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

Собираясь к Ганимеду Собираясь к Ганимеду

Европейское космическое агентство готовится к запуску зонда в систему Юпитера

Популярная механика
Музыкальная пауза: история хита Barbie Girl датской группы Aqua Музыкальная пауза: история хита Barbie Girl датской группы Aqua

Barbie Girl: история создания хита и скандал с Mattel

Правила жизни
Мы выбираем друг друга не случайно Мы выбираем друг друга не случайно

Выбор партнера предопределен всем предшествующим ходом нашей жизни

Psychologies
Искусственный интеллект в горном деле: как дроны и роботы помогают нам искать полезные ископаемые Искусственный интеллект в горном деле: как дроны и роботы помогают нам искать полезные ископаемые

На наших глазах роботы кардинально меняют облик горнодобывающей индустрии.

ТехИнсайдер
Долгая счастливая жизнь Долгая счастливая жизнь

Старение – это естественно, но не нормально

Популярная механика
Какие права на квадроцикл нужны и можно ли ездить без прав Какие права на квадроцикл нужны и можно ли ездить без прав

Нужны ли права для управления квадроциклом и как их получить?

РБК
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
Творенья генья: как небольшое африканское племя придумало уникальный способ ловли рыбы Творенья генья: как небольшое африканское племя придумало уникальный способ ловли рыбы

Жители деревни Вагенья добывают пропитание особым методом

Вокруг света
«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
Вдова бургомистра и комиссар поневоле: первые женщины, управлявшие городами Вдова бургомистра и комиссар поневоле: первые женщины, управлявшие городами

Они доказали, что женщины могут справиться и с управлением целым городом

Forbes
Переиграть Китай в зеленых технологиях будет сложно Переиграть Китай в зеленых технологиях будет сложно

Европа нацелилась на вытеснение КНР с позиций в производстве зеленых технологий

Эксперт
Деревья помнят: как историки засекли викингов в Америке и поможет ли это добраться до фараонов? Деревья помнят: как историки засекли викингов в Америке и поможет ли это добраться до фараонов?

Устанавливать даты можно не только по письменным источникам

Вокруг света
Водородный разворот Водородный разворот

Как устроена водородная энергетика и чем «водоробус» лучше электробуса

Популярная механика
Они так общаются и узнают друг друга: у осьминогов нашли аналог отпечатков пальцев Они так общаются и узнают друг друга: у осьминогов нашли аналог отпечатков пальцев

Стало понятно, зачем моллюскам затейливый узор на теле

Вокруг света
Почему мы так плохо помним наше детство? Почему мы так плохо помним наше детство?

Почему у большинства людей нет никаких воспоминаний о первых 3-4 годах жизни

Популярная механика
Как вы яхту назовёте... Как вы яхту назовёте...

Тест-драйв внедорожника Tank 300 в Хакасии

Robb Report
«Я умен, зол и завистлив»: почему пьесы Александра Островского востребованы сегодня «Я умен, зол и завистлив»: почему пьесы Александра Островского востребованы сегодня

Нина Шалимова рассказывает о феномене драматурга Островского

Forbes
Что есть, чтобы похудеть Что есть, чтобы похудеть

Как стоит питаться, чтобы тренировки приносили наибольший эффект фигуре

Лиза
Здесь русский дух Здесь русский дух

В 2023 году Псков отмечает очередной юбилей — 1120-й день рождения

Лиза
Почему подкова считается символом удачи? Почему подкова считается символом удачи?

Немногие талисманы на удачу так же узнаваемы, как подкова!

ТехИнсайдер
Максимализм минимализма Максимализм минимализма

«Город Устинов»: в поисках благодарного зрителя

Weekend
9 причин, почему хорошие девочки влюбляются в плохих парней 9 причин, почему хорошие девочки влюбляются в плохих парней

Почему девушки нередко выбирают себе в партнеры «плохих парней»

Psychologies
Из чего складывается конструктивизм Из чего складывается конструктивизм

Конструктивизм представил миру множество новаторских идей

Правила жизни
Снова запутались волосы? Возможно у вас генетическое заболевание, известное как синдром нерасчесываемых волос Снова запутались волосы? Возможно у вас генетическое заболевание, известное как синдром нерасчесываемых волос

Почему волосы путаются?

ТехИнсайдер
Ревность: полезна или вредна для отношений — разбор с психологами Ревность: полезна или вредна для отношений — разбор с психологами

Представляем исследование этой страсти, которую так часто презирают

Psychologies
«Дьявол не хочет, чтобы мы снимали»: как были прокляты создатели фильма «Омен» «Дьявол не хочет, чтобы мы снимали»: как были прокляты создатели фильма «Омен»

Все началось, когда менеджер по рекламе Боб Мангер обратился к продюсеру

VOICE
Зеленая эпоха уходит Зеленая эпоха уходит

Все больше стран отказываются от доллара в пользу национальных валют

Эксперт
Весёлые наклейки концептов доказывают, что у Jeep всё ещё есть чувство юмора Весёлые наклейки концептов доказывают, что у Jeep всё ещё есть чувство юмора

Дизайнер экстерьера Jeep разгуливает с целым портфелем забавных наклеек

4x4 Club
Почему жертв кибермошенников не становится меньше Почему жертв кибермошенников не становится меньше

Каждый второй россиянин хоть раз становился жертвой кибермошенников. Почему?

Forbes
Хладнокровная любовь Хладнокровная любовь

Отправляясь в апрельский лес, я не помышлял ни о какой свадьбе

Наука и жизнь
Открыть в приложении