Кіріспе
Ғарыш қалдықтары (ғарыш қоқысы, ғарыш ластануы деп те аталады) – ғарыш кеңістігінде, негізінен Жер орбитасындағы, адам жасаған, енді пайдалы функциясын атқармайтын объектілер. Оларға қолданыстан шыққан ғарыш кемелері (істен шыққан ғарыш кемелері және тасталған ұшыру кезеңдері), миссиямен байланысты қалдықтар, әсіресе Жер орбитасында көптеп кездесетін, қолданыстан шыққан зымыран корпустары мен ғарыш кемелерінің бөлінуінен пайда болған сынықтар жатады. Орбитада адам қалдырған объектілерден басқа, ғарыш қалдықтарына ыдырау, эрозия немесе соқтығысудан қалған сынықтар, ғарыш кемелерінен шығарылған қатып қалған сұйықтықтар, қатты ракета двигательдерінен жанып қалмаған бөлшектер, тіпті бояу ұсақтары да кіреді. Ғарыш қалдықтары ғарыш кемелеріне қауіп тудырады. Ғарыш қалдықтары көбінесе теріс сыртқы фактор болып табылады. Жер орбитасына жақын жерде ғарыш кемесін ұшыру немесе пайдалану арқылы жасалған бастапқы әрекеттен бастап, басқаларға туындайтын сыртқы шығындарды білдіреді, мұндай шығындар көбінесе ұшырушы немесе жүк иесі ескере бермейді немесе толық есепке алынбайды. Көптеген ғарыш кемелері, экипажды және экипажсыз, ғарыш қалдықтарынан зақымданған немесе жойылған. Ғарыш қалдықтарын өлшеу, азайту және жою мүмкіндігімен ғарыш индустриясының кейбір қатысушылары айналысады. 2022 жылғы мәліметтер бойынша, АҚШ Ғарыш бақылау желісі Жер орбитасында 25 857 жасанды объектінің тіркелгенін хабарлады. 2019 жылдың қаңтарына қарай, 128 миллионнан астам 1 см-ден кішгірім қалдықтар, шамамен 900 000 1–10 см өлшемдес қалдықтар және 34 000-ға жуық 1 см-ден үлкен қалдықтар Жер орбитасында бар екені бағаланды. 1 см-ден кішгірім қалдықтар метеориттерге қарағанда тығыз. Көбінесе олар қатты ракета двигательдерінен шыққан шаң, бояу сынықтары сияқты беттік эрозия қалдықтары және советтік ядролық қуатпен жұмыс істейтін спутниктерден қалған салқындатқыштардан тұрады. Салыстыру үшін, Халықаралық ғарыш станциясы (ХҒС) орбитасында, ал соңғы екі ірі қалдық оқиғасы – 2007 жылғы қытайлық спутникке қарсы қару сынағы және 2009 жылғы спутниктік соқтығысу осы биіктікте болды. ХҒС кішкентай MMOD зақымдануына қарсы Whipple қалқанымен жабдықталған. Дегенмен, соқтығысу ықтималдығы 1/10 000-нан жоғары белгілі қалдықтардан қашу үшін станция маневр жасайды.
Space debris (also known as space junk, space pollution,) are defunct human made objects in spaceprincipally in Earth orbitwhich no longer serve a useful function. These include derelict spacecraft (nonfunctional spacecraft and abandoned launch vehicle stages), mission related debris, and particularly numerous in Earth orbit, fragmentation debris from the breakup of derelict rocket bodies and spacecraft. In addition to derelict human made objects left in orbit, space debris includes fragments from disintegration, erosion, or collisions; solidified liquids expelled from spacecraft; unburned particles from solid rocket motors; and even paint flecks. Space debris represents a risk to spacecraft. Space debris is typically a negative externality. It creates an external cost on others from the initial action to launch or use a spacecraft in near Earth orbit, a cost that is typically not taken into account nor fully accounted for by the launcher or payload owner. Several spacecraft, both crewed and un crewed, have been damaged or destroyed by space debris. The measurement, mitigation, and potential removal of debris is conducted by some participants in the space industry. as of 2022, the US Space Surveillance Network reported 25,857 artificial objects in orbit above the Earth, as of January 2019, more than 128 million pieces of debris smaller than , about 900,000 pieces of debris 1–10 cm, and around 34,000 of pieces larger than were estimated to be in orbit around the Earth. Below , pieces of debris are denser than meteoroids. Most are dust from solid rocket motors, surface erosion debris like paint flakes, and frozen coolant from Soviet nuclear powered satellites. For comparison, the International Space Station (ISS) orbits in the range, while the two most recent large debris events, the 2007 Chinese antisatellite weapon test and the 2009 satellite collision, occurred at altitude. The ISS has Whipple shielding to resist damage from small MMOD. However, known debris with a collision chance over 1/10,000 are avoided by maneuvering the station.
Тарих
1957 жылы қазан айында алғашқы жасанды спутник – "Спутник-1" Жер орбитасына ұшырылғаннан бастап ғарыш қалдықтары жинала бастады. Бірақ осы оқиғадан бұрын да, 1957 жылдың тамызындағы Паскаль Б сынағы сияқты, адамдар ғарыш қалдықтарына айналған материалдарды шығарған болуы мүмкін. Сонымен қатар, Жерден шығарылған табиғи қалдықтар да орбитаға енген. "Спутник" ұшырылғаннан кейін Солтүстік Америка ғарыш қорғаныс командесі (NORAD) барлық белгілі зымырандардың ұшырылуы және орбитаға жеткен объектілердің – спутниктердің, қорғаныс экрандарының және ұшыру құралдарының жоғарғы сатыларының тізімін қамтитын дерекқорды (ғарыш объектілер каталогын) құруды бастады. Кейін NASA дерекқордың өңделген нұсқаларын екі жолмен элементтік жиынтықтар түрінде жариялады, ал 1980-ші жылдардың басында олар CelesTrak хабарландыру тақтасы жүйесінде қайта жарияланды. NORAD дерекқорларын толықтырған мамандар орбитадағы басқа да объектілердің бар екенін білді, олардың көпшілігі орбитадағы жарылыстардың нәтижесінде пайда болған. Кейбіреулері 1960 жылдары спутникке қарсы қаруды (ASAT) сынау кезінде әдейі жасалды, ал қалғандары зымыран сатыларының орбитада жарылуынан, қалған отынның кеңеюінен және олардың бактарының жарылуынан туындады. Орбиталық эволюцияны және ыдырауды модельдеуді жақсарту үшін Габбард диаграммалары сияқты толыққанды дерекқорлар мен бақылау жүйелері біртіндеп әзірленді. 1979 жылы NASA Жер орбитасындағы ғарыш қалдықтарын азайту шараларын зерттеу үшін Орбиталық қалдықтар бағдарламасын құрды.
