Как NASA собирается уничтожить МКС
Американский научный обозреватель Меган Бартельс в статье для журнала Scientific American рассмотрела варианты выведения Международной космической станции из эксплуатации. Naked Science перевел ее статью для русскоязычной аудитории.
Международная космическая станция, размером превышающая футбольное поле и весом почти 450 тонн, через некоторое время должна быть возвращена на Землю. Процесс это непростой и опасный.
В течение почти четверти века на МКС постоянно присутствовали астронавты, проводили научные эксперименты, она была главным и любимым бастионом человечества в космосе. Но, несмотря на успех проекта, дни МКС сочтены.
В ближайшие месяцы NASA займется рассмотрением коммерческих предложений по аппаратам, способным вывести станцию из эксплуатации, то есть безопасно спустить ее в атмосферу Земли, чтобы она там сгорела. Агентство заявило, что готово заплатить за эту услугу почти миллиард долларов, дабы не полагаться на российскую технику. Драматический финал запланирован на начало следующего десятилетия, но уже стал щекотливым вопросом для аэрокосмической инженерии и международных отношений.
«МКС — это важнейший символ международного мирного сотрудничества. В области мирного сотрудничества, я думаю, многие охарактеризовали бы ее как крупнейший проект, когда-либо начатый в истории человечества», — заявила Майя Кросс, политолог из Северо-Восточного университета
В программе МКС также участвуют Канада, Япония и европейские страны, но в основном это детище США и России, одна из немногих областей устойчивого партнерства двух этих стран на протяжении десятилетий сложных отношений. Первые модули — один из США, другой из России — были выведены на орбиту в конце 1998 года. А первый экипаж — один астронавт и два космонавта — обосновался там в ноябре 2000-го. С тех пор МКС постоянно обитаема и намного превысила изначально планировавшийся 15-летний срок службы.
Но ничто не вечно под луной. «Очень не хочется, чтобы она прекратила свое существование, и жаль, что она будет отправлена в отставку, однако непрактично держать ее на орбите неограниченный срок», — отметил Джордж Нилд, президент компании Commercial Space Technologies и бывший член Консультативной группы по аэрокосмической безопасности NASA — комитета, который призвал космическое агентство США как можно скорее разработать стратегию на случай окончания эксплуатации МКС.
Дальнейшая судьба лаборатории связана с ее расположением на низкой околоземной орбите, в разреженных верхних слоях атмосферы Земли. Там все, что набирает высоту, со временем снижается, поскольку тормозится постоянным потоком атмосферных частиц и утягивается обратно к нашей планете.
Без периодических разгонов космический аппарат, находящийся на низкой орбите, потерял бы скорость, а следовательно, и высоту, в итоге погрузившись в атмосферу достаточно глубоко, чтобы развалиться на части и сгореть. Поддержание орбиты МКС осуществляется преимущественно благодаря запускам российских грузовых кораблей «Прогресс», которые, состыковавшись со станцией, периодически включают свои двигатели, чтобы противодействовать постоянному снижению МКС.
Теоретически NASA и его партнеры могут переправить станцию на орбиту, лежащую за пределами атмосферы Земли. Но поднимать всю эту массу на такую большую высоту чрезвычайно дорого. И даже если бы МКС была заброшена и захоронена на подобной высокой орбите, она все равно представляла бы опасность: будучи очень старой и громоздкой, станция в конце концов неизбежно развалилась бы на огромное число обломков, которые могли бы повредить другие спутники.
«Нежелательно оставлять ее на орбите. Можно было бы относиться к ней как к музею, но она придет в негодность и развалится», — добавил Джонатан Макдауэлл, астрофизик из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, который также занимается отслеживанием спутников.
По словам Нилда, демонтаж МКС невозможен, поскольку ее разборка не предусматривалась, а любые попытки сделать это чреваты серьезными рисками из-за состарившихся компонентов, которые находились более двух десятилетий в экстремальных условиях космоса.
Если космическая станция прекратит свое движение по орбите, ей придется сгореть в сиянии славы. Это может произойти двумя способами: преднамеренным спуском в атмосферу, в процессе которого она разрушится, либо тем, что инженеры называют «неконтролируемым сходом с орбиты», то есть МКС упадет на поверхность Земли по случайной траектории. Последний вариант эффектен, но, несомненно, опасен. Международная космическая станция больше футбольного поля, и на пути ее орбиты проживает свыше 90 процентов населения Земли. До сих пор падающие обломки космических аппаратов не причиняли большого вреда людям и сооружениям, но МКС станет крупнейшим объектом, когда-либо сходившим с орбиты, и это легко может изменить ситуацию.
«Неконтролируемый сход способен привести к значительным разрушениям на Земле, в том числе к ранениям и гибели людей, к имущественному ущербу. Это был бы не самый удачный день», — предупредил Нилд.
По словам представителей NASA, самый безопасный способ доставить МКС на Землю — это направить ее в малонаселенные районы южной части Тихого океана, чтобы снизить риск ущерба.
Задача это трудная, потому что станция совершает один виток примерно за полтора часа, каждую минуту покрывая около 400 километров поверхности Земли. Наземная траектория постоянно меняется по мере того, как планета вращается. Чем больше времени МКС будет находиться в атмосфере, тем больше ее обломков будет распространяться вдоль этой траектории, повышая вероятность того, что какой-нибудь отколовшийся фрагмент произведет разрушения на поверхности. Но падение станции не должно происходить и слишком быстро: если МКС направить в атмосферу со слишком большим ускорением, возросшее сопротивление воздуха может оторвать от нее крупные сегменты, такие как солнечные батареи или отдельные модули, которые затем будут самостоятельно входить в плотные слои непредсказуемым и неконтролируемым образом.
