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
Смерть мужа, помолвка с магом и неизлечимая болезнь: крутые виражи в жизни звезды бразильских сериалов Сузаны Виейры Смерть мужа, помолвка с магом и неизлечимая болезнь: крутые виражи в жизни звезды бразильских сериалов Сузаны Виейры

Сузана Виейра была одной из главных икон бразильских сериалов

VOICE
В ожидании космического отпуска В ожидании космического отпуска

Самые реальные варианты космического туризма

Популярная механика
Погружение с первых страниц: 5 романов с увлекательным сюжетом, которые стоит прочесть Погружение с первых страниц: 5 романов с увлекательным сюжетом, которые стоит прочесть

Рассказываем о книгах, от которых трудно оторваться до самой последней страницы

ТехИнсайдер
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
Дуракам счастье: история Тимоти Декстера — человека, разбогатевшего благодаря глупым поступкам. Или нет Дуракам счастье: история Тимоти Декстера — человека, разбогатевшего благодаря глупым поступкам. Или нет

Тимоти Декстер вошел в историю как глупый, но очень удачливый предприниматель

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
Для детей учитель-робот будет не хуже человека? Есть важный нюанс! Для детей учитель-робот будет не хуже человека? Есть важный нюанс!

Есть ли у учителей-роботов преимущества перед людьми?

ТехИнсайдер
Окнами в лес Окнами в лес

Интерьер оформлен так, чтобы поддерживать эффект единения с природой

Идеи Вашего Дома
Эффект губной помады: зачем сегодня покупают антиквариат и ювелирные украшения Эффект губной помады: зачем сегодня покупают антиквариат и ювелирные украшения

Какое искусство сейчас в цене?

Forbes
Ледниковые прерии Ледниковые прерии

Что погубило тундростепь и мамонтовую фауну?

Вокруг света
Сохранить свое: как переписать имущество Сохранить свое: как переписать имущество

Что нужно знать о том, как сохранить свое имущество сегодня?

Forbes
Мы из будущего Мы из будущего

«Белая Вежа» — один из самых интересных научных центров

ТехИнсайдер
«Мне надоело быть даже условным клоуном»: как художники передают свои идеи через цвет «Мне надоело быть даже условным клоуном»: как художники передают свои идеи через цвет

Работы художников, для которых цвет служит важным средством выразительности

Forbes
Краткая история времени Краткая история времени

От Большого взрыва до черных дыр

kiozk originals
Почему диеты не работают: 3 причины — объяснение клинического психолога Почему диеты не работают: 3 причины — объяснение клинического психолога

Почему диеты заканчиваются срывами, а с сброшенные килограммы возвращаются снова

Psychologies
Витамин D: почему он так важен и как не пропустить его дефицит — советы нутрициолога Витамин D: почему он так важен и как не пропустить его дефицит — советы нутрициолога

Все, что вам необходимо знать о витамине D

Psychologies
Внутри метеоритов скрываются редчайшие данные, которые энтузиасты уничтожают, сами того не желая Внутри метеоритов скрываются редчайшие данные, которые энтузиасты уничтожают, сами того не желая

Использование редкоземельных магнитов стирает и перезаписывает магнитную запись

ТехИнсайдер
Правила жизни Фила Найта Правила жизни Фила Найта

Фил Найт: бизнесмен, сооснователь компании Nike

Правила жизни
Как секс-торговцы в США использовали семейное приложение для слежки за жертвами Как секс-торговцы в США использовали семейное приложение для слежки за жертвами

Life360 использовалось в качестве цифрового «поводка» в секс-торговле

Forbes
Кружок по выживанию Кружок по выживанию

Что делать, если коллега пытается сделать всё, чтобы ты лишилась работы?

VOICE
«Не отступать от цели, не обвинять всех вокруг и не жалеть себя»: как попасть в список Forbes «Не отступать от цели, не обвинять всех вокруг и не жалеть себя»: как попасть в список Forbes

Какими качествами необходимо обладать, чтобы попасть в список богатейших

Psychologies
Почему мы не отдыхаем и как делать это правильно: чек-лист от психолога Почему мы не отдыхаем и как делать это правильно: чек-лист от психолога

Почему мы так склонны отказывать себе в отдыхе?

Psychologies
Это не хлам: 10 советских вещей, которые не стоит выбрасывать Это не хлам: 10 советских вещей, которые не стоит выбрасывать

Эти 10 вещей из прошлого точно следует оставить — они ещё пригодятся вам!

ТехИнсайдер
Между быком и леопардом Между быком и леопардом

Находка, не укладывающаяся в представления об истории цивилизации

Наука
В 64 миллиона раз нейробиологи увеличили разрешение МРТ-снимков мозга В 64 миллиона раз нейробиологи увеличили разрешение МРТ-снимков мозга

Нейробиологи радикально повысили разрешение МРТ

ТехИнсайдер
Узнайте интересные факты о легендарной франшизе «Терминатор» Узнайте интересные факты о легендарной франшизе «Терминатор»

«Терминатор" до сих пор может поразить своими содержанием и историей создания

ТехИнсайдер
Настоящее преступление: как жанр тру-крайм покорил мир и привел маньяков на экраны Настоящее преступление: как жанр тру-крайм покорил мир и привел маньяков на экраны

За что критикуют «диванных расследователей» и почему тру-крайм нравится женщинам

Forbes
Эффект плато Эффект плато

6 причин, из-за которых вес стоит на месте, и как это исправить

Лиза
Десятки миллиардов в биотех Десятки миллиардов в биотех

«Рустарк» масштабирует глубокую переработку кукурузы

Агроинвестор
Открыть в приложении