Международная космическая станция, конструкция размером больше футбольного поля и весом почти 450 тонн, не вечна, и в конечном итоге должна упасть на Землю. Это деликатный и опасный процесс. О том, как проблема ликвидации МКС видна из США, написала журналистка Меган Бартелс.
На протяжении почти четверти века Международная космическая станция (МКС) постоянно принимала астронавтов и проводила научные эксперименты как прочный и любимый бастион человечества на низкой околоземной орбите. Однако, несмотря на успехи, дни космической станции сочтены.
В ближайшие месяцы NASA будет оценивать коммерческие предложения по ракетам-носителям, способным «вывести МКС из эксплуатации», то есть безопасно сбросить её в атмосферу Земли и сжечь. Агентство заявило, что рассчитывает заплатить за эту услугу почти 1 миллиард долларов, чтобы не полагаться на несколько российских носителей. Жестокий финал намечен на начало следующего десятилетия, но он уже оказался деликатным вопросом для аэрокосмической индустрии и международной дипломатии.
МКС является «ключевым символом международного и гражданского сотрудничества», — говорит Майа Кросс, политолог из Северо-Восточного университета. «Что касается гражданского сотрудничества, я думаю, многие назвали бы его крупнейшим проектом, когда-либо предпринимавшимся в истории человечества».
Хотя МКС также поддерживается Канадой, Японией и Европой, в основном она создана США и Россией и является одной из очень немногих областей устойчивого сотрудничества между нашими странами на протяжении многих десятилетий непростых отношений. Её первые модули — один из США, другой из России — достигли орбиты в конце 1998 года. А первый экипаж космической станции — один астронавт и два космонавта — обосновался на ней в ноябре 2000 года. С тех пор МКС постоянно обитаема и её первоначально намеченный 15-летний срок службы уже существенно превышен.
Но ничто не вечно. «Хотя расставаться жаль, и будет грустно, когда её спишут, всё же очень непрактично держать её на орбите бесконечно», — говорит Джордж Нилд, президент компании Commercial Space Technologies и бывший член комиссии по вопросам безопасности воздушно-космических полётов NASA, которая была учреждена достаточно давно и призывала космическое агентство разработать чёткую стратегию прекращения существования МКС как можно скорее.
Надвигающаяся проблема
Обречённость лаборатории связана с её расположением на низкой околоземной орбите, в разреженных верхних слоях земной атмосферы. Всё, что там находится, со временем упадёт, притягиваемое назад к планете постоянным потоком атмосферных частиц, снижающих скорость.
Если космический корабль на низкой околоземной орбите теряет скорость, он также теряет высоту, в конечном итоге опускаясь достаточно низко, чтобы развалиться на части и сгореть, погружаясь в атмосферу нашей планеты. Большая часть усилий по поддержанию орбиты МКС — работа российских грузовых ракет «Прогресс», которые после стыковки со станцией периодически запускают свои двигатели, чтобы противодействовать постоянному снижению космической станции.
Теоретически NASA и его партнёры могли бы поднять МКС и на орбиту, на которой она полностью покинет атмосферу Земли. Но поднять такую массу на такую высоту было бы чрезвычайно дорого. Но даже если станцию оставить на таком «орбитальном кладбище», МКС всё равно будет представлять опасность: поскольку она настолько старая и громоздкая, её окончательный распад будет неизбежен и приведёт к образованию огромного количества мусора, который может повредить другие спутники.
«Оставлять её на орбите нельзя», — говорит Джонатан Макдауэлл, астрофизик из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, который также наблюдает за спутниками на орбите. «Очень приятно представить её в качестве музея, но она износится и развалится». Разборка МКС также неосуществима, говорит Нилд, потому что при её проектировании разборка не предусматривалась, и любая нерегламентированная попытка сделать это столкнётся с серьёзными рисками из-за старения компонентов, которые более двух десятилетий находились под воздействием экстремальных условий космоса.
