの近くにスペースデブリ（崩壊した古い衛星の破片）が飛来すると想定されていたため、宇宙飛行士たちは身を隠さなければならなかった。幸いなことに、ISS は損傷を受けず、宇宙飛行士たちは無事に仕事に戻りましたが、いつでも地球に戻れるよう宇宙服を着て一晩過ごしました。もし状況が少し違っていたら、宇宙服を着て眠れない夜は宇宙飛行士にとってもっと良い時間の過ごし方だっただろう。スペースデブリは、地球上と宇宙の両方の人々にさらに多くの問題を引き起こし、ISS の一部を破壊する可能性があります。宇宙飛行士が困難だが興味深い仕事で成功することを祈り、スペースデブリとは何かについて話しましょう。

スペースデブリとは、機能しない衛星、その破片、使用済みの宇宙ロケットの一部です。完全に大人の言葉で言えば、これらは宇宙に存在する人工物ですが、機能せず、何の利益ももたらしません。

宇宙ゴミ。イジェフスク・アストロクラブのウェブサイトからのアーティストによるイラスト。

スペースデブリはどのようにして形成されるのでしょうか? どのような宇宙ゴミがあるのでしょうか？

人工衛星にはそれぞれ「寿命」があります。宇宙船が何らかの作業を行っている間、それは「生きている」と呼ばれます。たとえば、衛星は地球上の雲や気温の変化を監視したり (気象衛星)、地球上のある地点から別の地点に無線信号を送信したり (通信衛星)、外国軍を監視したり (スパイ衛星) することができます。しかし時間が経つと、バッテリーが切れたり、ソーラーパネルが劣化したりして、衛星は徐々に電力を失い始めます。その後、衛星上の計器がゆっくりとオフになり始めます。最初に多くのエネルギーを必要とするもの、次に電力をあまり必要としないものがあります。最終的に、宇宙船は地球への情報送信を停止します。これは、衛星のリソースが使い果たされ、使用できなくなることを意味します。同時に、宇宙船は地球の周りの軌道上を飛行し続けますが、何の利益ももたらさないため、スペースデブリと呼ばれます。

死んだアメリカの衛星が大気圏で燃え尽きた

別のタイプのスペースデブリは、宇宙ロケットの上部ステージや宇宙船を軌道に打ち上げる上部ステージです。有人船や人工衛星が宇宙に打ち上げられるとき、それらは単独でではなく、特別なロケットの助けを借りて宇宙に飛び立ちます。宇宙船は特別な上段に設置されています。上段が衛星を残す必要がある場所に到達すると、ハッチが開き、バネの助けを借りて衛星が宇宙空間に押し出され、「自由浮遊」状態になります。この後、上段が衛星の軌道からわずかに外れて宇宙空間に留まり、スペースデブリになることもよくあります。このビデオの 1:09 では、上部ステージが宇宙船から分離されている様子が示されています。

地球低軌道のデブリの量に最も大きく寄与しているのは、使用済みの衛星やロケットではなく、宇宙船の小さな（1センチメートル未満の）外皮の破片や、爆発した上段の残骸、一言で言えばあらゆる種類の小さなものです。もの。最近の推定によると、そのような「砂粒」の数は数十万に達する可能性があります。昨年、リスクを過小評価したために、軌道上に打ち上げられた米国の通信衛星が、古くてもう運用できなくなったロシアの軍事衛星と衝突した。衝突は非常に高速で発生したため、両方の衛星が細かく飛散し、小さなスペースデブリが追加されました。宇宙飛行士たちが隠さなければならなかったのは、これらの衛星の破片だった。スペースデブリの量と位置に関するインフォグラフィックがあります。

スペースデブリはなぜ危険なのでしょうか?

スペースデブリは、残念ながら、散らかった部屋の隅にひっそりと眠っている部屋の塵ではありません。静止している地球上の破片とは異なり、古い衛星とその破片は、秒速数十キロメートルという猛スピードで地球の近くを突進します。このような速度で移動できれば、家から学校 (または職場) までの移動に 1 秒もかからないため、朝の睡眠時間が長くなります。しかし、私たちにとって楽しい夢は、宇宙飛行士にとっては危険な現実です。小さな破片が有用な衛星や宇宙ステーションに衝突すると、破壊されたり、重大な損害を引き起こしたりすることになります。「砂粒」はまだ対処できます。この目的のために、ISS の表面には宇宙塵が衝突する特別なスクリーンが設置されています。衝突は非常に強力であるため、衝撃により小さな破片が保護シールドの一部とともに蒸発するだけです。しかし、数センチメートルの破片から身を守ることはできないため、宇宙飛行士は宇宙服を着て地球への避難の準備をしなければなりません。場合によっては、宇宙飛行士は避難の準備をする代わりに、ISS の軌道をわずかに変更して、危険な破片に「道を譲る」こともあります。