Проблема усугубляется неправильной геометрией станции, поэтому крайне важно поддерживать ее стабильную ориентацию при погружении в атмосферу. Если МКС начнет кувыркаться во время снижения, то ракета, которая будет сводить ее с орбиты, тоже будет менять свое положение, что приведет к опасному отклонению МКС от курса.
Добавьте к этому тот факт, что атмосфера Земли очень нестабильна: она становится то толще, то тоньше в течение 11-летнего цикла активности Солнца и изменяется при переходе ото дня к ночи и обратно.
«Сведение с орбиты такого крупного объекта, как Международная космическая станция, очень и очень сильно зависит от того, как обстоят дела с плотностью атмосферы. В принципе, этот параметр невозможно предсказать заблаговременно», — сказал Дэвид Арнас, аэрокосмический инженер из Университета Пердью.
С учетом всех этих факторов процесс сведения МКС с орбиты в идеале будет выглядеть так. По прошествии нескольких недель или месяцев естественного орбитального снижения на высоте приблизительно 400 километров над Землей специальный корабль, пристыкованный к космической станции, запустит свои двигатели. После того как МКС преодолеет примерно половину пути к поверхности планеты, она начнет испытывать дестабилизирующее воздействие. На высоте примерно 200 километров диспетчеры скорректируют траекторию МКС, управляя работой двигателей ракеты так, чтобы превратить близкую к круговой орбиту станции в эллипс с ближайшей к Земле точкой, или перигеем, в 150 километрах над планетой. Это поможет свести к минимуму время, которое станция проведет в низких, более плотных слоях атмосферы на заключительном этапе спуска.
Из этого 150-километрового перигея по команде Центра управления полетами ракета даст станции последний импульс, подталкивая ее еще ниже — так, чтобы она упала в южной части Тихого океана.
«За этим будет наблюдать весь мир», — напомнила Кросс. Поэтому на кон будет поставлено многое.
Что нужно для осуществления этого дерзкого замысла? До недавнего времени представители NASA заявляли, что несколько российских кораблей «Прогресс» — возможно, три — будут вместе сводить МКС с орбиты. Но этот план был в лучшем случае предварительным из-за трудностей с координацией работы отдельных кораблей.
«Даже при благоприятных условиях это было бы непросто. Нужно за очень короткий период времени построить, запустить, состыковать несколько кораблей „Прогресс“, чтобы они выполнили свою задачу», — объяснил Нилд.
Что касается американо-российского партнерства на МКС, то дела идут не очень хорошо. Из-за конфликта на Украине отношения между этими двумя странами достигли самого низкого уровня со времен холодной войны, что осложнило сотрудничество и по космической станции.
К тому же Россия допустила, что выйдет из партнерства, не дожидаясь, когда NASA будет к этому готово, и не дала никаких гарантий, что при таком сценарии предоставит корабли «Прогресс» для контролируемого схода МКС с орбиты. Поэтому американский корабль, способный вернуть МКС на Землю, становится желанной целью для NASA и США.
Но если NASA хочет получить аппарат, сконструированный на базе тех кораблей, которые входят сейчас в состав глобального космического флота, добавил Макдауэлл, то выбор не так уж велик. «То, что первым приходит в голову, когда вы начинаете думать об этом: у таких кораблей просто недостаточно мощности для финального кратковременного импульса», — сказал Макдауэлл.
Наиболее подходящая из существующих технологий, по его мнению, — европейский служебный модуль программы «Артемида», который приводил в действие беспилотную капсулу «Орион» в ее путешествии вокруг Луны прошлой осенью, а в конце этого десятилетия должен помочь высадить людей на лунную поверхность. Все остальное, по словам Макдауэлла, либо слишком слабое, либо слишком мощное, либо просто неспособное нести достаточно топлива для выполнения задачи, поэтому NASA запрашивает коммерческие предложения по новому, специально построенному аппарату.
Независимо от того, какой аппарат выберет NASA — новый или уже существующий, адаптированный для этой задачи, решение повлияет не только на американо-российские отношения, но и на многие другие, лежащие в основе сотрудничества по МКС.
Завершение эксплуатации космической станции предполагает такую же общую ответственность, как ее строительство и техническое обслуживание, но в опубликованных документах NASA не проясняется, подписались ли канадское, японское, европейское или российское космическое агентство под планом, осуществляемым США.
Приближающееся окончание мегапроекта дает пищу и для другой темы международных дискуссий, посвященных будущему партнерству в космосе. NASA уже выстраивает двусторонние партнерские отношения со странами, заинтересованными в освоении Луны в рамках Соглашений Артемиды, хотя Россия в их число не входит. Китай, которому федеральное законодательство США долгое время запрещало участвовать в МКС, теперь вышел на передовые позиции в космической отрасли с собственной орбитальной лабораторией, а также роботизированными лунными и марсианскими миссиями. Приведет ли гибель МКС к разрядке напряженности между США и Китаем, остается только догадываться.
Очевидно одно, подчеркнула политолог Кросс, никакие будущие международные формы партнерства не смогут повторить МКС, которая, скорее всего, останется уникальным, выдающимся достижением.
«Круг стран, участвующих в освоении космоса, будет выглядеть совсем иначе, чем в те времена, когда Россия и США начинали сотрудничать на МКС», — сказала она, добавив, что надеется на сохранение партнерских отношений до драматического конца космической станции.
Когда бы МКС ни вернулась на Землю, ее затопление станет одной из наиболее печально-знаменательных вех в долгой и славной истории космических полетов. «Не часто предоставляется возможность совершить такой маневр. Они будут очень, очень нервничать, когда им придется это делать», — подытожил Арнас.
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.