Қалдықтардың өсуі
1980 жылдары НАСА және басқа да АҚШ ұйымдары қалдықтардың өсуін шектеуге тырысты. McDonnell Douglas компаниясы 1981 жылы Delta ұшыру құралы үшін бір сынақ шешімін іске қосты. Бұл, күштеуіштердің жүктелген нәрсесінен алыстауымен және танктерінде қалған жанармайды сығымдау арқылы, танктердегі қысымның туындауының бір көзін жойды. Бұған дейін бұл олардың жарылуына және қосымша орбиталық қалдықтардың пайда болуына себеп болған еді. Басқа елдер бұл шараны кешірек қабылдады және, әсіресе Кеңес Одағының бірнеше ұшыруларының нәтижесінде, мәселе он жылдық бойына ушықты. НАСА, NORAD және басқалар орбиталық ортаны жақсырақ түсінуге тырысқанда, зерттеулердің жаңа сериясы жүргізілді, олардың әрқайсысы сыни масса аймағындағы қалдықтар санын жоғарылатты. 1981 жылы (Шефтердің мақаласы жарияланған кезде) нысандардың саны 5000 деп бағаланған, ал 2005 жылы бұл көрсеткіш 13000 нысанға дейін түзетілді, ал 2006 жылғы зерттеуде ASAT және спутниктік соқтығысу салдарынан 19000-ға дейін өсті. 2011 жылы НАСА 22000 нысанның қадағалануда екенін мәлімдеді. 2006 жылғы НАСА моделі, егер жаңа ұшырулар болмаса, орта белгілі халықты шамамен 2055 жылға дейін сақтайтынын, содан кейін өздігінен өсе бастайтынын көрсетті. 2002 жылы Ұлыбританияның Қорғаныс бағалау және зерттеу агенттігінің қызметкері Ричард Кроутер каскадтың шамамен 2015 жылы басталатынына сенетінін айтты. Ұлттық ғылым академиясы кәсіби пікірді қорытындылай келе, LEO space900-нің екі жолағының қазірдің өзінде өте қауіпті тығыздыққа жеткендігі туралы кең пікірге келді. 2009 жылғы CEAS Еуропалық әуе және ғарыш конференциясында Саутгемптон университетінің зерттеушісі Хью Льюис ғарыш қалдықтарынан туындаған қауіптің келесі онжылдықта 50 пайызға, ал келесі 50 жылда төрт есеге артатынын болжады. 2009 жылы апта сайын 13000-нан астам қауіпті жағдайлар тіркелді. 2011 жылғы АҚШ Ұлттық зерттеулер кеңесінің баяндамасында НАСАға орбитадағы ғарыш қалдықтарының мөлшері өте жоғары деңгейде екендігі ескертілді. Кейбір компьютерлік модельдерге сәйкес, ғарыш қалдықтарының саны "шегіне жеткен, орбитадағы соқтығысулардың нәтижесінде одан да көп қалдықтар пайда болып, ғарыш аппараттарының істен шығуының қаупін арттыратын деңгейге жетті". Баяндамада қалдықтарды шектеу және оларды жою әдістерін зерттеу жөніндегі халықаралық ережелерді енгізу қажеттігі айтылды.
Айналып кеткен қалдықтар тарихы
1994 жылдың ортасына қарай бұрынғы Кеңес Одағы/Ресей ұсынған спутниктерге қатысты 68 сынып немесе қирау "аномальды оқиға" тіркелді, сондай-ақ ракеталық бөліктер мен басқа да қозғалтқыш жүйесіне байланысты операциялық қалдықтарға қатысты 18 ұқсас оқиға анықталды. 2016 жылға дейін Жердің үстінде шамамен 18 000 жасанды нысан айналып өтті, оның ішінде 1419 жұмыс істеп тұрған спутник. 2019 жылға қарай Жер орбитасында шамамен 20 000 жасанды нысан болды, оның ішінде 2218 жұмыс істеп тұрған спутник.
Өлшемі мен саны
128 миллионнан астам 1 см-ден кішкентай бөлшектер және шамамен 900 000 бөлшек 1 мен 10 см аралығында бар екені бағаланды. 2019 жылы 10 см немесе одан үлкен диаметрлі ірі қалдықтардың саны 34 000 болды. 2020 жылға қарай орбитадағы қалдықтардың жалпы салмағы 8000 тоннаға жетті, және бұл көрсеткіштің артуы күтілуде.
as of 2020, there were 8,000 metric tons of debris in orbit, a figure that is expected to increase.
Жердің төменгі орбитасы
Жерге жақын орбиталарда, орбиталық биіктіктен төмен, Жердің төменгі орбитасы (LEO) деп аталатын орбиталарда, дәстүрлі түрде, бірнеше ғарыш аппараттарын белгілі бір сақиналарда ұстап тұратын "әмбебап орбиталар" аз болды (GEO-дан айырмашылығы, онда 500-ден астам спутник кеңінен қолданылатын жалғыз орбита бар). Қазіргі уақытта LEO-да (Жердің төменгі орбитасында) 85% ластану бар. Бұл 2019 жылы өзгері бастады, және бірнеше компания спутниктік интернет-жұлдызшаларының алғашқы кезеңдерін іске қосуды бастады, бұл LEO-да 30-дан 50 спутниктен тұратын орбиталық жазықтықтар мен биіктіктерде көптеген әмбебап орбиталарды құруға әкеледі. Дәстүрлі түрде, ең көп қамтылған LEO орбиталары – Күнмен синхронды спутниктер, олар Күн мен орбиталық жазықтық арасындағы тұрақты бұрышты сақтайды, бұл Жерді тұрақты күн бұрышы мен жарықтандыру арқылы бақылауды жеңілдетеді. Күнмен синхронды орбиталар полярлы, яғни полярлық аймақтардан өтеді. LEO спутниктері әдетте күніне 15 ретке дейін көптеген жазықтықтарда айналады, бұл нысандар арасында жиі жақындасуға себеп болады. LEO-дағы белсенді және пайдасыз спутниктердің тығыздығы әлдеқайда жоғары. Орбиталарға гравитациялық бұзылыстар әсер етеді (LEO-да бұл планета тығыздығының өзгеруіне байланысты Жердің гравитациялық өрісінің тепе-теңдігін қамтиды), және соқтығысулар кез келген бағыттан болуы мүмкін. Жердің төменгі орбитасындағы соқтығысулардың орташа жылдамдығы 10 км/с, орбиталық эксцентриктікке байланысты 14 км/с-тан астам. 2009 жылғы спутниктік соқтығысу 2000-нан астам ірі сынықтарды жасады, соқтығысу жылдамдығы шамамен 5 км/с болды. Бұл сынықтар басқа орбиталарды кесіп өтеді және сынықтардың соқтығысу қаупін арттырады. Теория бойынша, ғарыш аппараттарының жеткілікті үлкен соқтығысуы тізбекті әсерге немесе тіпті кейбір Жердің төменгі орбиталарын ұзақ мерзімді пайдалану үшін тиімді түрде қолдануға болмайтын етіп жасауы мүмкін, бұл құбылыс Кесслер синдромы деп аталады. Теориялық әсер – бұл төменгі Жер орбитасындағы ғарыш қалдықтарының саны мен тығыздығын экспоненциалды түрде арттыратын, қашып бара жатқан тізбекті реакция болуы мүмкін, және белгілі бір шекті тығыздықтан асып кеткенде орын алуы мүмкін деп болжанған. Адамдармен жүзеге асырылатын ғарыш миссиялары көбінесе биіктікте және төменде жүреді, онда ауа кедергісі сынықтардың аймақтарын тазалауға көмектеседі. Жоғарғы атмосфера кез келген орбиталық биіктікте тұрақты тығыздыққа ие емес; ол атмосфералық толқындар нәтижесінде өзгереді және ғарыш ауа райының нәтижесінде ұзақ уақыт бойы кеңейеді немесе жиырылады. Бұл ұзақ мерзімді әсерлер төменгі биіктіктегі кедергіні арттыра алады; 1990 жылдардағы кеңею қалдықтардың тығыздығын азайту факторы болды. Тағы бір фактор – Ресейдің аз ұшырулары; Кеңес Одағы өз ұшыруларының көп бөлігін 1970 және 1980 жылдары жасаған.
