Может, кто встречал объяснение, почему когда публикуют фото или видео на космическую околоземную тематику, то редко когда можно увидеть какие-то дополнительные объекты. Ну максимум 1, редко 2. А где же тысячи спутников, не говоря уже о тоннах космического мусора.
Недавно даже была статья, что пора убирать лишние объекты вокруг Земли, потому что они создают опасность для взлетающих ракет. Где это все? Почему фото так романтически чисты?"
================
Это очень хороший вопрос.
И, действительно, ответа на него в интернете нет (может и есть, но лично я тоже не нашёл) поэтому и решил написать эту заметку.
Дело в том, что отслужившие своё спутники, разгонные блоки, шаттлы, куски фюзеляжей, всякие гайки, трубки и прочий хлам (космический мусор) в большем своём объёме находятся на специальных орбитах захоронения, которые удалены от рабочих орбит на различные расстояния.
Опасность космического мусора заключается в том, что часть его находится на мусорных орбитах с низкой высотой (на пути к более высоким рабочим орбитам) и в том, что не всегда получается убрать мусор с рабочей орбиты и невозможно или чрезвычайно сложно контролировать куски от взорвавшихся при столкновении искусственных космических объектов (их разрывает на мелкие части и они разлетаются и сталкиваются с другими мусорными объектами, разрушаясь на ещё более мелкие фрагменты и так далее).
Мусор на низких околоземных орбитах отслеживается, но есть технические пределы — размер объекта должен быть более 10 см. В настоящий момент отслеживается более 15 000 подобных объектов. А теперь представьте кусок какого-нибудь космического сплава с диаметром 10 см, который летит со скорость в несколько раз превышающей скорость пули. Действительно, опасно. А как хорошо вам удалось бы рассмотреть, да даже просто заметить, артиллерийский снаряд, который пролетел бы мимо вас? А если он будет лететь в несколько десятков раз быстрее обычного? Это первая причина невидимости космического мусора для человеческого глаза и фотоаппарата, но не единственная.
Основные мусорные орбиты находятся на высоте 35 986 км (на 200 км выше геостационарной орбиты) и на высоте от 600 до 1000 км (самая крупная мусорная орбита).
На первой («высотной») находятся все отработанные орбитальные аппараты и непосредственно под ней (на высоте 35 786 км, на 200 км ниже) расположены тысячи околоземных спутников. Это геостационарная орбита, самая строгая по своим параметрам. Она находится прямо над экватором, на нулевой широте, и на высоте очень близкой к 35 786 км. Такое строгое положение по широте и высоте геостационарной орбиты не случайно, именно на такой высоте и именно на нулевой широте (прямо над экватором) период обращения спутника равен периоду вращения Земли относительно звёзд и спутник, находясь на синхронной орбите, получает возможность висеть в одной точке над поверхностью нашей планеты.
Подводим первый итог: геостационарная орбита ниже самой высокой мусорной орбиты на 200 км и выше низкоорбитальной мусорной орбиты на 34 986 км. Не так много увидишь даже на расстоянии 1 км, а тут 200 км и 34 тыс. км (о возможности человеческого зрения скажу ниже).
Теперь о низкой околоземной орбите (НОО).
НОО значительно больше в высотном и широтном диапазоне, но тоже не бесконечна по своим размерам и имеет уже свои ограничения. Её диапазон высот находится в пределах от 160 до 2000 км. Именно в этом диапазоне происходили все космические полёты человека и именно на НОО располагаются все обитаемые космические станции. Кроме ныне существующей МКС (высота орбиты в ап. 418 км), которая принадлежит 15 государствам, обитаемых космических станций было довольно много и самые последние — китайские Тяньгун, Тяньгун-1 и Тяньгун-2, которые находились на НОО в период с 2011 по 2019 года.
Хотя диапазон НОО высок (160-2000 км), но орбиты ниже 300 км для спутников не применяются, так как очень сильно сокращается срок службы аппарата, а длительная эксплуатация чего-либо на высоте ниже 160 км вообще невозможна из-за сильного влияния атмосферы. Например спутники дистанционного зондирования земли (чтобы получать питание на солнечные батареи) находятся на солнечно-синхронной орбите с приполярным наклонением на высоте около 800 км и на этой же примерно высоте (чуть ниже) находятся телекоммуникационные спутники и так далее.
Подводим второй итог: НОО находится в диапазоне от 160 до 2000 км, является самой обжитой и самой массовой по количеству опасных искусственных космических объектов. Высота орбиты Международной космической станции — 418 км (апогей), а высота мусорных орбит (в зоне НОО) — от 600 до 1000 км, т.е. на 200-600 км выше МКС.
По этой причине, когда вы видите фотографии Земли с МКС, то вы можете заметить лишь некоторые случайные спутники, которые могут попасть в кадр.
Нужно отметить ещё один очень важный факт.
В настоящий момент кусков космического мусора, которые можно увидеть при помощи технических средств (размер должен быть более 10 см) и за которыми ведётся наблюдение, чуть более 15 000.
15 000 того, что можно увидеть.
Давайте рассчитаем площадь шара со стенкой на дистанции 600 км (граница самой нижней мусорной орбиты) от поверхности Земли. Средний радиус Земли — 6371 км.
S = 4 π R^2 = 4 π 6971^2 = 194379364π ≈ 610660654.907488
Разбросайте 15 000 кусков размером от 10 см на площади 610 660 654 квадратных километров и вы увидите, что на один фрагмент приходится 40 710 квадратных километров.
Как часто вам будут встречаться куски на такой площади? А если они ещё и будут лететь с невероятно большой скоростью?
Конечно, они все распределены не так равномерно, но энтропию никто не отменял и они постоянно стремятся к этому.
Теперь о возможности человеческого зрения.
Угловое разрешение человеческого глаза составляет 1—2′ (около 0,02°—0,03°), что соответствует величине объекта в 30—60 см на дистанции в 1 км. Очень слабо.
Вот почему снимки с МКС в сторону земли так романтически чисты.
Спасибо за внимание
С уважением,
Владимир Белоусов
Токио, 2021
