Чистота должна быть на орбите

16.11.2018

Александр АНДРЮХИН

В России снова заработала сеть телескопов, разрушенная после распада Советского Союза. Сегодня в обсерваториях бывших советских республик возобновлен контроль над околоземной орбитой — он ведется в том числе с территории Грузии и Украины. К старой сети добавлены новые пункты — на Камчатке, на Алтае, в Сибири, Молдавии и Мексике. Необходимость слежения за космическим пространством возникла из-за катастрофического скопления мусора.

Фото: howitworksdaily.com

Околоземная орбита находится сегодня под полным контролем единой российской сети. Данные с телескопов, которые расположены в разных местах земного шара, собираются и обрабатываются с помощью суперкомпьютера в Институте прикладной математики им. Келдыша, производительность которого составляет около 100 триллионов операций в секунду.

Как удалось прийти к договоренности с такими разными странами, как Грузия и Мексика?

— В мире много разумных людей, — пояснил «Культуре» доктор физико-математических наук, заслуженный профессор МГУ Юрий Голубев. — С теми учеными, которые занимаются делом, а не политикой, нетрудно найти общий язык.

Может сложиться впечатление, что Россия взяла и в одночасье запустила систему слежения за орбитой. Но это, как утверждает Голубев, не так.

— Сеть создавалась постепенно, много лет, были приложены громадные усилия, — рассказывает он. — Мало кто представляет, с какими трудностями пришлось столкнуться, чтобы установить телескопы в тех местах планеты, откуда слежение за космическим пространством наиболее эффективно. Например, в Москве большая облачность, а в Мексике практически круглый год небо ясное, поэтому разрешающая способность высокая. Но даже там нельзя увидеть все максимально подробно. Главное препятствие — земная атмосфера. Но она неоднородная и находится в постоянном движении. Практически мы наблюдаем звезды со дна океана, правда, не водного, а воздушного. Конечно, в идеале телескопы хорошо бы установить на горных высотах земного шара, откуда космос просматривается с минимальными искажениями. Но не всегда это удается.

Сегодня, по словам ученого, все обеспокоены политическими событиями. Рутинная работа астрофизиков мало кого интересует. О ней не пишет пресса, поэтому складывается ощущение, что «звездная» отрасль в России топчется на месте. На самом деле она с нулевых годов динамично развивается. И слежение за орбитой — одна из важнейших задач астрономов.

— Отслеживать космический мусор — это очень серьезная работа, — поясняет Голубев. — Во времена СССР эта работа тоже велась, но сегодня хлама в космосе столько, что солнечное отражение от осколков бывших спутников скоро затмит сияние звезд.

Мусорный пояс

Первый искусственный спутник Земли был запущен 4 октября 1957-го, и уже спустя несколько лет заговорили о трудностях, связанных с космическим мусором. В 1964 году Станислав Лем опубликовал юмористический рассказ «Спасем космос», в котором некий профессор Брукки жалуется на слабеющий блеск обеих звезд Центавра. Оказывается, это произошло из-за кольца мусора, и космонавт, летящий к Сириусу, вынужден облетать не только тучи метеоритов, но и пивные бутылки, консервные банки и яичную скорлупу.

То, что 54 года назад польский фантаст представлял как забавный вымысел, сегодня реальность. По данным Европейского космического агентства (ESA), на земной орбите болтается свыше 29 тысяч обломков космических станций размером более 10 см, около 670 тысяч — менее 10 см и более 170 миллионов — от 1 мм до 1 см. Общая масса — 630 тысяч тонн. Мусорный пояс вращается вокруг планеты со скоростью 8 километров в секунду. Пуля из автомата Калашникова, для сравнения, вылетает из ствола со скоростью 715 м  в секунду. На орбите же ничтожная микрочастица может пронзить космонавта или даже нанести ущерб самому кораблю.