Жоғары биіктіктер
Ауаның қарсылығы аз болатын биіктікте орбиталық ыдырау ұзаққа созылады. Аз ғана атмосфералық қарсылық, Айдың бұзылыстары, Жердің гравитациялық бұзылыстары, Күннің желдері және Күн сәулесінің қысымы қалдықтарды біртіндеп төменгі биіктіктерге (онда олар ыдырайды) түсіруі мүмкін, бірақ өте жоғары биіктікте бұл ғасырларға созылуы мүмкін. Жоғары биіктіктегі орбиталар LEO орбиталарына қарағанда сирек қолданылатындықтан және мәселенің басталуы баяу болғанына қарамастан, көрсеткіштер критиктік шегіне жылдамырақ жақындайды. Көптеген байланыс спутниктері геостационарлық орбитада (GEO) орналасқан, белгілі бір нысаналардың үстінде шоғырланып, бірдей орбиталық жолды бөліседі. GEO нысандары арасындағы жылдамдықтар төмен болғанымен, спутник пайдасыз болғанда (мысалы, Telstar 401 сияқты) ол геосинхронды орбитаға өтеді; оның орбиталық еңісі шамамен 0,8 градусқа және жылдамдығы жылына шамамен артады. Соқтығысу жылдамдығы шамамен орбиталық бұзылыстар пайдасыз ғарыш аппаратының бойлық және орбиталық жазықтықтың прецессиясына әкеледі. 50 метрден жақын аралыққа жақындаулар жылына бір рет болатыны естілетін. Бұл соқтығысу LEO орбитасындағы соқтығысуға қарағанда қысқа мерзімді қауіптің аз болуына қарамастан, спутник жұмысын тоқтатуы мүмкін. Күн энергиясын пайдаланатын спутниктер сияқты ірі нысандар соқтығысуларға әсіресе осал. ITU қазір спутник өмірінің соңында орбиталық орнынан жылжытыла алатынын растауды талап етеді, бірақ зерттеулер бұл жеткіліксіз екенін көрсетеді. GEO орбитасы нысандарды дәл өлшеу үшін тым алыс болғандықтан, мәселенің мәні толыққанды белгілі емес. Спутниктерді GEO-дағы бос орындарға жылжытуға болады, бұл аз маневр жасауды қажет етеді және болашақ қозғалысты болжауды жеңілдетеді. Басқа орбиталардағы спутниктер немесе күшейткіштер, әсіресе геостационарлық транзиттік орбитада қалғандар, әдеттегі жоғары қиылысу жылдамдығына байланысты қосымша алаңдау тудырады. Қауіпті азайтуға жасалған барлық күш-жігерге қарамастан, ғарыш аппараттарының соқтығысу жағдайлары болды. 1993 жылдың 11 тамызында Еуропалық ғарыш агенттігінің телекоммуникациялық спутнигі Olympus 1 метеороидқа шалынып, соңынан «көмезді» орбитаға көшірілді. 2006 жылдың 29 наурызында ресейлік Express AM11 байланыс спутнигі белгісіз нысанға шалынып, жұмыс істемей қалды; оның инженерлері спутникті «көмезді» орбитаға жіберу үшін жеткілікті байланыс уақытына ие болды.
Өлі ғарыш кемесі
1958 жылы Америка Құрама Штаттары Vanguard I спутнигін Жердің орта орбитасына (MEO) ұшырды. 2009 жылғы мәліметтер бойынша, ол, Vanguard 1 зымыранының жоғарғы сатысы және оған байланысты қалдықтар, әлі де орбитадағы ең көне жасанды ғарыш объектілері болып саналады және 2250 жылдан кейін де солай болады деп күтілуде. 2022 жылы Қауіпті ғалымдар одағы NORAD қадағалап отырған 27 000 орбиталық қалдықтан 5 465 жұмыс істейтін спутникті тізімге енгізді. Кейде спутниктер қолдануға жарамсыз болғанда орбитада қалады. Көптеген елдер спутниктердің қызмет ету мерзімі аяқталғанда оларды деактивациялауды талап етеді. Спутниктер содан кейін жоғарырақ, "көмезді" орбитаға немесе төменгі, уақытша орбитаға көтеріледі. Дегенмен, дұрыс жоғары орбитаға жылжытылған спутниктердің 50 жыл ішінде тесіліп, салқындатқыш сұйықтығының шығуының 8 пайыздық ықтималдығы бар. Салқындатқыш қатты натрий-калий қорытпасының тамшыларына айналып, одан да көп қалдықтар тудырады. Деактивациялауға қарамастан, немесе оның қалыпқа келтірілмеген кезеңінде көптеген спутниктер мен зымыран корпустары орбитада жарылып немесе бөлініп кетті. Мысалы, 2015 жылдың ақпан айында АҚШ Әскери метеорологиялық спутнигінің 13-ші рейсі (DMSP F13) орбитада жарылып, кем дегенде 149 қалдық объектісін құрады, олар ондаған жылдар бойы орбитада қалуы күтілуде. Сол жылы NOAA 16 спутнигі, 2014 жылдың маусым айындағы ақаулықтан кейін қызметтен шығарылып, орбитада кем дегенде 275 бөлікке бөлінді. Ескі бағдарламаларда, мысалы, Кеңес кезеңінің "Метеор-2" және "Космос" спутниктеріндегі конструкциялық кемшіліктер қызметтен шығарылғаннан кейін көптеген жарылыстарға әкелді, 1994 жылға дейін кем дегенде 68 жағдай тіркелді, нәтижесінде қалдықтар көбейді. Кездейсоқ қалдықтардың пайда болуымен қатар, кейбірлері спутниктерді қасақана жою арқылы әдейі жасалды. Бұл антиспутниктік немесе баллистикалық зымыран технологиясын сынау үшін немесе сезімтал спутникті шетелдік державаның қарауына бермеу үшін жасалды. Соңғы ASAT сынақтары – Қытайдың FY 1C спутнигін жоюы, Ресейдің PL 19 Nudol сынақтары, АҚШ-тың USA 193 спутнигін жоюы және Үндістанның белгілі бір тірі спутникті жоюы болды. STS-116 миссиясы кезінде Сунита Уильямс EVA кезінде камерасын жоғалтты. STS 120 миссиясы кезінде жыртылған күн панелін күшейту үшін қолданылған бір жұп қысқыш жоғалды, ал STS 126 миссиясы кезінде Хайдемари Стефанишин Пайпер портфель сияқты құрал-сайманын жоғалтты.
