Ракеты-носители предназначены для выведения космических аппаратов на орбиту. Это большие и дорогостоящие конструкции высотой с небоскрёб. Но куда они деваются после того, как вывод космического аппарата на орбиту завершён? Ведь не могут же они просто взять и исчезнуть непонятно куда.
С одной стороны израсходовавшая запас топлива ракета-носитель чем-то напоминает пустую банку из-под газировки, и от неё не мешало бы избавиться. С другой стороны - это огромная кучам дорогостоящих космических сплавов, которыми не гоже разбрасываться.
Итак, для полноты картины необходимо отметить, что ракета-носитель состоит из ступеней, которые отделяются по мере приближения к космосу. И таким образом получается, что сама ракета целиком до космоса не долетает. Долетает до нужной орбиты лишь космический аппарат. И происходит это следующим образом.
Если в качестве примера рассмотреть ракету-носитель "Союз", то на высоте около 42 км от неё отделяются боковые блоки. Их ещё называют "морковками". Они формируют первую ступень. После выжигания топлива они отделяются и начинают падать обратно на Землю. Причём падают они на заранее огороженную территорию.
Затем на высоте около 115 км от ракеты отделяется вторая ступень. Это центральный цилиндрический блок. В этот момент скорость движения второй ступени, как горизонтальная так и вертикальная, гораздо выше. И поэтому после отделения центральный блок пролетает дальше, чем боковые блоки. Но гравитация берёт своё, и этот блок тоже оказывается на Земле. А это значит, что пустынная местность для падения ракетных ступеней должна быть большой.
Что касается третьей ступени, то она отделяется от того, что осталось от ракеты-носителя, на высоте примерно 150 км от Земли. Это так называемая переходная орбита. На такой высоте горизонтальная составляющая скорости очень велика. А это значит, что третья ступень начинает двигаться вокруг Земли уже как бы в космосе по своей орбите.
Её центробежная сила достаточна, чтобы скомпенсировать силу притяжения Земли. И поэтому третья ступень на Землю не падает, а остаётся в космосе, формируя так называемый "космический мусор". Эти мусорные орбиты с отработавшими третьими ступенями тщательно мониторятся, чтобы при выводе на орбиту очередного космического аппарата не произошло столкновения.
Что же касается разгонного блока, который доводит космический аппарат до нужной орбиты, то после отработки он также отделяется и уходит на мусорную орбиту. Вместе с ним тута же отправляются и створки головного обтекателя. И таким образом получается, что ракета-носитель распадается на ступени, а затем некоторые её части падают на Землю, а другие продолжают летать в космосе.
Так что космический мусор на сегодняшний день - это не только отработавшие спутники, но и ступени ракет-носителей. А это значит, что совокупная масса всего космического мусора, оставленного человечеством, гораздо выше чем масса реально задействованных космических аппаратов, включая МКС.
Однако бывает и такое, что некоторые фрагменты третьей ступени, а также разгонного блока и головные обтекатели выводятся на мусорные орбиты некорректно. Они могут летать там годами и очень медленно погружаться в атмосферу, пока гравитация не возьмёт своё и не притянет их. И поэтому по всему миру можно видеть фото с очевидцами и местными жителями, на чьи огороды упал космический мусор.
Но можно ли делать ступени ракет-носителей многоразовыми?
На самом деле вся суть возвращаемых на землю ступеней ракет сводится к тому, что внутри них нужно оставлять немного топлива. Оно позволит им снова войти в плотные слои атмосферы при снижении, и при этом не рухнуть, а плавно сесть.
Именно так осуществляется посадка на сушу боковых блоков ракеты-носителя Falcon Heavy:
Такая технология возвращения блоков позволяет использовать их повторно путём простой перезапрвки топливом. Всё это делает вывод космических аппаратов на орбиту дешевле.
Что же касается приводнения возвращаемых блоков, то для этого у SpaceX есть несколько специальных кораблей с сетями:
Они в прямом смысле ловят сеткой эти приземляющиеся блоки, если им предстоит приводниться. Задача системы наведения блока состоит в том, чтобы попасть в эту сетку. Таким образом исключается контакт блока с морской водой, что гарантирует его целостность из-за отсутствия удара об воду.
На сегодняшний день все космические державы мира пытаются решить две сложные задачи: как сделать все ступени ракеты-носителя полностью возвращаемыми и многоразовыми, а также как очистить мусорные орбиты от космического мусора.