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

Внуки лунохода Внуки лунохода

Экскурсия в инженерный центр беспилотных технологий «Яндекса»

Популярная механика
Простой секрет роскошных волос: почему тебе нужен пилинг кожи головы Простой секрет роскошных волос: почему тебе нужен пилинг кожи головы

От чего зависят здоровье и скорость роста волос? Верно, от состояния кожи головы

VOICE
Долгая счастливая жизнь Долгая счастливая жизнь

Старение – это естественно, но не нормально

Популярная механика
Царское это дело Царское это дело

Кем работали до замужества жены принцев и королей

Лиза
Вакуумный корабль Вакуумный корабль

Отличным грузовым транспортом могут стать дирижабли, наполненные вакуумом

ТехИнсайдер
«Начальник меня не хвалит»: многие специалисты готовы мириться с низкой зарплатой, если компания будет их ценить «Начальник меня не хвалит»: многие специалисты готовы мириться с низкой зарплатой, если компания будет их ценить

Почему руководство редко отмечает успехи сотрудников

VC.RU
«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 Королевство Бутан тайно хранило миллионы долларов в криптовалюте Как Королевство Бутан тайно хранило миллионы долларов в криптовалюте

Буддийское королевство тайно инвестировало миллионы долларов в криптовалюту

Forbes
Невымирающий вид Невымирающий вид

Lada Niva Travel – уже не пирожок, но все еще Niva

Популярная механика
В поиске потерянных лет жизни В поиске потерянных лет жизни

Факторы риска, которые ухудшают здоровье и реально сокращают жизнь

Здоровье
Коммерциализация — главный козырь любого университета Коммерциализация — главный козырь любого университета

Автобус для Арктики, удивительный бетон и модули для управления техникой

Наука
Плюс одна комната Плюс одна комната

Весна – лучшее время, чтобы превратить лоджию в полноценное жилое пространство

Лиза
В поисках ядерного буксира В поисках ядерного буксира

Почему ядерные корабли до сих пор не появились?

Популярная механика
А дома лучше: советские звезды, которые вернулись из эмиграции в Россию А дома лучше: советские звезды, которые вернулись из эмиграции в Россию

Как говорится, а в гостях хорошо, а дома - платят

VOICE
«Добрая дочь Витовта» «Добрая дочь Витовта»

Для средневековой истории ребёнок на престоле — практически гарантия смуты

Дилетант
Как выжить без стилиста, когда не соответствуешь модным стандартам? Как выжить без стилиста, когда не соответствуешь модным стандартам?

Мы все знаем про капсулу, но что делать, если у тебя нестандартный размер?

VOICE
Александр Долгих. Не знаете какие шины выбрать? Я вам помогу Александр Долгих. Не знаете какие шины выбрать? Я вам помогу

Что учесть, выбирая шины для автомобиля?

4x4 Club
Секс втроем: как мужчины и женщины относятся к популярной фантазии — ответ психоаналитика Секс втроем: как мужчины и женщины относятся к популярной фантазии — ответ психоаналитика

Правда ли только мужчины мечтают попробовать удовлетворить сразу двух партнеров?

Psychologies
10 страшных игр, в которые лучше не играть ночью 10 страшных игр, в которые лучше не играть ночью

На тот случай, если хочешь стать непосредственным участником ужастика

Maxim
Почему мы наказываем себя и как перестать это делать? Почему мы наказываем себя и как перестать это делать?

Всегда считаете себя виноватыми в любой ситуации?

Psychologies
Плохая дочь или нерадивая сестра: какими бывают семейные роли и как мы их играем Плохая дочь или нерадивая сестра: какими бывают семейные роли и как мы их играем

В романе «Роза» из небольших фрагментов памяти складывается сложный образ

Forbes
Разъяренные и опасные: как отомстить бывшему Разъяренные и опасные: как отомстить бывшему

После того, как вам изменили возникает понятное, хотя и неназываемое желание...

VOICE
Шеф-повара китайских ресторанов — о национальных вкусах и жизни в России Шеф-повара китайских ресторанов — о национальных вкусах и жизни в России

Насколько велика ментальная разница между жителями Поднебесной и россиянами

РБК
Внутренние перемены: как одежда влияет на самоощущение — повысьте уверенность в себе Внутренние перемены: как одежда влияет на самоощущение — повысьте уверенность в себе

Что на самом деле значат наряды, которые мы выбираем

Psychologies
Вся жизнь и игра Вся жизнь и игра

Как любовь к жизни сделала Бельмондо великим актером

Weekend
Сверхзвуковая Сверхзвуковая

Полина Гагарина умеет удивлять и не боится творческих экспериментов

VOICE
Рембрандт на вынос Рембрандт на вынос

«Портрет Якоба де Гейна III» — холст, которому принадлежит рекорд по похищениям

Дилетант
Про пчелиную кадриль и муравьиную демократию Про пчелиную кадриль и муравьиную демократию

Муравью важнее всего сила духа — и это отнюдь не метафора

Наука и жизнь
Цитрусовый помощник: 7 неожиданных способов использования апельсиновой корки на кухне Цитрусовый помощник: 7 неожиданных способов использования апельсиновой корки на кухне

Не спешите выбрасывать апельсиновую кожуру, она ещё может помочь вам в быту!

ТехИнсайдер
Под грифом “секретно” Под грифом “секретно”

Дмитрий Путылин расследует дело о потерянных кубиках

Men Today
Открыть в приложении