Қарулар
Бұрынғы қалдықтар көзі 1960-1970 жылдары АҚШ және Кеңес Одағы жүргізген спутникке қарсы қарулар (ASAT) сынақтары болды. Солтүстік Америка ғарыш қорғаныс команделеуі (NORAD) тек кеңестік сынақтар туралы мәліметтер жинады, ал АҚШ сынақтарынан қалған қалдықтар кейін анықталды. Қалдықтар мәселесі түсінілген кезде, кең ауқымды ASAT сынақтары тоқтатылды. АҚШ-тың 437-бағдарламасы 1975 жылы жабылды. АҚШ 1980-ші жылдары Vought ASM 135 ASAT жүйесімен ASAT бағдарламаларын қайта бастады. 1985 жылғы сынақ кезінде орбитадағы спутникті жойып, мыңдаған қалдықтар пайда болды. Бұл биіктікте атмосфералық сүйреудің әсерінен көптеген қалдықтар он жыл ішінде орбитасынан шығып кетті. Сынақтан кейін де-факто мораторий енгізілді. Қытай үкіметі 2007 жылғы спутникке қарсы зымыран сынағынан туындаған әскери салдарлары мен қалдықтардың көптігі үшін айыпталды – бұл тарихтағы ең ірі ғарыш қалдықтары оқиғасы (гольф добының мөлшерінен үлкен 2300-ден астам бөлік, 35 000-нан астам және бір миллионнан астам кішкентай бөлік). Спутниктің орбитасы жер бетіне жақын ғарыш кеңістігінің ең тығыз орналасқан бөлігінде, шамамен аралығында болды. Атмосфералық сүйреу сол биіктікте төмен болғандықтан, қалдықтар Жерге баяу қайта оралады, ал 2007 жылдың маусым айында NASA-ның Terra экологиялық ғарыш кемесі қалдықтармен соқтығыспау үшін маневр жасады. АҚШ Әуе күштерінің офицері және Secure World Foundation қызметкері Брайан Уиден 2007 жылғы қытайлық спутниктің жарылуы 3000-нан астам жекелеген объектілерден тұратын орбиталық қалдықтарды құрғанын, оларды қадағалау қажет болғанын атап өтті. 2008 жылдың 20 ақпанында АҚШ Эри көлінен SM-3 зымыранын ұшырып, уытты гидразин отынын тасымалдаған деп күдіктелген, бұзылған АҚШ тыңшылық спутнигін жойды. Оқиға шамамен уақытта болды, ал қалдықтардың перигейі немесе одан төмен болды. Зымыра қалдықтардың мөлшерін азайту мақсатымен бағытталды, ол (Пентагонның стратегиялық командалық басшысы Кевин Чилтонның сөзіне сәйкес) 2009 жылдың басына қарай ыдырады. 2019 жылдың 27 наурызында Үндістан премьер-министрі Нарендра Моди Үндістанның жерден зымыранмен өз LEO спутнигінің бірін атып түсіргенін мәлімдеді. Ол "Миссия Шакти" аясында жүргізілген операция елдің ғарыштағы мүдделерін қорғауға бағытталғанын айтты. Кейіннен АҚШ Әуе күштерінің ғарыш команделеуі 270 жаңа қалдықтарды қадағалап отырғанын, бірақ деректерді жинау жалғасқан сайын олардың саны артатынын күтіп отырғанын хабарлады. 2021 жылдың 15 қарашасында Ресей қорғаныс министрлігі 450 км биіктікте орналасқан Космос-1408 спутнигін жойды, нәтижесінде АҚШ Мемлекеттік департаментінің мәліметінше, "1500-ден астам қадағалауға болатын қалдықтар және жүздеген мыңдаған қадағалауға болмайтын қалдықтар" пайда болды. Спутниктердің қалдықтарға осалдығы және LEO спутниктеріне шабуыл жасау арқылы қалдықтар бұлттарын құру мүмкіндігі дәлдікті шабуылдар жасауға қабілетсіз елдер үшін мүмкін деген болжамдарға әкелді. Спутникке шабуыл жасау LEO ортасына ауыр зиян келтіреді. Спутниктер микрометеориттермен және (кішкентай) орбиталық қалдықтармен (MMOD) жойылған деп есептеледі. Ең алғашқы жоғалған спутник деп күдіктелгені – Космос-1275, ол 1981 жылдың 24 шілдесінде (ұшырылғаннан бір ай өткен соң) жоғалды. Космос-1275 ұшқыш отынды қамтымаған, сондықтан спутниктің ішінде жарылысқа себеп болатын ештеңе болмаған сияқты. Алайда, бұл жағдай дәлелденбеді және тағы бір гипотеза – батарея жарылған. Қадағалау көрсеткендей, ол 300 нысанға бөлінді. Көптеген соқтығысулар расталды. Мысалы, 1996 жылдың 24 шілдесінде француздық микроспутнигі Cerise 1986 жылдың қарашасында жарылған Ariane 1 H 10 жоғарғы сатысының фрагменттерімен соқтығысты. 2010 жылдың 12 наурызында Aura 11 күн батареясының жартысынан бірінен қуатты жоғалтты, бұл да MMOD соқтығысуына байланысты болды. 2013 жылдың 22 мамырында GOES-13 операциялық режимде қалу үшін пайдаланған жұлдыздарды жоғалтты, бұл MMOD соқтығысуынан болды. Ғарыш кемесі қайта іске қосылғанға дейін шамамен бір ай уақыт кетті. Бірінші ірі спутниктік соқтығысу 2009 жылдың 10 ақпанында болды. Жұмыс істемейтін Космос-2251 және жұмыс істеп тұрған Iridium 33 спутниктері Солтүстік Сібірдің үстінен 805 км биіктікте соқтығысты. Екі спутник те жойылды, мыңдаған жаңа кішкентай қалдықтар пайда болды, ал заңдық және саяси жауапкершілік мәселелері бірнеше жылдан кейін де шешілмеді. 2013 жылдың 22 қаңтарында BLITS (ресейлік лазерлік қашықтық өлшеу спутнигі) 2007 жылғы қытайлық спутникке қарсы зымыран сынағынан шыққан деп күдіктелген қалдықтарға соқтығысты, оның орбитасы мен айналу жылдамдығы өзгерді. Спутниктер кейде соқтығысудан аулақ болу маневрлерін орындайды және спутник операторлары маневрді жоспарлаудың бір бөлігі ретінде ғарыш қалдықтарын бақылай алады. Мысалы, 2017 жылдың қаңтарында Еуропалық ғарыш агенттігі АҚШ-тың Бірлескен ғарыш операциялар орталығынан алынған мәліметтерге сүйене отырып, үш Swarm миссиясының біреуінің орбитасын өзгертті, бұл Космос-375, жұмыс істемейтін ресейлік спутнигімен соқтығысу қаупін азайтуға бағытталған.
Экипажмен жүретін ғарыш кемесі
Экипажбен ұшулар ғарыш кемесінің орбиталық жолында ғарыш қалдықтарымен қақтығысу қаупіне ерекше сезімтал. Ғарыш шаттлы, MIR ғарыш станциясы және Халықаралық ғарыш станциясы кейде қақтығыстан сақтану маневрлерін жасауға немесе ұзақ мерзімді ғарыш қалдықтарының әсеріне ұшырады.
Ғарыш шаттл миссиясы
Шаттлдың алғашқы миссияларынан бастап, NASA NORAD ғарыш мониторингінің мүмкіндіктерін пайдаланып, шаттлдың орбиталық жолын қалдықтарға қатысты бағалады. 1980-жылдары бұл NORAD мүмкіндіктерінің үлкен бөлігін жұмсады. Бірінші соқтығысудан қашу маневрі 1991 жылдың қыркүйегінде STS-48 миссиясы кезінде жасалды – бұл Kosmos 955 спутнигінің қалдықтарынан қашу үшін жасалған жеті секундтық қозғалтқыш жұмысы болды. 53, 72 және 82 миссияларында да осыған ұқсас маневрлер орындалды. 1990-жылдары терезелерге тию және жылудан қорғау жүйесінің (ЖҚЖ) шағын зақымдануы жиі кездесетін құбылыс болды. Кейіннен шаттл қозғалтқыштар мен артқы жүк бөліміне көбірек қалдық тиюі үшін құйрығымен алға қарай ұшырылды, себебі олар орбитада немесе қону кезінде қолданылмайды, демек ұшырылғаннан кейінгі операция үшін олардың маңызы аз. ХҒС-ке (ISS) қосылған күйде ұшқанда, шаттл айналдырылып, жақсы қорғалған станция орбиталды аппаратты қорғады. Апатты соқтығысу ықтималдығы 200-ден 1-ге қарағанда жоғары болған жағдайда, іс-қимылға кірісу үшін жоғары деңгейдегі шешім қабылдау қажет болды. ХҒС-ке (ISS) қалыпты (төмен орбиталық) миссияда тәуекел шамамен 300-ден 1-ге тең болды, бірақ Хаббл телескопын жөндеу миссиясы 350 миль (563 км) биіктіктегі жоғары орбитада орындалды, онда тәуекел бастапқыда 185-тен 1-ге тең деп есептелді (мұның бір себебі 2009 жылғы спутниктік соқтығысу болды). Қалдықтардың мөлшері бойынша жаңа талдау жасалғаннан кейін, қауіп 221-ге дейін төмендеді және миссия жалғасты. Кейінгі Шаттл миссияларында да қалдықтармен байланысты оқиғалар болды. 2006 жылы STS-115 миссиясы кезінде басылымды тақтаның бір бөлігі Атлантистің жүк бөліміндегі радиатор панелінде кішкентай тесік жасады. 2007 жылы STS-118 миссиясында қалдықтар Эндевердің радиатор панеліне оқ тесігіндей тесік салды.
Мира
Советтік "Мир" ғарыш станциясында ұзақ мерзім бойы бастапқы күн модульдерінің панельдерімен ғарышта болғандықтан, соқтығыс салдарынан тозу байқалды.
