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

Главный экспонат Главный экспонат

Автомобили, на которых люди станут ездить (и даже летать) в ближайшее время

ТехИнсайдер
Почему мюзикл «Призрак оперы» закрыли на Бродвее после 35 лет проката Почему мюзикл «Призрак оперы» закрыли на Бродвее после 35 лет проката

Чем мюзикл «Призрак оперы» запомнился миру и почему прекратил свое существование

СНОБ
Пиявки семидесятой широты Пиявки семидесятой широты

Что заставляет арктических червей темнеть

Наука
Темная сторона Древней Греции: о чем не рассказывают детям на уроках истории Темная сторона Древней Греции: о чем не рассказывают детям на уроках истории

Мало кто из нас обрадовался бы, оказавшись в Древней Греции

Maxim
Самолет комсомольцев Самолет комсомольцев

Уникальный авиационный проект, созданный комсомольцами и на деньги комсомола

Популярная механика
26 фактов, которые мужчины о себе не знают 26 фактов, которые мужчины о себе не знают

После этих откровений ты увидишь в зеркале совершенно другого человека

Maxim
«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
Продлить удовольствие: почему цикл жизни смартфонов в России увеличивается Продлить удовольствие: почему цикл жизни смартфонов в России увеличивается

Средний срок жизни мобильных устройств россиян вырос до 2,5-3 лет

Forbes
Как будущий американский самолет может доминировать в воздухе Как будущий американский самолет может доминировать в воздухе

Технологии стелс у российских Су-57, китайских J-20 и американских NGAD

Популярная механика
Игра на повышение Игра на повышение

Никита Ефремов и Софья Лебедева – о работе с Тэроном Эджертоном и счастье

Grazia
Новая дисциплина Новая дисциплина

Чемпионка мира, чемпионка Европы, призер Олимпийских игр – Евгения Медведева

Maxim
Красота спасет... жизнь: истории женщин, выживших в лагерях Красота спасет... жизнь: истории женщин, выживших в лагерях

Эти женщины смогли победить саму смерть, а главное - не предать себя

Караван историй
Мамонт: воскрешение Мамонт: воскрешение

Воссоздать мамонта и отправить его заселять Якутию

Популярная механика
Любовная переписка втайне от партнера: 6 возможных причин Любовная переписка втайне от партнера: 6 возможных причин

Порой обмен сообщениями выходит за рамки дружеского и профессионального общения

Psychologies
Aut Caesar, aut nihil Aut Caesar, aut nihil

У каждого из заговорщиков была личная причина невзлюбить Цезаря

Дилетант
Цифровые визитки: что это такое и как они работают Цифровые визитки: что это такое и как они работают

Что из себя представляют цифровые визитки, и каковы их сильные и слабые стороны

CHIP
«Оттягивать неизбежную катастрофу»: фрагмент из биографии Анастаса Микояна «Оттягивать неизбежную катастрофу»: фрагмент из биографии Анастаса Микояна

Отрывок из биографии советского политического деятеля Анастаса Микояна

СНОБ
Как отправить папку по электронной почте: несколько удобных способов Как отправить папку по электронной почте: несколько удобных способов

Как отправить по почте целую папку с файлами? Для этого есть несколько способов

CHIP
Физики создали в лаборатории черную дыру, которая немедленно начала расти Физики создали в лаборатории черную дыру, которая немедленно начала расти

Синтетический аналог черной дыры может рассказать нам кое-что

ТехИнсайдер
Родители думали, что 14-летняя Наташа стала жертвой киллера. Но она скрывалась у своего парня Родители думали, что 14-летняя Наташа стала жертвой киллера. Но она скрывалась у своего парня

Все считали, что девочка пострадала от рук киллера, но на суде открылась правда

ТехИнсайдер
Адаптация к потеплению: что не так с современной климатической повесткой Адаптация к потеплению: что не так с современной климатической повесткой

Предотвращение глобального потепления: «сначала маску на себя, потом на ребенка»

Forbes
Как с нами связаться Как с нами связаться

Что ж, ты его любишь, решено. Но как именно?

VOICE
«Наша задача — создавать выгодные и простые сервисы для клиентов «Наша задача — создавать выгодные и простые сервисы для клиентов

Какие технологии нужны розничным клиентам?

Деньги
«Нева это вообще для меня — кармическая история» «Нева это вообще для меня — кармическая история»

Алиса Лобанова даже в трудных обстоятельствах находит новые возможности

OK!
Церебральная оксиметрия не снизила риск тяжелых поражений ЦНС у недоношенных детей Церебральная оксиметрия не снизила риск тяжелых поражений ЦНС у недоношенных детей

Мониторинг оксигенации головного мозга не снизил риск гибели мозга у детей

N+1
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
Профессия мечты: чем занимается дегустатор — и почему не каждый может им стать Профессия мечты: чем занимается дегустатор — и почему не каждый может им стать

В чем заключается профессия дегустатора? Каких навыков она требует?

Psychologies
Африканские пингвины за тысячелетия научились Африканские пингвины за тысячелетия научились

Как африканские пингвины приспосабливаются к новым условиям жизни?

ТехИнсайдер
В России снова начались продажи машин Iran Khodro. Цены и подробности В России снова начались продажи машин Iran Khodro. Цены и подробности

Первые продажи иранских машин по параллельному импорту стартовали в России

РБК
«Я почувствовала, что теперь это мой ребенок»: как стать хорошей мачехой «Я почувствовала, что теперь это мой ребенок»: как стать хорошей мачехой

Отрывок из книги «Моя Лола. Записки мать-и-мачехи»

Psychologies
Открыть в приложении