ロシアの宇宙ステーションMIRの写真。上部右端の太陽電池アレイに黒い点が見えますが、これはスペースデブリとの衝突の結果です。

宇宙ゴミか宇宙博物館か？

一部の科学者は、スペースデブリは宇宙技術のユニークな博物館であると信じています。このような博物館を散策できたらどんなに面白いだろうか、想像してみてください。結局のところ、そこでは、最初のソビエト衛星の打ち上げから現在までに宇宙に打ち上げられたほぼすべての機器を見つけることができます。かつて天気予報に貢献した気象衛星、永久に沈黙した大型パラボラアンテナを備えた中継器、永い眠りに就き、今もレンズで地表を注意深く監視している偵察衛星…それらは単なる金属片ではありません。しかし、何百人もの才能ある人々、優秀なデザイナー、エンジニア、デザイナーの骨の折れる仕事です。これは、物理学者と化学者の発明と発見、材料科学者の努力、数学者の計算の具体化です。これは、浮き沈み（時には文字通り）、失敗と画期的なアイデア、大きな期待と夢の実現の物語です。おそらくこれは全人類、そして何よりもロシアが誇りに思える博物館となるだろう。

コンスタンチン・クディノフ

親愛なる友人たち！このストーリーが気に入って、子供向けの宇宙航行と天文学に関する新しい出版物の最新情報を入手したい場合は、コミュニティからのニュースを購読してください。

天文台のブルッキ教授は最近、ケンタウルス座の両方の恒星の明るさの低下について不満を述べた。近所全体がゴミで埋め尽くされているのに、どうして彼が弱らないわけがありません。この惑星系の真の真珠である最大の惑星シリウスの周りに、土星の輪に似たリングが現れましたが、空のビールとレモネードのボトルで構成されていました。この方向を飛行する宇宙飛行士は、隕石の雲だけでなく、ブリキ缶、卵の殻、古新聞なども避けなければなりません。

場所によってはゴミのせいで星が見えないこともあります。天体物理学者たちは、銀河ごとに宇宙塵の量にこのような顕著な違いがある理由を探ろうと、何年も頭を悩ませてきた。しかし、私が思うに、要点は単純です。文明が高度になればなるほど、より多くのゴミが存在し、したがって、このような塵、ゴミ、ゴミがすべて存在するのです。

半世紀前にこの物語を読んだ人は、このようなゴミの輪が実際に形成され始めるとは想像できなかったでしょう。そして、遠く離れたシリウスの近くではなく、私たちの故郷の惑星の周りです。

ゴミの日！

1957 年 10 月 4 日、最初の人工地球衛星が打ち上げられ、人類は星に少し近づきました。当時、世界中の人々が空に浮かぶスプートニクを見ようとしたところ、小さな光点が見えました。ただ、それはスプートニクではなく、小さすぎて肉眼では見えませんでした。この地点は R-7 ロケットの第 2 段であり、ロケットを軌道に送り届けました。それは史上初のスペースデブリとなった。

その後数年間で約 5,000 回の打ち上げが行われ、約 6,600 個の衛星が軌道に乗せられました。このうち 3,600 機がまだ宇宙に存在し、そのうち運用可能なのは 1,000 機のみです。すでに50年代後半には、科学者たちは、時間を費やした古い衛星が遅かれ早かれ新しい衛星に干渉し始めるだろうと考え始めていました。

スペースデブリの体積と作者が想像した地球の大きさの比較。

残念ながら、スペースデブリは古い衛星や使用済みロケットステージだけに限定されません。現在、宇宙偵察システムは地球周回軌道上の約 2 万個の物体を追跡しており、その総質量は 5 トンから 1 万トンに及びます。そして、これは氷山の一角にすぎません。欧州宇宙機関によると、軌道上には直径5センチ以上の物体が4万5000個あるという。より小さな天体に関しては、直径1〜5センチメートルの破片が数十万個、非常に小さな破片が数百万個が上空を飛んでいます。