Халықаралық ғарыш станциясы
Сондай-ақ, ХҒС кішігірім қалдықтардан ішкі кеңістікті қорғау үшін Whipple қалқанын пайдаланады. Дегенмен, сыртқы бөліктерді (әсіресе күн панельдерін) оңай қорғау мүмкін емес. 1989 жылы ХҒС панельдерінің төрт жыл ішінде шамамен 0,23%-ға тозуы күтілді, бұл кішкентай орбиталық қалдықтардың соқтығысуынан туындаған "құм ату" әсерінен болды. Егер "қалдықтардың соқтығысу ықтималдығы 10 000-нан жоғары болса", ХҒС үшін қашқылау маневрі жасалады. Борттағы адамдардың қауіпсіздігін арттыру мақсатында ХҒС операциялық басқаруы үш рет экипажға қалдықтардың жақындауы туралы кеш ескертулерге байланысты "Союз" ғарыш кемесіне паналауға бұйрық берді. Он алты қозғалтқыштың жұмыс істеуімен және үш "Союз" капсуласына паналау тапсырысымен қатар, бір маневр станцияның компьютеріне маневр жоспарын жүктеу үшін қажетті бірнеше күндік ескерту болмағандықтан аяқталмады. 2009 жылдың наурыз айында Космос-1275 спутнигінің бөлігі деп саналатын қалдықтар тіркелді. 2013 жылы ХҒС операциялық басқаруы алдыңғы жылы рекордтық төрт рет қашқылау маневрін жасағаннан кейін, қалдықтардан аулақ болу үшін маневр жасамады.
Кесслер синдромы
Кесслер синдромы – 1978 жылы НАСА ғалымы Дональд Дж. Кесслер ұсынған теориялық сценарий. Бұл сценарийде Жердің төменгі орбитасындағы (ЖЖО) объектілердің тығыздығы соншалық, объектілердің соқтығысуы тізбектеп келетін әсерге алып келуі мүмкін, әр соқтығысудан ғарыш қиындылары пайда болып, келесі соқтығысу ықтималдығын арттырады. Ол бұдан әрі, егер мұндай жағдай туса, орбитадағы қиындылардың таралуы ғарыш қызметін және белгілі бір орбиталық диапазонды спутниктерді пайдалануды көптеген буынға экономикалық тұрғыдан тиімсіз етеді деген теорияны ұсынды. 1990 жылдардың соңындағы зерттеулердің нәтижесінде объектілер санының өсуі ғарыш қауымдастығында мәселенің мәні және бұрынғы ескертулер туралы пікірталас тудырды. Кесслердің 1991 жылғы еңбегі мен 2001 жылғы жаңартуларына сәйкес, белгілі бір биіктіктегі ЖЖО ортасында тізбектеп келетін әсер болуы керек еді. Дегенмен, бір ғана ірі спутниктік соқтығысу оқиғасы тіркелді: 2009 жылы «Иридиум 33» және «Космос 2251» арасындағы соқтығысу. Қысқа мерзімді тізбектеп келетін әсердің байқалмауы бастапқы бағалаулар мәселенің ауқымын шамадан тыс көрсеткен деген болжамға әкелді. Алайда, Кесслердің 2010 жылғы мәлімдемесіне сәйкес, тізбектеп келетін әсер толыққанды дамығанша көзге көрінбеуі мүмкін, бұл жылдарға созылуы зардапты.
Жер бетінде
Қалдықтардың көпшілігі атмосферада жанып кетеді, бірақ ірі қалдықтар жерге зақымдалмай жетуі мүмкін. NASA мәліметінше, соңғы 50 жыл бойына күн сайын орташа есеппен бір тізімделген қалдық Жерге қайта түсіп келеді. Олардың өлшемдеріне қарамастан, қалдықтардан мүлікке едәуір зиян келгені тіркелген жоқ. Атмосферада жану ауаның ластануына себеп болады. Ғарыш объектілерінен отын немесе газдар сақтауға арналған көптеген кішкентай цилиндрлі ыдыстар табылған.
Жерден бақылау
Радар және оптикалық детекторлар, мысалы, лидар, ғарыш қалдықтарын қадағалаудың негізгі құралдары болып табылады. 1 см-ге дейінгі нысандардың орбиталық тұрақтылығы төмен болғанымен, оларды қадағалау мүмкін, бірақ қайта табу үшін орбиталарын анықтау қиын. Көптеген қалдықтар байқалмай қалады. НАСА-ның орбиталық қалдықтар обсерваториясы сұйық айна телескопы арқылы ғарыш қалдықтарын қадағалады. FM радио толқындары қалдықтардан секіріп, қабылдағышқа жеткеннен кейін оларды анықтай алады. Оптикалық қадағалау ғарыш кемелері үшін пайдалы ерте ескерту жүйесі болуы мүмкін. АҚШ Стратегиялық қолбасшылығы жердегі радарлар мен телескоптарды, сондай-ақ ғарыштағы телескопты (бастапқыда жау зымырандарынан ажырату үшін) пайдалана отырып, белгілі орбиталық объектілердің каталогын жүргізеді. 2009 жылғы басылымда шамамен 19 000 нысан тіркелген. Басқа деректер Еуропалық ғарыш агенттігінің (ESA) ғарыш қалдықтары телескопынан, TIRA, Голдстоун, Хейстак және EISCAT радарларынан, сондай-ақ Cobra Dane фазалық антенналық радарынан алынады, олар ESA метеориттері мен ғарыш қалдықтарының жердегі ортасын сипаттауға арналған MASTER моделінде қолданылады.
Ғарышта өлшеу
Қайтарылған ғарыш аппараттары (миллиметрден кіші) қалдықтар ағынының бағытты таралуы мен құрамы туралы құнды ақпарат көзі болып табылады. STS 41 C Challenger миссиясымен орбитаға шығарылған және STS 32 Columbia миссиясымен қайтарылған LDEF спутнигі 68 ай бойы қалдықтар туралы мәліметтерді жинау үшін орбитада болды. 1992 жылы STS 46 Atlantis миссиясымен орбитаға шығарылған және 1993 жылы STS 57 Endeavour миссиясымен қайтарылған EURECA спутнигі де қалдықтарды зерттеу үшін пайдаланылды. Хабблдің күн батареялары STS 61 Endeavour және STS 109 Columbia миссияларымен қайтарылды, ал ESA өз модельдерін тексеру үшін зерттеген соққы кратерлері де бар. "Мир" станциясынан қайтарылған материалдар да зерттелді, әсіресе "Мир" қоршаған ортаға тигізетін әсерлер жүктемесі (ол сонымен қатар ХҒС үшін арналған материалдарды сынады).
Габбард диаграммалары
Бір оқиғаның нәтижесінде пайда болған қалдықтар бұлтын Габбард диаграммалары деп аталатын шашырау диаграммалары арқылы зерттейді, онда фрагменттердің перигейі мен апогейі орбиталық периодына қатысты кескінделген. Бұзылыстардың әсерінен бұрынғы ертедегі қалдықтар бұлтының Габбард диаграммалары, егер деректер қолжетімді болса, қайта құрастырылады. Олар көбінесе жаңадан байқалған, әлі тізімделмеген фрагменттер туралы мәліметтерді қамтиды. Габбард диаграммалары фрагментацияның ерекшеліктері, соққының бағыты және нүктесі туралы ақпарат бере алады.
Қалдықтармен жұмыс істеу
Соңғы 50 жыл ішінде орбитадан күніне шамамен бір нысан түсіп жатыр. Табиғи атмосфералық әсерлерге қоса, корпорациялар, ғалымдар және мемлекеттік органдар ғарыш қалдықтарымен күресу жоспарлары мен технологияларын ұсынды, бірақ 2014 жылға дейін олардың көпшілігі теориялық болып қалып, қалдықтарды азайтуға арналған ешқандай бизнес-жоспар жоқ. Ғарыш буынының кеңесші кеңесі, соның ішінде француз астрофизигі Фатумата Кебе ғарыш қалдықтарын жоюдың әртүрлі әдістерін бағады.
