«В основном — Starlink». Чьи ракеты больше всего загрязняют атмосферу
В ближайшие годы на орбите Земли окажется больше двух миллионов спутников,. Значительную часть составят аппараты сети Starlink. Настанет момент, когда они начнут сходить с орбиты чуть ли не ежедневно. RTVI разбирался, какие угрозы несет нашествие спутников и смогут ли они отравить земную атмосферу.
В ближайшие годы на орбите Земли окажется больше двух миллионов спутников различного назначения. Значительную часть из них составят аппараты сети Starlink американского миллиардера Илона Маска. Эта армада не только навсегда изменит привычный вид ночного неба. Срок жизни спутников составляет примерно пять лет, и уже скоро настанет момент, когда они начнут сходить с орбиты чуть ли не ежедневно. Это будет провоцировать аварии на орбите и напрямую воздействовать на земную атмосферу. А если прибавить к этому ступени ракет, которые, как оказалось, загрязняют атмосферу литием, нас ждет непредсказуемое будущее. RTVI разбирался, какие угрозы несет нашествие спутников и смогут ли они отравить земную атмосферу.
Звездное небо изменилось навсегда
30 января 2026 года компания Илона Маска Space X подала в Федеральную комиссию по связи США (FCC) заявку на запуск 1 млн спутников. Эта космическая группировка должна стать мощнейшим центром по обработке данных на основе искусственного интеллекта, выведенным за пределы Земли. Планируется, что спутники будут работать на орбитах от 500 до 2000 км, а некоторые будут находиться в зоне постоянной освещенности Солнцем, что обеспечит их постоянное энергоснабжение.Однако миллион аппаратов Маска — это лишь часть спутников, которые намерены запустить государства и частные компании в ближайшие годы. Еще на орбиту планируется вывести порядка 300 спутниковых группировок общей численностью 1,23 млн спутников, следует из заявок на радиочастоты, поданных с 2017 по 2022 годы в Международный союз электросвязи.
И если сегодня вокруг нашей планеты летает порядка 14 тыс. активных аппаратов, то вскоре их число возрастет в десятки раз.
Такое столпотворение на околоземных орбитах не просто поражает воображение, но и чревато вполне осязаемыми последствиями, которые уже стали проявляться и вызывать беспокойство ученых.
Современные дети и дети будущих поколений уже никогда не увидят звездное небо таким, каким люди видели его тысячелетиями, до начала космической эры — уже сегодня в течение 2 часов после заката и перед рассветом на небосклоне видны одновременно несколько движущихся объектов.
На орбите не протолкнуться
Первыми забили тревогу астрономы. Их обоснованные претензии связаны с тем, что отраженный спутниками солнечный свет и радиосигналы мешают чувствительным астрономическим наблюдениям — следы пролета спутников на астрономических снимках стали привычным делом.Резкое увеличение спутников приводит и к реальным проблемам в околоземном пространстве — эксперты сетуют, что в настоящее время не выработано общих правил заполнения орбит аппаратами и их разведения, подобных тем, что существуют в авиации.
Космические аппараты нередко служат для выполнения лишь одной простой задачи, отрабатывая ее за короткий срок — до пяти лет. Поэтому при росте их числа вполне реальной становится ситуация, когда из-за столкновения спутников их обломки будут повторно сталкиваться непредсказуемым образом. И в последние годы ученые всерьез опасаются наступления так называемого синдрома Кесслера, при котором из-за неконтролируемого увеличения количества космического мусора околоземное пространство станет полностью непригодно для практического использования.
Бурный рост космической деятельности приводит к проблемам и на Земле. Пожалуй, самый известный случай падения на Землю космического мусора произошел еще в 1979 году, когда обломки американской космической станции Skylab рухнули на австралийскую ферму — тогда ее хозяину позвонил сам президент США Джимми Картер, чтобы уточнить нанесенный ущерб.
Хотя операторы космических пусков стараются расположить районы падения первых ступеней ракет вдали от населенных мест, вторые и третьи ступени обычно сходят с орбиты неконтролируемо и тоже часто достигают поверхности Земли. Однако если оценкой таких рисков ученые занимаются давно, то экологические проблемы от сгорания рукотворных объектов — спутников и их обломков, ступеней ракет — в верхних слоях атмосферы Земли зачастую остаются вне их поля зрения. Причина — слишком сложно отследить повышение посторонних примесей от сгорания объектов, точное место входа которых в атмосферу неизвестно.
Загрязнение на самом "высоком" уровне
Верхняя часть стратосферы, мезосфера и нижняя часть термосферы — область в диапазоне от 80 до 120 км, одна из наименее изученных на планете. Она слишком высока для исследовательских баллонов и авиации и недоступна для спутников. Однако свойства этой среды важны для распространения GPS-сигналов, формирования погоды и озонового слоя. Считается, что эту область атмосферы почти не затрагивает антропогенное загрязнение, однако ученые давно подозревали, что сгорающие в атмосфере элементы ракет могут существенно влиять на ее состав.В ночь с 19 на 20 февраля 2025 года ученые в Кюлунгсборне (Германия) вели наблюдения за состоянием верхних слоев атмосферы с помощью лидара, специального прибора, посылающего лазерный луч в небо и анализирующего рассеянные на атомах фотоны при помощи микроскопа на Земле. В 1:20 ночи ученые заметили, что на высоте 94-97 километров над уровнем моря вдруг резко, примерно в 10 раз выросла концентрация атомов лития.
Повышенная концентрация составляла порядка 3 атомов на кубический сантиметр и наблюдалась 40 мин — все время работы лидара. Известно, что такие металлы, как алюминий, медь, литий, титан, ниобий, молибден, серебро, олово, гафний и свинец часто присутствуют в сплавах в составе космической техники, и почти отсутствуют в веществе метеороидов, ежесекундно бомбардирующих атмосферу Земли.
