Орбита захоронения

Орбита захоронения — это область околоземного пространства, предназначенная для размещения космических аппаратов, завершивших свой активный срок службы, с целью предотвращения их столкновения с действующими спутниками и образования космического мусора на рабочих орбитах. В отличие от орбит утилизации, где объекты могут быть сведены с орбиты и сгореть в атмосфере, орбита захоронения используется для аппаратов, которые невозможно или нецелесообразно возвращать на Землю. Основная задача такой орбиты — минимизировать риск столкновений и обеспечить долгосрочную безопасность космической деятельности.

История возникновения

Концепция орбит захоронения возникла в конце XX века, когда стало очевидным, что накопление космического мусора на геостационарной орбите (ГСО) представляет серьёзную угрозу для действующих спутников связи, навигации и метеорологии. Первые рекомендации по удалению отработавших аппаратов с ГСО были разработаны Международным союзом электросвязи (МСЭ) и Межагентским координационным комитетом по космическому мусору (IADC) в 1990-х годах. В 2002 году IADC опубликовал руководящие принципы, которые предписывали операторам спутников переводить аппараты на орбиту захоронения после завершения их миссии.

В 2007 году Комитет ООН по использованию космического пространства в мирных целях (UN COPUOS) одобрил «Руководящие принципы предотвращения образования космического мусора», которые включали рекомендации по орбитам захоронения. С тех пор эти принципы стали де-факто международным стандартом, хотя и не имеют обязательной юридической силы.

Классификация орбит захоронения

Орбиты захоронения различаются в зависимости от высоты и типа исходной орбиты. Основные категории:

Орбиты захоронения для геостационарной орбиты

Для спутников, работающих на геостационарной орбите (высота около 35 786 км), орбита захоронения обычно располагается на 200–300 км выше ГСО. Это так называемая «супер-геостационарная орбита» (super-GEO). Аппарат переводится на неё путём выполнения манёвра подъёма орбиты, чтобы исключить его возвращение в зону ГСО под действием гравитационных возмущений. Стандартная высота захоронения для ГСО — 35 986–36 086 км.

Орбиты захоронения для низкой околоземной орбиты

Для низкой околоземной орбиты (НОО, высота до 2000 км) орбиты захоронения применяются реже, так как здесь предпочтительным методом является управляемый спуск в атмосферу. Однако для аппаратов, которые не могут быть сведены с орбиты (например, из-за отказа двигателей), может использоваться орбита захоронения на высоте выше 2000 км, где плотность космического мусора ниже. Такие орбиты называются «орбитами хранения» (storage orbits).

Орбиты захоронения для высокоэллиптических орбит

Для спутников на высокоэллиптических орбитах (например, «Молния») орбита захоронения выбирается таким образом, чтобы апогей (наиболее удалённая точка) был поднят, а перигей (ближайшая точка) — опущен, чтобы минимизировать пересечение с рабочими орбитами других аппаратов. Конкретные параметры зависят от конфигурации орбиты.

Технические аспекты

Перевод спутника на орбиту захоронения требует выполнения манёвра с использованием остатков топлива. Для этого необходимо:

• Расчёт манёвра: определение параметров целевой орбиты, обеспечивающей отсутствие пересечений с рабочими зонами в течение как минимум 100 лет.
• Запас топлива: на момент завершения миссии у аппарата должно оставаться достаточно топлива для выполнения манёвра. Обычно это составляет 10–20% от начального запаса.
• Надёжность двигательной установки: двигатели должны быть исправны и способны выполнить манёвр без сбоев.

В случае отказа двигательной установки спутник остаётся на рабочей орбите, что увеличивает риск столкновений. Такие объекты классифицируются как неуправляемый космический мусор.

Международные рекомендации и стандарты

Основные международные документы, регулирующие использование орбит захоронения:

• Руководящие принципы IADC (2002): предписывают перевод спутников на ГСО на орбиту захоронения не позднее 25 лет после завершения миссии.
• Рекомендации UN COPUOS (2007): одобрены Генеральной Ассамблеей ООН, содержат аналогичные требования.
• Стандарт ISO 24113 (2011): «Космические системы — Предотвращение образования космического мусора» — устанавливает технические требования к проектированию и эксплуатации космических аппаратов, включая обязательность манёвра увода на орбиту захоронения.

В России требования к орбитам захоронения регулируются ГОСТ Р 52925-2008 «Космические системы. Общие требования к космическим аппаратам по ограничению техногенного засорения околоземного космического пространства». Согласно этому стандарту, для спутников на геостационарной орбите высота орбиты захоронения должна быть не менее 300 км выше ГСО.

Примеры и практика

На орбитах захоронения находятся десятки спутников, в том числе:

• Спутники связи «Экспресс-АМ» (Россия) — после завершения срока службы были переведены на супер-геостационарную орбиту.
• Спутники серии Intelsat (международная организация) — многие аппараты этой серии были уведены на орбиту захоронения.
• Спутники серии «Горизонт» (СССР/Россия) — часть из них была оставлена на орбите захоронения, часть — на рабочей орбите из-за отсутствия топлива.

Однако не все операторы соблюдают рекомендации. По данным IADC, по состоянию на 2023 год около 30% спутников на ГСО не были переведены на орбиту захоронения, что создаёт потенциальную угрозу.

Критика и проблемы

Несмотря на широкое признание, концепция орбит захоронения имеет ряд недостатков:

• Ограниченный срок службы: орбиты захоронения не являются вечными — под действием гравитационных возмущений (влияние Луны, Солнца, неоднородность гравитационного поля Земли) орбиты могут деградировать, и объекты могут вернуться в рабочую зону через 100–200 лет.
• Отсутствие обязательности: рекомендации не имеют юридической силы, и некоторые страны или частные компании игнорируют их.
• Технические ограничения: не все спутники имеют достаточный запас топлива для манёвра, особенно если миссия завершается досрочно из-за отказа.
• Рост числа объектов: с увеличением количества запусков (в том числе мегасозвездий, например, Starlink компании SpaceX) проблема космического мусора обостряется, и орбиты захоронения могут стать переполненными.

Перспективы

В будущем планируется внедрение более строгих международных норм, включая обязательный запас топлива для манёвра увода и сокращение допустимого времени пребывания на рабочей орбите после завершения миссии (с 25 до 5–10 лет). Также рассматриваются методы активного удаления космического мусора, такие как захват и спуск с орбиты с помощью специализированных аппаратов, что может снизить потребность в орбитах захоронения.

Источники

• Межагентский координационный комитет по космическому мусору (IADC). «Руководящие принципы по предотвращению образования космического мусора». 2002.
• Комитет ООН по использованию космического пространства в мирных целях (UN COPUOS). «Руководящие принципы предотвращения образования космического мусора». 2007.
• ГОСТ Р 52925-2008 «Космические системы. Общие требования к космическим аппаратам по ограничению техногенного засорения околоземного космического пространства».
• ISO 24113:2011 «Space systems — Space debris mitigation requirements».
• Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA). «Orbital Debris Quarterly News». Различные выпуски.
• Российская академия наук. «Космический мусор: проблемы и пути решения». 2020.