地球近傍空間におけるデブリの分布。リングは静止軌道上の破片であり、数百年間そこに残ります。

ゴミはどこから来るのですか？

もし私たちがスター・ウォーズの世界に住んでいたら、すべてが明らかになるでしょう。遠く離れた銀河系では、壊れた宇宙船や戦闘機の部品がよく見られます。次の大規模な戦闘の後、次のデス・スターの建設に関与していないすべての作業員が定期的に宇宙空間の清掃に送られる様子が想像できます。さらに、帝国と反乱軍に火を放ち、その後は後始末をしなければならないことに何の意味があるでしょうか。

私たちの銀河系では、宇宙のゴミはもっとありふれた形で現れます。衛星を軌道に打ち上げると、大量の技術的破片の形成が伴います。爆発ボルト、一時的な留め具、保護コーティング要素などの物体は、最終的に地球近くの宇宙空間に到達します。

さらに、最初の脱出速度に達したロケットステージと上段は宇宙に残ります。彼らのタンクには未使用の燃料が入っていることが多く、揮発性が高く、容易に蒸気になり、時には強力な爆発を引き起こすこともあります。数年間宇宙に滞在した後、使用済みのロケットステージが予期せず爆発し、小さな破片の破片が周囲に飛散するというケースが数多くありました。近年、このような爆発が地球近傍空間で約200回観察されている。インドのロケットステージがたった 1 回爆発しただけで、一度に 300 個の大きな破片が形成されました。

人類は故郷の惑星の軌道上だけでゴミを捨てているわけではありません。ニール・アームストロングが初めて月着陸船のドアを開けたとき、何をしたと思いますか? 彼はゴミの入った袋を船室から投げ捨てた。そうして初めて彼は月面に降り立ち、有名なフレーズを発しました。

「人の小さな一歩…」「ゴミ出しした？！」 - "はい！それで、どこで止まったんだろう…」

そして、小さなオブジェもあります。固体燃料エンジンの作動中、最大 10 ミクロンのサイズの多数の塵粒子がノズルから排出されます。別のタイプの微細な破片は、地上の機器の表面から剥がれ落ちた塗料や保護コーティングの破片です。そして状況は年々悪化しており、宇宙を探査する国や企業が増えれば増えるほど、軌道上に残るゴミの数も増えています。近年、宇宙汚染に関連した注目を集める事件が2件ありました。

最初は悪名高い2007年の中国の対衛星ミサイル実験だった。ソ連と米国は以前にも同様の兵器を実験したが、その時は破片がはるかに少なく、大気圏ですぐに燃え尽きた。結局のところ、目標は比較的低高度にあったからだ。中国は高度800キロ以上の極軌道にある衛星を破壊した。その結果、2,000個以上の破片、あるデータによれば最大15万個の小さな粒子が地球の近くに出現した。このデブリの 97% はまだ軌道上にあり、数百年にわたって地球上にぶら下がることになります。

ちなみに、その1年後、米国は欠陥のあるUSA-193偵察衛星を破壊したが、その衛星には約0.5トンの有毒燃料が残されていた。しかし、衛星は低軌道にあったため、破片のほとんどは大気圏で燃え尽きた。

土星の輪は岩石、塵、氷でできています。地球の環は失われたボルトと衛星の破片で構成されるでしょう。

2 番目の事故は、2009 年 2 月 10 日に発生した、1995 年に廃止された衛星コスモス 2251 と運用中のイリジウム 33 衛星の衝突でした。２機の宇宙船が衝突するのは史上初めて。その結果、2,000 個の破片が形成されましたが、これらは追跡できた大きな破片のみです。

これら 2 つの事故だけで、軌道上のデブリの数が 3 分の 1 以上増加しました。現在、ゴミの量は非常に急速に（年間約5％のペースで）増加しており、新たな大規模衝突事故は避けられません。

なぜゴミは危険なのでしょうか？

アルフォンソ・キュアロン監督の映画『グラビティ』（2013）は、スペースデブリがどのような影響を与えるかを明確に示しています。空気のない空間を急速に駆け抜ける破片は、ほとんど気づくことが不可能ですが、人体から宇宙ステーションに至るまで、その進路にあるあらゆるものを突き刺します。数十年と数十億ドルをかけて作成されたデザインは、数秒で役に立たないふるいに変わってしまいます。

