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.
МКС, сходящая с орбиты, в представлении художника / © Wikimedia Commons
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.
Комментарии
Заминировать и при входе в плотные слои атмосферы подорвать. Облако мелких обломков гарантированно сгорит при торможении.
Лана Пренципал, нужен вход в атмосферу в нужном географическом районе. В этом вся фишка и замысел управляемого спуска. А там уж и так всё разрушится. Что-то не сгорит, да и фиг с ним. Облако обломков гарантированно никогда не сгорает полностью, там есть тугоплавкие элементы, да и процесс торможения фрагментов хаотичен, и часть из них могут уцелеть до Земли при определённых обстоятельствах их торможения.
"Обычно NASA захоранивает объекты в Точке Немо" картинка, конечно, никудышняя. Трасса полёта МКС проходит совсем не так, и принципиально не так, она спускается к экватору с больших северных широт. Явно её нарисовал горе-художник, не имеющий понятия о движении МКС. ) Зачем тогда этот рисунок с дилетантскими ошибками? )
"Наземная траектория постоянно меняется" - это называется трасса: проекция траектории на поверхность Земли.
"МКС упадет на поверхность Земли по случайной траектории. Последний вариант эффектен, но, несомненно, опасен." - ничуть не менее эффектен, чем управляемый сход. По эффектности оба варианта абсолютно одинаковы, на мой взгляд.
Но вообще Меган Бартельс написала жидкую водичку, без конкретики, цифири, физики, баллистических раскладов и деталей сценария. Словесная пена, если коротко.) Ничего нового, никаких деталей, пример дрянной стряпни на скорую руку. Могла бы и получше разобраться, раз она аж целый научный обозреватель журнала Scientific American. Этакую халтуру писать для такого "научного обозревателя" и издания как-то смешно немного. Тройка с минусом Меган, аудиторию кормить такой бодягой не стоит; пусть разбирается и переписывает заново. :)
Николай Цыгикало, так ли она написала, как потом перевели?
Affidavit Donda, ссылки на оригинал нет, прочесть и сравнить с переводом не могу. Хотя если речь о переводе статьи, и тем более это сразу озвучено в лиде, считаю (не только я - это норма), что ссылка на оригинал должны быть обязательно; по крайней мере, так принято в науке. Хотя бы в конце статьи, типа оригинал: хххххх. Этим, ссылками на первоисточник, отличаются научно добросовестные статьи от всего прочего.
https://www.scientificamerican.com/article/nasa-may-pay-1-billion-to-destroy-the-international-space-station-heres-why/
Лана Пренципал, спасибо! )
Affidavit Donda, да, посмотрел статью (спасибо Лане Пренципал), ничего нового в ней нет. Самые общие слова, самый минимум данных, чисто схематичных. Жидковато для Сайентифик Америкен, на мой взгляд; впрочем, многие издания могут деградировать понемногу. Или это я просто впадаю в критиканство. ) Всё может быть. :)
Николай Цыгикало, сильно подозреваю что "горе-художнику" и не ставилась задача отобразить траекторию именно МКС особенно с точки зрения орбитальной баллистики. Ну не бывает в штате газет специалистов такой ориентации 😉 Скорее всего речь идет о спутниках вообще да и не похож изображенный аппарат на МКС ни в одном месте. Но вообще-то интересно как с вашей точки зрения выглядит траектория МКС при падении в точку Немо. По-простому из какого угла она должна падать? С верхнего правого или вот как тут снизу слева?
Иван Колупаев, не поленился, нарисовал схемку движения МКС ). На неверном рисунке в статье трасса проходит сначала горизонтально по острову Ява - практически точно вдоль экватора. Как будто орбита МКС экваториальная и имеет наклонение 0 градусов. Такая трасса может оставаться только экваториальной и идти дальше по экватору. Никакая трасса никакого спутника в мире не может так сделать - идти вдоль экватора, и потом отклониться от него (к югу или северу). Это означало бы, что плоскость орбиты перестала быть плоскостью и стала согнутым блином, отклоняющимся к югу. Полет не вокруг Земли, а над его одним лишь южным полушарием. Так невозможно, гравитационное поле центральное, от центра везде убывает одинаково (возмущения отбросим). В центральном поле тяготения, в котором летит спутник, нет сил для изгиба плоскости орбиты, оно везде и всегда однородно на его высоте полёта. И спутник под его действием летит вокруг центра так же однородно, замыкая круг в одной плоскости, прочерчивая так называемый большой круг. Изогнуть плоскость свободного полета ничто не может. Двигатели (и полёт уже не свободный) и очень большой запас топлива. А наклонение орбиты МКС 51,6 °, и именно под этим углом она пересекает экватор в обоих узлах (точках пересечения экватора), восходящем и нисходящем. Отсюда и наклонение - именно этот угол. Набросал примерный рисунок, как должна пройти трасса МКС. Для простоты написания округлил наклонение МКС до 52° ). Станция движется из верхнего левого угла, со стороны Японии. Направление движения указал двумя стрелками.