Если космическая станция не сможет двигаться по орбите дальше, она должна сгореть в сиянии славы. Это может произойти двумя способами: либо в результате преднамеренного разрушительного спуска в атмосферу, либо в результате того, что инженеры называют «неконтролируемым сходом с орбиты», при котором МКС упадёт на поверхность Земли по прихоти природы. И хотя это может быть великолепно, последний вариант, несомненно, опасен. МКС больше футбольного поля, а на её орбите проживает более 90 процентов населения Земли. По сей день ущерба людям и их имуществу от падения космических обломков практически не нанесено, но, будучи крупнейшим объектом, когда-либо сходившим с орбиты, МКС могла бы легко это изменить.
«Неконтролируемый вход в атмосферу может серьезно повлиять на людей на земле, включая гибель, ранения и значительный материальный ущерб», — говорит Нилд. «Это будет не лучший день».
Путь вниз
По словам представителей NASA, самый безопасный способ спустить МКС на Землю — это сбросить её на малонаселённые просторы южной части Тихого океана, чтобы снизить вероятность причинения вреда.
Это сложно, потому что совершая примерно 1,5-часовой орбитальный цикл, станция проносится над более чем 250 погонным милям (более 400 км) поверхности Земли в минуту, причём по мере вращения планеты маршрут постоянно меняется. Чем больше времени МКС проведёт в атмосфере, тем её обломков упадёт на этом пути, увеличивая вероятность того, что какой-то заблудший фрагмент нанесёт ущерб. Но падение станции не должно происходить слишком быстро: если МКС врежется в атмосферу со слишком большой силой, повышенное сопротивление воздуха может оторвать от неё большие куски, например её распростёртые солнечные батареи или отдельные модули, которые затем сами войдут в атмосферу, неконтролируемо и непредсказуемо. Сложная геометрия космической станции усугубляет эту проблему, увеличивая важность поддержания станции в стабильной ориентации во время погружения в атмосферу. Если она завалится во время спуска, спускающая её с орбиты ракета больше не сможет задавать ей направление, что приведёт к опасному отклонению МКС от курса.
Добавьте к этому тот факт, что атмосфера Земли — удивительно непостоянный зверь: она разрежается и уплотняется в зависимости от 11-летнего цикла активности Солнца и изменяется при переходе от дня к ночи и обратно. «Когда вы [сводите с орбиты] такой большой объект, как Международная космическая станция, всё очень, очень зависит от того, что происходит с плотностью атмосферы», — говорит Дэвид Арнас, аэрокосмический инженер из Университета Пердью. «По сути, невозможно предсказать это сильно заранее».
Все эти факторы в совокупности дают примерно следующий идеальный процесс: после недель или месяцев естественного распада на орбите, который будет медленно снижать высоту МКС, примерно на высоте 250 миль над Землёй специально построенный носитель, прикреплённый к космической станции, включит тягу для спуска с орбиты. Затем станция сможет опуститься примерно на половину высоты от поверхности планеты, прежде чем столкнётся с дестабилизирующими эффектами. На высоте около 125 миль диспетчеры центра управления скорректируют траекторию МКС, перенастроив ракетную тягу, чтобы превратить примерно круглую орбиту станции в эллипс в ближайшей к Земле точкой или перигеем, может быть, на высоте 90 миль над планетой. Это поможет минимизировать количество времени, которое станция проведёт в более низких и более плотных слоях атмосферы в оставшееся время спуска. С этого 90-мильного перигея центр управления полётом прикажет ракете в последний раз включить тягу, толкая станцию ещё дальше вниз, чтобы та упала над южной частью Тихого океана.
«Наблюдать будет весь мир», — говорит Кросс, и это поднимает ставки до небес.
Событие планетарного масштаба
Что потребуется для этого свершения? До сих пор представители NASA заявляли, что несколько, вероятно три, российских ракеты-носителя «Прогресс» совместными усилиями спустят МКС с орбиты. Но этот план всегда был лишь предварительным в лучшем случае, из-за сложности координации отдельных аппаратов спуска с орбиты.
«Даже если всё пойдёт хорошо, всё равно это будет непросто», — говорит Нилд. «Действительно требовалось построить, запустить и закоммутировать несколько ракет «Прогресс» для того, чтобы они выполнили свою задачу за очень короткий отрезок времени».
