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

20 вещей, которые могут тебе пригодиться в постели 20 вещей, которые могут тебе пригодиться в постели

Объекты и явления, при помощи которых твой секс будет еще великолепнее

Maxim
В Китае раскопали колесницы I тысячелетия до нашей эры с запряженными лошадьми В Китае раскопали колесницы I тысячелетия до нашей эры с запряженными лошадьми

В провинции Ганьсу обнаружили необычную яму, в которой находились пять колесниц

N+1
Убийственный «гипер» Убийственный «гипер»

Все об аэродинамике самого перспективного оружия

Популярная механика
Не для красоты: почему раньше мужчины носили пышные парики Не для красоты: почему раньше мужчины носили пышные парики

Целый век аллонжи были в моде, но надевали их далеко не для сокрытия лысины...

ТехИнсайдер
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
Девять фактов о самом крепком и самом странном алкоголе в мире — «китайской водке» — байцзю Девять фактов о самом крепком и самом странном алкоголе в мире — «китайской водке» — байцзю

Как производится байцзю — главный дистиллят Поднебесной?

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
Как проходили студенческие годы Олега Табакова Как проходили студенческие годы Олега Табакова

Отрывок из биографии актера и режиссера Олега Табакова

СНОБ
Не рокот космодрома Не рокот космодрома

Как и зачем строят космодромы

Популярная механика
Заработать на журналистике и победить кликбейт и фейки: как работает Substack Заработать на журналистике и победить кликбейт и фейки: как работает Substack

Как устроен Substack и стоит ли становиться его автором или инвестором?

Forbes
Гора серебряная Гора серебряная

Как добывают благородные металлы

Популярная механика
Идеальное фото на паспорт — это реально: рабочие советы, как хорошо выглядеть на фото в документах Идеальное фото на паспорт — это реально: рабочие советы, как хорошо выглядеть на фото в документах

Фото на документы и красивый кадр — совместимы ли эти две вещи?

ТехИнсайдер
Полуподводный флот Полуподводный флот

Полупогружные транспортные суда: новое для российского судостроения направление

ТехИнсайдер
Николай Цискаридзе: «Балет — это каторга в цветах» Николай Цискаридзе: «Балет — это каторга в цветах»

Николай Цискаридзе дал интервью в год 285-летия старейшей балетной школы мира

Караван историй
Новое начало Новое начало

Если вы хотите начать долгосрочные изменения, попробуйте простую практику

Yoga Journal
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
Буллинг на работе Буллинг на работе

Что делать, если ты столкнулась с травлей в коллективе

Лиза
Почему уменьшается Меркурий и существует ли атмосфера у этой планеты: неожиданные факты, которые удивят даже астрономов Почему уменьшается Меркурий и существует ли атмосфера у этой планеты: неожиданные факты, которые удивят даже астрономов

Невероятные факты про атмосферу загадочного Меркурия

ТехИнсайдер
Грубиян, выйди вон: 5 вещей, за которые давно пора начать удалять из коллективных чатов Грубиян, выйди вон: 5 вещей, за которые давно пора начать удалять из коллективных чатов

Эти вещи убивают атмосферу группового онлайн-общения

VOICE
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
Семь невероятных пивных состязаний: даже не пытайся это повторить! Семь невероятных пивных состязаний: даже не пытайся это повторить!

Были бы фантазия и пиво, а соревнования придумаются сами собой!

Maxim
«Все чувствуют себя в безопасности»: 5 принципов здоровой семьи — простой чек-лист «Все чувствуют себя в безопасности»: 5 принципов здоровой семьи — простой чек-лист

Пять основных характеристик семьи, которую можно назвать счастливой

Psychologies
Тренер по сну: как выручить 22 млн рублей на обучающих полезным привычкам ботах Тренер по сну: как выручить 22 млн рублей на обучающих полезным привычкам ботах

Артем Журавлев и Степан Солоднев разработали чат-бота в Telegram «Слипи»

Forbes
25 коротких фактов вокруг фильмов «Рокки Бальбоа»: сценарий за несколько дней, статуя герою и выбитые пальцы 25 коротких фактов вокруг фильмов «Рокки Бальбоа»: сценарий за несколько дней, статуя герою и выбитые пальцы

Все, что нужно знать о фильме, перевернувшем карьеру Сильвестра Сталлоне

Maxim
«Длинная тень прошлого» «Длинная тень прошлого»

Как память о поражении в войне трансформируется в героический нарратив

N+1
«Что ты с собой сделала»: с какими стереотипами сталкиваются женщины с татуировками «Что ты с собой сделала»: с какими стереотипами сталкиваются женщины с татуировками

Почему тату у женщин — это нормально?

Forbes
Пластиковая филантропия: как финансист хочет привлечь в благотворительность миллиарды Пластиковая филантропия: как финансист хочет привлечь в благотворительность миллиарды

Политику мы проиграли, я не хочу, чтобы мы проиграли еще и народ

Forbes
Привычка расставаться: 9 признаков избегающего типа привязанности Привычка расставаться: 9 признаков избегающего типа привязанности

Вы обладаете избегающим типом привязанности? Прочитайте про него

Psychologies
Рыжеволосые ведьмы и левши-злодеи: как рождались предрассудки о внешности Рыжеволосые ведьмы и левши-злодеи: как рождались предрассудки о внешности

Некоторые из этих опасных стереотипов забылись не полностью

Вокруг света
Налоговый чекап: почему он важен и нужен для каждой компании Налоговый чекап: почему он важен и нужен для каждой компании

Что такое налоговой чекап?

Inc.
Открыть в приложении