もちろん映画は素晴らしいですが、現実でもそれは可能です。事実は、地球の軌道上にある物体が最初の宇宙速度、つまり秒速約8キロメートルで軌道に沿って移動しているということです。比較のために：カラシニコフ突撃銃の弾丸は、真空中の破片とは異なり、毎秒約 1 キロメートルの速度で銃身から発射され、その後空気抵抗により減速します。たとえ小さな破片が衛星に衝突したとしても、重大な損傷を引き起こす可能性があります。そこで2006年、ロシアの通信衛星Express-AM11との通信が突然途絶えた。破片の微粒子の衝突により熱制御システムが損傷し、衛星はすぐに過熱して故障した。

ソーラーマックス衛星にスペースデブリによって残された穴。

ここで、破片が有人宇宙船や軌道ステーションに衝突した場合に何が起こるかを想像してみてください。シャトルの表面やISSの船体には、デブリとの衝突による痕跡が繰り返し発見されている。 1983 年、小さな砂粒 (直径 1 ミリメートル未満) がチャレンジャーシャトルのフロントガラスに重大な亀裂を残しました。別のケースでは、破片がシャトルエンデバーのラジエーターパネルを貫通しました。近年、デブリ回避操作はISS乗組員にとっておなじみの日課となっている。

小さな砂粒によって生じたチャレンジャーのフロントガラスの亀裂。

シャトルエンデバーのラジエーターパネルに破片との衝突後に残された貫通穴。

スペースデブリの中には放射性物質も含まれています。かつてソ連は、大規模な一連のUS-A海上偵察衛星を宇宙に打ち上げた。各装置には、30キログラムの濃縮ウラン235が入った原子炉が装備されていた。合計 33 機の装置が打ち上げられ、そのうちのいくつかはすでに地球に「帰還」しました。そのうちの 1 つであるコスモス 954 は 1978 年にカナダに落下しました。衛星の破片はその地域（幸いなことに人口がまばらだった）に放射能汚染を引き起こし、大きな国際スキャンダルにつながった。残りの装置は高度 700 ～ 1,000 キロメートルの埋没軌道に移送され、そこで 250 ～ 2,000 年間保存される可能性があります。長い時間はかかりますが、私たちの子孫が何かを決断しなければならない時が必ず来ます。

一部の衛星の冷却システムから漏れが発生し、数千滴のナトリウム・カリウム冷却剤が軌道上に飛来し、現在地球を周回していることも知られている。衛星原子炉とは異なり、地球に危険をもたらすことはありませんが、宇宙船に損傷を与える可能性があります。

1997年にテキサス州に落下したデルタ2ロケット第2段の主燃料タンク。

ケスラー効果

ケスラー効果は、2 つの大きな物体の衝突によって新たな破片の塊が出現するという恐ろしいシナリオです。これらの破片はそれぞれ他の破片と衝突し、連鎖反応を引き起こす可能性があります。影響を受ける衛星が多数ある場合、雪崩のような破片が現れるため、地球近傍の空間は数百年間にわたって飛行にまったく適さなくなる可能性がある。このシナリオは、NASA の専門家である Donald Kessler によって説明されました。

2012年に重さ8トンのEnvisat衛星との通信が途絶えたことが知られている。高度785キロメートルの軌道上にあり、あと150年ほど存在することになる。エンビサットは毎年、いくつかの難破船の200メートル以内を2回通過しており、遅かれ早かれその進路が交差する可能性は十分にあります。多くの専門家は、このような衝突が連鎖反応を引き起こし、ケスラー氏のシナリオが現実になる可能性があると考えている。

映画「グラビティ」はまさにケスラーの仮説に基づいています。

スペーススイーパー

軌道を緊急に清掃する必要があることは誰もがすでに認めています。たとえ人類がすべての宇宙打ち上げを中止したとしても、すでに打ち上げられた宇宙船同士の衝突により、軌道上のデブリの量は依然として増加するでしょう。解決策はただ 1 つ、徹底的に後片付けをすることです。

これまでのところ、これは SF でのみ可能です。アーサー・C・クラークの小説『楽園の泉』では、壮大な宇宙エレベーターの建設には、人類がその軌道を徹底的に浄化する必要がありました。人々は宇宙の征服で大きな成功を収めているため、これは大きな問題にはなりません。レーザーの助けを借りて、エンジニアは障害物をすぐに取り除きます。掃除の過程で、スカベンジャーたちはいくつかの考古学的発見をしたり、古い宇宙船を見つけたりすることもあります。

