Новое время - 4

               

                Околоземный космос   

Все, что мы сегодня знаем о космосе, представляет собой лишь малую часть безграничного   космического пространства. Название этой малой части всем нам – землянам хорошо известно. Она называется Галактикой Млечного Пути. И это наша родная Галактика! А все мы – ее обитатели!
Причем, существует она не сама по себе в хаотично разбросанном состоянии, а ограничена виртуальной Галактоцентрической орбитой, по которой наше Солнце осуществляет движение вокруг ее центра. Но движется в этой системе не только Солнце, а и все остальное, что в ней находится – планеты, кометы, астероиды, искусственные спутники и, как бы это горько ни звучало, фрагменты космического мусора. И движение этих объектов вовсе не хаотическое, а системное, то есть каждый объект имеет свою орбиту.

***
Что касается Земли, то поскольку на сегодняшний день это единственная обитаемая планета, то она имеет в своем арсенале не одну, а сразу несколько околоземных орбит. Естественно, что все они имеют не природный, а виртуальный характер, и при этом очерчены не божественной рукой провидения, а отвечают технологическим и техногенным запросам настоящего времени.
Так если начать плясать от Земли, то порядок околоземных орбит и их расстояния от Земли в километрах будет выглядеть следующим образом:
- низкая околоземная орбита (НОО) – от 160 км до 2000 км
- средняя околоземная орбита (СОО) – от 2000 км до 35786 км
- геосинхронная околоземная орбита (ГОО) - 35 786 км
- высокая околоземная орбита (ВОО) – свыше 35 786 км

***
Низкая околоземная орбита.
Что можно о ней сказать? В настоящее время все обитаемые космические станции и значительная часть искусственных спутников Земли в прошлом или в настоящем использовали НОО.  В значительной степени это касается разведывательных аппаратов или спутников наблюдения и зондирования Земли. На НОО с высотой порядка 400 километров находится и всем хорошо известная своей печальной судьбой Международная космическая станция (МКС). А чуть выше ее, на высоте 700 км вовсю используются телекоммуникационные спутники. Однако их орбиты не являются геостационарными, а потому спутники находятся на участках поверхности в области прямой видимости. Они представляют собой сети или, образно выражаясь, «созвездия» из множества спутников. Так, например, спутниковая телефонная система связи «Иридиум», а это глобальный оператор спутниковой связи, обеспечивает 100% покрытие всей поверхности Земли, включая полюса.

***
Средняя околоземная орбита.
1.
Как и НОО, средняя околоземная орбита представляет собой область космического пространства вокруг Земли, расположенную между двумя орбитами – снизу она ограничена низкой околоземной орбитой, а сверху геосинхронной орбитой. В области СОО также находятся искусственные спутники Земли, которые в основном связаны с навигацией, с системой связи, с исследованием Земли и космоса.
Наиболее распространенной высотой в заданном секторе является высота 20 200 километров, на которой расположена американская система спутниковой навигации GPS. Эта, хорошо известная миру система, позволяет при любой погоде определять местоположение объекта не только в любом месте Земли, но и в пределах околоземного космического пространства, исключая только приполярные области. Система разработана, реализована и эксплуатируется Министерством обороны США и при этом в настоящее время доступна для использования в гражданских целях, для чего нужен только навигатор с GPS приемником, например смартфон.

2.
Что касается Российской Глобальной навигационной спутниковой системы – ГЛОНАСС, расположенной на высоте 18 100 км, то данная система не только транслирует гражданские сигналы, доступные в любой точке Земли, но и предоставляет навигационные услуги на безвозмездной основе.
Первоначально система ГЛОНАСС имела прямое военное назначение и была запущена в эксплуатацию одновременно с системой предупреждения о ракетном нападении в 1982 году, а после начала использоваться для оперативного навигационно-временного обеспечения неограниченного числа пользователей наземного, морского, воздушного и космического базирования.
Основное отличие системы ГЛОНАСС от GPS заключается в том, что спутники ГЛОНАСС в своем орбитальном движении не имеют резонанса или синхронности с вращением Земли, что само по себе является прямой дорогой к смещениям или сбоям. А это значит, что отсутствие таких недоработок, обеспечивает системе не только большую стабильность, но и не требует дополнительных корректировок в течении всего срока активного существования в космосе. 

3.
Совместный проект спутниковой системы навигации Европейского союза и Европейского космического агентства в целом является составной частью транспортного проекта Трансъевропейские сети. Этот проект, предназначенный для решения геодезических и навигационных задач, получил не только высоту 23 222 км, но и название «Галилео».
Помимо стран Европейского союза в проекте участвуют Китай, Израиль, Южная Корея и Украина. Однако это еще не все! И проект разрастается! Так переговоры ведутся с представителями Аргентины, Австралии, Бразилии, Чили, Индии и Малайзии.
И поскольку оптимизма, а вместе с ним и материальной базы для такого грандиозного проекта оказалось достаточно, то в слух было заявлено о том, что «Галилео» войдет в строй в 2014-2016 годах. Это означало, что 30 (тридцать) запланированных спутников будут выведены на орбиту. Но даже и в 2018 году спутниковая группировка «Галилео» не достигла необходимого количества аппаратов.
Не случилось развертывания системы с 30 путниками, как планировалось в очередной раз, и к 2020 году. Проект был задержан. И новой датой для полного введения «Галилео» в эксплуатацию с 24 спутниками должно случиться до конца 2025 года.
И наконец последнее, проект «Галилео» был запущен Европейским союзом в конце 1990-х годов с целью создания независимой от США (GPS) и России (ГЛОНАСС) навигационной системы для Европы и предлагался, как услуга для гражданского и коммерческого пользования, а также для высокоточных и защищенных приложений, включая транспорт, сельское хозяйство и оборону.

