В журнале Scientific American вышла статья американского научного обозревателя Меган Бартельс, посвященная вариантам прекращения функционирования Международной космической станции. Перевод статьи на русский язык был опубликован на сайте Naked Science.
Международная космическая станция, превосходящая по размеру футбольное поле и весящая около 450 тонн, вскоре вернётся на Землю. Процесс будет сложным и рискованным.
Более двадцати лет на МКС велась непрерывная исследовательская деятельность астронавтов. Это было главное место для человечества в космосе, которое пользовалось большой любовью и популярностью. Несмотря на достижения, срок службы МКС истекает.
В ближайшие месяцы NASA будет рассматривать коммерческие предложения по аппаратам, которые смогут вывести станцию из эксплуатации – безопасно спустить её в атмосферу Земли для того, чтобы она там сгорела. Агентство заявило о готовности заплатить почти миллиард долларов за такую услугу, чтобы не зависеть от российской техники. Драматический финал запланирован на начало следующего десятилетия, но уже стал спорным вопросом для аэрокосмической инженерии и международных отношений.
«МКС — важнейший символ международного мирного сотрудничества. В области мирного сотрудничества это, наверно, крупнейший проект, когда-либо начатый в истории человечества», — сказала Майя Кросс, политолог из Северо-Восточного университета.
Международная космическая станция – результат совместных усилий Канады, Японии и европейских стран, но в основном это проект США и России. Это одна из немногих областей сотрудничества двух стран на протяжении многих лет сложных взаимоотношений. Первый модуль, американский, а другой — российский, были запущены в конце 1998 года. В ноябре 2000-го первый экипаж – астронавт и два космонавта – обосновался на МКС. С тех пор станция постоянно заселена и значительно превзошла изначально запланированный срок службы — 15 лет.
Ничто не вечно под луной. «Очень жаль, что прекратит свое существование, и это печально, однако невозможно держать ее на орбите неограниченное время», — подчеркнул 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 определяется её местоположением на низкой околоземной орбите в разреженных верхних слоях земной атмосферы. Что поднимается, со временем снижается, тормозится постоянным потоком атмосферных частиц и возвращается к планете.
Космический аппарат на низкой орбите без регулярных разгонов терял бы скорость и высоту, в конечном итоге погружаясь в атмосферу настолько глубоко, что разрушился бы и сгорел бы. Поддержание орбиты МКС осуществляется преимущественно за счёт российских грузовых кораблей «Прогресс», которые после стыковки со станцией периодически включают двигатели для противодействия снижению МКС.
Теоретически NASA и его партнеры могут переместить станцию на орбиту за пределами земной атмосферы. Однако поднять такое массивное сооружение на большую высоту крайне дорого. Даже если МКС будет оставлена на такой высокой орбите, она всё равно представляет опасность: старая и громоздкая станция неизбежно развалится на множество обломков, которые могут повредить другие спутники.
«Лучше её с орбиты убирать. Можно было бы использовать как музей, но со временем она придёт в негодность и развалится», — пояснил Джонатан Макдауэлл, астрофизик из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, который также следит за спутниками.
В связи с отсутствием проекта разборки МКС и состоянием ее элементов, прошедших два десятилетия в космической среде, демонтаж станции невозможен, считает Нильд.
Космическая станция, прекратив движение по орбите, обречена на разрушение в атмосфере. Такое событие возможно двумя путями: преднамеренным спуском для уничтожения или неуправляемым сходом с орбиты, что приведёт к падению МКС на Землю по случайному маршруту. Последний вариант драматичен, но опасен. МКС больше футбольного поля, а её траектория пересекает территорию, где проживает более 90 процентов населения планеты. Пока падающие обломки космических аппаратов не приносили существенного вреда людям и строениям, но МКС, как самый крупный объект, когда-либо сходящий с орбиты, может изменить ситуацию.
Неконтролируемое падение может вызвать серьёзные разрушения, включая травмы и смерть людей, а также материальные убытки. Это было бы не самым лучшим днем, — сказал Нилд.
Представители NASA считают самым безопасным вариантом возвращения МКС на Землю её направленный спуск в малонаселённые районы южной части Тихого океана для минимизации возможного ущерба.
Эта задача сложна из-за оборота станции примерно за полтора часа, покрывая при этом каждую минуту около 400 километров земной поверхности. Наземная траектория меняется с вращением планеты. Чем больше времени МКС пребывает в атмосфере, тем больше обломков распространяется вдоль нее, увеличивая вероятность разрушений на поверхности от отколовшихся фрагментов. Слишком стремительное падение тоже опасно: при большой скорости сопротивление воздуха может оторвать крупные части, например, солнечные батареи или модули, которые будут входить в плотные слои непредсказуемым образом.