При этом металлы натрий, магний, калий, хром, железо и никель в космических сплава присутствуют в малых концентрациях, либо находятся также в составе микрометеороидов, ежедневно проникающих из космоса в атмосферу.
Поскольку литий относится к первой группе, и в верхних слоях атмосферы обнаруживается в следовых количествах, он был выбран для возможного контроля схода космических объектов в атмосферу.
Молчание SpaceX
Вычислить источник загрязнения ученым помог анализ атмосферных течений и ветров над севером Германии — они показали, что источник не мог быть природным, а скорее всего, был вызван неконтролируемым сходом с орбиты второй ступени ракеты Falcon 9, которая вошла в верхние слои атмосферы над Атлантическим океаном к западу от Ирландии примерно 20 часами ранее. Яркий след ее наблюдался в небе над Европой, а обгоревший топливный бак был позднее найден близ Познани в Польше.Ученые считают, что впервые инструментальными средствами смогли зафиксировать загрязнение атмосферы металлами, содержащимися в сплавах сгорающей ракетной ступени.
Много это или мало? Расчеты показывают, что на всю планету в составе метеоритного вещества ежедневно выпадает не более 80 грамм лития. При этом вторая ступень только одной ракеты Falcon 9 содержит 30 кг лития в составе алюминиевого сплава AA 2198 в стенках баков, что делает литий важным показателем, позволяющим отслеживать сходы с орбиты космического мусора.
Расчеты показали, что литий проникает в атмосферу за счет испарения (абляции) из этого сплава при температуре 660 градусов Цельсия на высоте 98 км.
«Это исследование впервые позволило измерить загрязнение верхних слоев атмосферы при входе космических обломков и стало первым доказательством того, что абляция космических обломков может быть обнаружена наземным лидаром», — говорится в работе.
Ученые отмечают, что выявленные загрязнения металлами и их оксидами могут иметь непредсказуемые последствия для атмосферы в плане нарушения озонового слоя и формирования аэрозольных частиц. «Перед публикацией этой рукописи мы обратились в SpaceX, послали им все исследование, выводы нашего анализа, собранные данные, попросив о комментариях и исправлениях. На момент принятия статьи никакого ответа не получено», — говорится в работе.
"Падающая масса более, чем удвоилась"
«Процесс абляции конечно зависит от материала ракеты, однако какие страны или компании используют какие материалы, выходит за пределы нашей экспертизы», — пояснил RTVI соавтор работы Майкл Гердинг, обратив внимание на исследование немецких ученых Леонарда Шульца и Карла-Хайнца Глассмайера, принятое к публикации.В работе приводится диаграмма, иллюстрирующая резкий рост массы падающих на Землю и частично сгорающих космических обломков в последние несколько лет, и главный фактор этих изменений — ракеты Илона Маска. На диаграмме видно резкое увеличение доли вторых ступеней ракет Falcon 9 и вторых ступеней Starship в мировом балансе массы космических объектов, входящих ежегодно в атмосферу Земли.
“В период с 2020 по 2024 год падающая масса более, чем удвоилась, несмотря на то, что она оставалась почти постоянной годами. Это показывает наступление эры, в которой большие спутниковые группировки становятся определяющим фактором роста космического мусора, входящего в атмосферу», — говорится в исследовании.
"Ясно видно, что рост в основном связан с увеличившейся активностью крупных спутниковых группировок, в основном — Starlink. Это можно видеть из постоянного роста числа вторых ступеней ракет Falcon 9, падающих ежегодно (они часто используются для выведения спутников Starlink) и роста сходящих с орбит спутников Starlink».
"Могут быть неожиданные эффекты"
Планируется, что будучи собранной на орбите, одна только группировка спутников связи Starlink будет состоять из 40 тыс. аппаратов массой от 305 до 960 кг — общая масса выведенных спутников превысит 10 тыс. тонн.Учитывая, что срок службы спутников будет составлять пять лет, в какой-то момент аппараты группировки будут сходить с орбиты ежедневно, уверены ученые. Расчеты показывают, что в ближайшие десятилетия масса входящих в атмосферу и сгорающих рукотворных объектов превысит 40% от массы выпадающего на Землю метеоритного вещества.
Как рассказал RTVI ведущий научный сотрудник Института физики атмосферы РАН Николай Перцев, мониторинг лития в атмосфере активно проводился в конце 1950— 1960-е годы, в том числе и в СССР, для контроля над ядерными испытаниями в атмосфере. Это осуществлялось путем интерферометрического исследования свечения ночного неба в красных линиях излучения лития. Тогда также шла речь о 10-кратном превышении естественного фона, образуемого двумя изотопами лития с атомными единицами массы 6 и 7. Тогда после термоядерных взрывов в атмосфере количество первого из этих изотопов увеличивалось примерно 10-кратно, после этого обычный фон в течение нескольких дней возвращался на прежний уровень.
«Этот эффект очень важно изучать, потому что могут быть какие-то неожиданные эффекты, которые раньше не предсказывались. В том числе и по экологической части. Надо контролировать литий и другие вещества, которые входят в состав сплавов и сгорают. Это нужно, во-первых, как средство контроля над тем, что летает, потому что, если не контролировать, то могут быть действительно вредные для здоровья вещества. И второе — нужно исследовать долговременные эффекты. Вместе с литием в атмосферу могут попадать и другие вещества, которые труднее изучать, и на которые никакие лидары сейчас не настроены, и контролировать их, может быть, и гораздо сложнее», — отметил эксперт.