Как убрать из космоса самый большой в истории космический аппарат?

НаукаНаука

Падение Голиафа: каким будет финал Международной космической станции

Как убрать из космоса самый большой в истории космический аппарат?

Николай Цыгикало

Международная космическая станция на орбите уже почти четверть века. Фото: Roscosmos / NASA

Международная космическая станция завершит работу в 2030 году. Как спустить ее с орбиты на Землю правильно, без угрозы и ущерба для землян? Это непростая задача, решения которой готовятся уже сегодня.

Полет МКС начался в конце прошлого тысячелетия запуском на орбиту 20 ноября 1998 года функционально-грузового блока «Заря». В конце грядущей осени длительность ее полета составит четверть века, а в 2030 году она дойдет до 32 лет. За этот срок металл в различных местах станции начнет терять свои конструкционные свойства из-за усталости. Хотя на станции невесомость, ее конструкция нагружена: надута давлением воздуха, растягивающим модули станции по всем направлениям. А где-то — например, в стыковочных узлах — есть и линейное сжатие, и кольцевое обжатие. Помимо статических нагрузок по материалам станции пробегают вибрации от работы различных устройств.

Со временем становится необходима замена оборудования, которое вырабатывает ресурс или устаревает. Снижаются характеристики уплотняющих, изоляционных и полупроводниковых материалов, электроники, оптических и других элементов. Нарастает микробиологическое загрязнение станции. Логично и неизбежно завершение работы станции, предварительно намеченное на 2030 год. Что делать дальше?

Варианты подъема станции на высокие орбиты захоронения мало реальны, они требуют огромного количества топлива. К тому же при своих рекордных размерах у МКС и самое большое «сечение захвата», как сказали бы ядерщики. Поэтому вероятность столкновения с другим объектом у станции больше, чем у малоразмерных спутников. А поток фрагментов от удара может быть огромным, массы для разлета на МКС много. Поэтому управляемое сведение с орбиты — единственный реальный вариант завершения работы МКС. Он задает ряд задач, и их набор определит выбор сценария спуска. В них можно выделить две большие части: космический и атмосферный этапы.

Снижение МКС и других спутников

Средняя высота почти круговой орбиты МКС составляет 418 км. Атмосфера, называемая здесь экзосферой, крайне разреженная. Тем не менее она тормозит движение станции. Это приводит к постепенному снижению высоты: МКС теряет за сутки в среднем около 10 м. В среднем, потому что состояние атмосферы на этой высоте зависит от солнечной активности. С ее усилением атмосфера раздувается и плотность среды на орбите МКС может сильно возрастать, увеличивая снижение на порядок, до 100 м в сутки (ноябрь—декабрь 2014 года) или 400 м в сутки (январь—февраль 2002 года).

Для поддержания высоты полета орбиту МКС поднимают в среднем каждые один-два месяца. Для этого используют двигатели российских грузовых «Прогрессов» или модуля «Звезда». Подъем орбиты выходит разным, от 18 до 1–2 км, и зависит от остатков топлива, расходуемых на подъем. Включением двигателя увеличивают орбитальную скорость станции, что приводит к росту высоты орбиты, с которой станция постепенно снижается до следующего подъема орбиты.

Постепенное снижение спутников атмосферным торможением без поддержания орбиты приводит их к высоте 160 км, примерной границе стабильности низких орбит. Здесь потеря высоты составляет уже 20–25 км за один виток. На высотах 150–140 км начинается последний оборот, завершающийся баллистическим спуском с неконтролируемым районом входа в атмосферу. Это подходит для небольших спутников, практически полностью сгорающих в атмосфере.

Другим нужен управляемый спуск — всем, чье ценное содержимое надо в целости доставить на Землю. Их движение на последних витках измеряется, и выдается тормозной импульс перевода на траекторию снижения с входом в атмосферу в заданном районе. И движение в ней без разрушения до финиша приземления. Есть и третий вариант: разрушение в атмосфере в заданном географическом районе. Он используется для массивных аппаратов, падение остатков которых может причинить разрушения, загрязнения и создать угрозу населению.

