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

Вторые на Луне Вторые на Луне

Как продвигается работа над космической программой Artemis?

ТехИнсайдер
Апология Мадонны. Свобода, шок и политика в песнях суперзвезды Апология Мадонны. Свобода, шок и политика в песнях суперзвезды

Мадонна — суперзвезда вот уже 40 лет. Ее рекорды все еще не побиты

СНОБ
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
Четыре с половиной проблемы электромобилей: анализируем личный опыт в Норвегии Четыре с половиной проблемы электромобилей: анализируем личный опыт в Норвегии

С какими сложностями сталкиваются владельцы электромобилей?

CHIP
Летящие над водой Летящие над водой

Одна из самых интересных технологий, переживающая настоящий ренессанс – фойлы

ТехИнсайдер
Дмитрий Храбров: «Задачу еврозамещения можно считать выполненной» Дмитрий Храбров: «Задачу еврозамещения можно считать выполненной»

Какие вызовы ждут российскую электротехническую отрасль?

РБК
«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
Jeep Compass. Жизнь в стиле Grand Cherokee Jeep Compass. Жизнь в стиле Grand Cherokee

Jeep Compass, чтобы плыть дальше, чистит себя под Jeep Grand Cherokee

4x4 Club
Одомашнивание: новый цикл Одомашнивание: новый цикл

До конца нынешнего десятилетия произойдет очередная революция

Популярная механика
Аглая Шиловская: «Семья в ряду моих ценностей всегда на первом месте» Аглая Шиловская: «Семья в ряду моих ценностей всегда на первом месте»

Аглая Шиловская рассказала о секретах своей красоты, здоровья и оптимизма

Здоровье
Поля морей Поля морей

Новые технологии сельского хозяйства: фермы в океане

Популярная механика
Приручение скорости Приручение скорости

Национальные и мировые рекорды в автогонках на льду Байкала

Robb Report
Слайд-шоу Слайд-шоу

Космические корабли, инновационные мотоциклы и складные дома

ТехИнсайдер
Логинов Логинов

Самый востребованный и титулованный российский предметный дизайнер Дима Логинов

Собака.ru
Подельники Подельники

Девять (помимо Брута) самых интересных заговорщиков против Цезаря

Дилетант
Как научиться кататься на велосипеде, если вы очень боитесь: этот простой способ помог многим Как научиться кататься на велосипеде, если вы очень боитесь: этот простой способ помог многим

Учимся кататься на велосипеде!

ТехИнсайдер
Влюбиться в нейросеть: 5 историй, в которые трудно поверить Влюбиться в нейросеть: 5 историй, в которые трудно поверить

Это должно было случиться: люди стали влюбляться в виртуальных персонажей

CHIP
Это нужно знать: как стресс влияет на организм человека? Это нужно знать: как стресс влияет на организм человека?

Как стресс сказывается на отдельных внутренних органах?

ТехИнсайдер
Средневековые гренландские скандинавы импортировали древесину с северо-востока Северной Америки Средневековые гренландские скандинавы импортировали древесину с северо-востока Северной Америки

По крайней мере часть древесины поступала в Гренландию в виде импорта

N+1
A Complete Unknown. Как менялся Боб Дилан A Complete Unknown. Как менялся Боб Дилан

Кто такой Боб Дилан и как менялась его музыка

СНОБ
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
Снотворное понизило содержание тау-белка и бета-амилоида в ликворе здоровых людей Снотворное понизило содержание тау-белка и бета-амилоида в ликворе здоровых людей

Прием снотворного может снижать уровень ключевых белков болезни Альцгеймера

N+1
Антицеллюлитный массаж: как скорректировать фигуру без вреда для здоровья Антицеллюлитный массаж: как скорректировать фигуру без вреда для здоровья

Как антицеллюлитный массаж может сделать кожу гладкой и можно ли делать его дома

РБК
Самый простой способ обмениваться файлами между смартфоном Android и ПК Самый простой способ обмениваться файлами между смартфоном Android и ПК

Как отправлять и получать файлы между ПК и смартфоном Android напрямую

CHIP
Жители южного побережья Каспия променяли газелей и тюленей на коз и овец уже в VIII тысячелетии до нашей эры Жители южного побережья Каспия променяли газелей и тюленей на коз и овец уже в VIII тысячелетии до нашей эры

Начиная с раннего неолита, обитатели этой стоянки перешли к выращиванию коз

N+1
Это не хлам: 10 советских вещей, которые не стоит выбрасывать Это не хлам: 10 советских вещей, которые не стоит выбрасывать

Эти 10 вещей из прошлого точно следует оставить — они ещё пригодятся вам!

ТехИнсайдер
Из чего складывается конструктивизм Из чего складывается конструктивизм

Конструктивизм представил миру множество новаторских идей

Правила жизни
Капиталист в стране коммунистов. Каким получился «Тетрис» с Никитой Ефремовым? Капиталист в стране коммунистов. Каким получился «Тетрис» с Никитой Ефремовым?

«Тетрис»: учдачно ли сложился американский паззл в коммунистических декорациях

Правила жизни
«Карело-финские мифы» «Карело-финские мифы»

От «Калевалы» и птицы-демиурга до чуди и саамов

N+1
Беспорядочный порядок Беспорядочный порядок

Россией правил не император, а столоначальники

Дилетант
Открыть в приложении