Космос онлайн

Как происходит распад космических аппаратов при вхождении в атмосферу


Этот вопрос давно интересует инженеров-разработчиков космической техники. Ответив на него, можно точно планировать место, а самое главное угол входа. Совсем недавно, во время завершения последней грузовой миссии Cygnus, был проведен эксперимент, целью которого было получение данных о распаде не снаружи, а изнутри. Однако, распад удалось зафиксировать на видео снаружи, с борта специального самолета, но передать информацию изнутри не получилось. Записывающее устройство на борту распадающегося грузовика не смогло возвратить данные.

Cygnus OA-6 отошел от МКС 14 июня и провел еще почти неделю на орбите, завершив уникальный эксперимент по изучению поведения огня в невесомости, а также развернул несколько CubeSats для отслеживания местоположения объектов и проведения метеорологических наблюдений. Эксперимент Saffire-1 прошел успешно, так же как и развертывание наноспутников. После этого космический аппарат подготовили к огненной смерти – провести наблюдения, связанные с вхождением в атмосферу, с помощью расположенных на его борту прибора REBR-W.

Чтобы войти в атмосферу, Cygnus провел торможение двигателями и замедлился точно в необходимом месте над Тихим океаном. Это позволило в дальнейшем упасть отдельным фрагментам вне населенных районов и морских путей, а также оказаться на виду у находящейся в воздухе группы наблюдения.

Начало входа обычно происходит между 120-100 км, когда космический аппарат сталкивается с плотными слоями. В этот момент не происходит резкого замедления его скорости, но возникает взаимодействие с большим количеством молекул, разбитых на атомы и ионы, что приводит к образованию плазмы вокруг него. Как следствие, космический аппарат становится заметной яркой точкой, особенно, в ночном небе уже на высоте в 105 км.

Учитывая крайне высокую скорость, до 7,7 км/сек, воздух в передней части транспортного средства сжимается, создавая ударную волну, где молекулы разделяются на ионы и температура поднимется до экстремальных значений. Точка входа, как правило, определяется на высоте 80 км (+/-10км), она обозначает начало распада космического аппарата.

Из-за огромного сопротивления распад переходит в финальную фазу – происходит фрагментация космического аппарата, начиная с солнечных батарей. Ударная волна в этот момент формируется не только в передней части, но и у распавшихся компонентов, что приводит к значительному их нагреву и последующему сгоранию большей части конструкций. Большинство компонентов, как правило, полностью сгорают, и только некоторые из них достигают поверхности океана.

Вход в атмосферу особенно интересует ученых; его изучение позволит улучшить модели по сверхзвуковому вхождению в плотные слои, как неуправляемых спутников/обломков, так и природных тел. Узнать больше о динамике процесса также важно и в случае с МКС, т.к. в конечном счете ее срок эксплуатации закончится и придется выполнять данный маневр. Обнаружение безопасной траектории для станции, т. е. угла входа, имеет большое значение для обеспечения безопасности жизни людей и их собственности на земле, а также других спутников в космосе.

В виду огромных размеров, фрагменты МКС могут отскочить от атмосферы из-за слишком пологого входа и оказаться на различных орбитах, в зависимости от энергии объектов, создав "кучи" космического мусора. Слишком большой угол для МКС потребует избыточной мощности и топлива. Таким образом, цель состоит в том, чтобы найти оптимальный угол входа, который является технически возможным для станции и безопасным для людей на земле.

Установленная внутри Cygnus аппаратура состояла из диктофона и беспроводного интернета. Первый подобный прибор не достиг орбиты, тогда взорвалась Antares в 2014 году, а второй был внутри корабля ATV-5, который сгорел в атмосфере в феврале 2015 года. Однако планируемый эксперимент на ATV-5 отменили вследствие технических проблем, а прибор хранился продолжительное время на МКС.

Сам прибор – это набор проводных и беспроводных датчиков для сбора данных о температуре корпуса, частотными характеристиками, скорости падения и динамикой распада. Датчики связаны с 31-сантиметровым родительским блоком, который постоянно находится в медном контейнере и оснащен тепловым экраном, защищающий всю электронику. Перед отлетом от МКС экипаж установил прибор на Cygnus и активировал его.

Процесс передачи информации следующий. После того, как болты, удерживающие родительский корпус расплавятся, где-то на 50-км высоте, прибор продолжает полет в атмосфере самостоятельно, замедляется до дозвуковых скоростей, и передает информацию на спутники созвездия Iridium.

К сожалению, прибор не связался со спутником, и несмотря на очень успешную кампанию по наружному наблюдению, проведенную с борта самолета, когда группа из 12 инженеров собрала данные во время короткого окна времени, когда распадался Cygnus. Самолет, где находилась группа, оборудовали оптическими и спектральными камерами, что позволило собрать как можно больше информации относительно динамики вхождения в атмосферу.

Но каких-либо данных изнутри космического аппарата, получить не удалось. Компания REBR, являющаяся разработчиком, исключает разряд аккумуляторов, несмотря на длительное пребывание на МКС – 17 месяцев, вместо четырех недель. Инженеры предполагают, что длительное воздействие ионизирующей радиации стало причиной повреждения некоторых электронных блоков, поскольку система использует стандартные комплектующие, которые не обладают противорадиационными свойствами. Также, возможно, что прибор был поврежден во время спуска к Земле.

Учитывая огромное желание получить подробные данные о динамике вхождения, можно ожидать следующих рейсов с подобными приборами.



Добавить комментарий

Защитный код
Обновить