Вчені висловлюють занепокоєння щодо орбітального сміття на місячній орбіті

Збільшення кількості космічного обладнання, що літає в навколомісячному просторі та навколо Місяця, викликає в експертів дедалі більшу тривогу. Навіть один випадок фрагментації може мати катастрофічні та далекосяжні наслідки для майбутніх досліджень Місяця, що зумовлює необхідність створення відповідних інструментів для визначення характеристик уламків.

Так вважають двоє дослідників з Університету Пердью, які застерігають, що в час посилення циркулярної активності бракує обізнаності про космічну сферу. Орбітальне сміття, яке зараз обертається навколо Землі, здебільшого утворюється внаслідок зіткнень, вибухів паливних баків, детонації батарей, погіршення стану застарілих або пошкоджених космічних апаратів, серед інших причин.

Дослідження показують, що події розпаду в навколомісячній області можуть виносити фрагменти далеко за межі їхніх початкових орбіт, навіть до Землі. Вони роблять висновок, що необхідно краще оцінити поведінку можливого циркулярного сміття.

Наявність космічного сміття в навколомісячному просторі — регіоні між Землею і Місяцем — або на орбіті самого Місяця може викликати занепокоєння. У випадку зі сміттям, що обертається навколо Місяця, не існує природного механізму очищення, подібного до того, який чинить земна атмосфера на уламки, що обертаються на орбіті. Фрагменти, що обертаються навколо безповітряного Місяця, просто залишаються там, зв’язані місячною гравітацією.

Хаотична природа

Прапор попередження про циркулярне сміття піднімають Арлі Блек і Каролін Фру з Університету Пердью у Вест-Лафайєті, штат Індіана. Блек — аспірант, науковий співробітник Групи динаміки космічної інформації в Школі аеронавтики і астронавтики Університету Пердью. У своєму дослідженні, нещодавно опублікованому в журналі Комітету з космічних досліджень «Advances in Space Research», команда виявила низку проблем.

Вони вказують на те, що багатонаціональні дослідження Місяця і супутника вже ведуться. Проте бракує знань і моделювання руйнування космічних апаратів у навколомісячному середовищі. Наприклад, серія китайських місячних орбітальних апаратів, посадочних модулів і місяцеходів, перша спроба висадки на Місяць ізраїльського апарату Beresheet, індійська місія Chandrayaan-3 до південного полюса Місяця, а також місія НАСА CAPSTONE, яка зараз перебуває в режимі подовженої місії на майже прямолінійній гало-орбіті Земля-Місяць L2 (NRHO).

Крім того, Служба комерційних місячних польотів НАСА залучає приватні американські фірми для висадки на поверхню Місяця науково-технічних вантажів космічного агентства.

Проект НАСА «Артеміда» також передбачає створення невеликого, відвідуваного екіпажем багатоцільового аванпосту «Шлюз», який буде розміщений в NRHO для підтримки місій на поверхні Місяця, наукових місій на місячній орбіті і можливого повернення людських екіпажів на Місяць для перезавантаження Місяця.

Блек і Фру пояснюють, що точкові рішення для окремих космічних апаратів, що розпадаються на певних навколомісячних орбітах, можуть бути і були змодельовані в минулому. Однак необхідно провести додаткову роботу, щоб всебічно передбачити поведінку розпаду в глобальному масштабі, «не вимагаючи нових симуляцій для кожної можливої перестановки, що є як обчислювально дорогим, так і спирається на точну інформацію про параметри», — пишуть вони в статті.

Необхідно враховувати рух космічних апаратів у системі Земля-Місяць. Крім того, діють відповідні сили, такі як тиск сонячного випромінювання і гравітаційні впливи Юпітера і Сонця.

«Враховуючи хаотичний характер системної динаміки в цьому регіоні, сусідні орбіти і випадки можуть демонструвати абсолютно різну поведінку», — пояснюють університетські дослідники в своїй статті в журналі, додаючи, що багато відповідних сценаріїв утворення сміття залишаються недослідженими.

Складна динаміка

Поінформованість про ситуацію в навколоземному космічному просторі продовжує розвиватися, розповідає Блек в інтерв’ю SpaceNews, «і навіть після стількох десятиліть космічної діяльності ми ще не впоралися з проблемами сміття в простій системі з двох тіл».

Складна динаміка системи з трьох тіл, застосована до космічного об’єкта поблизу Місяця, наприклад, становить набагато більший виклик, каже Блек.

«З огляду на відновлення інтересу до дослідження Місяця, очікується, що протягом наступних кількох років населення навколомісячного простору значно збільшиться», — сказав Блек. «І якщо ми чогось і навчилися з аналізу навколоземних фрагментів, так це того, що ми не можемо чекати, поки буде досягнута критична потужність для розв’язання проблем, пов’язаних з уламковим сміттям».

Блек додав, що дослідницька робота має на меті застосувати проактивний підхід до аналізу циркулярного сміття «до того, як станеться катастрофічна подія фрагментації», щоб зрозуміти наслідки такої події в різних місцях на Місяці — і виділити потенційні сфери пом’якшення наслідків.

Не якщо, а коли

Фрагментація створених людиною об’єктів в навколомісячному регіоні є шкідливою, розповідає Фру в інтерв’ю SpaceNews, оскільки уламки можуть відлетіти назад і впасти на Місяць, або на Землю і в навколоземний простір, потенційно взаємодіючи з супутниками там.

«Деякі фрагменти продовжуватимуть рухатися і перетинатимуть регіон між Землею і Місяцем, становлячи небезпеку для активних космічних місій в цьому регіоні», — зауважив Фруе. За її словами, навіть уламки, які залишають систему Земля-Місяць у напрямку Сонця, можуть повернутися назад через десятиліття.

Дійсно, такий сценарій, схоже, мав місце зі Снупі, скинутим місячним модулем місії «Аполлон-10» у травні 1969 року, що піднявся на поверхню Землі. Він був скинутий і виведений на орбіту навколо Сонця, а згодом астрономи-аматори помітили об’єкт, що перетинав Землю, і майже з упевненістю стверджували, що це був Снупі. Фру та її колеги також досліджували об’єкт, що повертався у 2015 році, і «досить добре узгодили його з гіпотезою про Снупі», — сказала вона.

«Зі збільшенням кількості космічного обтічника в регіоні, питання не в тому, чи побачимо ми фрагменти об’єктів, створених людиною, в навколомісячному просторі, а в тому, коли», — підкреслила Фруе. «Докладаючи максимальних зусиль для підвищення обізнаності про космічну ситуацію, ми сподіваємося відсунути цей час у майбутнє».