Ученые: космической отрасли нужна циркулярная экономика

Каждый запуск ракеты приводит к потере тонн ценных материалов, а также к выбросу в атмосферу огромного количества парниковых газов и химических веществ, разрушающих озоновый слой. В журнале Chem Circularity ученые в области устойчивого развития и космоса обсуждают, как принципы сокращения, повторного использования и переработки могут быть применены к спутникам и космическим аппаратам – от проектирования и производства до ремонта на орбите и утилизации по окончании срока службы.

«По мере ускорения космической деятельности – от мегагруппировок спутников до будущих миссий на Луну и Марс – мы должны убедиться, что освоение космоса не повторит ошибок, допущенных на Земле, – говорит старший автор исследования, инженер-химик Цзинь Сюань из Университета Суррея. – По-настоящему устойчивое космическое будущее начинается с совместной работы технологий, материалов и систем».

Помимо экологического ущерба от запусков, еще больше материалов теряется при выводе космических аппаратов и спутников из эксплуатации, поскольку они редко перерабатываются или используются повторно. Вместо этого большинство спутников перемещают на «орбиты захоронения» или они превращаются в космический мусор, который может мешать работе действующих аппаратов.

Авторы исследования утверждают, что такая практика неустойчива, особенно с учетом недавнего роста числа частных космических запусков. Они настаивают на необходимости перехода к циркулярной экономике в космосе, где материалы и системы проектируются для повторного использования, ремонта и переработки, чтобы гарантировать долгосрочную устойчивость сектора. По их мнению, ценные уроки можно извлечь из опыта автомобильной промышленности и индустрии персональной электроники. «Нашей целью было привнести концепцию цикличности в космическую сферу, где она давно назрела, – отмечает Сюань. – Циркулярная экономика меняет подходы к материалам и производству на Земле, но редко применяется к спутникам, ракетам или космическим станциям».

Построение циркулярной экономики в космосе начинается с применения трех основных принципов: сокращения, повторного использования и переработки. Чтобы сократить количество отходов, космический сектор должен повысить долговечность и ремонтопригодность аппаратов и спутников. Для уменьшения числа необходимых запусков авторы предлагают перепрофилировать космические станции в узлы для дозаправки и ремонта кораблей или производства компонентов спутников.

Чтобы обеспечить возможность повторного использования или переработки космических кораблей и станций, сектор должен инвестировать в системы мягкой посадки, такие как парашюты и подушки безопасности. Однако ученые отмечают, что из-за суровых условий космоса компоненты подвергаются значительному износу, поэтому любые детали, предназначенные для повторного использования, должны проходить строгие проверки на безопасность. Также авторы призывают к разработке методов сбора орбитального мусора – например, с помощью сетей или роботизированных манипуляторов – чтобы перерабатывать его материалы и предотвращать столкновения, создающие новый мусор.

Анализ данных и цифровые технологии, включая системы искусственного интеллекта, будут иметь решающее значение для разработки более устойчивых космических практик. Например, анализ данных, получаемых с космических аппаратов, может помочь усовершенствовать проектирование и минимизировать отходы. Моделирование способно сократить потребность в дорогостоящих и ресурсоемких физических испытаниях, а системы ИИ могут помочь предотвратить столкновения аппаратов с орбитальным мусором.

Поскольку создание циркулярной экономики в космосе представляет собой фундаментальный сдвиг в работе отрасли, авторы подчеркивают необходимость рассматривать всю систему целиком, а не сосредотачиваться на отдельных компонентах и процессах. «Нам нужны инновации на всех уровнях: от материалов, которые можно использовать повторно или перерабатывать на орбите, и модульных космических аппаратов, которые можно модернизировать, а не выбрасывать, до систем данных, отслеживающих старение оборудования в космосе, – заключает Сюань. – Не менее важны международное сотрудничество и политическая база для поощрения повторного использования и восстановления за пределами Земли. Следующий этап – это объединение химии, проектирования и управления, чтобы сделать устойчивость моделью по умолчанию для космоса».