Зачем Луне нужна система управления космическим движением

«Великолепное запустение».

Этими словами Базз Олдрин описал огромную пустоту лунного ландшафта перед тем, как впервые ступить на его поверхность в июле 1969 года. все? Что, если бы это было больше похоже, скажем, на пробки в час пик в Лос-Анджелесе? А если действительно?

Учитывая, что за всю историю человечества по поверхности Луны ходили в общей сложности 12 человек, это может показаться очень большой гипотезой. Тем не менее, беспокоит и то, что исследователи из Университета Аризоны, который помог нанести на карту поверхность Луны для знаменитой миссии Олдрина «Аполлон-11», в настоящее время много думают.

Их план, на который университет недавно получил финансирование в размере 7,5 миллионов долларов от Управления космических аппаратов Исследовательской лаборатории ВВС, предусматривает, по сути, первую в мире лунную систему управления воздушным движением. Предназначенный для наблюдения за космическим движением в неотслеживаемой в настоящее время окололунной области между нашей планетой и Луной, он поможет избежать лунных пробок и, возможно, даже смертельных столкновений.

И это произойдет раньше, чем вы думаете, к лунной миссии рядом с вами.

Как выброшенная автомобильная стоянка в космосе

Ученый НАСА Дон Кесслер в 1978 году первым указал на опасность, которую представляет чрезвычайно высокая плотность объектов, обращающихся на низкой околоземной орбите, и на то, что они могут вызвать каскадную цепную реакцию возможных столкновений. (Посмотрите начало фильма « Гравитация » 2013 года , чтобы увидеть, насколько разрушительным это может быть.)

Сегодня отслеживается около 23 000 единиц космического мусора, который летит вокруг Земли со скоростью около 17 500 миль в час. Из них только 3500 являются активными полезными нагрузками, в то время как остальные — все, от мертвых кусков спутников до выброшенных частей ракеты — являются неактивными, но все же потенциально опасными обломками.

«Давайте представим, что с момента изобретения автомобиля вы берете машину с завода и заправляете ее бензином, затем [ездите на ней, пока не кончится бензин], бросаете ее и берете новую машину», — Вишну Редди . , доцент Лунной и планетарной лаборатории Аризонского университета, сказал Digital Trends. «Это то, что мы делали в космосе. Каждый раз, когда у космического корабля заканчивается топливо — а это может быть идеально работающий космический корабль — вы сбрасываете его и запускаете новую полезную нагрузку. [Со временем] вещи накапливаются».

Проблема, по его словам, заключается в наглядности: как в прямом, так и в переносном смысле. «Космос — своего рода неразрешимая проблема, — объяснил Редди. «Это не похоже на экологическую катастрофу, верно? Знаешь, разлив нефти, ты видишь пеликанов, покрытых нефтью, это вызывает внутреннюю реакцию. Вы показываете точку в небе кому угодно, и большинству людей все равно. Мол, какое мне дело до тех пор, пока не перестанет работать сотовый телефон, не перестанет работать GPS или не перестанет играть футбол по телевизору. Вот когда люди реагируют».

Мусор, загрязняющий лунную орбиту

В то время как космический мусор на орбите Земли привлек немного внимания , проблема лунного космического мусора в значительной степени раскрыта. Это потому, что, по крайней мере, на данный момент, это не проблема.

По собственному признанию Редди, канал лунной орбиты в настоящее время все еще относительно чист. По сравнению с тысячами каталогизированных объектов, вращающихся вокруг Земли, вокруг Луны вращается всего несколько десятков полезных нагрузок. Из небольшой горстки спутников на лунной орбите единственные примечательные (возможно, единственные полностью) включают орбитальный аппарат NASA Lunar Reconnaissance Orbiter, два космических корабля Artemis (P1 и P2) и китайский Chang’e 5-T1. Это не такая большая пробка, как если бы вы заметили другую машину во время многочасовой поездки по сельской местности Вайоминга.

Но только потому, что сегодня Вайоминг, не означает, что завтра это не автострада Лос-Анджелеса. Или, чтобы не преувеличивать, по крайней мере немного больше, чем сейчас.

«У нас было первое исследование Луны в [1960-х]», — сказал Редди. «Затем в середине был период затишья в течение последних 50 лет или около того. Но сейчас возобновился интерес к исследованию Луны. В течение следующих восьми лет мы ожидаем, что до 50 полезных нагрузок отправятся на Луну. Мы хотим избежать такой ситуации, которая у нас есть на Земле [имеет место] вокруг Луны, в том числе и на лунной орбите».

Это также может оказаться разрушительным для спутников и потенциально опасным для космических полетов — как с экипажем, так и без экипажа.