Атмосферная мясорубка

Японский астронавт Коити Вакато, участник пяти экспедиций на МКС, делает «небесное селфи» во время выхода в открытый космос. Фото: NASA

Аппараты, в задачу которых не входит посадка, разрушаются при входе в атмосферу. Их разрушение механическое и тепловое: разламывание на фрагменты аэродинамическими силами и обгорание или полное сгорание в обтекании раскаленным от гиперзвукового сжатия потоком. На поверхностях аппарата налетающий гиперзвуковой поток сжимается во много десятков раз ударным газодинамическим образом в скачке уплотнения. Он оттягивается назад под таким малым углом, что ложится на аппарат и плотно облегает его. Так на обтекаемых поверхностях аппарата образуется ударный вязкий пограничный слой, разогретый до нескольких тысяч градусов.

Первым проявляется силовое воздействие, когда обгорания еще нет. Плотность даже сжатого потока мала, он не может обжечь конструкцию и лишь давит на нее. С ростом плотности потока силы давления сжатого воздуха растут и начинают корежить, а затем разламывать конструкцию. При таком силовом действии сжатого потока его плотность уже очень высока, а поток тепла в обтекаемую поверхность уподобляется огню сварочной горелки.

В небе это создает яркую картину, в некоторых местах возникающую довольно регулярно. Например, на Камчатке на полигоне, принимающем боеголовки межконтинентальных ракет. Следом за боеголовками в их группе траекторий летит ступень разведения — специальный космический аппарат, только не орбитальный. Свою работу он делает в космосе, проводя траектории боеголовок через цели. Поднимаясь вслед за боеголовками до нескольких сотен километров, часто выше МКС (до 1000 км), ступень разведения падает оттуда со скоростью лишь немного ниже орбитальной. Но с близким уровнем энергии и полным спектром картины разрушения. Оно происходит в специальной зоне — «эллипсе падения блока "Ц"», прилегающем с северо-запада к боевому полю падения боеголовок.

Это похоже на летящий в небе факел. Вначале разгорается яркая желтая звезда, которая затем обзаводится длинным шлейфом, превращаясь в огненную комету. «Голова кометы» посверкивает белыми вспышками — это сгорают кусочки магниевых сплавов. Цвет «кометы» краснеет, она замедляется и растягивается в ровную линию оранжевых угольков, иногда образующих группы. Затем все тускнеет и теряется из виду. Еще 10–20 секунд в черном небе видна светящаяся зеленым полоска, образуемая рекомбинацией ионов в плазменном следе. Вскоре гаснет и она. А еще минут через десять на местность выпадают редкие рассеянные фрагменты — несгоревшие остатки ступени.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Внуки лунохода Внуки лунохода

Экскурсия в инженерный центр беспилотных технологий «Яндекса»

Популярная механика
Что есть, чтобы похудеть Что есть, чтобы похудеть

Как стоит питаться, чтобы тренировки приносили наибольший эффект фигуре

Лиза
Предвестники жизни Предвестники жизни

На астероиде Рюгу найден компонент РНК

Наука
Заживает втрое быстрее: найден способ ускорить лечение ран с помощью электричества Заживает втрое быстрее: найден способ ускорить лечение ран с помощью электричества

В перспективе такой способ лечения ран может спасти тысячи жизней

Вокруг света
Силой мысли, или что обещает нам Илон Маск Силой мысли, или что обещает нам Илон Маск

Чего же Маск хотел в сфере нейроинтерфейсов, что сделал и что сможет сделать

Популярная механика
Может ли мороженое быть полезным для здоровья? Вы поразитесь! Может ли мороженое быть полезным для здоровья? Вы поразитесь!

Как любимый многими десерт может оказать позитивное влияние на организм

ТехИнсайдер
«В теории вероятностей он совершал крупные открытия каждые два года» «В теории вероятностей он совершал крупные открытия каждые два года»

120 лет со дня рождения Андрея Колмогорова, одного из величайших ученых

Наука
Одна вокруг света: инопланетное озеро Архентино и зубы дракона в Патагонии Одна вокруг света: инопланетное озеро Архентино и зубы дракона в Патагонии

214-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко: Патагония

Forbes
«Наша задача — создавать выгодные и простые сервисы для клиентов «Наша задача — создавать выгодные и простые сервисы для клиентов

Какие технологии нужны розничным клиентам?

