Когда спутники, предоставляющие Интернет, — сейчас запускаемые тысячами, — достигают конца своего срока службы, побочные продукты их огненного возвращения в атмосферу Земли катализируют химические реакции, которые разрушают стратосферный озон.

Таким образом, в то время как такие компании, как SpaceX, запускают тысячи небольших спутников на низкую околоземную орбиту (НОО) в гонке за глобальное интернет-покрытие, это создает новую проблему. Новое исследование опубликовано в журнале AGU. Письма о геофизических исследованиях предполагает, что в своей попытке соединить мир эти спутники могут также нанести ущерб озоновому слою Земли.

Проблема под рукой

Когда срок службы спутников подходит к концу, они обычно снова входят в атмосферу Земли и сгорают. В результате этого процесса образуются оксиды алюминия — крошечные частицы, которые могут катализировать (способствовать) химическим реакциям. И это помогает истощить озоновый слой, этот важный барьер, защищающий Землю от вредного ультрафиолетового (УФ) излучения.

Если у вас всего несколько спутников, это не проблема. Но теперь, когда на НОО находится все больше и больше спутников, нас может ожидать резкое пробуждение. Всего несколько компаний будут нести ответственность за примерно 55 000 спутников, чего может быть достаточно, чтобы нанести ущерб озоновому слою.

Из 8100 объектов, находящихся в настоящее время на околоземной орбите, 6000 — это спутники Starlink, запущенные за последние несколько лет. Спрос на глобальное интернет-покрытие приводит к быстрому увеличению количества запусков небольших групп спутников связи. SpaceX является лидером в этом предприятии, имея разрешение на запуск еще 12 000 спутников Starlink. А планируется аж 42 000. Между тем, такие компании, как Amazon, как ожидается, запустят еще от 3000 до 13 000 спутников, а китайские компании — несколько десятков тысяч.

Исследование Университета Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе является первым, кто реалистично оценил масштабы этого долгоживущего загрязнения в верхних слоях атмосферы. Исследование показывает, что выбросы оксидов алюминия от возвращающихся спутников уже увеличились в восемь раз в период с 2016 по 2022 год.

Воздействие на окружающую среду

Исследователи смоделировали химические реакции материалов спутника во время входа в атмосферу на молекулярном и атомном уровнях. Они обнаружили, что типичный 250-килограммовый спутник может производить около 30 килограммов наночастиц оксида алюминия. По оценкам исследователей, к тому времени, когда запланированные в настоящее время группировки спутников будут завершены, на Землю будет падать 912 метрических тонн алюминия ежегодно.

Только в 2022 году возвращающиеся спутники выбросили в атмосферу 17 тонн наночастиц оксида алюминия. При полном развертывании запланированных спутниковых группировок этот показатель может увеличиться до 360 метрических тонн в год — ошеломляющее увеличение на 646% по сравнению с естественным атмосферным уровнем.

Оксиды алюминия не вступают в прямую реакцию с озоном, а катализируют разрушительные реакции между озоном и хлором. Это приводит к значительному истощению озона, поскольку оксиды алюминия могут продолжать эти реакции в течение десятилетий, дрейфуя через стратосферу.

«Только в последние годы люди начали думать, что это может стать проблемой», — сказал Джозеф Ванг, исследователь астронавтики из Университета Южной Калифорнии и автор соответствующего исследования. «Мы были одной из первых команд, которые задумались над тем, какое значение могут иметь эти факты».

Результаты исследования показывают, что оксиды алюминия, образующиеся при входе в атмосферу спутников, могут задержать восстановление озонового слоя, который улучшился после введения регулирования озоноразрушающих веществ в соответствии с Монреальским протоколом 1987 года. Озоновая дыра над Антарктидой, которая, как ожидается, полностью восстановится примерно через 50 лет, может столкнуться с новыми проблемами из-за загрязнения в результате входа в атмосферу спутников.

В то время как предыдущие исследования в основном были сосредоточены на загрязняющих веществах на этапе запуска, это исследование проливает свет на воздействие спутника на окружающую среду в конце срока его службы. Это подчеркивает необходимость рассмотрения космической отраслью полного жизненного цикла спутников, включая их утилизацию.

Устойчивая альтернатива: деревянный спутник

Пытаясь решить растущую проблему загрязнения спутников, Япония предложила инновационное решение. Киотский университет и Sumitomo Forestry разработали первый в мире деревянный спутник, который будет запущен на ракете SpaceX из Космического центра Кеннеди в сентябре. Этот спутник, названный LignoSat, представляет собой знаковый шаг на пути к устойчивым космическим технологиям.

Дерево может показаться нетрадиционным для космической техники, но оно имеет ряд преимуществ. В отличие от металла, древесина не оставляет вредных остатков при сгорании при входе в атмосферу. Вместо этого он полностью сгорает, снижая риск загрязнения Земли и мусора. Кроме того, древесина является устойчивым ресурсом и может противостоять суровым условиям космоса без потери массы или гниения.

Еще одним важным преимуществом древесины является ее прозрачность для многих длин волн, что позволяет разместить антенны внутри рамы. Это устраняет необходимость во внешних антеннах, упрощает конструкцию спутников и снижает риск сбоев при развертывании.

Проект LignoSat создавался четыре года. Было протестировано несколько пород древесины, но в конечном итоге была выбрана древесина магнолии из-за ее прочности и долговечности. Размер спутника составляет 10 см (четыре дюйма) во всех направлениях, и он пройдет строгие испытания на Международной космической станции, чтобы убедиться, что он сможет выдерживать экстремальные колебания температуры в космосе.

В случае успеха это может проложить путь к более устойчивым конструкциям спутников, решая растущую проблему космического мусора и загрязнения от возвращающихся спутников.