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

Компьютерный мозг Компьютерный мозг

Как работают настоящие нейроморфные микросхемы

Популярная механика
ChatGPT пока знает бухгалтерский учет в два раза хуже, чем студенты ChatGPT пока знает бухгалтерский учет в два раза хуже, чем студенты

Как ChatGPT справится с экзаменами на бухгалтера?

ТехИнсайдер
Долгая счастливая жизнь Долгая счастливая жизнь

Старение – это естественно, но не нормально

Популярная механика
Вернуть награбленное: почему Эрмитаж не отдает сокровища музеям Германии Вернуть награбленное: почему Эрмитаж не отдает сокровища музеям Германии

Отрывок из книги «Культура как скандал. Из истории Эрмитажа»

Forbes
В ожидании космического отпуска В ожидании космического отпуска

Самые реальные варианты космического туризма

Популярная механика
За красными занавесками. Как снимали Твин Пикс За красными занавесками. Как снимали Твин Пикс

«Твин Пикс»: что осталось за кадром?

СНОБ
«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
Смотри и слушай. На что нужно обращать внимание при осмотре внедорожника с пробегом Смотри и слушай. На что нужно обращать внимание при осмотре внедорожника с пробегом

Универсальный набор рекомендаций, который поможет провести осмотр бэушки

4x4 Club
«На казенный счет изгонял бога из природы» «На казенный счет изгонял бога из природы»

Климент Тимирязев раскрыл тайну фотосинтеза и изобретал теплицу

Наука
Александр Балуев: «Неважно, это любовь на всю жизнь или что-то мимолетное» Александр Балуев: «Неважно, это любовь на всю жизнь или что-то мимолетное»

Ощутил фантастическую нечеловеческую силу мысли, глядя на космический корабль

Коллекция. Караван историй
Анна Плетнева Анна Плетнева

Певица уверяет, что она заколдованная и выигрывает всегда у всех мужчин!

Playboy
6 продуктов, от которых советуют отказаться нейробиологи для здоровья мозга 6 продуктов, от которых советуют отказаться нейробиологи для здоровья мозга

Наши пищевые привычки также играют большую роль в здоровье мозга

ТехИнсайдер
Микробы от похмелья Микробы от похмелья

Бактерии, которые способны утилизировать алкогольный токсин в кишечнике

Популярная механика
Электрические и магнитные свойства нейтрона измерили по отдельности Электрические и магнитные свойства нейтрона измерили по отдельности

Об измерении электрического и магнитного форм-факторов нейтрона по отдельности

N+1
Мультиколорные зумеры Мультиколорные зумеры

На рынок приходят новые потребители, и производителям предстоит с ними работать

Монокль
Наноколебания помогли разглядеть резистентных бактерий под микроскопом Наноколебания помогли разглядеть резистентных бактерий под микроскопом

Оценить чувствительность к антибиотикам по нанодвижениям можно всего за два часа

N+1
7 приемов биохакеров: как продлить жизнь с помощью правильных привычек 7 приемов биохакеров: как продлить жизнь с помощью правильных привычек

Что из себя представляет биохакинг?

Правила жизни
Renault Arkana. Поедем в купе Renault Arkana. Поедем в купе

Arkana: Уникальный проект от Renault

4x4 Club
«Узнаю характер по костям»: чем привлекательна профессия антрополога и как ее получить «Узнаю характер по костям»: чем привлекательна профессия антрополога и как ее получить

Антропологи отличаются добротой и любовью к людям в целом и по частям

Вокруг света
Почему пассажирские самолеты летают на высоте 10 километров? Почему пассажирские самолеты летают на высоте 10 километров?

Откуда в гражданской авиации взялась планка 10 километров?

ТехИнсайдер
Пальчики оближешь! 5 оригинальных и очень вкусных маринадов для шашлыка Пальчики оближешь! 5 оригинальных и очень вкусных маринадов для шашлыка

Мы собрали подборку лучших маринадов для шашлыка — выбирайте любой!

ТехИнсайдер
Механизм систематизации: как склад ума аутистов делает из них хороших изобретателей Механизм систематизации: как склад ума аутистов делает из них хороших изобретателей

Глава из книги «Искатели закономерностей» Саймона Барона-Коэна

Forbes
Jaguar, Range Rover и Defender дистанцируются от Land Rover Jaguar, Range Rover и Defender дистанцируются от Land Rover

Кажется пришло время попрощаться со старым добрым Land Rover

4x4 Club
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
Какое минимальное количество органов необходимо человеческому организму, чтобы жить? Какое минимальное количество органов необходимо человеческому организму, чтобы жить?

Без аппендикса можно жить, но есть другие органы, без которых можно обойтись

ТехИнсайдер
12 вопросов врачу, которые помогут предупредить или выявить онкозаболевание 12 вопросов врачу, которые помогут предупредить или выявить онкозаболевание

Что такое онконастороженность?

Psychologies
5 самых захватывающих фэнтези-детективов 5 самых захватывающих фэнтези-детективов

Существуют ли увлекательные истории на стыке фэнтези и детективов?

Maxim
Художник Лариса Ломакина — о работе с Богомоловым, дедлайнах и адреналине Художник Лариса Ломакина — о работе с Богомоловым, дедлайнах и адреналине

Интервью с художником-постановщиком Ларисой Ломакиной

РБК
«Я буду твоим цензором!» «Я буду твоим цензором!»

Эпоха Николая I — время закручивания цензурных гаек

Дилетант
7 потрясающих новых сериалов, о которых мало кто знает 7 потрясающих новых сериалов, о которых мало кто знает

Сериалы, которые не уступят в увлекательности «Мандалорцу» и «Одним из нас»

Maxim
Открыть в приложении