Деньги
Умер кинокритик Юрий Богомолов Умер кинокритик Юрий Богомолов

«Сноб» вспоминает биографию кинокритика Юрия Богомолова

СНОБ
Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
Нарцисс и карьера: как излишнее самолюбование вредит работе Нарцисс и карьера: как излишнее самолюбование вредит работе

Чем опасен нарциссизм на рабочем месте

Psychologies
Истребитель дронов Истребитель дронов

Российская компания представила первый в мире беспилотный истребитель дронов

Популярная механика
Генетически отредактированный рис вырос в имитаторе марсианского грунта Генетически отредактированный рис вырос в имитаторе марсианского грунта

Генетически отредактированный рис может выжить в марсианском грунте

N+1
Непонятый Иуда Непонятый Иуда

Иуда — самый известный синоним слова «предатель»

Дилетант
Церебральная оксиметрия не снизила риск тяжелых поражений ЦНС у недоношенных детей Церебральная оксиметрия не снизила риск тяжелых поражений ЦНС у недоношенных детей

Мониторинг оксигенации головного мозга не снизил риск гибели мозга у детей

N+1
Скрытое пограничное расстройство личности: что это такое — 10 симптомов Скрытое пограничное расстройство личности: что это такое — 10 симптомов

Чем вызваны неожиданные приступы паники? Откуда берется беспричинный страх?

Psychologies
Лёгкость бытия Лёгкость бытия

Интерьер в стиле лёгкой современной классики в авторской интерпретации

SALON-Interior
Всему не свое время Всему не свое время

Как Владимир Казаков реанимировал обэриутский абсурд в эпоху застоя

Weekend
Зоя Богуславская: «Портреты эпохи: Андрей Вознесенский, Владимир Высоцкий, Юрий Любимов...» Зоя Богуславская: «Портреты эпохи: Андрей Вознесенский, Владимир Высоцкий, Юрий Любимов...»

Фрагмент главы из книги «Портреты эпохи» Зои Богуславской

СНОБ
«Елена Андреевна — это роль на вырост» «Елена Андреевна — это роль на вырост»

Светлана Колпакова в спектакле «Дядя Ваня» открывается зрителям с новой стороны

OK!
Рабочие способы, которые помогут быстро сбить температуру без лекарств Рабочие способы, которые помогут быстро сбить температуру без лекарств

Что делать, если терпеть температуру уже невмоготу, а лекарств под рукой нет?

ТехИнсайдер
Почему возникает мигрень? Простое объяснение и советы Почему возникает мигрень? Простое объяснение и советы

Вопреки предрассудкам, мигрень — это не просто головная боль

ТехИнсайдер
«Убила детей, чтобы отомстить мужчине»: Медея — как менялась интерпретация древнегреческого мифа «Убила детей, чтобы отомстить мужчине»: Медея — как менялась интерпретация древнегреческого мифа

Кто же такая Медея: хладнокровная детоубийца или обманутая женщина?

Psychologies
В 64 миллиона раз нейробиологи увеличили разрешение МРТ-снимков мозга В 64 миллиона раз нейробиологи увеличили разрешение МРТ-снимков мозга

Нейробиологи радикально повысили разрешение МРТ

ТехИнсайдер
Странные и отвратительные блюда, которые ели в Средневековье. Читать на голодный желудок! Странные и отвратительные блюда, которые ели в Средневековье. Читать на голодный желудок!

Кулинарные традиции из Средних веков, которые никого не оставят равнодушным

ТехИнсайдер
Бери ниже Бери ниже

Как математики сдвинули с мертвой точки диагональное число Рамсея

N+1
«Метла» метет по-старому: каким получился новый альбом группы Metallica «Метла» метет по-старому: каким получился новый альбом группы Metallica

Святослав Иванов рассказывает о феномене группы Metallica

Forbes
Опущение влагалища, устранение послеродовых рубцов и другие проблемы, которые решает интимная пластика Опущение влагалища, устранение послеродовых рубцов и другие проблемы, которые решает интимная пластика

Если в ваших интимных зонах что-то не так, на помощь придут бьюти-специалисты

Psychologies
Как выжить без стилиста, когда не соответствуешь модным стандартам? Как выжить без стилиста, когда не соответствуешь модным стандартам?

Мы все знаем про капсулу, но что делать, если у тебя нестандартный размер?

VOICE
Открыть в приложении