Почему мы не запускаем мусор с Земли на Солнце
Что бы там ни говорили, за десять тысяч лет человечество почти не оказало никакого влияния на нашу планету и окружающую среду. Даже крупнейшие пожары, войны и отходы, которые производят города, не могут сделать больше, чем отравить крошечную часть нашего мира на короткий срок. Но цифры растут. Наши технологические возможности растут, а вместе с ними — наше искусство уничтожать и менять биосферу. Нас уже 7 миллиардов, и следить за окружающей средой становится все сложнее и сложнее. И если уж мы собираемся стать многопланетным видом, почему не отправлять самые опасные и долговременные загрязнители — продукты ядерного распада, опасные отходы, небиоразлагаемый пластик и т. п. — на Солнце?
Некоторые люди считают, что отправка радиоактивных отходов или космического мусора на Солнце будет чрезвычайно дорогой и просто невозможной. Нам придется ускорить его, вывести с орбиты Земли, а затем замедлить, чтобы тот «упал на Солнце». Мы могли бы это сделать, если уж отправляем зонды на Венеру, просто это сложно представить воочию. Давайте разберемся, возможно ли это в принципе?
Если коротко, то да, абсолютно возможно. Вопрос не столько в том, можем ли мы, а в том, должны ли. Но давайте по порядку.
Причина, по которой мы не падаем с Земли и не оказываемся выброшенными в космос, в том, что гравитационное притяжение Земли действует на нас, на нашем расстоянии от центра Земли. В частности, привязанными к миру нас сохраняет определенное количество энергии (гравитационная потенциальная энергия), и есть два важных показателя скорости, которые мы можем учитывать: стабильная круговая скорость орбиты для нашего расстояния от центра Земли, которая будет удерживать нас на орбите Земли даже если мы не будем касаться земли, и скорость убегания в нашем месте, которая позволит нам полностью преодолеть гравитационное притяжение Земли и отправиться в межпланетное пространство. На Земле нам нужно двигаться на скорости 7,9 км/с, чтобы достичь орбиты, и 11,2 км/с, чтобы покинуть земное притяжение. Чтобы вы понимали, наша планета вращается на скорости 0,47 км/с по экватору, поэтому нет ни малейшего шанса на то, что нас выбросит.
Поэтому чтобы выйти на орбиту Земли, мы тратим колоссальное количество энергии, чтобы разогнать ракету до этой скорости, и это выливается нам в копеечку. Человечество занимается подобным с 1950-х годов, и как только вы оказываетесь наверху, вы узнаете кое-что любопытное: вы являетесь частью системы, которая вращается вокруг Солнца на огромной скорости. Земля движется вокруг Солнца на скорости 30 км/с, а все, что вы запускаете на орбиту Земли, тоже будет вращаться вокруг Солнца примерно с такой же скоростью. С другой стороны, мы уже находимся в 150 миллионах километров от светила. Чтобы покинуть Солнечную систему, нам нужно прибавить 12 км/с в скорости (и будет 42 км/с).
Поскольку на выход в космос требуется так много энергии и тяги, мы пытаемся заставить Вселенную сделать все, что она может. Мы используем гравитацию в помощь — преимущества гравитационных свойств нашей планеты — чтобы достичь внутреннего или внешнего мира нашей системы. Поскольку планеты вращаются вокруг Солнца, в нашей схеме участвует два гравитационно важных тела. Космический аппарат будет третьим. Есть два способа заручиться поддержкой гравитации:
- Направить космический аппарат так, чтобы он летел за планетой, вылетал перед ней и гравитационно забрасывался за планету снова.
- Направить космический аппарат так, чтобы он летел впереди планеты на орбите, залетал за нее и гравитационно забрасывался снова перед ней.
В первом случае планета тащит космический аппарат на буксире, а космический аппарат тащит на буксире планету, так что планета немного прибавляет в скорости относительно Солнца, становится немного менее связанной, а космический аппарат немного теряет в скорости (по причине меньшей массы) и становится более тесно связанным: переходит на низкоэнергетическую орбиту. Во втором случае все происходит строго наоборот: планета теряет немного скорости и становится более тесно связанной, а космический аппарат прибавляет много скорости и переходит на высокоэнергетическую орбиту.
Первый сценарий — это как мы посещаем внутреннюю Солнечную систему: Венеру, Меркурий или даже само Солнце. Второй — как мы добираемся до более удаленных частей Солнечной системы. Именно так «Новые горизонты» добрался до Плутона, а «Вояджер» и вовсе улетел из системы.
Выходит, мусор на Солнце отправлять вполне возможно. Но у самой идеи есть куча недостатков:
- Возможности отказа при запуске.
- Высокая стоимость.
- Было бы проще выпуливать его из Солнечной системы, чем сбрасывать на Солнце.
Система космических пусков «Союз», самая успешная из всех, имеет показатель успеха в 97% после более тысячи запусков. Но даже 2-3% отказа могут быть катастрофическими, если в них будет участвовать ракета, под завязку набитая опасными отходами, от которых вы хотели бы избавиться. Представьте себе, что эти отходы отправятся прямиком в безграничные просторы, только не космоса, а земного океана, атмосферы, удобренной земли или промышленных или жилых площадей. Едва ли исход сего действа будет приятным.
Грузоподъемность крупнейшей из ракет «Союз» составляет порядка 7 тонн. Предположим, мы хотели бы избавиться от всех имеющихся ядерных отходов. В США в настоящее время хранится порядка 60 000 тонн отходов высокого уровня, и там же расположена четверть от атомных электростанций всего мира. Получится около 34 000 ракет с отходами, и самый дешевый запуск обойдется в 100 миллионов долларов. Даже если сократить показатель отказа до удивительного 0,1%, 34 ракеты выпустят свой груз в случайном порядке на Землю.
Может быть, когда у нас появится надежный космический лифт, мы еще вернемся к этому варианту. Но до тех пор стоимость и почти стопроцентная вероятность отдельной катастрофы накладывают вето на доставку мусора на Солнце.
