Понять и справиться с проблемой засорённости космического пространства

Технический перевод статьи журнала ROOM, № 1(3) Март 2014

Доктор Бен Грин (Ben Greene), генеральный директор SERC

Возрастающая опасность столкновения с космическими обломками сказывается на вложении средств в развитие космического пространства. Это глобальная проблема, но Австралия является в большей степени зависимой от инвестиций в развитие космического потенциала, чем большинство других стран, из-за своей большой площади, рассредоточенных ресурсов и небольшой численности населения.

В 1997 австралийские исследователи опубликовали первые орбитальные данные о космическом мусоре, полученные путём лазерного сопровождения. С тех пор были разработаны новые технологии оптического слежения с целью получения малозатратных орбитальных данных о всех космических обломках. За последние 18 лет, на основе тесного сотрудничества между правительством и промышленностью, был разработан ряд мер по борьбе с космическим мусором. Основные разработки стали возможны благодаря инвестициям через финансовую схему государственно-частного партнёрства (ГЧП).

В 2012 поступило предложение отделить научно-исследовательские работы австралийской программы по проблемам засорённости космического пространств от работ, проводимых на коммерческой основе, и объединить их с научно-исследовательскими работами, проводимыми другими странами в совместном исследовательском центре (CRC) для оперативного решения текущих вопросов космической окружающей среды. CRC является давно работающей моделью совместного государственно-частного инвестирования в прикладные исследования.

В 2014 году CRC был инкорпорирован в SERC Limited, зарегистрированный в качестве закрытого акционерного общества, – Научно-исследовательский центр по изучению космической среды (SERC Limited), первоначальной целью которого послужило объединение в мировом масштабе всех программ по проблеме засорённости космического пространства для создания единой команды с достаточным количеством исследовательского потенциала, систематизированного технического опыта, финансирования и технического оснащения.

CRC создавался с долей государственного финансирования австралийским правительством в 20 миллионов австралийских долларов, 40 миллионов австралийских долларов составили взносы других шести организаций в Австралии, США и Японии.

Этот фонд в размере 60 млн австралийских долларов в течение пяти лет пополнят 90 млн австралийских долларов для новой исследовательской инфраструктуры, создаваемой для исследований CRC Австралийского национального университета [Австралия], Мельбурнского королевского технологического института [Австралия], EOS Space Systems [Австралия], корпорации Lockheed Мартин [США], телекоммуникационной компании Optus [Австралия], Национального института информационных и коммуникационных технологий [Япония].

SERC проводит научно-исследовательские работы в Японии и США, но большая часть исследований в основном осуществляется в Австралии, где в течение последнего десятилетия правительственно-университетско-промышленные программы привели к многочисленным достижениям в области обнаружения космических обломков и их отслеживания. Высокий уровень этой технологии отслеживания и существующие инвестиции в новую научно-исследовательскую инфраструктуру явились основополагающими факторами для локализации этой международной программы к Австралии.

Ограничение столкновений в космосе

SERC осуществляет поэтапный переход к ограничению и в конечном итоге устранению столкновений в космическом пространстве.

1. Ограничение количественного роста обломков. Используя новую технологию для определения точного расположения орбитальных обломков, можно будет поддерживать манёвры уклонения от столкновения. После снижения коэффициента столкновений процесс разрастания мусора будет замедлен, чтобы выиграть время для разработки технологии удаления мусора.

2. Удаление обломков из космоса. Операции по дистанционному удалению с земли космических объектов осуществимы практически, и SERC планирует перемещение мусора на безопасные орбиты, или даже удаление с орбиты, используя лазеры высокой мощности. Участники программы индивидуально уже достигли определённых успехов в достижении этой цели, но совместная концепция сможет обеспечить более выигрышные перспективы для закрепления этих первых результатов.

Для CRC средства выделены до 30 июня 2019 года и, поскольку исследования ассимилируют уже существующие программы, предприятию придан столь сильный импульс.

В знак признания факта, что для сохранения космической среды потребуются другие инновационные разработки и новые амбициозные решения, CRC уделяет особое внимание как обучению и подготовке следующего поколения космических учёных, так и созданию надёжных и устойчивых связей между странами и организациями-участниками.

Как и все другие ответственные пользователи потенциалом космического пространства, США стремятся защитить и сохранить космическую среду. Основной задачей ВВС США является служение интересам национальной безопасности, и, в соответствии с этой миссией, ВВС США стремятся оптимизировать свои данные о космосе для охраны космической окружающей среды. Такая политика приводит к образованию огромного количества данных о космических обломках, которые становятся общественным достоянием главным образом посредством совместного Центра космических операций (JSpOC).

Тем не менее, пользователи данных не могут полагаться на точность или своевременное наличие данных, полученных в результате JSpOC, потому что главной задачей ВВС США не является обеспечение глобального космического сообщества данными. Государственная политика США придерживается того принципа, что защита окружающей среды космического пространство подпадает под коллективную международную ответственность, и доступность информации всегда соответствует эксплуатационным требованиям учреждений США.

Для операторов спутниковой связи данные JSpOC имеют огромное значение для статистической оценки риска и моделирования стратегий смягчения столкновений, хотя данные эффективно представляют области засорённости из какой-то недавней прошлой эпохи. Однако данные JSpOC редко являются достаточно точными непосредственно для операций уклонения от столкновения. Для таких операций требуется статистика о засорённости орбиты в десять раз точнее, чем обычно наблюдается в текущих данных JSpOC.