4.
Первые спутники О3b на средней околоземной орбите – опять же представляет собой группировку спутников, предназначенных для обеспечения широкополосной связи в удаленных точках с наименьшей задержкой. И потому имеет прямое отношение к операторам мобильной связи, интернет-провайдерам морского флота, авиации, правительства и обороны. Иными словами, O3b предназначена для телекоммуникаций и передачи данных из удаленных мест. Принадлежит корпорации O3b Networks, которая является частью люксембургской корпорации SES S.A. и занимает второе место в мире по обороту среди спутниковых операторов и имеет группировку O3b из 55 геостационарных спутников, способных обслуживать 99% населения Земли.
Первые спутники этой группы были развернуты на круговой средней околоземной орбите вдоль экватора на высоте 8 063 км со скоростью вращения, примерно, 18 918 км в час, каждый совершая 5 оборотов в день.
С самого начала O3b в развернутом виде означало «другие три миллиона» или, что много проще, это та часть населения мира, у которой не было доступа к широкополосному интернету. В настоящее время, особенно в последние три года на рынках спутниковой связи наблюдается приличный ажиотаж вокруг проектов низкоорбитальных (НОО) спутниковых «гиперсозвездий» или, проще говоря, телекоммуникационных систем, состоящих из многих тысяч спутников, что есть ничто иное как дорогие и амбициозные новации.
В число таких новаций входит и последующее анонсирование спутников O3b следующего поколения. Запуски этих спутников произошли в 2017 – 7 спутников, 2019 – 7 спутников, 2021 – следующие 7 спутников, что не исключает и последующего их широкого применения. Питаются такие спутники от солнечных батарей, которые весят, приблизительно, 700 килограмм каждая.
В 2011 году открыто сообщалось о стратегическом партнерстве между глобальным оператором SES S.S. и российским оператором фиксированной спутниковой связи «Газпром космические системы».

***
Геосинхронная околоземная орбита.
Как и две предыдущие орбиты, так и подобно им геосинхронная орбита используется для размещения на ней разного типа спутников – телекоммуникационных, метеорологических навигационных, исследовательских и спутников связи. По состоянию на середину 2024 года на геосинхронной орбите находится более 500 активных спутников. Но это условная цифра, потому как из-за запуска новых искусственных спутников или наоборот выведение из эксплуатации старых их количество постоянно колеблется.
Частным случаем в системе геосинхронной орбиты является геостационарная околоземная орбита, поскольку в отличие от остальных она является круговой, лежащей в плоскости земного экватора. И поскольку время обращения спутника вокруг Земли на этой орбите равно звездному периоду вращения самой Земли, то для земного наблюдателя этот спутник в небе кажется практически неподвижным.
Первым спутником связи на геосинхронной орбите был американский спутник «Syncom-2», запущенный Соединенными Штатами 26 июля 1963 года. Иногда эта орбита называется орбитой Кларка, названной так в честь сэра Артура Чарльза Кларка (1917-2008 гг.). Будучи английским писателем, футурологом, научным публицистом, активным популяризатором науки и вместе с тем изобретателем, Кларк наиболее известен, как создатель в соавторстве со Стенли Кубриком, культового научно-фантастического фильма «Космическая одиссея 2001 года».
В принципе идеальная геостационарная орбита практически не достижима, так как искусственные спутники Земли находятся на ней под действием нескольких дополнительных сил, таких как солнечный ветер, давление электромагнитного излучения, притяжение со стороны Луны и Солнца. В подобных условиях спутникам приходится производить различные сложные маневры, чтобы оставаться на геостационарной орбите.

