Ученые определили наиболее опасные фрагменты космического мусора

Фото из открытых источников

Десятки тысяч фрагментов космического мусора сейчас кружат вокруг Земли. Эти вышедшие из строя спутники, отработанные ступени ракет, фрагменты столкновений и даже ящик с инструментами представляют угрозу действующим космическим аппаратам и могут спровоцировать каскад катастроф, которые сделают космос непригодным для использования на протяжении поколений. Поскольку удаление всего одного фрагмента мусора может стоить десятки миллионов долларов, возникает важнейший вопрос: чему следует отдать приоритет?

Цифры отрезвляют. Данные НАСА показывают, что ежемесячное количество объектов на орбите Земли продолжает неуклонно расти, а компьютерное моделирование предсказывает тревожное будущее. Без вмешательства низкая околоземная орбита может стать настолько загромождённой космическим мусором, что катастрофические столкновения станут обыденностью, потенциально спровоцировав неуправляемую цепную реакцию, известную как синдром Кесслера.

Несколько лет назад одиннадцать международных групп космических экспертов занялись этой проблемой, составив ранжированный список из 50 наиболее тревожных объектов на низкой околоземной орбите. Хотя они использовали разные подходы, от 20 до 40% объектов попали в списки нескольких экспертов, что свидетельствует о поразительном консенсусе, учитывая сложность проблемы. Однако их списки не полностью совпадали. Теперь исследователи из Франции и Испании применили к этой головоломке теорию социального выбора – математическое исследование голосования и коллективного принятия решений, – показав, как различные способы объединения экспертных мнений приводят к кардинально разным выводам о наших самых серьёзных космических угрозах.

Международные космические агентства сходятся во мнении, что простого предотвращения появления нового мусора недостаточно. По оценкам экспертов, для стабилизации космической среды необходимо ежегодно активно удалять от пяти до десяти крупных фрагментов космического мусора размером более 10 сантиметров, прежде чем они распадутся на тысячи более мелких, не поддающихся отслеживанию фрагментов.

К счастью, технологии для миссий по очистке космоса быстро развиваются, и первые эксплуатационные испытания запланированы на конец 2025 и 2026 годов. Но поскольку затраты на удаление составляют десятки миллионов долларов за объект, выбор правильных целей имеет решающее значение.

Одиннадцать групп экспертов использовали сложные методы оценки космического мусора, учитывая такие факторы, как масса, вероятность столкновения, время нахождения на орбите и близость к действующим спутникам. Несмотря на использование различных подходов, они продемонстрировали впечатляющую согласованность результатов: 20–40% объектов присутствовали в нескольких списках. В списке каждого эксперта фигурировал только один объект, при этом их совместная работа позволила выявить 273 различных объекта, представляющих угрозу для окружающей среды, во всех списках.

Такой уровень консенсуса весьма впечатляет, учитывая сложность оценки множества факторов риска. Тем не менее, сохраняющиеся разногласия по-прежнему имеют большое значение при принятии решения о том, куда потратить десятки миллионов долларов на операции по ликвидации.

В первоначальном исследовании мнения экспертов были объединены с использованием гибридного метода оценки, который заключался в умножении балла Борда каждого объекта (основанного на его позиции в рейтинге) на количество упоминаний в списках. Этот подход позволил определить объект 22 566 как наиболее тревожный обломок.

Однако новое исследование показывает, что этот вывод полностью зависит от выбранного метода агрегации. Если использовать только классический метод Борда, объект 22 220 оказывается приоритетным. Если применить принцип победителя Кондорсе, который ищет объект, превосходящий все остальные в прямом сравнении, то объект 27 006 выходит в лидеры. Однако это не мелкие технические различия. Каждый метод отражает различные философские подходы к коллективному принятию решений, что имеет реальные последствия для того, куда человечество направит свои ограниченные ресурсы по очистке космоса.

Исследователи выступают за фундаментальные изменения в подходе к определению приоритетов в отношении космического мусора. Вместо того, чтобы заставлять экспертов ранжировать ровно 50 объектов, они предлагают позволить каждой команде выделить столько объектов, сколько они считают действительно вызывающими беспокойство. Это подтверждает, что порог «вызывающего беспокойство» мусора не должен искусственно ограничиваться решениями комитета.

Они также предлагают перейти от ранжированных голосований к оценочному голосованию, в рамках которого эксперты будут классифицировать мусор как «чрезвычайно опасный», «опасный» или «приемлемый риск» на основе абсолютных критериев, а не относительных сравнений. Такой подход будет более устойчивым к изменениям в пуле кандидатов и лучше отражать фактические взгляды экспертов на оценку рисков.

Это исследование освещает более широкую проблему принятия научных решений: как справедливо агрегировать мнения экспертов в условиях высоких ставок и ограниченных ресурсов. Проблема космического мусора напоминает другие коллективные решения – от приоритетов реагирования на пандемию до стратегий смягчения последствий изменения климата, – где необходимо согласовать различные обоснованные точки зрения при разработке политики.

Исследование также выявило критический пробел в текущем планировании удаления мусора: неспособность учесть затраты на удаление и динамические эффекты. При удалении одного фрагмента мусора меняются профили риска оставшихся объектов, что свидетельствует о необходимости более сложных подходов, учитывающих последовательность удаления, а не отдельные объекты.

По мере того, как частные космические компании запускают тысячи новых спутников и набирает обороты космический туризм, орбитальная среда будет становиться всё более перенаселённой. Методы, которые разрабатываются сегодня для выбора космического мусора для удаления, сочетающие экспертные знания с методами справедливого агрегирования, могут определить, унаследуют ли будущие поколения доступный космос или орбитальную пустыню, заполненную мусором, расчистка которой займёт столетия.