有名なアニメ「プラネテス」（「ワンダラーズ」）では、宇宙で活動するすべての企業には、デブリを除去する部門がなければなりません。この非常に危険であまり名誉ある仕事ではありませんが、このシリーズの主人公たちはこの仕事をしています。

しかし、これはすべて空想、フィクションです。現実はどうでしょうか？

「ワンダラーズ」のヒーローたちは、軌道上の破片を掃除します。そして彼らはゴミ人間のように扱われます。

低軌道（最大 400 キロメートル）にある物体は、数年後に大気圏で燃え尽きます。そして、すべてのゴミがそこにあるとしても、それほど問題はありません。自然そのものが私たちの後をきれいにしてくれるでしょう。しかし、問題は、ゴミのほとんどがはるかに高いところにあることです。破片は何世紀も、何千年も、そして静止軌道上に、さらには何百万年もそこにぶら下がる可能性があります。

スペースデブリと戦うためのさまざまな組織が、宇宙大国の政府のもとでも国際レベルでも設立されましたが、その活動は大きな進歩をもたらしませんでした。デブリの問題は現在、国連宇宙空間の平和利用委員会と、いくつかの国の宇宙機関によって設立されたスペースデブリ調整委員会によって取り組んでいます。

軌道汚染に対抗するさまざまな方法が検討されています。小さな粒子の衝撃からの宇宙船の保護を強化することを提案する人もいれば、打ち上げをより慎重に制御する人もいれば、衛星が軌道から外れるように衛星に追加の燃料を投入する人もいる。これらの対策はスペースデブリの速度を遅らせたり、船舶を救ったりする可能性はありますが、それでも問題は解決しません。スペースデブリに対処する唯一の方法は、デブリを軌道上から除去することです。

たとえば、デブリの小さな粒子の衝撃を吸収してキャッチするか、少なくとも速度を低下させる、超軽量の多孔質材料 (エアロゲル) の巨大な球体を作成できます。あるいは、デブリの破片の速度を低下させ、はるかに速く地球に落下させ、大気圏で燃え尽きる大規模な電気力学的ネットワーク。あるいは、網や銛を使ってデブリを捕獲する宇宙ハンター。レーザーを使用してデブリを燃やすことも可能だが、これには軌道上への兵器の発射を禁止する国際協定を回避する必要がある。

悪いニュースは、これらのテクノロジーはすべて紙の上でのみ存在するということです。しかし、プロセスはまだ徐々に前進しています。今後数年間で、言及されたテクノロジーのいくつかをテストする最初の実験が行われる予定です。この間だけ、人類が軌道を完全に汚染しなければ。

宇宙の考古学

一部の歴史家は、すべてのスペースデブリを軽率に破壊する必要はない、とすでに述べています。それは、将来間違いなく軌道に到達するであろう考古学者にとって非常に興味深いものになるかもしれません。

1980 年代に、NASA は ISEE-3 宇宙探査機を国立航空宇宙博物館に寄贈しました。 2014年にこの装置が地球に接近すると、地球周回軌道に移送され、その後シャトルで回収されて自宅に届けられる予定だった。しかし、後にこの計画は放棄されなければなりませんでした。軌道上から貨物を輸送するのはかつて考えられていたよりも費用がかかることが判明し、シャトル自体も飛行を停止しました。それでも、遠い将来、いくつかの古い衛星が博物館に展示される可能性はある。

***

フェルミのパラドックスのユーモラスな説明の 1 つ (「地球外生命体が本当に存在するなら、なぜエイリアンはまだ私たちのところに来ていないのですか?」) を信じるなら、どんなテクノジェニック文明もその故郷の惑星の軌道をすぐに詰まらせてしまうため、これによりさらなる影響が生じることになります。宇宙飛行は不可能。私たちの地球の場合、これが冗談のままであることを願いましょう。

