Навколоземний простір давно перестав бути порожнім вакуумом. Це стратифіковане середовище з десятками тисяч тіл, які рухаються по різних висотах з різною швидкістю накопичення сміття і різною швидкістю його природного очищення. Нова робота астрофізика Слави Туришева пропонує розглядати цю проблему не як облік застарілих об'єктів, а як задачу нелінійного управління: на кожній висоті співвідношення швидкості зіткнень, виробництва нових уламків і природного вимивання з орбіти визначає, чи стане ця зона з часом безпечнішою або небезпечнішою.
За офіційною статистикою, наразі на орбіті перебуває близько 44 870 відстежуваних об'єктів загальною масою понад 16 200 тонн. Але це лише видима частина: модельні оцінки популяцій нижче порогу виявлення радарами на порядки більші. Автор пропонує розділити проблему на дві принципово різні за характером зони ризику.
Два піки небезпеки на різних висотах
Дослідження виокремлює два піки навантаження, які часто плутають між собою. Перший — на висотах 500-600 км, де зосереджена основна маса активних супутників і, відповідно, найбільше трафіку. Тут ризик зіткнень зростає через щільність робочих апаратів, але це операційно завантажена, а не обов'язково дестабілізована зона: атмосфера на таких висотах усе ще досить щільна, щоб уламки природно сходили з орбіти за роки, а не десятиліття.
Другий пік — на висоті близько 850 км — має принципово інший характер. Тут атмосферне гальмування слабке, тому уламки живуть десятиліттями. За даними дослідження, 96% об'єктів у цій зоні неактивні — тобто це переважно мертвий вантаж без можливості маневру. Саме тут зосереджений найбільший довгостроковий ризик: не через інтенсивність поточного руху, а через те, що накопичена маса залишається на орбіті довше, ніж встигає розпастися чи згоріти в атмосфері.
Автор вводить поняття межі стабільності: співвідношення швидкості виробництва нових уламків (за рахунок зіткнень) до швидкості їхнього природного та контрольованого вилучення з орбіти. Зони, де це співвідношення близьке до одиниці чи перевищує її, є кандидатами на каскад Кесслера — самопідтримний ланцюг зіткнень, після якого орбітальна смуга стає практично непридатною для експлуатації на роки чи десятиліття вперед.
Три важелі контролю замість одного рішення
Ключовий висновок роботи — не існує єдиного інструменту, здатного розв'язати проблему сміття. Натомість автор виділяє три окремі важелі, кожен з яких працює на своєму сегменті проблеми.
Перший — вимога надійної утилізації нових апаратів одразу після завершення місії, з коротким часом перебування на орбіті у випадку відмови. Це найдешевший інструмент, бо стосується апаратів, які ще не запущені: закладений у конструкцію протокол зведення з орбіти обходиться значно дешевше, ніж прибирання вже наявного мотлоху.
Другий важіль — зменшення коваріації (статистичної невизначеності) траєкторій у площині можливої зустрічі. Йдеться про точність прогнозування зближень: чим менша невизначеність у розрахунках, тим менше хибних тривог і менше непотрібних маневрів ухилення, які виснажують паливо супутників.
Третій — цілеспрямоване виведення з експлуатації або відхилення залишкового запасу небезпечних неактивних тіл, накопичених за десятиліття запусків без належного регулювання. Це найдорожчий і найскладніший з трьох інструментів, оскільки стосується вже наявного, а не майбутнього сміття.
Що рахувати мірилом успіху
Окремий і, можливо, найважливіший практичний висновок дослідження стосується того, як саме оцінювати ефективність програм прибирання орбіти. Автор наполягає: показником успіху не може бути проста кількість видалених об'єктів.
Прибирання орбіти оцінюють за перевіреним зменшенням часово-інтегрованого екологічного ризику — верифікованою утилізацією, підтвердженим скороченням числа неоднозначних небезпечних зближень, доведеним зменшенням залишкового запасу небезпечних тіл.Slava G. Turyshev, автор дослідження
Це принципова зміна логіки прокьюременту (закупівельної політики): не платити за факт видалення будь-якого об'єкта, а платити за доведене зниження сукупного ризику в часі. Один великий уламок на висоті 850 км, що загрожує десятками зіткнень протягом наступних десятиліть, важливіший для видалення, ніж десять дрібних фрагментів на низькій орбіті, які й так згорять за кілька років.
Саме такий підхід, за розрахунками автора, і дає ті самі десятки-сотні одиниць співвідношення вигоди до витрат при скороченні стандарту утилізації з 25 до 15 років. Проблема більше не в тому, чи варто прибирати орбіту — економіка це вже підтверджує. Проблема в тому, хто перший погодиться за це заплатити, коли вигоду отримає вся галузь, а витрати — тільки один гравець.