Идея активного подхода к управлению воздушным движением, конечно, не нова. Именно это произошло с традиционным наземным управлением воздушным движением. Первые серьезные попытки разработать правила наблюдения и управления воздушным движением были предприняты в 1922 году, через несколько лет после первой Международной воздушной конвенции 1919 года. Первый человек, который мог официально называть себя профессиональным авиадиспетчером, Арчи Лиг из Сент Луис, штат Миссури, начал работать в 1929 г. Хотя авиаперевозки в то время только начинали набирать обороты (полупреднамеренный каламбур), они находились в зачаточном состоянии по сравнению с тем, чем они станут. В 1929 году в США было перевезено 173 000 пассажиров , по сравнению с 926 миллионами пассажиров , перевезенных в 2019 году, небо было не совсем переполненным. Тем не менее считалось, что решение необходимо, даже если оно, вероятно, будет основано на прогнозируемом росте.

«Я родом из мира слежения за астероидами»

Как говорится, первым шагом в решении любой проблемы является признание того, что проблема существует с самого начала. Однако, когда дело доходит до решения проблемы такой сложности, признание проблемы далеко не самое большое препятствие. К счастью, по крайней мере изначально, Редди сказал, что многие современные технологии, используемые для отслеживания объектов с Земли, могут быть приспособлены для отслеживания лунных орбит.

Редди и его студенты из Лунной и планетарной лаборатории используют специальные датчики в университетском исследовательском центре «Биосфера-2», чтобы охарактеризовать окололунные объекты. Этот комплект оборудования включает в себя несколько телескопов, предназначенных для изучения космоса, в том числе один, который был построен группой студентов-инженеров Университета Аризоны.

«Многое из этого можно сделать с [наземными оптическими телескопами], которые у нас уже есть для работы с геостационарными объектами», — сказал Редди. «Просто они тусклее, поэтому приходится долго экспонировать изображение и делать более глубокий снимок».

Он отметил, что его собственный опыт «в основном связан с планетарной защитой». «Я пришел из мира отслеживания астероидов, поэтому многие инструменты, которые мы применяем для решения этой конкретной проблемы, основаны на средствах и технологиях планетарной защиты», — пояснил он. «Сообщество астероидов десятилетиями отслеживало очень маленькие объекты, находящиеся далеко от Земли. Мы используем много программного обеспечения и методов [для этого проекта]».

Я хочу быть лунной моделью

Конечная цель этого проекта — и она уже продвинулась дальше, чем вы думаете — построить модель, которая точно показывает каждый объект, вращающийся вокруг Луны. Затем он выделит возможные соединения (причудливый космический термин для аварий) между этими объектами и активными полезными нагрузками. Редди сказал, что этот инструмент будет использоваться для запуска Artemis 1 в этом году, дебюта сверхтяжелой ракеты-носителя NASA, с целью отправки космического корабля Orion без экипажа на ретроградную орбиту Луны.

Исследователи также сделают свою модель доступной для частных космических компаний. «Если производитель приходит к нам и говорит: «Эй, мы делаем эту миссию на Луне, не могли бы вы проверить соединения?» Да, конечно, — сказал Редди. «Это услуга, которую мы предоставим. Мы хотим избежать образования мусора. Для нас больше работы отслеживать многие вещи. Не то чтобы мы были ленивы, но если мы сможем избежать этого и сохранить [лунную орбиту] чистой, это будет лучше для всех нас».

Хороший вопрос заключается в том, насколько мощной силой принуждения будет обладать подобная система управления космическим движением. Скажем, ради аргумента, что китайский спутник представляет возможную экзистенциальную угрозу для запуска американского космического корабля — или, когда это воздушное пространство станет более заселенным, два корабля рискуют столкнуться. Кто станет тем, кто заявит право прохода в возможной внеземной игре в курицы? Сложный вопрос. «Я не думаю, что у нас есть правоприменительные возможности», — сказал Редди. «Это скорее академическое упражнение [прямо сейчас]».

Еще одна будущая задача, которую еще предстоит решить, может включать в себя запуск реальных космических миссий для развертывания дополнительных орбитальных средств, которые могут помочь контролировать области, невидимые с Земли, такие как объекты, скрытые за Луной. (Кто знает: это может даже послужить пробным запуском аналогичных инициатив на других планетах, таких как Марс, что потребует создания совершенно новой инфраструктуры из-за сложности наблюдения за ними с Земли. «Я думаю, что мы уже планируем сделайте что-нибудь с управлением космическим движением вокруг Марса», — сказал он.)

Однако на данный момент команда будет счастлива, если это доказательство концепции продемонстрирует свою ценность в качестве инструмента для поддержки наших постоянных космических интересов и возрождения увлечения Луной.

«Наша цель — довести это до ума и продемонстрировать, что что-то подобное можно поддерживать и что оно может быть полезным», — сказал Редди. «Тогда мы передадим это людям, которые несут реальную ответственность за то, чтобы это продолжалось».