Генеральный конструктор по пилотируемым космическим системам и комплексам Владимир Соловьёв рассказал об идущих с NASA переговорах по планируемому сведению с орбиты МКС. А «…при должном техническом обеспечении станция способна эксплуатироваться на низкой околоземной орбите вплоть до 2030 года», — заявлял уже Дмитрий Рогозин. Но потом задумывается свод с орбиты 440-тонной махины. О прекращении эксплуатации следует и из отчёта NASA — в январе 2031 года начнётся процесс затопления. И если вспомнить все сложности свода с орбиты станции «Мир», то становится ясно, что с МКС задача будет в четыре раза сложнее — масса «Мира» к 2001 году составляла около 125 тонн.
Давайте вместе рассмотрим в статье все трудности со сжиганием в атмосфере орбитальных станций. Какие при этом возникают сложности, и кто на 2022 год умеет правильно топить станции в Тихом океане. Оглянемся назад, улыбнёмся, а потом устремим взгляд вперёд, к 2028—2035 гг. К этому моменту можно ожидать свод с орбиты МКС. Кстати, согласно отчёту NASA OIG, это обойдётся в $1 млрд.
Опыт СССР и США
Эволюция орбитальных станций делает всё более сложным их свод с орбиты. Чем дальше, тем они становятся крупнее и прочнее. И тем всё более сложные расчёты требуются для максимального сгорания в атмосфере. Станции до «Салюта-6» (кроме американского «Скайлэба») имели массу около 20 тонн, всего один модуль, который было относительно легко свести с орбиты.
А вот «Салют-6» и «Салют-7» в конце срока существования уже сжигались в атмосфере как «двухмодульные» станции. «Шестёрка» затонула в Тихом океане в 1982 году вместе с пристыкованным к ней кораблем ТКС-2, который почти равнялся ей по массе.
С многострадальным «Салютом-7» всё вышло сложнее: после починки станции к ней был пристыкован ТКС-4 в 1985 году, с которым она и летала вплоть до свода с орбиты в 1991 году. Так как планировалось с 1986 по 1996 изучать длительное нахождение станции на орбите для применения знаний на станции «Мир», то «Салют-7» была законсервирована на высоте почти в 500 км. Но из-за солнечной активности станция начала быстрое снижение в 1990-х, что привело к входу в атмосферу комплекса «Салют-7»—ТКС-4 в ночь с 6 на 7 февраля 1991 года. Он сгорел практически полностью, но критически важным был неконтролируемый характер схода с орбиты. К счастью, несгоревшие фрагменты упали в мало населённых районах Чили и Аргентины, хотя, идеально, конечно, было бы «уронить» станцию в несудоходном районе океана.
«Скайлэб» потеряли в своё время по той же причине, что и «Салют-7». Солнечный цикл составляет 11 лет. В 1979 году солнечная активность повысилась, плотность верхних слоёв атмосферы увеличилась, это привело к повышению сопротивления атмосферы и значительно более быстрому снижению американской станции. Летом 1979 станция сошла с орбиты, при этом баллистики ошиблись в расчётах — станция упала чуть позже, чем предполагалось. Несгоревшие обломки упали в западной Австралии южнее города Перт.
Баллистика свода первой многомодульной станции
План сведения с орбиты «Мира» был очевидным: вход в атмосферу и затопление в Тихом океане. Но из-за значительной массы станции пришлось всё точно рассчитать. Затопление станции прошло в три этапа:
— Снижение с рабочей орбиты до высоты 220 км с помощью тормозного импульса двигателей грузового космического корабля «Прогресс», пристыкованного к станции. Он был специально переоборудованного под танкер с топливом, для чего получил дополнительный бак вместо грузового отсека.
— Перевод станции на высоту 165 км с помощью двух тормозных импульсов двигателя «Прогресса».
— Последнее длительное торможение станции двигателем «Прогресса» с выработкой всего топлива, после которого станцией «Мир» уже невозможно было управлять.
«Мир» имел колоссальные по тем временам 125 тонн, и за корректность его падения на Землю переживали. Масса же МКС составляет примерно 440 тонн после стыковки с «Наукой» и «Причалом». Чтобы поддерживать нужную высоту в 400+ км, на станции несколько раз в год включают двигатели пристыкованного грузовика или модуля «Звезда», и поднимают МКС на нужную высоту. Если орбиту не поднимать, то через какое-то время станция войдёт в плотные слои атмосферы и начнет неконтролируемое падение на Землю. Именно это произошло со «Скайлэбом», у которого не было собственных двигателей. И почти такой же сценарий произошёл с «Салютом-7», который выработал и своё топливо, и топливо пристыкованного ТКС.
А что же у Китая?