Использование нелепого рисунка в Викимедии (поискал, хотел посмотреть, где же такое разместили, но не нашёл его в Викимедии) подчеркивает лишний раз низкое качество ресурса как источника информации. Превращающийся напрямую в источник дезинформации. Очередной позор Викимедии: не знаешь - не размещай чепуху, не обманывай читателей. Так изначально хорошая идея - создать широкий информационный ресурс - уничтожается низким качеством информации, увы.
Николай Цыгикало, а викимедия может и ни при чем. Поиск по изображению ведет совсем на другой сайт. Вероятно оттуда и вырезали картинку.
Иван Колупаев, тоже любопытно. Но в общем понятно, сам так иногда делаю. Иногда картинка понравилась, а откуда происходит, долго задавать и выбирать. Типа фото учебников, страница такая-то, схема вполне подходит. Но из какой она работы, на ней не написано. Искать её долго, да и смысл? Пишешь источник: типа, взял из интернета. Надо бы сайт указать. Да Википедия, чего там только нет, все эти снимки и схемы не авторской защиты. Мои схемы входа боеголовок в атмосферу кочуют сотнями копий, узнаваемы по характерной картинке. Не обижаюсь; нарисовал для пояснения и распространения знаний, собственно.) В общем, иногда проще написать "Из Вики", взяв грех на душу, к счастью легкий, ибо не вредит сие никому. А распространению знаний способствует. Ну, такая вот практика, экономит ресурс практиков; вы верно предлагали написать статью оппоненту - попробуй-ка, а мы посмотрим. Если хотите, наглядный практический пример. Откуда эта страница, не знаю. Но содержание вполне подходит к одному повествованию, как иллюстрация она неплохая. Включил её в работу, откуда взялась, постараюсь придумать. Вы бы что-нибудь посоветовали, в плане как написать источник?
Николай Цыгикало, исходник вроде как тут
Автор похоже Мищенко, в последней части его лекций есть такая схема.
Ого! У вас способности к поиску источников, уже замечал не раз.) Спасибо!
САУЛА - системы автоматического управления летательными аппаратами.) Вариант названия дисциплины УТС, управление в технических системах. Она же ТАР, теория автоматического регулирования. И тд. Спасибо за обнаружение источника. Теперь можно честно на него сослаться.
Раз так, то, думаю, скоро увидите знакомую уже вам схему этого автопилота с изодромной обратной связью в публикации. :)
"Консультативной группы по аэрокосмической безопасности NASA — комитета, который призвал космическое агентство США как можно скорее разработать стратегию на случай окончания эксплуатации МКС."
Да уже давно, больше года назад, не только стратегия разработана, но и технические задания промышленности выданы, вплоть до границ тяги буксира для свода с орбиты, и пр. В частности: "Из этого сценария свода с орбиты, принятого НАСА, понятны некоторые числа как по баллистике сведения с орбиты, так и по требованиям к буксиру. Он должен обеспечить суммарное торможение не менее 47 м/с для МКС массой 450 т. Минимальная общая тяга двигательной установки должна быть 3236 ньютонов, или 0,33 т силы; для обеспечения конструктивной целостности МКС максимально допустимая тяга задается 6178 Н, или 0,63 тс."
И сейчас идёт третья фаза - сбор технических предложений от разработчиков, соответствующих техзаданию. Naked-Science писал об этом, и мы это уже обсуждали тут. Меган Бартельс там с полки только упала и проснулась, что ли? :)) В топку её этакие опусы; да и автор мог бы поинтересоваться темой, раз готовил этот материал. Типа, статью перевёл - мопед не мой?)) Нужны ли тут столь ржавые мопеды и винегрет общих фраз безо всякой конкретики.:)) (сорри, ежли кого задел невзначай :)) ). Ответственней стоит подходить к тому, что пишешь, на мой взгляд; иначе и смешно, и дезинформация широкого круга читателей. Да и репутация информационного портала складывается и из вот этого тоже.