Ұлттық және халықаралық реттеу
Ғарыш қиқымдарын азайтуға бағытталған халықаралық шарт жоқ. Дегенмен, Біріккен Ұлттар Ұйымының Сыртқы ғарыштың бейбіт мақсатта пайдаланылуы жөніндегі комитеті (COPUOS) 2007 жылы қиқымдарды азайту стандарттарын әзірлеуге жасалған бұрынғы ұлттық реттеулерді пайдаланып, ерікті нұсқаулар жариялады. 2008 жылы комитет спутниктердің соқтығысуын алдын алу үшін халықаралық «қозғалыс ережелерін» талқылады. 2013 жылы бірқатар ұлттық құқықтық жүйелер құрылды. АҚШ 2001 жылы азаматтық (NASA) және әскери (DoD және USAF) орбиталық қиқымдарды азайту бойынша стандартты тәжірибелер жиынтығын шығарды. Бірақ, жаңа мерзімдерге қатысты келісімге қол жеткізілген жоқ. Бұл стандарт келесі жылы басталатын ISO халықаралық стандарттау жұмысының алдындағы стандарт болды. 2008 жылы ЕКА «Агенттік жобалары үшін ғарыш қиқымдарын азайту талаптарын» одан әрі жетілдірді, ол «2008 жылдың 1 сәуірінде күшіне енді». «Тікелей алу» опциясы (жоғарыдағы АҚШ-тың «стандартты тәжірибесіндегі» №3 опция) ғарышқа ұшудың басындағы күндерден бері, ғарышқа ұшып жүретін кез келген ел (мысалы, USAF X 37) немесе коммерциялық ұйымдар үшін тікелей алудың жоғары құны мен күрделілігіне байланысты сирек орындалды, бірақ ЕКА 2026 жылы бір шағын спутникті (PROBA 1) алу бойынша демонстрациялық миссияны (ClearSpace 1) жоспарлап отыр, оның құны шамамен 120 миллион еуроны құрайды, бірақ бұл құнға ұшыру шығындары кірмейді. 2007 жылы ISO ғарыш қиқымдарын азайту бойынша халықаралық стандартты дайындауға кірісті. 2010 жылы ISO «ғарыш қиқымдарын азайтуға бағытталған ғарыш жүйелерінің инженерлік стандарттарының толық жиынтығын» жариялады, [негізгі талаптары] жоғары деңгейдегі ISO 24113 стандартында белгіленген. 2017 жылы стандарттар дайын болды. Алайда, бұл стандарттар ISO немесе кез келген халықаралық юрисдикция тарапынан ешбір тарапқа міндетті емес. Олар тек ерікті түрде қолдануға арналған. Оларды «ғарыш кемесін өндіруші немесе оператор өз еркімен қабылдауы, немесе тапсырыс беруші мен жеткізуші арасындағы коммерциялық келісім-шарт арқылы күшіне енгізуі, немесе ғарыш қиқымдарын азайту жөніндегі ұлттық ережелерді құру үшін негіз ретінде пайдалануы мүмкін». Ерікті ISO стандарты сондай-ақ АҚШ, ЕКА және БҰҰ-ның азайту стандарттарында бұрын қолданылған (және 2019 жылға дейін қолданылып келе жатқан) «LEO қорғалған аймағының» биіктігінен төмен «25 жылдық ережені» қабылдады және оны «ғарыш жүйесі миссиясын аяқтағаннан кейін орбитада болуға рұхсат етілген уақыттың ең жоғары шегі» деп анықтады. Идеалды жағдайда, орбитадан түсу уақыты мүмкіндігінше қысқа болуы керек (яғни, 25 жылдан әлдеқайда аз).
The U. S. issued a set of standard practices for civilian (NASA) and military (DoD and USAF) orbital debris mitigation in 2001. There is no consensus however on what any new timeframe might be. which was a predecessor standard to the ISO international standard work that would begin the following year. In 2008, ESA further developed "its own "Requirements on Space Debris Mitigation for Agency Projects" which "came into force on 1 April 2008." The "direct retrieval" option (option no. 3 in the US "standard practices" above) has rarely been done by any spacefaring nation (exception, USAF X 37) or commercial actor since the earliest days of spaceflight due to the cost and complexity of achieving direct retrieval, but the ESA has scheduled a 2026 demonstration mission (ClearSpace 1) to do this with a single small satellite (PROBA 1) at a projected cost of €120 million not including the launch costs. In 2007, the ISO began preparing an international standard for space debris mitigation. By 2010, ISO had published "a comprehensive set of space system engineering standards aimed at mitigating space debris. [with primary requirements] defined in the top level standard, ISO 24113." By 2017, the standards were nearly complete. However, these standards are not binding on any party by ISO or any international jurisdiction. They are simply available for use in voluntary ways. They "can be adopted voluntarily by a spacecraft manufacturer or operator, or brought into effect through a commercial contract between a customer and supplier, or used as the basis for establishing a set of national regulations on space debris mitigation." The voluntary ISO standard also adopted the "25 year rule" for the "LEO protected region" below altitude that has been previously (and still is, as of 2019) used by the US, ESA, and UN mitigation standards, and identifies it as "an upper limit for the amount of time that a space system shall remain in orbit after its mission is completed. Ideally, the time to deorbit should be as short as possible (i. e., much shorter than 25 years)".
Өсуді басаңдату
2010 жылдардан бастап ғарыш қиқымдарының өсуін баяулату үшін бірнеше техникалық тәсілдер қолданылып келеді, бірақ ғарыш қиқымдарын азайту үшін 20 ғасырдың ортасынан бері жердегі ластануды азайтуға қолданылған толыққанды құқықтық режим немесе шығындарды бөлу жүйесі әлі де құрылмаған. Жасанды ғарыш қиқымдарының тым көп пайда болуын болдырмау үшін, Жердің төменгі орбитасынан жоғарырақ ұшырылған көптеген, бірақ барлық емес спутниктер бастапқыда Жер атмосферасының ішінде перигейі бар эллиптикалық орбитаға шығарылады, осылайша орбита тез төмендейді және спутниктер атмосфераға қайта кірген кезде жойылады. Жоғарырақ орбитадағы ғарыш аппараттары үшін басқа да әдістер қолданылады. Оларға ғарыш аппаратын қызмет ету мерзімінің соңында деактивациялау, сондай-ақ пайдалы жүгін шығарғаннан кейін, көбінесе бірінші немесе екінші орбитада, орбитаны төмендету үшін қайта іске қосыла алатын жоғарғы сатыларды пайдалану жатады; сонымен қатар, егер олар жылдар бойы жұмыс істесе, Жердің төменгі орбиталарынан өздігінен орбитадан шыға алатын спутниктер де бар. Басқа спутниктер (мысалы, көптеген CubeSat спутниктері) төменгі орбиталарда, орбиталық биіктіктен төмен, апталар немесе айлар ішінде ғарыш аппаратын сенімді түрде орбитадан шығару үшін жоғарғы атмосфераның энергияны сіңіру қабілетіне сенеді. Көбінесе жоғары орбиталардағы пайдаланылған жоғарғы сатылар, олар үшін төмен дельта v деорбита мүмкін емес немесе жоспарланбаған, және спутниктерді деактивациялауды қолдайтын архитектуралар, қызмет ету мерзімінің соңында деактивацияланады. Бұл аппараттың миссиясының немесе қызмет ету мерзімінің соңындағы барлық ішкі энергиясын жояды. Бұл қазіргі уақытта қолданылмайтын зымыран сатысының немесе спутниктің өзінің қиқымдарын жоймаса да, ғарыш аппаратының көптеген кішкентай ғарыш қиқымдарын жасау және тарату ықтималдығын айтарлықтай азайтады, бұл құбылыс АҚШ және Кеңес Одағының көптеген алғашқы буындарында кең таралған. SpaceX 2019 жылы АҚШ Әуе күштері үшін Falcon 9 екінші сатысының алты сағаттық демонстрациялық миссиясының (STP 2) соңғы маневрі үшін «жегілу пассивациясы» терминін қолданды, бірақ бұл терминнің мағынасын толық анықтамады. Жер орбитасына «бір ұшыру – бір деорбитация» лицензиялық саясаты бойынша, ұшыру құралдары сол орбиталық жазықтықтағы қолданыстан шығарылған спутникті іздеп тауып, деорбитациялай алады. Сондай-ақ, SpaceX кең ауқымды орбиталық жанармай беру технологиясын әзірлеп жатыр. Қиқымдарды азайтудың тағы бір тәсілі – миссия архитектурасын қасақана түрде ракетаның екінші сатысын төмен перигейлі эллиптикалық геоцентрлік орбитада қалдыруға жобалау, осылайша жылдам орбиталық төмендеуді қамтамасыз ету және пайдаланылған ракета денелерінен туындаған ұзақ мерзімді орбиталық қиқымдарды болдырмау. Мұндай миссиялар көбінесе пайдалы жүкті соңғы орбитаға төмен итермелі электрлік қозғалтқыштарды пайдалану арқылы немесе орбитаны дөңгелектеу үшін кішкентай жылдамдатқыш сатысын пайдалану арқылы жеткізеді. Жылдамдатқыш сатысының өзі орбитадан шығуға жететін артық жанармаймен жабдықталуы мүмкін.