Лаборатории «Тяньгун-1» и «Тяньгун-2» были основаны на тех же самых технологиях, что и «Салюты» первого поколения (один стыковочный узел, например). Но китайские станции были короче, значительно меньше и имели всего один отсек. Масса обеих была примерно равна массе кораблей «Шэньчжоу» (около 8 тонн). При сведении с орбиты космические лаборатории сгорели почти полностью.
А вот орбитальная станция «Тяньгун», а точнее, её базовый блок «Тяньхэ», имеет компоновку, подобную хорошо знакомым нам «Салютам» второго и последующих поколений. Они уже сравнимы по размерам с модулем «Наука». При этом, Китайское космическое агентство следует той же логике, что и Роскосмос — космонавты к станции летают пилотируемыми космическими кораблями, а снабжают и поднимают орбиту — космические грузовики. За неожиданное падение можно не волноваться.
Как китайцы будут сводить станцию с тремя модулями — другой вопрос. Под их нужды весь Тихий Океан. Наклон орбиты позволяет сбросить её на «Кладбище космических кораблей» — несудоходную область в Тихом Океане, куда аккуратно сводят отслужившие аппараты. Главное, чтобы китайцы не роняли ее бесконтрольно, как первую ступень ракеты Чанчжэн CZ-5B в мае 2021 года (подробнее здесь).
Как топить МКС
«Надо думать о том, чтобы нам создавать новую станцию, а с МКС завершать. Имея опыт завершения работ со станцией «Мир» — это довольно сложная баллистическая задача затопления. И американцы сразу же сказали, что, типа, «Владимир, мы вам бухаемся в ножки, давайте под руководством России будем думать о том, как сводить МКС с орбиты». Не сразу, конечно, а ближе к 2028—2030 годам», — рассказал Владимир Соловьёв в интервью. Почему прозвучала эта просьба?
Двигатели ориентации есть только на российском сегменте МКС. Да и орбиту сейчас поднимают в основном «Прогрессы». Собственно, опыт управляемого сведения станций есть только у России. Строго говоря, с 2016 года и у Китая, но, как вы помните, первые две станции были очень маленькими. В случае выхода России из проекта МКС партнёрам понадобится модуль «Звезда», входящая сейчас в российский сегмент. А главное, — грузовики, которые имеют его заправлять. Пока такая функция есть только у российских «Прогрессов».
Как может выглядеть свод с орбиты МКС, предположил в 2018 году замначальника отдела баллистики РКК «Энергия» Рафаил Муртазин:
— Пристыкованные три корабля «Прогресс» начнут вводить станцию в атмосферу.
— Для торможения будут использовать все солнечные батареи станции — их развернут как гигантский парус. Это позволит увеличить трение об атмосферу.
— При достижении высоты 333 км, станцию придётся покинуть всему персоналу.
— Далее, на высоте 279 км уже находится точка невозврата — после её прохождения станцию невозможно будет вернуть на орбиту с помощью доставляемого с Земли топлива.
— На высоте 110 км отгорят все солнечные батареи и радиаторы.
— На высоте 105 км (с большой долей вероятности) МКС распадётся на модули, чтобы те разрушились 30 км ниже.
Обломки упадут в несудоходной части Тихого океана на площади диаметром около 6 000 км. При этом общая масса упавших на Землю обломков, весом от 50 г до 100 кг, может составить до 120 тонн!
«Их в конце концов проняло. Причём стали говорить такие американцы, которым можно доверять. Раньше они говорили: «Да ну, ерунда, будет летать вечно». Сейчас они говорят: «Нет, вечно не полетит, надо думать о том, что делать дальше». И они думают, между прочим, в отличие от нас, уже давно», — добавил Владимир Соловьёв в своём интервью «Роскосмос ТВ».
Выводы
Свод с орбиты Международной космической станции будет событием мирового масштаба, оно потребует согласованности действий нескольких национальных космических агентств. А по сложности расчётов это будет превосходить всё, что делало человечество со времён манёвров «Вояджеров» у планет-гигантов.
Чтобы России не оказаться у разбитого корыта, когда затопят МКС, хорошо бы уже иметь станцию РОСС к этому моменту. Хотя бы из двух модулей — это создаст пространство для экспериментов аналогичное тому, что было у России до лета 2021, пока на орбиту не отправились модули «Наука» и «Причал».
Поживём — увидим. Может быть, удастся «забрать» с МКС и переместить на РОСС часть научного оборудования — как поступили с «Салютом-7» во время первой экспедиции на «Мир». Забавный факт — именно Владимир Соловьёв, с которого мы начали статью, ещё в бытность космонавтом, вместе с Леонидом Кизимом совершили перелёт с «Мира» на «Салют-7», а потом и обратно.
Вот только с наклоном орбиты РОСС до сих пор не до конца всё ясно: будут ли это проверенные 51,6° или станцию отправят на полярную орбиту. Очень хочется дождаться и увидеть, как оно всё будет.