最初の視覚化 (Alex Rasmussen による) では、既知および追跡されたすべての衛星とデブリが表示されます。

緑色の点はアクティブな衛星を示します。
灰色 - 非アクティブですが機能します。
赤 - 失敗した衛星とその破片。

欧州宇宙機関は、地球が現在周回していると判断しました。

10cm以上の破片約29,000個、
1～10cmの破片約67万個、
1 mm から 1 cm までの破片が 1 億 7,000 万個以上。

地球近傍空間のデブリの総質量は6,300トンと推定されており、飛行速度は時速56,000kmに達する可能性がある。

過去 50 年間に、約 6,600 個の衛星が打ち上げられ、そのうち 3,600 個が今も地球の周りを周回しており、1,000 個がアクティブモードにあります。

このゴミはどれほど危険なのでしょうか？

何をするか？

人類が近宇宙の探査で直面した主な問題の 1 つは、故障した車両とその破片が地球低軌道に蓄積することです。このような物体はスペースデブリと呼ばれます。現在、静止軌道上にこれらの破片が蓄積しているため、人類による近宇宙空間のさらなる探査が脅かされています。

地球から追跡された宇宙物体の中で活動的な乗り物はわずか 6% だけで、残りは完全にゴミと考えられます。打ち上げ後に残る破片のサイズは 1 cm に満たないかもしれませんが、惑星の周りの回転速度が非常に速いため、そのような小さな破片でも衝突すると、宇宙船にとって致命的な結果につながる可能性があります。

スペースデブリは、地球から打ち上げられるすべてのロケットの結果です

合計すると、私たちの惑星の軌道上には無限の量のデブリが存在します。さまざまな推定によると、その総重量は5,000トンに達し、破片の総数は10万個に達しますが、さまざまな宇宙国の追跡カタログに記載されている破片はわずか15〜16,000個です。

他のすべての軌道物体は、人類の近宇宙探査を潜在的に脅かす可能性があります。

原因と主な情報源

地球に近い軌道に最初のデブリが出現したのは、20 世紀の 50 年代に宇宙時代が始まり、最初の人工衛星が軌道に投入されたときでした。近宇宙のさらなる探査により、地球近傍軌道上のデブリの量は常に増加しました。

地球の軌道の主な「汚染者」は主な宇宙大国です。ロシア (ソ連)、米国、中国が近宇宙のすべてのデブリの 90% 以上を占めており、各国の割合はほぼ同じです。

すべてのスペースデブリは地球起源ですが、それ自体は不均一です。軌道上を移動する物体の数に占める割合が最も少ないのは、運用中の宇宙船です (6% 以下)。他のすべてのオブジェクトには価値がなく、完全にゴミです。このうち約20％は故障した衛星や静止物体、17％は上段や使用済みロケット段、残りの約55％は宇宙活動や衝突・爆発によるさまざまな廃棄物である。

ロシア、米国、中国は宇宙最大の汚染者だ。

何が危険なのでしょうか？

小さなデブリは最大の危険をもたらしますが、大きなデブリは、すぐに気づいて宇宙船の飛行経路を再計算することで回避できます。

人間の活動を脅かすスペースデブリのもう一つの危険は、破片が地球の表面に落下することです。軌道衝突とは異なり、この場合の主な危険は大きな破片によって引き起こされる。結局のところ、それらは大気の上層で燃え尽きることなく、少なくとも部分的に地表に到達する可能性がある。このような状況では、破片が大都市ではなく砂漠地帯に落ちることを願うしかありません。

大きなスペースデブリが地球に落下すると、悲劇が起こる可能性があります

ケスラー効果 (症候群) は、地球の軌道上に蓄積された破片により、人類が近宇宙にアクセスできなくなるという仮説上の状況です。

この症候群の名前は、NASA 宇宙機関のコンサルタントであるドナルドケスラーにちなんで付けられました。ケスラーは、そのようなシナリオを初めて詳細に研究で提示しました。

ケスラー効果の本質は、地球低軌道上の物体の密度が絶えず増加し、その結果、2 つの大きな物体間の衝突の確率が増加することです。

このような衝突の結果、多数の小さな破片が形成されるはずであり、したがって、それらのそれぞれが将来他の破片と衝突する可能性もあります。ケスラー氏によると、スペースデブリの密度は指数関数的に増加するという。

地球の軌道上での大規模な爆発や衝突は特に危険であると考えられており、その結果、近くの宇宙空間が破片で完全に汚染される可能性があり、その後、その空間は人間が完全にアクセスできなくなります。

ケスラー効果で人類が宇宙空間にアクセスできなくなる可能性

人類はスペースデブリと戦う効果的な方法をまだ開発していません。科学者は問題を解決するためにいくつかの選択肢を提供していますが、それぞれの選択肢は非常に高価であるか、現在の科学の枠組みでは実現不可能に見え、ほとんどの場合、これらの欠点の両方が組み合わされています。しかし、スペースデブリの脅威は現実であるため、地球近傍の空間を浄化するための最も現実的な選択肢が提案されています。 その中で、飛行軌道の収集、廃棄、修正という 3 つの主な制御方法を区別できます。