SERC не собирается самолично генерировать или предоставлять какие-либо данные. Уже отмечена коммерческая направленность датчиков космического слежения следующего поколения с превосходной чувствительностью и точностью, а сеть станций космических наблюдений (SSN) ВВС США также претерпевает серьёзную модернизацию своих функциональных возможностей, чтобы обеспечить быстроту реакции и точность данных. Эти два фактора в течение пяти лет совместно будут способствовать предоставлению высококачественных данных для рентабельных операций предупреждения столкновений

Основное различие между SERC и другими [например, ВВС США] работами в этой области является то, что технология отслеживания SERC полностью основана на технологии фотоники. SERC имеет мандат на разработку новой технологии для снижения риска образования космического мусора в двух параллельных этапах.

На первом этапе SERC будет пытаться в ближайшей перспективе уменьшить потери спутников и роста засорённости путём:

A.    улучшения качества и точности прогнозирования орбитальной засорённости при отсутствии каких-либо улучшений в отслеживании количества данных или точности;

B.     разработки индивидуальных каталогов обломков, чтобы конкретные операторы космической связи имели возможность осуществлять управление своими активами и их защиту, имея ограниченные ресурсы;

C.     индивидуальной оценки объектов для более долгосрочной и более точной диагностики орбит; и

D.    улучшения отслеживания количества данных и / или точности за счёт снижения стоимости или повышения производительности существующих оптических систем отслеживания обломков.

Первый этап деятельности является информационным, чтобы выиграть время для совершенствования технологии удаления мусора, замедляя темпы его разрастания. SERC не будет одинок в своих усилиях – другие организации внесут свой весомый вклад в общее дело.

Второй этап исследований направлен на смещение и в конечном итоге удаление с орбиты некоторых типовых видов космического мусора. SERC расширит свою технологию лазерного слежения за космическим мусором до использования лазеров с целью изоляции обломков непосредственно перед прогнозируемым столкновением. SERC проводил отбор кандидатур главным образом на основе ноу-хау, технического опыта и соответствующих технических возможностей для решения этой задачи повышенной сложности.

На начальном информационном этапе и на втором этапе исследования – сведения / удаления с орбиты – однозначно использовалась та же лазерная и фотонная технология для достижения обеих целей одной и той же научно-исследовательской работы.

Отсутствие единого решения

В последние годы сформировалось международное общее мнение, что ни одно национальное правительство не может в одиночку решить проблему космического мусора. Некоторые двусторонние и многосторонние космические предприятия занимались решением этой проблемы, но у двусторонних субъектов обычно не хватает достаточного количества выделенных ресурсов и технологий для эффективного достижения желаемого результата, а большие многосторонние организации, как правило, страдают от слишком большого разнообразия технических вариантов, комплексного администрирования и отсутствия сосредоточенности на предмете.

Ключевым недостающим элементом предстало слияние элитных ресурсов государственного и частного секторов при отсутствии какой-либо серьёзной, финансируемой правительством, инициативы по проблеме космического мусора.

В Австралии прекрасные результаты исследований проблемы космического мусора появились более 20 лет, начиная с серии инициатив государственно-частного партнёрства (ГЧП) между правительством и промышленностью. Они последовательно оптимизировали совместные государственно-промышленные инвестиции в новейшую инфраструктуру, которую каждая сторона использовала для совершенно разных приложений и задач.

SERC явился результатом австралийского практического опыта государственно-частного партнёрства (ГЧП) для создания научно-исследовательской организации с тщательно отобранными международными партнёрами, представляющими как государственный сектор, так и промышленный. Каждый участник имеет общий интерес в минимизации рисков столкновений с космическими обломками, но каждый из них также привносит свой уникальный вклад в ГЧП в виде технологий, возможностей или инфраструктуры. Каждый участник ранее внёс свой значительный инвестиционный взнос по собственной воле, сокращая время и средства SERC на обращения, при условии, что SERC быстро и легко интегрирует эти отдельные инвестиции.

Участие в SERC поначалу было ограничено шестью субъектами, чтобы ускорить принятие единодушных решений по сложным механизмам, необходимым при его учреждении. В дальнейшем планируется принимать от одного до двух участников ежегодно, обращения остаются исходными критериями для членства.

SERC является некоммерческой организацией, которая управляется независимым советом и управляется как коммерческое предприятия. Технология, разработанная SERC, лицензируется на открытом рынке с коммерческими преимуществами, предоставляемыми участникам пропорционально их взносам в финансирование. Во всех отношениях государственное и промышленное финансирование равны.

Такая модель государственно-частного партнёрства (ГЧП) особенно удачна при распределении рисков между правительством [-ами] и промышленным сектором, или там, где совпадают государственные и коммерческие интересы. И особенно эта модель удачна для космической отрасли из-за высокой стоимости и высокого риска, связанного со многими видами космической деятельности.

Дополнительные приложения

SERC быстро набрал достаточное количество выделенных ресурсов и технологий для эффективного достижения желаемого результата путём суммирования научно-исследовательских работ, проводимых его членами. SERC самолично не использует результаты своей научно-исследовательской деятельности, но будет лицензировать их для своих членов или других организаций.

SERC ожидает, что его технологии будут применяться:

· Для обеспечения более эффективного управления космическими средствами за счёт повышения технологии орбитального предсказания.

· Для снижения стоимости и повышения качества данных отслеживания космических обломков.

· Для предоставления услуг высокоточного обнаружения космического мусора с целью предотвращения столкновений.

· Для предоставления услуг, связанных с удалением космического мусора с определённых орбит, или непосредственно перед прогнозируемым столкновением.

· Для обеспечения технологий, необходимых для проведения подробных исследований и для оценки объектов космического мусора для последующего изучения, перемещения или удаления.

· Для перевода определённых типов космических аппаратов на другую орбиту.

Технический перевод статьи журнала ROOM

Оригинал статьи можно прочитать по этой ссылке
SERC wants us all to get to grips with space junk
 журнал ROOM №1 (3) март 2014