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

Гидрофойл для миллионов Гидрофойл для миллионов

Гидрофойл – доска на подводных крыльях для серфинга

Популярная механика
Внутри метеоритов скрываются редчайшие данные, которые энтузиасты уничтожают, сами того не желая Внутри метеоритов скрываются редчайшие данные, которые энтузиасты уничтожают, сами того не желая

Использование редкоземельных магнитов стирает и перезаписывает магнитную запись

ТехИнсайдер
Немирное «земледелие» Немирное «земледелие»

Как работает система залпового минирования

Популярная механика
Лёгкость бытия Лёгкость бытия

Интерьер в стиле лёгкой современной классики в авторской интерпретации

SALON-Interior
«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
Сколько сегодня серийных убийц? Как ни странно, немного Сколько сегодня серийных убийц? Как ни странно, немного

Вероятность встретить серийного убийцу никогда не была настолько низкой

ТехИнсайдер
Самолет комсомольцев Самолет комсомольцев

Уникальный авиационный проект, созданный комсомольцами и на деньги комсомола

Популярная механика
Ольга Еремина: « Людям хочется что-то делать, создавать новое, свое» Ольга Еремина: « Людям хочется что-то делать, создавать новое, свое»

Кто сегодня открывает малый и средний бизнес?

РБК
Карбон звучащий Карбон звучащий

Из карбона теперь делают музыкальные инструменты

Популярная механика
Что защищает медведей от тромбоза вен и как это может помочь человеку Что защищает медведей от тромбоза вен и как это может помочь человеку

Как медики планируют подсмотреть у медведей "профилактику" тромбоза вен?

СНОБ
Был ли аншлюс ГДР? Был ли аншлюс ГДР?

Читаем новый единый учебник всеобщей истории для 11 класса

Дилетант
Максимализм минимализма Максимализм минимализма

«Город Устинов»: в поисках благодарного зрителя

Weekend
Рождение и гибель мегаполисов Рождение и гибель мегаполисов

Почему Вавилон пришел в упадок?

Вокруг света
Рыба гниет с головы: татарская притча о лжи и пороке Рыба гниет с головы: татарская притча о лжи и пороке

Одна из притч из книги Татьяны Муравьевой «Мифы Поволжья»

Psychologies
Осталась при своих Осталась при своих

Как не отдать кибермошеннику все деньги (или хотя бы половину)

VOICE
Японцы сделали рюкзак с руками Японцы сделали рюкзак с руками

Этот рюкзак позволяет подключать до шести роборук одновременно

N+1
Озабоченные жуки и сбежавшая грудь: 10 комедийных шоу, которые были созданы женщинами Озабоченные жуки и сбежавшая грудь: 10 комедийных шоу, которые были созданы женщинами

Комедийные сериалы, созданные женщинами и поднимающие серьезные вопросы

Forbes
Цветок-канделябр Цветок-канделябр

Удивительные растения из семейства Кутровые

Наука и жизнь
Экспедиционный Volkswagen Amarok. В двух шагах от идеала Экспедиционный Volkswagen Amarok. В двух шагах от идеала

Volkswagen Amarok — идеальное средство для автономных путешествий

4x4 Club
Мода на Восток Мода на Восток

Национальные особенности фэшн-бизнеса в Китае

Robb Report
Внеурочная история: как террор стал фактором российской политики Внеурочная история: как террор стал фактором российской политики

Почему российская история богата примерами политического террора

Forbes
Кот Шрёдингера потяжелел до 16 микрограмм Кот Шрёдингера потяжелел до 16 микрограмм

Физики смогли перевести объект массой 16 микрограмм в состояние кота Шрёдингера

N+1
Контрастный душ, завтрак и перерыв: 16 правил стройности — позаботьтесь о себе Контрастный душ, завтрак и перерыв: 16 правил стройности — позаботьтесь о себе

Полезные привычки полезны не только для фигуры, но и для психического здоровья

Psychologies
Нетревожные отношения с едой (и с собой): 5 важных советов нутрициолога Нетревожные отношения с едой (и с собой): 5 важных советов нутрициолога

Как изменить пищевые привычки? Подглядываем советы у нутрициолога

Psychologies
Нарцисс и карьера: как излишнее самолюбование вредит работе Нарцисс и карьера: как излишнее самолюбование вредит работе

Чем опасен нарциссизм на рабочем месте

Psychologies
Дитя порока: на кого похожа и как живет единственная общая дочь фриков из скандальной группы Die Antwoord Дитя порока: на кого похожа и как живет единственная общая дочь фриков из скандальной группы Die Antwoord

Какой выросла Сикстин Джонс — дочь участников Die Antwoord

VOICE
Жизнь без партнера: возможно ли оставаться счастливыми — 3 мифа об одиночестве Жизнь без партнера: возможно ли оставаться счастливыми — 3 мифа об одиночестве

Как сохранять самоощущение, если мы почти потеряли надежду встретить партнера?

Psychologies
Парижские джунгли Парижские джунгли

Манера художника-самоучки Анри Руссо была далека от реализма

Вокруг света
Кто из домашних питомцев искренне любит хозяев, а кому плевать на человека? Кто из домашних питомцев искренне любит хозяев, а кому плевать на человека?

Ваша собака вас любит? Вероятнее всего, да. А кошка? А рыбка?

ТехИнсайдер
Неожиданно: бензопилы изначально были изобретены для оказания помощи при родах Неожиданно: бензопилы изначально были изобретены для оказания помощи при родах

Удивительно, но факт: в XVIII веке бензопилы использовались при родах

ТехИнсайдер
Открыть в приложении