Николай, в качестве научного бреда (а может быть и нет=): что если нам отстыковать свои наиболее ценные модули (кмк, это «Звезда» и «Наука») и «Прогрессами» дотащить их до орбиты естественного спутника Земли, предварительно доработав к мягкой посадке на него? По моему скромному мнению, доставить с опорной орбиты 20,3т на Селену по расходам сопоставимо с «приземлением» 400+т с неё же. Да и через ослабленное гравитационное поле тянуть будет проще. + g=1,62 м/с², если не ошибаюсь, то сила тяги/торможения и расход топлива находятся в квадратичной зависимости от него, т.е. гипотетически должно получиться8-) Расходники в виде солнечных панелей итп навесить ужЕ после. Ресурса такой базовой станции наверняка хватит ещё не на один год. И самый главный результат - мы первые, и очень бюджетно ᕦ(ò_óˇ)ᕤ
Виктор, энергия выведения этих модулей к Луне окажется слишком высока для существующих технических средств (Прогрессы). Можно сказать: а перестыкуем десять Прогрессов по мере роста скорости цели (МКС). Да, но этого же нельзя реализовать фактически. Каждый Прогресс для стыковки с разгоняемой МКС должен иметь всё бОльшую скорость, и это путь потерь. Да и "предварительная доработка к мягкой посадке" в фантастике да, а что тут такого; в реальности пусть хоть тонну на Луну посадят сперва.) а лет до сведения с орбиты уже мало, пересчитать по пальцам можно. Не, фантастики можно много разной предложить; я тоже не прочь пофантазировать, ведь фантазия это просто экстраполяция реальности, продолжить её логику за существующее. Классное занятие, не спорю, и готов присоединиться. А что, если...
Виктор Ларионов, "Ресурса такой базовой станции наверняка хватит ещё не на один год." Откуда такие оценки? Знаете, что такое "металл усталл" ? :)) А его ещё после усталости в лунную гравитацию, это непрерывное сжатие и нагрузки, которых в космосе не было. Плюс протухшие неметаллические компоненты. Включая нарастающее сплошное бактериальное загрязнение. Задумывались, как верно оценить состояние отработавшей тридцатилетней конструкции из тысяч разных компонентов?
Николай, по поводу усталости металла: смею предположить, экстримальные нагрузки будут только во время прилунения, сила тяжести какого-либо негативного влияния на конструкцию не окажет; наоборот, модуль будет ужЕ в статичном положении. Соглашусь, конечно, просчитать надёжность КА, спустя десятилетия пребывания его на орбите, сейчас не представляется возможным. Если только пойти эмпирическим путём: останется цел - хорошо, развалится - ну что ж, всё равно на утилизацию тратиться надо было $-)
Бактерии, это да, не подумал. Они ж ещё мутируют постоянно, приобретая резистентность к распространённым методам лечения. Знаю не по наслышке, т.к. уж 2-й год пытаюсь вывести кожного стафилококка0_о Хотя, здесь больше вопросы к нашей «медицине»... Как вариант: разгерметизировать на пару дней - пущай проветритсяXD
Доставить 20т (не всю МКС, а модуль «Звезда» или «Наука») в один конец с околоземной орбиты на Селену, тем более в режиме дистанционного управления, т.е. без жёстких лимитов по времени и лишней массы, связанной с жизнеобеспечением экипажа, видится вполне реальным (посчитать, к сожалению, пока не в силах, сколько тонн топлива или «Прогрессов» потребуется, но думаю: вполне адекватное количество, т.к. пол века назад куда более габаритные «Колумбия» ~29т с «Орлом» >15т прекрасно справились с этой задачей и, даже, вернулись обратно8-)
Опыта, это да, у нас сейчас нету. Тем паче, надо учиться! «Металлолом» для этих целей подходит как нельзя лучше(ʘ‿ʘ)
Для Колумбии с Орлом потребовалась третья ступень Сатурна-5. Не думаю, что тащить морально и физически устаревшую технику прогресс. Тем более нет никакой лунной программы и средств посещения. Возня ради возни.
Возможно, скоро напишу про сведение МКС с орбиты, раз такой к этому интерес. По крайней мере, попробую. Там и покажу расклады, как я их вижу. Обсудим)
Николай, уверен, Ваша работа по данной теме будет весьма познавательна «простым смертным»!
Всё не даёт покоя мысль, что столько цветмета (и не только) превратится в прах...
Из интервью летчика-космонавта СССР, генерального конструктора по пилотируемым космическим системам и комплексам РКП «Энергия» В. А. Соловьева к 20-летию МКС (2018 г.):
– В случае принятия решения, кем и как будет сводиться с орбиты Международная космическая станция?
– Хочу сказать, что по всем российским регламентам, в отличие от американских, уже на этапе разработки эскизного проекта космического аппарата сразу же разрабатывается и стратегия прекращения его существования. Соответственно, так было и при проектировании Международной космической станции. Проектные работы по сведению станции массой более 400 тонн были сделаны еще в 2000-х годах.
– Насколько длительным по времени будет этот процесс?
– Сейчас он оценивается в полтора – два с половиной года.
"Приведет ли гибель МКС к разрядке напряженности между США и Китаем, остается только догадываться."
Очень смешно.
Ещё скажите что утилизация МКС положит конец война на Земле.