NASA によって提案された最も合理的なアイデアの 1 つは、強力な地上ベースの連続レーザーシステムを使用することです。この方法のバリエーションとして、宇宙レーザーシステムの使用があります。

もちろん、想像力では、レーザー銃の射撃によって瓦礫が消滅する「スター・ウォーズ」の精神に基づいた絵が描かれます。しかし、現実はもう少し些細なものです。レーザーの助けを借りてできるのは、破片の飛行経路を調整することだけで、衝突を避けることができます。

これを行うには、各断片を毎日 1 ～ 2 時間レーザー光にさらす必要があります。これにより、移動速度を毎秒数センチメートル調整することができますが、速度インジケーターが巨大なため、そのような衝撃により軌道が大きく変化します。このようなモデルのみが、このアイデアを合理的な価格で実装することを可能にします。1 台のレーザー設置と付随するインフラストラクチャの費用は、数千万ドル「のみ」です。

スペースデブリと闘う人々はスター・ウォーズのアイデアに注目する必要がある

欧州宇宙機関は、いくつかの代替案を開発しました。
レーザーシステムに似たコンセプトで、代わりにジェット流が使用されます。地球からジェット気流を発射することは不可能であるため、実現するには強力な宇宙船が必要になります。当然のことながら、そのようなアイデアは、惑星や静止衛星を脅かす大きな宇宙物体を攻撃する場合にのみ実現できます。
別の概念によれば、輸送は、推進エネルギー源としてソーラーセイルを使用する宇宙船によって実行されるべきである。
最後のアイデアは、個々の破片にジェットエンジンを取り付け、大きな物体を手動で廃棄軌道に輸送することです。

今日、ゴミと戦うためのサードパーティのコンセプトは、現代の科学的思考のレベルでは素晴らしいものであり、実現不可能に見えます。その中で：

デブリを軌道から地表まで輸送するロボットの使用。
デブリをタングステン粉塵の雲にさらすと、各物体の重量が増加し、軌道の外に追い出される可能性があります。
デブリなどを捕捉することを目的とした特殊衛星を打ち上げる。

いずれにせよ、人類は今後数十年間で本当に実用的なモデルを開発する必要があるだろう。

スペースデブリに関しては、この問題に直接関わっている人々だけでなく、一般科学に興味がある人にとっても興味深い事実がいくつかあります。

宇宙でのデブリの移動速度は非常に速いため、人間がスペースデブリに対処するのは困難です

地球低軌道上でのデブリの相互移動速度は秒速10キロメートルです。スペースデブリとの戦いにおける主な困難の 1 つは、高速移動です。
宇宙時代の始まりから1980年代にかけて、ソ連と米国は宇宙空間で対衛星兵器の実験を多数実施し、その結果、静止軌道上で回転する大量のデブリが形成された。 近宇宙にあるすべてのデブリの最大 7% が、まさにそのような実験の結果です。
今世紀初頭、中国もこうした実験に参加した。 2007年、対衛星ミサイルにより、使用されなくなった中国の衛星「風雲1号」が破壊された。その結果、軌道上に何千もの新たなデブリが形成されます。
1983 年にアメリカのシャトルが小さな砂粒 (直径 0.2 mm) と衝突したとき、装置の窓に深い亀裂が生じました。
2009 年 2 月、2 つの大型静止物体の衝突による最大の宇宙事故が発生しました。米国のイリジウムと失敗したロシアのコスモス 2251 という 2 つの通信衛星が宇宙で衝突しました。その結果、大小合わせて約 600 個の破片が形成されます。

スペースデブリは、人類が近宇宙を探索する際に直面する新たな問題です。主要な宇宙大国が直面している問題に対する明確な解決策はありません。スペースデブリを除去するための主な方法はすべて、過剰なコストがかかるか、効果的な技術的解決策を提供できないかのいずれかに直面しています。しかし、静止軌道上でのデブリの蓄積は、すでに地球近傍宇宙への制御飛行だけでなく、地上の居住地そのものをも脅かす可能性がある。したがって、問題を解決する方法を見つけることは、近い将来宇宙大国が直面する主要な課題の1つです。