И, по крайней мере, что касается партнёрства США и России по МКС, дела обстоят не очень хорошо. Отношения России с США упали до самого низкого уровня со времён холодной войны, что осложнило сотрудничество по МКС. Россия также заявила, что может выйти из партнерства с МКС до того, как NASA будет к этому готово, и не дала никаких гарантий, что по-прежнему будет обеспечивать ракеты «Прогресс» для управляемого спуска с орбиты в этом сценарии. (NASA не сразу прокомментировало эту историю. Роскосмос не ответил на просьбу прокомментировать.)
Тем временем череда тревожных инцидентов, связанных с аппаратурой российского производства, подорвала веру в космический потенциал страны. В 2018 году в российском космическом корабле «Союз», пристыкованном к станции, была обнаружена утечка воздуха через небольшую дыру, которая, по словам российских чиновников, могла быть намеренно пробурена в результате диверсии. Позже в том же году российский полёт с двумя космонавтами на станцию был прерван после неудачного запуска. В 2021 году научный модуль, который первоначально планировалось запустить в 2007 году, наконец прибыл, но с тех пор у него постоянно возникают проблемы, в том числе отказ двигателя, из-за которого станция ненадолго совершила неприятное сальто. В прошлом году в российских системах охлаждения на борту МКС произошли три отдельные утечки, в результате которых случился выброс в космос аммиака. А в августе первая за почти полвека лунная миссия страны потерпела унизительное крушение на Луне.
Всё это делает американский аппарат для спуска с орбиты всё более желанным для NASA и страны, которой оно служит, несмотря на высокую цену. «Если это будет у нас в кармане, это значительно снизит переговорную силу России», — отметил Макдауэлл.
Но если NASA хочет создать одиночный аппарат для спуска с орбиты, конструкция которого будет основана на имеющемся мировом космическом флоте, добавляет Макдауэлл, у него не так уж много вариантов. «Варианты, кажущиеся очевидным, когда начинаешь думать об этом впервые — у них просто нет силёнок запустить эту мощную финальную тягу за короткое время», — говорит Макдауэлл. По его мнению, ближайшей существующей технологией является европейский сервисный модуль программы «Артемида», который привёл в действие беспилотную капсулу NASA «Орион» во время эпохального полёта вокруг Луны прошлой осенью и, как планируется, поможет высадить людей на поверхность Луны в конце этого десятилетия. Всё остальное, по его словам, либо слишком слабое, либо слишком мощное, либо просто неспособно нести достаточно топлива для выполнения этой задачи — отсюда и поиск NASA коммерческих предложений по новому, специально построенному аппарату для спуска с орбиты.
Независимо от того, выберет ли NASA какой-нибудь новый или адаптированный для этой задачи существующий корабль, это решение вызовет волнения за пределами отношений США и России и повлияет на многие другие международные отношения, которые лежат в основе МКС. Закрытие космической станции — это такая же общая ответственность, как и её строительство и обслуживание, но из публичных документов NASA неясно, подписались ли канадские, японские, европейские и российские космические агентства под планом США.
Надвигающееся завершение мегапроекта также открывает путь для нового ряда международных переговоров о будущем партнёрстве в космосе. NASA уже налаживает двусторонние партнёрские отношения со странами, заинтересованными в исследовании Луны в рамках Соглашения Артемиды — Россия в их число не входит. Китай, которому федеральный закон США давно запретил участие в МКС, теперь превратился в космическую державу со своей собственной орбитальной лабораторией, а также роботизированными миссиями на Луну и Марс. Остаётся только догадываться, приведёт ли ликвидация МКС к разрядке напряжённости между США и Китаем.
Несомненно, говорит политолог Кросс, что никакие будущие международные партнёрства не будут копировать МКС, которая, вероятно, останется исключительным блестящим достижением. «Ландшафт стран, действующих в космосе, начинает выглядеть совсем иначе, чем тот, в котором Россия и США начали сотрудничать по МКС», — говорит она, добавляя, что надеется, что это партнёрство будет прочно налажено до драматического финала космической станции.
Когда МКС наконец-то вернётся на Землю, её падение станет одной из самых щемящих вех в долгой и славной истории космических полётов. «Не так часто в истории мы имели возможность совершить подобный манёвр», — говорит Арнас. «Они будут очень, очень нервничать в тот день, когда им придётся это сделать».
Автор: Меган Бартелс — научный журналист и репортёр журнала Scientific American, живущая в Нью-Йорке.
20 фактов о МКС
