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

Виртуальный секс Виртуальный секс

«Популярная механика» протестировала первую в мире виртуальную любовницу

Популярная механика
Как понять, что вашему организму не хватает магния: 6 тревожных симптомов Как понять, что вашему организму не хватает магния: 6 тревожных симптомов

Давайте проверим, хватает ли магния вашему организму?

ТехИнсайдер
Вакуумный корабль Вакуумный корабль

Отличным грузовым транспортом могут стать дирижабли, наполненные вакуумом

ТехИнсайдер
Без зажимов и комплексов: 5 танцевальных практик для принятия себя и своего тела Без зажимов и комплексов: 5 танцевальных практик для принятия себя и своего тела

Как можно освободиться от этих зажимов? С помощью танца

Psychologies
Летящие над водой Летящие над водой

Одна из самых интересных технологий, переживающая настоящий ренессанс – фойлы

ТехИнсайдер
Семь вещей, которые раздражают нас в автомобиле Семь вещей, которые раздражают нас в автомобиле

Низкопрофильные шины, сенсорные панели и многое другое: что раздражает водителей

4x4 Club
«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
На тканях эпохи викингов обнаружили кармин и кермес На тканях эпохи викингов обнаружили кармин и кермес

Викинги использовали очень редкие пигменты для Северной Европы того времени

N+1
Интеллектуальная проходимость Интеллектуальная проходимость

Как электроника увеличивает внедорожные возможности машины

ТехИнсайдер
Огромный орган из-за инцеста? Удивительная история человека с самым длинным носом! Огромный орган из-за инцеста? Удивительная история человека с самым длинным носом!

В 18 веке один цирковой артист поражал жителей Англии своим огромным органом

ТехИнсайдер
Никогда такого не было Никогда такого не было

Самый большой неатомный ледокол России может крутиться на месте

Популярная механика
«Я умен, зол и завистлив»: почему пьесы Александра Островского востребованы сегодня «Я умен, зол и завистлив»: почему пьесы Александра Островского востребованы сегодня

Нина Шалимова рассказывает о феномене драматурга Островского

Forbes
Ядовитые реки, отравленные моря Ядовитые реки, отравленные моря

Катастрофы, угрожающие живым организмам, происходят довольно часто

Наука и жизнь
20 фактов о «Маленьком принце» 20 фактов о «Маленьком принце»

Краткая история самой переводимой повести в мире

Weekend
Два часа на «открытом воздухе» Два часа на «открытом воздухе»

«Бульдозерная» выставка — переломное событие в истории отечественного искусства

Дилетант
Эхо Большого взрыва Эхо Большого взрыва

Мы уже пережили бум метавселенных или все только начинается?

РБК
Как обустроить квартиру с помощью российских производителей Как обустроить квартиру с помощью российских производителей

Локальные товары, которые отвечают современным мебельным тенденциям

СНОБ
База отдыха База отдыха

Дизайнерский оздоровительный центр в Червии

SALON-Interior
Экспедиционный Volkswagen Amarok. В двух шагах от идеала Экспедиционный Volkswagen Amarok. В двух шагах от идеала

Volkswagen Amarok — идеальное средство для автономных путешествий

4x4 Club
Месть бывшего любовника жены! Мужчина умер из-за бомбы в подаренной стереосистеме Месть бывшего любовника жены! Мужчина умер из-за бомбы в подаренной стереосистеме

Преступник из ревности заложил взрывчатку в свадебный подарок

ТехИнсайдер
Топ 10 самых быстрых внедорожников Топ 10 самых быстрых внедорожников

Несмотря на всю свою снаряженную массу, эти внедорожники на удивление быстры

4x4 Club
Почему в России так популярны фильмы Marvel — мнение психолога Почему в России так популярны фильмы Marvel — мнение психолога

Что притягивает нас в супергеройских картинах?

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

Алиса Лобанова даже в трудных обстоятельствах находит новые возможности

OK!
Право на риск: с чем сталкиваются стартапы в российских судах Право на риск: с чем сталкиваются стартапы в российских судах

Риск является одним из признаков предпринимательской деятельности

Forbes
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
«Я хочу того, на что есть право у каждого человека»: каково это — быть аутистом «Я хочу того, на что есть право у каждого человека»: каково это — быть аутистом

Отрывок из книги «Искатели закономерностей» об аутизме

Psychologies
В Большом тихоокеанском мусорном пятне обжились прибрежные беспозвоночные В Большом тихоокеанском мусорном пятне обжились прибрежные беспозвоночные

Прибрежные беспозвоночные отлично освоились на плавающих кусках мусора

N+1
Культурный бег: совмещаем спорт и экскурсии в Санкт-Петербурге Культурный бег: совмещаем спорт и экскурсии в Санкт-Петербурге

Пять маршрутов Санкт-Петербурга для культурного бега

Maxim
12 блокбастеров, где тайно или явно замешаны библейские мотивы 12 блокбастеров, где тайно или явно замешаны библейские мотивы

12 христианских фильмов не таких, как все

Maxim
Своим умом: как развиваются китайские мобильные приложения и сервисы Своим умом: как развиваются китайские мобильные приложения и сервисы

Разбираемся, как устроен рынок китайского ПО для мобильных устройств

РБК
Открыть в приложении