Космос, как выясняется, становится не столько бескрайней пустотой, сколько космической парковкой в особенно хаотичную «Чёрную пятницу». Стремительное расширение человеческой и роботизированной деятельности на низкой околоземной орбите (НОО) сделало внедрение эффективного управления космическим движением (УКД) критически важным — одной из тех инженерно-политических задач, которыми лидеры XXI века либо будут хвастаться, либо свалят на предыдущую администрацию.
Огромные спутниковые группировки связи, орбитальные дата-центры, обитаемые космические станции и постоянно растущее облако космического мусора превратили орбитальную перегруженность в реальную проблему. Ключевая концепция здесь — поиск «равновесного состояния» для УКД: динамически стабильной орбитальной среды, где запуски, сроки эксплуатации, образование мусора и утилизация сбалансированы настолько, чтобы минимизировать вероятность столкновений и долгосрочную деградацию орбиты. Иными словами, нам нужно перестать относиться к околоземной орбите как к мусорной свалке с ракетными двигателями.
Околоземная орбита — это конечный природный ресурс, подчиняющийся законам орбитальной механики, которые, как известно, не прощают ошибок. Спутники движутся со скоростью более семи километров в секунду, так что даже крошечная частичка краски может вызвать катастрофические разрушения. Крупные спутниковые группировки связи, предназначенные для глобального широкополосного доступа, уже включают тысячи спутников в узких диапазонах высот. Предлагаемые орбитальные дата-центры с их большими солнечными батареями и длительным сроком службы только усугубят заторы. Обитаемые космические станции добавляют новый уровень риска: безопасность человека напрямую зависит от поддержания стабильной орбитальной среды, что не очень хорошо, учитывая, сколько мусора уже там накопилось.
Представьте орбитальную среду как систему «источник-сток». Источники включают запуски спутников, фрагментацию, противоспутниковые испытания и случайные столкновения. Стоки — контролируемый сход с орбиты, естественное торможение и активное удаление мусора. Равновесие наступает, когда скорость добавления опасных объектов равна скорости их удаления. Если образование мусора превышает ликвидацию, орбитальная нестабильность прогрессирует — как квартира барахольщика, но с большим количеством взрывов.
Основной источник мусора — большое количество действующих и вышедших из строя спутников на солнечно-синхронных орбитах (ССО). Более 60 лет эти орбиты заполнялись аппаратами для наблюдения Земли, разведки и мониторинга окружающей среды. ССО привлекательны тем, что позволяют спутникам проходить над Землёй в одно и то же местное солнечное время, обеспечивая равномерное освещение для съёмки. В результате правительственные и коммерческие аппараты сконцентрированы на высотах от 500 до 900 километров. К сожалению, в этих же регионах высока концентрация долгоживущего мусора, поскольку атмосферное торможение на таких высотах ничтожно. Вышедшие из строя и неактивные спутники остаются на орбите десятилетиями, представляя постоянную опасность — орбитальный аналог брошенных тележек в озере.
Внедрение крупных орбитальных инфраструктур, таких как дата-центры, на ССО и другие орбиты ещё больше дестабилизирует среду, если не ввести строгое регулирование. Будущие системы УКД должны включать мониторинг плотности орбиты в реальном времени, автоматическое уклонение от столкновений, обязательные требования по утилизации после завершения миссии и активное удаление мусора. Концепция космического равновесия аналогична экологическому контролю в природных системах: лес, река или рыболовный участок могут выдержать лишь определённую нагрузку, после чего деградация становится необратимой. Орбитальные оболочки имеют конечный физический объём, конечные возможности манёвра и конечную пропускную способность для предотвращения столкновений. Превысьте лимит — и количество опасных сближений возрастёт, вероятность столкновений повысится, а образование мусора ускорится.
Считается, что на орбите уже существует более ста миллионов фрагментов мусора, и лишь небольшая их часть достаточно велика для непрерывного отслеживания. Даже миллиметровые частицы могут нанести серьёзный ущерб.