***

Высокая околоземная орбита.
Что касается высокой околоземной орбиты то на ней находятся космические объекты, которые работают на геоцентрических орбитах и на высотах, превышающих геосинхронную высоту, равную 35 786 км от поверхности Земли.
Так об известных в настоящее время космических объектах можно сказать следующее:
- В октябре 2008 года на высоту в апогее равную 290 906 км с помощью ракеты-носителя был запущен спутник НАСА «Межзвездный пограничный исследователь», в миссию которого входило – получить изображение области взаимодействия между Солнечной системой и межзвездным пространством.
- Космический телескоп «TESS», предназначенный для открытия экзо планет транзитным методом, разработан Массачусетским технологическим институтом в рамках Малой исследовательской программы НАСА. Запущен в космос в 2018 году на высоту в апогее равную 375 000 км. Основная цель миссии – обнаружение каменистых экзопланет, попадающих в обитаемую зону и удаленных от Земли не более, чем на 300 световых лет.
По определению Международного астрономического союза (МАС) один световой год равен – 9 460 730 472 580 800 метров, а скорость света – примерно, 299 792 км/с
- В июле 2023 года на высоту в апогее равную 154 000 км был запущен ракетой индийский двигательный модуль «Чандраян – 3». Основная суть индийской миссии на первом этапе заключалась в намерении первоначально доставить двигательный модуль на лунную орбиту, а затем продолжать использовать его в качестве научной платформы и платформы связи на низкой орбите высотой 150 км. Но уже в октябре 2023 года модуль был переведен с низкой лунной орбиты на высокую с помощью серии технических маневров.

***
Выше геосинхронной (геостационарной) околоземной орбиты.
Как известно на высоких околоземных орбитах в основном используются искусственные спутники для связи, навигации, научных исследований и военного применения. В общей совокупности это примерно более 750 тысяч космических объектов, которые относятся к категории космического мусора. В основном это различные детали – гайки, болты, части фюзеляжа, которые движутся со скоростью более 28 тыс. км/час. Но если в просторечье назвать все это малыми величинами еще как-то допускается, то огромные старые спутники с ядерными элементами, разгонные блоки и шаттлы такими «игрушками» не назовешь.
Как правило, их отправляют на специальную «орбиту захоронения».
Существует несколько официальных орбит захоронения космического мусора. Однако, «классическая», так сказать, орбита располагается на высоте 35 986 км, то есть на 200 км выше геостационарной околоземной орбиты. Именно сюда, на эту орбиту и отправляются все отработанные орбитальные аппараты. Причем, цель всегда одна – уменьшить вероятность их столкновения с другими – еще рабочими объектами.
Однако благие намерения оправдывают себя не всегда.
Так в январе 1978 года практически сразу же после запуска военный советский спутник «Космос – 954» с ядерными боеголовками вышел из строя и стал полностью неуправляем, что исключало любые попытки вывести его на орбиту захоронения. В итоге, спутник с действующим ядерным реактором вошел в атмосферу Земли и рухнул на северную часть территории Канады и США.
Еще сложнее выглядела история с ядерными реакторами, задействованными в советской программе «Легенда», которые падая на Землю, оставляли позади длинный шлейф из урана-235. Именно после этой аварии в 1988 году был принят всемирный запрет на применение спутников с ядерной энергетической установкой на низких околоземных орбитах. Однако если принять во внимание, что время распада урана – 235 составляет примерно 700 млн лет, а у человечества до сих пор не имеется технологий, которые смогли бы уничтожить оставшиеся ядерные реакторы от программы «Легенда», то самое время задаться вопросом: - уместно ли в этой связи вообще рассуждать о безопасности.
Сильно загрязнена космическим мусором и низкая околоземная орбита. Останки отслуживших свой срок спутников, частей ракет-носителей, фрагменты, образующиеся при взрывах спутников или их столкновениях, загрязняют космос. При этом надо учитывать, что любые столкновения на космических скоростях порождают множество осколков, что не только засоряет космическое пространство еще больше, но и вызывает «цепную реакцию».
Почему «множество»? Потому что первое столкновение – это только начало процесса. И образовавшиеся в первом начале осколки снова сталкиваются друг с другом и таким образом каскадный процесс может продолжаться до бесконечности. 
Впервые подобный сценарий подробно был описан консультантом НАСА Дональдом Кесслером в 1978 году. О чем этот синдром предупреждает? О том, что подобная история в будущем может привести к полной невозможности использования космического пространства при запусках космических объектов с Земли.
И что в итоге? В итоге принятых мер наблюдения за блуждающими крупными свыше 10 см осколками недостаточно. Можно сказать, что уровень опасности растет. А поскольку никакого «мусорососа» для очистки космических свалок не существует, то остается только, как всегда, надеяться, что «ничего не случится».

***
Однако, надеясь на «авось», следует понимать главное, а именно, что любой из отправленных в космос достаточно крупных космических объектов - будь то спутник, космический зонд или пилотируемая миссия может стать непредвиденной первопричиной образования космического мусора. И если на низких околоземных орбитах на высоте 200-2000 км мусор постепенно сгорает в атмосфере, то с подъемом на высоту риски столкновений не только возрастают, но вызывают цепную реакцию.
Недавние примеры:
- 2009 год первое столкновение спутников – российского «Космос-2251» и американского «Iridium 33»
- 2021 год столкновение китайского метеоспутника «Yunhai 1-02» с обломком российской ракеты «Зенит-2»
- 2021 год испытание Россией противоспутникового оружия, создавшее 1.5 тысячи крупных осколков.
- 2025 год три китайских астронавта (миссия «Шэньчжоу-20») застряли в космосе из-за столкновения их корабля с неизвестными объектами на околоземной орбите. Предполагается, что урон миссии был нанесен космическим мусором.