Өздігінен өшіру
ИТБ геостационарлық спутниктерді өмірінің соңында «көмесу орбитасына» көшіруді талап етеді, бірақ таңдалған орбиталық аймақтар GEO жолақтарын қалдықтардан жеткілікті түрде қорғамайды. 1997 және 2002 жылдар аралығындағы бес жыл ішінде ұшырылған 95 байланыс спутнигінен тұратын Иридий шоқжұлдызы өздігінен жою шектері туралы деректер жиынтығын ұсынады. Спутник операторы – Iridium Communications – спутниктердің екі онжылдық өмірі бойы жұмыс істеді (осы кезеңде корпоративтік банкроттық арқылы компания атауы өзгергенімен) және 2019 жылдың желтоқсанына қарай «65 жұмыс істейтін ескі спутниктердің соңғысын жоюды аяқтады». Дегенмен, бұл процесте 30 спутник, олардың жалпы массасы (немесе осы шоқжұлдыздың массасының шамамен үштен бірі) LEO орбиталарында, шамамен биіктікте қалды, онда өзін-өзі ыдырату өте баяу. Осы спутниктердің 29-ы орбитада жүрген кезде істен шығып, өздігінен орбитадан түсе алмады, ал біреуі – Iridium 33 – 2009 жылы қолданыстан шығарылған ресейлік әскери спутнигі Космос 2251-мен соқтығысты. Басқа ұсыныстарға желкен тәрізді жинағыштары бар күшейткіш сатысы және үлкен, жұқа, қабылдайтын шар қапшығы кіреді. 2022 жылдың желтоқсан айының соңында ESA бұзушы желкенге негіделген спутниктік деорбитердің демонстрациясын сәтті жүргізді, оны жеңілдету шараларында пайдалануға болады және ол ESA-ның Zero Debris бастамасының бір бөлігі. Одан шамамен бір жыл бұрын Қытай да соғыс желкенін сынақтан өткізді.
Сыртқы алып тастау
Әртүрлі тәсілдер ұсынылды, зерттелді немесе ғарыштағы қалдықтарды жою үшін басқа ғарыш кемелерін пайдалануға бағытталған негізгі жүйелер құрылды. 2012 жылдың қазан айында Брюссельде Secure World Foundation (АҚШ сарапшылар орталығы) және Француз халықаралық қатынастар институты ұйымдастырған жиынға қатысушылардың пікір білдіруі бойынша, ғарыш кемелеріне қауіптің қабылдаусыз деңгейге жетуіне жол бермес үшін ең ірі қалдықтарды жою қажет. 2019 жылға дейін қалдықтарды жою құны және иелік құқығы, сондай-ақ жұмыс істемейтін спутниктерді жоюға кімнің құқығы бар екендігі туралы заңдық мәселелер ұлттық немесе халықаралық шаралар қабылдауға кедергі келтірді. Қазіргі ғарыш заңнамасы барлық спутниктердің, тіпті қызметін тоқтатқан немесе жұмыс істеп тұрған миссияларға қауіп төндіретін қалдықтардың да бастапқы операторларына тиесілігін сақтайды. 2010 жылдардың соңында бірнеше компания төменгі LEO орбитасындағы спутниктерінде сыртқы жою операцияларын жүргізуді жоспарлады. Мысалы, OneWeb спутниктің өмірінің соңында орбитадан шығару үшін "А жоспары" ретінде борттағы өздігінен жоюды қарастырды, бірақ егер спутник өмірінің соңынан кейін бір жыл ішінде өзін-өзі жоя алмаса, OneWeb "B жоспарын" іске қосып, қайта пайдалануға болатын (көп миссиялық) ғарыш буксирін жіберіп, оны алдын ала орнатылған тұтқа арқылы спутникке қосып, төменгі орбитаға сүйреп, қайтадан атмосфераға енуіне мүмкіндік беретін еді.
Қашықтан басқарылатын көліктер
Жақсы зерттелген шешім – қашықтан басқарылатын көлік құралын пайдаланып, ғарыш қалдықтарын іздестіріп табу, ұстап алу және оларды орталық станцияға қайтару болып табылады. Мұндай жүйелердің бірі – Space Infrastructure Servicing, бұл коммерциялық түрде әзірленген жанармай құю станциясы және геосинхронды орбитадағы байланыс спутниктеріне қызмет көрсететін ғарыш кемесі. Бұл жүйе бастапқыда 2015 жылы ұшырылуы жоспарланған. Space Infrastructure Servicing (ШЖҚ) «қызметтен шыққан спутниктерді «көмескі орбитаға» жіберуге» қабілетті. Advanced Common Evolved Stage жоғары сатылар отбасысы, қалдықтарды ұстап алу және орбитадан шығару үшін жеткілікті жанармай қорымен (жоғары қалдық жанармай маржасымен) және геосинхронды орбитадан ауыр объектілерді орбитадан шығару үшін қажетті жоғары дельта v үшін ғарышта жанармай құю мүмкіндігімен жобаланып жатыр. Атмосферада жану үшін қалдықтарды қауіпсіз биіктікке сүйреп әкелетін, спутник сияқты тартылатын құрылғы зерттелді. Қалдықтар анықталған кезде спутник, қалдықтар мен өзінің арасындағы потенциал айырмашылығын жасайды, содан кейін өзінің қозғалтқыштарын пайдаланып, өзі мен қалдықтарды қауіпсіз орбитаға жылжытады. Бұл тәсілдің бір түрі – қашықтан басқарылатын көлік құралы қалдықтармен кездесіп, оларды уақытша ұстап, кішкентай деорбиталық спутникті қосады және қалдықтарды тізбек арқылы қалаған жерге сүйреп әкеледі. «Аналық кеме» содан кейін қалдықтар мен кішкентай спутниктердің комбинатын атмосфераға кіру үшін немесе оларды «көмескі орбитаға» сүйрейді. Мұндай жүйелердің бірі – ұсынылып отырған Busek ORbital DEbris Remover (ORDER) жүйесі, ол 40-тан астам SUL (satellite on umbilical line) деорбиталық спутниктерін және оларды алып тастауға жеткілікті жанармайды тасымалдайды. 2012 жылдың ақпан айында Швейцария Ғарыш орталығы, École Polytechnique Fédérale de Lausanne-да Clean Space One жобасын жариялады. Бұл жоба – Швейцарияның қызметтен шыққан наноспутнигімен орбитаны синхрондау, оны ұстап алу және бірге орбитадан шығару бойынша наноспутниктің демонстрациялық жобасы. Миссия Pac-Man-нан шабыттанған ұстау моделіне жету үшін бірнеше өзгерістерге ұшырады. 2013 жылы, қалдықтарды ұстап алып, шығаратын Space Sweeper with Sling Sat (4S) спутнигі зерттелді. 2022 жылы қытайлық SJ 21 спутнігі пайдаланылмаған спутникті ұстап алып, оны соқтығысу қаупі төмен орбитаға «лақтырып» жіберді. 2019 жылдың желтоқсан айында Еуропалық Ғарыш агенттігі ғарыш қалдықтарын тазалау бойынша алғашқы келісімшартты тапсырды. 120 миллион еуроға бағаланған ClearSpace 1 (EPFL жобасының жемісі) миссиясы 2026 жылы ұшырылуы жоспарланған. Оның мақсаты – 94 кг салмақтағы PROBA 1 спутнигін орбитадан шығару.