В 1983 году маленькая песчинка (менее миллиметра в диаметре) оставила серьезную трещину на лобовом стекле шаттла «Челленджер». Позже осколок насквозь пробил радиаторную панель корабля «Индевор». Хорошо потрепало и нашу станцию «Мир». А в 2006 году микрочастица вывела из строя систему терморегулирования российского спутника «Экспресс-AM11». В результате он был потерян.

Хлама становится все больше. Каждый вывод спутника сопровождается неизбежным захламлением пространства. Кстати, первым космическим мусором стала вторая ступень ракеты-носителя, которая доставила на орбиту искусственный спутник 61 год назад. С тех пор безвоздушное пространство вокруг планеты забивается разгонными блоками, временными крепежами, элементами защитных покрытий. Оставшееся топливо в баках превращается в пар и приводит к мощным взрывам.

Уничтожение китайцами и американцами неисправных спутников специальными ракетами только множит количество опасных осколков на орбите.

Столкновение в 2009 году спутника Iridium 33 с выведенным из эксплуатации спутником «Космос-2251» значительно пополнило космическое пространство крупными обломками: их стало больше на две тысячи. Мелкие — счету не поддаются.

В 2012 году была потеряна связь с восьмитонным спутником «Энвисат». Сейчас он неуправляемо крутится вокруг Земли на высоте 785 километров. Дважды в год эта громадина пролетает мимо космического мусора на расстоянии 200 метров. Рано или поздно они столкнутся и запустят цепную реакцию, которая породит тучу мелких и крупных осколков.

— Поэтому наша главная задача осуществлять мониторинг, — рассказывает Голубев. — Вся информация с телескопов поступает в один компьютер, анализируется, и на ее основе рассчитывается траектория полетов запускаемых станций, чтобы они не столкнулись с летающим хламом. Это регулярная и круглосуточная работа, которую делать необходимо, бездействие чревато катастрофами.

По словам ученого, Россию обвиняют в том, что наша страна в этой ситуации виновата больше всех. Однако это не так. В космосе мусорят все. Но проблемой никто не хочет заниматься — это затратно. Даже США не по карману. И системы по очистке космоса от осколков еще не существует.

— Если не начать чистку в ближайшее время, то лет через сто запускать спутники станет невозможно, — уверяет ученый. — Уже сегодня мы то и дело получаем сообщения о попадании метеоритов в космические станции. Но специалисты знают, что это частички мусора. Именно они оставляют вмятины на орбитальных станциях. Ведь раньше такой активной бомбардировки наших спутников не наблюдалось. Американцы тоже обеспокоены проблемой мусора на орбите. Сеть слежения у них своя. Но и у США также отсутствует система по очистке космоса. Сегодня нет даже никаких международных договоренностей на этот счет.

Впрочем, если прекратить запуски ракет в космос, то через несколько сотен лет орбита очистится сама. Правда, не от всего мусора, а от того, который плывет на высоте 500 км. Тяжелые осколки в результате земного тяготения будут постепенно снижаться и тормозиться, а затем войдут в плотные слои атмосферы и сгорят.

— Но ждать несколько столетий человечество не может, — считает Юрий Голубев, — нужно запускать спутники сейчас, и с каждым годом их число растет. Так что на сегодня проблема пока неразрешима.

Между тем существует несколько теоретических проектов по очистке орбиты. Можно создать гигантскую сферу из аэрогеля, которая будет отлавливать и задерживать мелкие частицы мусора, или раскинуть электродинамическую сеть, способную замедлять скорость вращающегося вокруг планеты хлама, что позволит ему гораздо быстрее падать на Землю и сгорать в атмосфере. Также в списке совсем фантастические проекты: захватывать крупные обломки с помощью сетей или гарпуна или сжигать наносный хлам лазером.

Пока что все идеи существуют только не бумаге. Самое большее, на что способно сейчас человечество, — отслеживать движение мусора при помощи телескопов.

Когда диаметр не имеет значения

По мнению ученого-астрофизика Юрия Балеги, несмотря на восстановленную сеть телескопов, Россия еще отстает от зарубежных партнеров.

