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

100 самых сексуальных женщин страны 100 самых сексуальных женщин страны

Сто самых красивых женщин страны заждались тебя

Maxim
Твоя интуиция: как ее развить и правильно использовать Твоя интуиция: как ее развить и правильно использовать

Интуицию называют внутренним чутьем, связью с космосом

VOICE
Немирное «земледелие» Немирное «земледелие»

Как работает система залпового минирования

Популярная механика
Как на самом деле женщины и мужчины относятся к браку: ожидания, страхи и приоритеты — объяснение психологов Как на самом деле женщины и мужчины относятся к браку: ожидания, страхи и приоритеты — объяснение психологов

Почему даже счастливые браки рушатся из-за досадного недопонимания?

Psychologies
«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
«Я буду твоим цензором!» «Я буду твоим цензором!»

Эпоха Николая I — время закручивания цензурных гаек

Дилетант
Летящие над водой Летящие над водой

Одна из самых интересных технологий, переживающая настоящий ренессанс – фойлы

ТехИнсайдер
Мозг одиноких людей воспринимает мир иначе. А у вас так? Мозг одиноких людей воспринимает мир иначе. А у вас так?

Как связаны чувство одиночества и восприятие мира?

ТехИнсайдер
Цикличность большого взрыва Цикличность большого взрыва

Каков физический механизм Большого взрыва?

Наука и жизнь
5 типов токсичных родителей: как исправить отношения — психологический разбор 5 типов токсичных родителей: как исправить отношения — психологический разбор

Пять типов токсичных матерей и отцов и способы пересмотреть отношения с ними

Psychologies
Кибератака Кибератака

Как устроен Tesla Cybertruck и зачем он нужен

Автопилот
Как кроссовки Nike Cortez рассорили американцев с японцами и покорили гангстеров Как кроссовки Nike Cortez рассорили американцев с японцами и покорили гангстеров

«Кортезы» — пара, которая помогла Форресту Гампу пересечь страну пешком

Правила жизни
Кодекс поведения робота Кодекс поведения робота

В чем заключаются ключевые проблемы взаимодействия человека и ИИ

Популярная механика
Фокус удался Фокус удался

Leica снова выпускает плёночный фотоаппарат

Robb Report
«Добрая дочь Витовта» «Добрая дочь Витовта»

Для средневековой истории ребёнок на престоле — практически гарантия смуты

Дилетант
Нейроны гребневика ломают представления об эволюции нервной системы Нейроны гребневика ломают представления об эволюции нервной системы

Гребневик — первый многоклеточный организм. У него все не так, как у остальных

ТехИнсайдер
Ученые сделали 3D-принтер из LEGO для печати кожи. Поразительно! Ученые сделали 3D-принтер из LEGO для печати кожи. Поразительно!

Машина из детского конструктора способна воспроизводить медицинские изделия

ТехИнсайдер
Как модники полюбили «некрасивые» беговые кроссовки — и на какие бренды обратить внимание Как модники полюбили «некрасивые» беговые кроссовки — и на какие бренды обратить внимание

Как утилитарные спортивные модели стали актуальными не только на беговом треке?

Правила жизни
Ветрянка у детей Ветрянка у детей

Как справиться с ветрянкой?

Лиза
Читать нельзя выкинуть: зачем старые книги отдают в приюты и кто дает им новую жизнь Читать нельзя выкинуть: зачем старые книги отдают в приюты и кто дает им новую жизнь

Как активисты дают вторую жизнь старым книгам

Forbes
Леонардо Ди Каприо. «Боль временна, а фильм — навсегда» Леонардо Ди Каприо. «Боль временна, а фильм — навсегда»

Леонардо Ди Каприо устремлен к звездам, но для того, чтобы поймать луну

Караван историй
Невидимая и такая же опасная: как заметить эмоциональную измену Невидимая и такая же опасная: как заметить эмоциональную измену

Почему возникает эмоциональная измена и как ее распознать?

VOICE
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
Как заниженная самооценка влияет на отношения: 10 негативных последствий Как заниженная самооценка влияет на отношения: 10 негативных последствий

С какими же проблемами можно столкнуться, имея заниженную самооценку?

Psychologies
«Будь здоров!»: 16 элементов психического и эмоционального здоровья — чек-лист психоаналитика «Будь здоров!»: 16 элементов психического и эмоционального здоровья — чек-лист психоаналитика

Из чего складывается психическое здоровье?

Psychologies
Как обустроить квартиру с помощью российских производителей Как обустроить квартиру с помощью российских производителей

Локальные товары, которые отвечают современным мебельным тенденциям

СНОБ
Как выбрать хороший кагор и почему его пьют на Пасху? Как выбрать хороший кагор и почему его пьют на Пасху?

Что такое кагор и почему его любит старшее поколение?

Maxim
Машинное обучение не даст таракану-киборгу сидеть на месте Машинное обучение не даст таракану-киборгу сидеть на месте

Алгоритм уменьшает время простоя таракана на 78 процентов

N+1
Смертоносные тренинги: как псевдопсихологи заманивают в секты и доводят учеников до самоубийства Смертоносные тренинги: как псевдопсихологи заманивают в секты и доводят учеников до самоубийства

Что же это за смертоносные тренинги и почему люди идут туда за помощью

Psychologies
Мировой отец! Донор спермы в Нидерландах врал в опросах и стал отцом 550 детей за 16 лет Мировой отец! Донор спермы в Нидерландах врал в опросах и стал отцом 550 детей за 16 лет

Донор не должен быть отцом более 25 детей, но один мужчина обошел это условие

ТехИнсайдер
Открыть в приложении