Неправильная геометрия станции усложняет ситуацию, поэтому крайне важно поддерживать её стабильную ориентацию при входе в атмосферу. Если МКС начнёт крениться во время снижения, ракета, которая будет сводить ее с орбиты, также изменит своё положение, что вызовет опасное отклонение МКС от курса.
Земная атмосфера обладает большой неустойчивостью: её плотность колеблется во 11-летнем солнечном цикле и меняется от дня к ночи и наоборот.
Удаление Международной космической станции с орбиты сильно зависит от плотности атмосферы, которую невозможно заранее предугадать, отметил Дэвид Арнас, аэрокосмический инженер из Университета Пердью.
При естественном снижении орбиты на высоте около 400 километров специальный корабль, пристыкованный к МКС, запустит двигатели. После преодоления половины пути к поверхности Земли МКС начнет испытывать дестабилизирующее воздействие. На высоте примерно 200 километров диспетчеры скорректируют траекторию МКС, управляя работой двигателей ракеты так, чтобы превратить близкую к круговой орбиту станцию в эллипс с 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.
По команде Центра управления полетами ракета из этого 150-километрового перигея даст станции последний импульс, подталкивая её ещё ниже для падения в южной части Тихого океана.
Все будут следить за этим, — напомнила Кросс, поэтому многое будет на кону.
Для реализации этого смелого замысла требуется многое. Раньше специалисты NASA говорили, что несколько российских грузовых кораблей «Прогресс», возможно, три, будут вместе выводить МКС с орбиты. Но этот план был лишь предположительным из-за сложностей в согласовании действий отдельных кораблей.
Даже в благоприятных обстоятельствах задача была сложной. Необходимо было за сжатые сроки построить, запустить и соединить несколько грузовых кораблей «Прогресс» для выполнения их миссии, — пояснил Нилд.
Американо-российское партнерство на МКС испытывает трудности из-за конфликта на Украине.
Россия не будет ждать готовности NASA к выходу из партнерства и не гарантирует поставки кораблей «Прогресс» для безопасного возвращения МКС на Землю в этом случае. Это делает американский корабль, способный вернуть станцию, ценным активом для NASA и США.
Если NASA желает получить аппарат, созданный на базе существующих космических судов, то выбор будет ограничен, заметил Макдауэлл. «Первым что приходит в голову при размышлениях о таком варианте: у таких кораблей недостаточно мощности для финального кратковременного импульса», — заявил Макдауэлл.
Его мнению, наиболее подходящей технологией является европейский служебный модуль программы «Артемида», управлявший беспилотным кораблем «Орион» во время облёта Луны осенью прошлого года. В конце текущего десятилетия его планируется использовать для высадки людей на лунную поверхность. По словам Макдауэлла, всё остальное либо недостаточно мощное, либо слишком мощное, либо не способно нести необходимое количество топлива, поэтому NASA ищет коммерческие предложения по новому, специально спроектированному аппарату.
Какой бы аппарат выбрал НАСА — новый или переоборудованный — это решение скажется не только на отношениях между Америкой и Россией, но и на многих других, заложенных в основу сотрудничества по МКС.
Окончание эксплуатации космической станции требует такой же общей ответственности, как и ее строительство и техническое обслуживание, однако в публикуемых документах NASA не ясно, подписали ли канадское, японское, европейское или российское космические агентства план, реализуемый США.
Конец мегапроекта поднимает тему будущего международного партнерства в космосе. NASA создаёт двусторонние связи с странами, желающими освоить Луну по Соглашениям Артемиды, но Россия не входит в их число. Китай, долгое время ограниченный американским законодательством в участии в МКС, вышел на передний план космической отрасли со своей орбитальной лабораторией и роботизированными лунными и марсианскими миссиями.
По словам политолога Кросс, будущие международные формы сотрудничества вряд ли сравнятся с МКС, которая останется, вероятно, уникальным и бесценным проектом.
Сфера стран, участвующих в освоении космоса, изменится по сравнению с периодом сотрудничества России и США на МКС, полагает она, выражая надежду на поддержание партнёрства до момента прекращения работы станции.
Когда бы МКС ни вернулась на Землю, затопление станет одной из самых печально-знаменательных вех в долгой и славной истории космических полетов. «Нечасто предоставляется возможность совершить такой маневр. Будут очень, очень нервничать, когда придется это сделать», — подытожил Арнас.