Сгоревшие спутники загрязняют атмосферу
Когда 11 июля вторая ступень ракеты SpaceX Falcon 9 не смогла выйти на достаточно высокую орбиту, 20 выпущенных ею спутников Starlink были обречены. Через пару дней спутники упали обратно в атмосферу Земли, сгорев в виде антропогенных метеоритных дождей.
Хотя прекращение работы 20 спутников Starlink было преждевременным, такие огненные «сходы с орбиты» также являются предпочтительным способом утилизации космических аппаратов в конце их срока службы, чтобы они не дрейфовали как космический мусор. Но с коммерческими планами по выводу десятков тысяч спутников на орбиту в огромных мегасозвездиях исследователи начинают задумываться об атмосферных последствиях, когда эти космические аппараты будут выводиться из эксплуатации в больших количествах. Недавние исследования подчеркивают растущую обеспокоенность по поводу растущих концентраций металлических частиц и газов со спутников, которые могут задерживаться в стратосфере годами, потенциально катализируя разрушение озона.
«Почти никто не думает о влиянии окружающей среды на стратосферу», — говорит химик-атмосферщик Дэниел Мерфи из Лаборатории химических наук Национального управления океанических и атмосферных исследований. «Было бы лучше понять это сейчас, чем когда будет гораздо больше».
Еще несколько лет назад мало кто беспокоился об утилизации спутников, поскольку скорость схода с орбиты была небольшой — несколько сотен в год, — в то время как стратосфера огромна, простираясь от высоты около 10 километров до 50 километров. Беспокойство начало расти, когда SpaceX начала массово производить спутники Starlink, которые обеспечивают почти глобальный доступ в Интернет для растущей клиентской базы. Сегодня на орбите находится более 6000 спутников Starlink, и они составляют почти две трети всех действующих спутников. SpaceX подала заявку на разрешение на запуск еще 30 000, и другие компании идут в погоню: Amazon работает над созвездием из 3200 спутников, а Китай запустит первую партию из флота из 12 000 спутников в августе. Если им и другим это удастся, операторы вскоре будут утилизировать почти 10 000 спутников в год, учитывая типичный 5-летний срок службы таких космических аппаратов, подсчитали исследователи.
На данный момент масса таких сбросов составляет всего 3% от естественного поступления метеоров из космоса, или падающих звезд, согласно анализу 2021 года Леонарда Шульца из Технического университета Брауншвейга и его коллег. Но в будущем с 75 000 спутников введенная человеком масса возрастет до 40% от массы метеоров. И поскольку спутники большие и сгорают медленнее, чем большинство метеоров, они могли бы в этом сценарии почти вдвое увеличить по сравнению с естественными уровнями количество аэрозолей, мелких частиц размером менее 1 микрометра, обнаружили Шульц и его коллеги. «Мы не должны просто проводить этот неконтролируемый эксперимент с нашей атмосферой», — говорит Шульц.
В 2023 году Мерфи и его коллеги сообщили о первом прямом доказательстве того, как повторные входы спутников меняют состав стратосферы, на основе данных с самолета NASA WB-57, который пролетел с Аляски на высоту 19 километров. Используя бортовой лазерный масс-спектрометр, они обнаружили крошечные капли серной кислоты, содержащие 20 различных элементов, которые, вероятно, попали со спутников и ракет, поскольку они присутствовали в соотношениях, соответствующих соотношениям сплавов космических аппаратов. Количество лития, алюминия, меди и свинца превысило предполагаемый вклад метеоров.
Опасения в основном сосредоточены на алюминии, наиболее распространенном компоненте в спутниках. Если распавшийся металл в конечном итоге превращается в оксид или гидроксид алюминия, он может реагировать с хлористым водородом — основным резервуаром хлора в стратосфере, пережитком времен хлорфторуглеродов — и производить хлорид алюминия. Хлористый водород является относительно безопасным хранилищем хлора, но хлорид алюминия легко расщепляется светом, освобождая хлор для разрушения озона. Металлические аэрозоли также могут сеять создание более полярных стратосферных облаков, которые катализируют реакции, высвобождающие разрушительные формы хлора. «Можно строить предположения, но без критических лабораторных измерений химии очень трудно узнать эффекты», — говорит Джон Плейн, атмосферный химик из Университета Лидса.
Некоторые из этих неизвестных начинают определяться. В прошлом месяце Хосе Феррейра, аэрокосмический инженер из Университета Южной Калифорнии, и его коллеги сообщили о результатах моделирования сгорания спутникового алюминия при входе в атмосферу. Они подсчитали, что типичный 250-килограммовый спутник будет генерировать 30 килограммов наночастиц оксида алюминия. Учитывая 2000 сходов с орбиты, которые произошли в 2022 году, это составляет 17 тонн — на 30% больше, чем количество из естественных источников. В эпоху мегасозвездий это может привести к попаданию в атмосферу 360 тонн в год.
Хотя Феррейра не моделировал количество озона, которое будет уничтожено при таких уровнях алюминия, он говорит, что промышленность должна начать думать об использовании других материалов или продлении срока службы спутников путем обслуживания и дозаправки на орбите. Адам Митчелл, инженер по материалам Европейского космического агентства, говорит, что в конечном итоге промышленность должна отойти от спуска с орбиты как можно дальше. «Циркулярная экономика в космосе очень важна, и это должно стать долгосрочной стратегией: дозаправка, ремонт, переработка, производство в космосе и повторный запуск из космоса».
Минкван Ким из Университета Саутгемптона только что начал проект, финансируемый Космическим агентством Великобритании, чтобы выявить пробелы в знаниях, связанных с возвращением спутников, и предоставить рекомендации для промышленности и регулирующих органов. Существует множество возможных воздействий на окружающую среду, говорит он, но «нам нужны очень веские научные доказательства». Важно «работать с промышленностью, прислушиваться к их голосу», говорит он.
По словам Пьера Лионне, управляющего директора ASD Eurospace, торговой ассоциации космической промышленности, промышленность только недавно осознала эту проблему. «Объем имеет значение», — говорит он. Европа запускает гораздо меньше спутников, чем США. Ее единственное созвездие, OneWeb, базирующееся в Великобритании, будет иметь 650 спутников, и у нее нет планов на более масштабное развертывание. «Вы должны задаться вопросом, создает ли SpaceX серьезную проблему через 30 лет», — говорит Лионне.
Саманта Лоулер, астроном из Университета Реджайны, уже расстроена тем, что яркие отражения от спутников Starlink вредят наземной астрономии. Затем, в начале этого года, обломки ракеты SpaceX упали на сельскохозяйственные угодья недалеко от ее дома в Саскачеване. «На орбите слишком много всего», — говорит она. «Мы не можем продолжать использовать землю и атмосферу как мусорный контейнер».
Обсудим?
Смотрите также:
