Спросите Итана: почему бы нам не отправлять мусор на Солнце?

 Спутник Solar Orbiter – отличный метод изучения Солнца, но с запуском опасных отходов на Солнце связано множество рисков и расходов

Десятки тысяч лет люди практически не влияли на нашу планету и окружающую среду. Всего несколько миллионов человек, распределённых по всему земному шару, даже с учётом пожаров, войн и мусора, могут отравить только небольшую часть мира на короткий отрезок времени. Но с ростом числа людей и наших технических возможностей росла и наша способность повреждать и уничтожать биосферу. Сейчас нас уже больше 7 миллиардов, и управлять окружающей средой сегодня сложно, как никогда – и так же важно. А раз уж мы вышли в космос, не стоит ли нам отправлять самые опасные и долговременные загрязнители – отходы ядерной промышленности, опасные отходы, неразлагаемый пластик, и т.п. – на Солнце? Именно об этом спрашивает наш читатель:

Я годами спорил с людьми, доказывая, что отправка радиоактивных отходов или космического мусора на Солнце будет слишком дорогой и неосуществимой. Согласно моему непрофессиональному пониманию орбитальной механики, мне кажется, что мы должны будем сначала ускорить отходы так, чтобы они сошли с орбиты Земли, а затем замедлить их, чтобы они «упали на Солнце». Я знаю, что это возможно, поскольку мы отправляли зонды на Венеру, но я не могу это визуализировать. Не могли бы вы помочь?

Во-первых, это, конечно же, физически возможно. Но можем ли мы это сделать и должны ли мы это делать – это два разных вопроса. Начнём с того, что необходимо для осуществления подобного предприятия.


Ракета «Союз», выставленная на позицию 24 марта 2009 года на космодроме «Байконур»

Мы не падаем с Земли и не улетаем в космос потому, что гравитационное притяжение Земли притягивает нас к центру земли на таком расстоянии от центра, на каком мы находимся, будучи на поверхности. Существует некое количество энергии, удерживающее нас на привязи нашего мира (гравитационная потенциальная энергия), и для нашего с вами положения мы можем рассчитать две важных, ключевых скорости. Скорость стабильной круговой орбиты для нашего расстояния от центра Земли, на которой мы можем двигаться вокруг планеты, не касаясь поверхности, и скорость убегания, которая позволит нам вырваться из гравитационного притяжения Земли и отправится в межпланетное пространство. В случае с Землёй нам нужно будет двигаться со скоростью 7,9 км/с для выхода на орбиту, и со скоростью 11,2 км/с для того, чтобы вырваться из гравитационного притяжения. Чтобы вам было с чем сравнить, скорость вращения нашей планеты на экваторе составляет всего 0,47 км/с, так что выход на орбиту нам не грозит.

Поэтому, чтобы вывести ракету на орбиту Земли, нам необходимо вложить в неё столько энергии, сколько потребуется для разгона до этой скорости, и это крайне много. Но всё же человечество занимается этим с 1950-х годов, и когда вы выйдете на орбиту, вы обнаружите кое-что удивительное, что, в общем-то, было известно заранее: вы – часть системы, движущейся по орбите вокруг Солнца с колоссальной скоростью. Земля двигается вокруг солнца со скоростью порядка 30 км/с, поэтому всё, что вы вывели на орбиту, также будет двигаться вокруг Солнца приблизительно с такой же скоростью. Если вам нужно запустить что-нибудь в Солнце, необходимо каким-то образом потерять 30 км/с скорости. С другой стороны, мы уже находимся в 150 млн км от Солнца. Если бы мы хотели полностью выйти из Солнечной системы, нам нужно было бы набрать всего 12 км/с дополнительной скорости (и достичь в итоге скорости в 42 км/с)!


Поскольку для выхода в космос изначально требуется столько энергии и подъёмной силы, мы пытаемся дать возможность Вселенной сделать как можно больше работы за нас. А это значит, что необходимо использовать гравитационные манёвры – воспользоваться гравитационными свойствами планеты – чтобы добраться до планет Солнечной системы, лежащих как внутри, так и вне орбиты Земли. Поскольку каждая планета движется вокруг Солнца, то в нашем эксперименте участвуют два важных тела, а космический корабль будет третьим. Космический корабль может совершить гравитационный манёвр двумя способами:

1. Можно направить корабль так, чтобы он прошёл за планетой, затем пролетел перед ней и благодаря эффекту пращи, вновь оказался сзади неё.
2. Можно направить корабль так, чтобы он прошёл перед планетой на её орбите, затем пролетел за ней и благодаря эффекту пращи, вновь оказался перед ней.

В первом случае планета тащит корабль, а корабль – планету так, что планета чуть-чуть ускоряется по отношению к Солнцу, её гравитационная связь с ним ослабевает, а корабль сильно теряет в скорости (из-за того, что его масса куда как меньше), и усиливает гравитационную связь с Солнцем, переходя на орбиту с низкой энергией. Во втором случае всё работает противоположным образом: планета теряет скорость, сильнее связывается с Солнцем, корабль ощутимо прибавляет в скорости и переходит на орбиту с высокой энергией.

По первому сценарию мы посещаем внутреннюю часть Солнечной системы: Венеру, Меркурий и даже само Солнце, а по второму – достигаем внешних планет. Именно так New Horizons добрался до Плутона, а зонды Voyager и вовсе покинули Солнечную систему!

Так что технически возможно отправлять мусор на Солнце. Но у этой идеи есть множество недостатков:

• Вероятность неудачного запуска.
• Чрезвычайно высокая стоимость.
• Легче будет вывести его из Солнечной системы, чем направить на Солнце.

У ракеты-носителя «Союз» самая успешная история запусков в мире, из 1000 пусков 97% прошло успешно. Но даже показатель в 2-3% может оказаться катастрофическим, если мы говорим о загрузке ракеты опасными отходами, которые вы хотите убрать с планеты. Представьте, что они распределятся в океане, в атмосфере, на населённой земле, в коммерческих, индустриальных или жилых кварталах. Ничем хорошим для человечества это не закончится.


Отрыв ракеты Союз-2.1а 19 апреля 2013 года с космическим кораблём Бион-М №1

Максимальная нагрузка «Союза» – 7 тонн. Допустим, мы хотим избавиться от всех ядерных отходов. В США сейчас хранится порядка 60 000 тонн опасных отходов, и в стране работает четверть всех ядерных станций планеты. Это примерно 34 000 ракет, заполненных отходами, при том, что даже недорогой запуск ракеты обходится в $100 млн. Даже если мы снизим процент неудач до нереалистичного значения в 0,1%, это будет означать, что примерно 34 ракеты, или четверть миллиона килограмм отходов случайным образом распределится по Земле и попадёт в окружающую среду.


Взрыв беспилотной ракеты Антарес от 2014 года

Возможно, когда у нас будет надёжный и работающий космический лифт, этот вариант будет стоить рассмотрения. Но до тех пор стоимость и уверенность в том, что когда-нибудь катастрофа обязательно случится, означает, что запуск отходов на Солнце лучше оставить на попечении научной фантастики. А нам нужно придумать свой способ разобраться с нашими отходами.