— Мы обладаем не очень большими инструментами, которые не претендуют на решение крупных задач — только слежение за орбитой. А для этого нужны маленькие телескопы, — рассказывает он. — Самый большой в России — БТА. Диаметр главного монолитного зеркала 6 метров. Он стоит на Кавказе. Построен в 1975 году. Пока нам очень трудно рассчитывать на то, что мы в ближайшее время сможем прорваться в число лидеров мировой науки в этой области. Европа сейчас строит в Чили телескоп в 39 метров. Мы в качестве партнеров могли бы поучаствовать в проекте. Но для вступления в Европейскую южную обсерваторию (ESO) требуется внести единовременный взнос 100 миллионов евро. ESO объединяет 15 государств Европы и является крупнейшей обсерваторией мира. Пока решение по участию России в проекте не принято. Вхождение в ESO помогло бы преодолеть наше отставание в технологиях.

Однако за последние 10 лет Россия пошатнула общепринятое мнение о том, что вся сила кроется в диаметре зеркала телескопа.

— Чем больше собирающая площадь зеркала, тем больше света телескоп может собрать в фокальной плоскости от наблюдаемого на небе источника, — объясняет Юрий Балега. — Битва за каждый фотон, приходящий от космических объектов, — вот в чем смысл всех работ, выполняемых в области астрономических технологий. Хотя наиболее продвинутыми у нас считаются телескопы Московского госуниверситета.

И действительно, этот необычайный инструмент, созданный в частной Подмосковной обсерватории в начале нулевых, совершил революцию в области наблюдения за космосом. Первый робот-телескоп «Мастер», который разработала команда специалистов под руководством профессора МГУ Владимира Липунова, до сих пор поражает своей нестандартностью. Во-первых, он имел в диаметре всего 40 сантиметров и был двойным. При совмещении двух линз просматривалась сразу вся галактика, тогда как в обычный телескоп — только 1–2 звезды.

— Конечно, тот прибор, который выпускает московское объединение «Оптика», сильно отличается от нашего первого робота, сконструированного в 2003 году, — рассказывает Липунов. — Сегодня он более совершенный, но принцип функционирования — тот же. На его разработку у нас ушло 6 лет. Финансирования не было. Зато была осуществлена наша заветная мечта — создать идеальный робот-телескоп. В 2008 году появились первые деньги, которые выделил МГУ. Сейчас пять наших телескопов находятся в России, по одному — в ЮАР, на Канарах и в Аргентине. Поскольку зеркала двойные — телескопов практически шестнадцать. В них использованы 16 широкопольных камер.

Главное предназначение роботов-телескопов, по словам профессора, — фундаментальная наука. Инструменты осуществляют круглосуточный мониторинг околоземного пространства и параллельно фиксируют появление сверхновых звезд. Причем полученную информацию обрабатывают самостоятельно, без участия человека.

В 2010 году только что установленный в Бурятии робот «Мастер» первым в мире обнаружил оптическое излучение от источника гамма-всплеска, произошедшего на расстоянии 6–8 миллиардов световых лет от Солнечной системы.

— Мы практически наблюдали, как остатки звезды поглотила черная дыра, — рассказывает профессор. — При этом наведение на объект произошло еще до того, как источник гамма-излучения стал виден в оптическом диапазоне. Это позволило зафиксировать все с самого начала, что случается крайне редко.

После падения челябинского метеорита в феврале 2013 года команда Липунова разработала для телескопа математический софт для поиска опасных астероидов. В 2014 году роботы зафиксировали два потенциально опасных астероида, несущихся к Земле. Возможное столкновение с нашей планетой произойдет в 2066 и 2072 годах.



От славных дней Петра

Телескоп ГалилеяКак известно, телескоп был изобретен Галилеем в 1609 году. В России первые опыты по созданию астрономической оптики были проведены сподвижником Петра I Яковом Брюсом. В 1733 году он собственноручно изготовил вогнутое зеркало для телескопа.