Лазерлік әдістер
Лазерлік сыпырғыш жерде орналасқан лазерді қолданып, қалдықтардың алдыңғы бөлігін абляциялайды, бұл нысанды баяулататын ракетаға ұқсас итеру күшін тудырады. Үнемі қолдану арқылы, қалдықтар атмосфералық қарсылыққа ұшырау үшін жеткілікті мөлшерде құлайды. 1990 жылдардың соңында АҚШ Әуе күштерінің Orion жобасы лазерлік сыпырғыш дизайны болды. 2003 жылы ғарыш кемесінде сынақ құрылғысын іске қосу жоспарланған, бірақ орбитада қуатты лазерлік сынақтарды тыйым салатын халықаралық келісімдер оның қолданылуын өлшемдермен шектеді. 2003 жылғы Space Shuttle Columbia апаты жобаны кейінге жылдырды, ал NASA-ның орбиталық қалдықтар бағдарламасы кеңсесінің бас ғалымы және бағдарлама менеджері Николас Джонсонның айтуынша, "Орионның соңғы есебінде көптеген ұсақ-түйек қателер бар. Оның он жылдан астам уақыт бойы сөреде жатуының себебі бар". Лазер сәулесінің фотондарының инерциясы қалдықтарға тікелей итеру күшін бере алады, бұл кішкентай қалдықтарды жұмыс істейтін спутниктердің жолынан шығарып, жаңа орбитаға жылжытуға жеткілікті. 2011 жылғы NASA зерттеулері лазер сәулесін ғарыш қалдығына секунд сайын белгілі бір импульс беруге болатынын және лазерді қалдыққа күніне бірнеше сағатқа бағыттау оның бағытын күніне белгілі бір шамаға өзгерте алатынын көрсетті. Бір кемшілігі – материалдың нашарлау мүмкіндігі; энергия қалдықтарды бөліп, мәселені ушықтыруы мүмкін. Ұқсас ұсыныс лазерді күнмен синхронды орбитадағы спутникке орналастыруды көздейді, импульстік сәулені қолданып, спутниктерді төменгі орбитаға итеріп, қайта кірулерін үдетуге болады. Сондай-ақ, басқа ұсыныстар аэрогельдің көпіршік шарларын немесе су шашыратуды, қабылдамалы баллондарды, электродинамикалық тізгіштерді, электроадгезияны және арнайы спутникке қарсы қаруларды пайдалануды қарастырады.
Желілер
2014 жылдың 28 ақпанында Жапония ғарыш зерттеу агенттігі (JAXA) сынақ "ғарыштық желі" спутнигін ұшырды. Ұшыру тек операциялық сынақ болды. 2016 жылдың желтоқсан айында ел Kounotori 6 арқылы ғарыш қиқымдарын жинау құралын ХҒС-ке (ISS) жіберді, осы арқылы JAXA ғалымдары арқанды пайдаланып орбитадан қиқымдарды тартып алу тәжірибесін жүргізді. Жүйе Жерге қайтып келген ғарыш станциясының жүк тасымалдау аппаратынан 700 метрлік арқанды жаюға мүмкін болмады. 6 ақпанда миссия сәтсіз деп жарияланды және жетекші зерттеуші Коичи Иноуэ журналистерге "арқан босатылмаған деп есептейміз" деді. 2012 және 2018 жылдар аралығында Еуропалық ғарыш агенттігі механикалық манипуляторлар немесе желілерді пайдаланып, үлкен ғарыш қалдықтарын орбитадан жою миссиясын жобалаумен айналысты. e.Deorbit миссиясының мақсаты – LEO орбитасынан ауыр қалдықтарды жою еді. Желі, гарпун және робот қол мен қысқыш механизмдерінің үйлесімі сияқты бірнеше ұстау әдістері зерттелді. 2018 жылы миссияны қаржыландыру тоқтатылды, қазіргі уақытта дамып жатқан ClearSpace 1 миссиясының пайдасына.
Арпуна
RemoveDEBRIS миссиясының жоспары – Жердің төмен орбитасындағы макеттік нысаналарда бірнеше активті орбиталық қоқысты (ADR) жою технологияларының тиімділігін сынау. Жоспарланған эксперименттерін аяқтау үшін платформа тор, гарпун, лазерлік қашықтық өлшегіш, соқтыру желкені және екі CubeSat (шағын зерттеу спутнигі)мен жабдықталған. Миссия 2018 жылдың 2 сәуірінде іске қосылды.
Ғимарат қалдықтарын қайта өңдеу
Ғарыш қалдықтарын балқыту және оны басқа да пайдалы нысандарға айналдыру үшін металл өңдеу технологияларын CisLunar Industries әзірлеп жатыр. Олардың жүйесі металды электромагниттік қыздыру арқылы балқытып, одан металл сым, металл парақ және металл отын жасауға мүмкіндік береді.
Ғарыш қалдықтарын қайта пайдалану
Австралияның Аделаида қаласында Neumann Drive деп аталатын жылжыту жүйесі әзірленді және 2023 жылдың маусым айында алғаш рет ғарышқа жіберілді. Металл ғарыш қалдықтары отын таяқшаларына айналдырылады, оларды Neumann Drive-қа қосуға болады, "негізінен қатты металл отынын плазмаға түрлендіреді". Бұл жылжыту жүйесін американдық ғарыш компаниялары пайдаланады, олар орбиталық қалдықтарды ұстау үшін торлар мен робот қолдарын қолданады. Бұл қозғалтқыш спутниктерге жинаған қалдықтарымен Жерге оралуға мүмкіндік береді, оларды қайтадан отын жасау үшін балқытуға болады.
Қалдықтармен жұмыс істеудегі кедергілер
Компьютерлік және цифрландыру салаларының қарқынды дамуымен қатар, 20-ғасырдың басынан бері көбірек елдер мен компаниялар ғарыш қызметіне қатысып келеді. "Жалпыға ортақ ресурстардың трагедиясы" – бұл экономикалық теория, ол ортақ ресурсты пайдалану арқылы жеке мүдделерді максималдаудың барлық қатысушылар үшін осы ресурстың тозуына әкелуі мүмкін жағдайды сипаттайды. Теорияға сүйенсек, ғарышта жеке адамдардың рационалды әрекеттері иррационалды ұжымдық нәтижеге алып келеді: қалдықтармен тығырылған орбиталар. Жердің орбиталары, әсіресе көптеген спутниктерді орналастыратын LEO және GEO орбиталары, ортақ ресурс ретінде ешкімді шығармайтын және бәсекелестікке ұшырайтын сипатқа ие. Осы трагедияны жою және ғарыш қызметінің тұрақтылығын қамтамасыз ету үшін көптеген техникалық тәсілдер әзірленді. Басқару механизмдері тұрғысынан қарағанда, ғарышқа қатысушылардың саны артуына байланысты күрделі қалдықтар мәселесін шешу үшін жоғарыдан төменге қарайғы орталықтандырылған жүйе тиімді емес. Оның орнына Элинор Остром ұсынған полицентрлік басқару формасы ғарышта тиімді болуы мүмкін. Полицентрлік желіні дамыту процесінде, еңсеру қажет болатын бірқатар кедергілер бар.