Первым создателем отечественных телескопов стал русский механик-самоучка Иван Кулибин. В 1767 году ему в руки попал новый для того времени телескоп, привезенный из Москвы. Механик самостоятельно подобрал рецептуру металлического зеркала, построил станок для шлифовки линз и зеркал, а затем успешно опробовал новинку. Через два года его пригласили в Санкт-Петербург, в Академию наук.

Также самостоятельно шлифовал линзы художник, путешественник и оптик Александр Чикин. Первое зеркало он изготовил в 1911 году, а уже в 1915-м выпустил книгу «Отражательные телескопы. Изготовление рефлекторов доступными для любителей средствами». В 1919 году Чикина пригласили на работу в Государственный оптический институт, где он проработал до конца своей жизни.

Массовое движение телескопостроителей возникло в 30-е годы ХХ века. Дело Чикина продолжил ученый Дмитрий Максутов. В 20-х годах он организовал кружок в Одессе. Его группа из 5 человек за год с небольшим изготовила свыше сотни 140-мм телескопов.

Идеологом движения стал профессор цитологии Михаил Навашин. Он руководил техническим отделом при ВАГО (Всесоюзном астрономо-геодезическом обществе), который в 1959 году превратился в отдел любительского телескопостроения.

В 70–80-е годы возникла новая волна увлечения изготовлением телескопов под эгидой ВАГО. Одним из руководителей отдела, кстати, был художник Михаил Шемякин.



































Самые мощные телескопы планеты

Крупнейший в мире прибор для наблюдения за звездами расположен в горном массиве чилийских Анд, на горе Параналь — 2635 метров над уровнем моря. Система состоит из четырех телескопов по 8,2 метра и еще четырех вспомогательных по 1,8 метра. По светосиле система эквивалентна одному аппарату с диаметром зеркала 16,4 метра.

Паранальская обсерватория

За ним следуют телескопы Уильяма Кека. Эти близнецы находятся на вершине гавайского вулкана Мауна-Кеа — высота 4139 метров. Диаметр главного зеркала каждого из них — 10 метров.

Не уступает и Большой бинокулярный телескоп, расположенный на горе Грэхем в штате Аризона (США) на высоте 3300 метров. Сооружение представляет собой систему из двух зеркал диаметром по 8,4 метра, что по светочувствительности эквивалентно отражателю диаметром 11,8 метра.

Один из самых больших телескопов в мире находится на вершине потухшего вулкана Мучачос на высоте 2396 метров на Канарских островах. Диаметр главного зеркала — 10,4 метра.

Большой южноафриканский телескоп находится в ЮАР, на плато Кару, на высоте 1783 метров. Его размеры 11х9,8 метра. Это крупнейший прибор в Южном полушарии. Изготовлен в России на Лыткаринском заводе оптического стекла.

Телескоп Хобби-Эберли стоит в США на горе Фолкс на высоте 2072 метров. Диаметр его зеркала около 10 метров.

Телескоп Субару расположен на Гавайях, на высоте 4139 метров. Диаметр его зеркала — 8,2 метра.

Телескоп Субару

Разлученные близнецы телескопы «Джемини»: один — на вершине потухшего вулкана Мауна-Кеа на Гавайях, на высоте 4200 метров, другой — на горе Серра-Пачон (Чили) на высоте 2700 метров. Зеркала обоих идентичны — 8,1 метра.

«Магеллан-1» и «Магеллан-2», находятся в обсерватории в чилийских горах на высоте 2400 метров. Диаметр обоих зеркал 6,5 метра.

БТА (Большой телескоп азимутальный) с диаметром главного зеркала 6 метров считался самым большим с 1975 по 1993 год. Затем его превзошел телескоп Кека с 10-метровым сегментированным зеркалом. Расположен в Карачаево-Черкесии на горе Семиродники на высоте 2070 метров.




Распечатать

Поделиться

Назад в раздел
Оставить свой комментарий
Вы действительно хотите удалить комментарий? Ваш комментарий удален Ошибка, попробуйте позже
Закрыть
Закрыть