Только на сайте www.rezina.ua Вы всегда сможете купить качественные шины ведущих мировых производителей. Так, например, комплект зимней резины Debica Frigo обойдет Вам всего в 1 600 грн.

Этот кратер в 5 см броне шаттла, участвовавшего в миссии НАСА Solar Maximum Mission, пробил крошечный обломок орбитального мусора

На типичных для низкоорбитальных космических объектов скоростях столкновения атакующая частица обычно расплавляется или даже испаряется, а мельчайшие осколки или расплав либо образуют большой кратер в щите, либо пробивают его насквозь, в зависимости от толщины щита. Чтобы монолитный щит защищал от высокоскоростного удара (от перфорации), его толщина должна быть пропорциональна второй или третьей степени скорости столкновения [Swift, 1982; Cour-Palais, 1985, 1987]. При скоростях удара более 2…3 км/с многослойный щит (например, бампер Уиппла) эффективнее монолитного. Экспериментальные и теоретические данные показывают, что при типовой скорости удара в области низких орбит бампер Уиппла обеспечивает защиту, эквивалентную защите монолитного в 10…20 раз более массивного, чем бампер [Swift, 1982].

Когда высокоскоростной снаряд ударяется в бампер многослойного щита Уиппла, их взаимодействие возбуждает обратную ударную волну, разрушающую, расплавляющую и даже испаряющую материал снаряда. Затем мелкие и уже более медленные частицы движутся от бампера к следующему, улавливающему слою (кэтчеру) и, ударяясь в него, распределяют энергию удара (ее оставшуюся часть) по большей площади. При этом каждая мелкая частица обладает малой энергией и создает меньший момент. Поэтому кэтчер может быть более тонким, чем монолитный щит. Многослойный щит защищает не только от высокоскоростных частиц км, но и от медленно летящих, которые просто пробивают бампер и останавливаются более толстым кэтчером.

Толщина бампера и кэтчера выбирается с учетом самого быстрого, самого крупного и самого высокоэнергичного из ожидаемых атакующих КО, а промежуток между ними должен оптимизировать распределение энергии КО.

Международная космическая станция – настоящая бронированная крепость, которая может устоять под натиском космического мусора диаметром до 25 см

Разработано много усовершенствованных вариантов щита Уиппла, снижающих суммарную его массу для защиты КА в конкретной среде и уменьшающих масштабы вторичного осколкообразования при ударе — в том числе и для защиты МКС [Christiansen, 1994; Christiansen, Kerr, 1993; Cour-Palais, Crews, 1990; Lambert, 1994].

Системы активной защиты КА включают также средства наблюдения (бортовые или наземные) для предупреждения оператора о грозящем столкновении и механизмы для защиты критических компонент и/или двигатели для выполнения маневра уклонения от столкновения. На сегодняшний день в качестве предупреждающих сенсоров используются наземные средства наблюдения, прежде всего СККП. На основе наблюдений рассчитываются потенциальные сближения КА с каталогизированными КО. В случае превышения вероятности столкновения допустимого уровня риска с помощью маневровых двигателей совершается маневр уклонения. Основы маневров уклонения от столкновения изложены в работе [Foster, Stansbery, 2003] и ряде документов НАСА.

Существуют и другие проекты активной защиты. Например, бортовые сенсоры обнаруживают приближение КО, после чего закрываются шторки над чувствительным компонентом КА или он разворачивается, подставляя приближающемуся объекту более защищенную сторону. Могут также выбрасываться особые щиты навстречу атакующему КО, или использоваться оружие направленной энергии (лазер, плазма и т. п.) для отклонения или разрушения приближающегося объекта [Schall, 1993; Settecerri, Beraun, 1993].

Проблема всех схем активной защиты в том, что они требуют упрежденного обнаружения опасности столкновения. Из-за высоких скоростей сближения, зачастую свыше 15 км/с, это упреждение должно быть весьма значительным — за сотни километров до встречи. При этом требуется не только обнаружение, но и устойчивое слежение за КО с целью получения точной координатной информации о нем, которая позволила бы однозначно сказать, будет ли в действительности столкновение. В НАСА есть модель SBRAM для предварительной оценки опасности для действующих КА со стороны каких-либо КО через дни, недели и месяцы [Krisko et al., 2005; Matney, 1998, 2000].

Казалось бы, естественно разместить все компоненты системы активной защиты (включая сенсоры) на борту защищаемого КА. Но это только на первый взгляд. Требования к системам, способным своевременно обнаружить на достаточном расстоянии и сопровождать среднеразмерный КО, очень высоки и сегодня практически не реализуемы. В частности, бортовой радар должен иметь чрезвычайно высокую мощность, оптика — от десятков до сотен сантиметров в диаметре. Сенсоры должны обладать широким полем зрения для обнаружения набегающих КО со всех ресурсов.

В [Orbital., 1995] приводится такой пример и соответствующий расчет. Низкоорбитальный КА массой 1 т оборудован сенсором, способным предупреждать с расстояния 100 км о потенциальном столкновении с точностью, при которой КА мог бы избежать столкновения, сместившись на 25 м в сторону. В заданных условиях на маневр потребуется 5 с. Для этого нужен реактивный двигатель с тягой 2 кН (типичные реактивные двигатели для коррекции орбит имеют тягу 1 кН). Если бы 375-тонной МКС понадобился такой маневр, нужен был бы реактивный двигатель с тягой 750 кН (такой же, как у второй ступени РН «Ариан-4»). К тому же, ускорение в таком маневре превысит допустимые нагрузки на выносные структуры (солнечные панели и т. п.). Снизить эти нагрузки можно за счет увеличения расстояния обнаружения КО, но тогда придется увеличивать мощность сенсора. Тронешь в одном месте — поползет в другом.

Наземные средства СККП уже широко используются для предупреждения о сближении с каталогизированными КО действующих КА, в том числе МКС. Имея большое число весьма совершенных средств наблюдения, рассредоточенных практически глобально, они не испытывают дефицита времени на предупреждение. Однако у них есть ограничения на размер обнаруживаемых КО и слежения за ними (минимум 10 см), а также на точность прогнозирования их движения.

Наземная система предупреждения о столкновениях должна отвечать трем очевидным требованиям:

• каталог КО системы содержит динамически обновляемую координатную информацию о всех опасных КО, траектории которых пересекают орбиту защищаемого КА;

• система обеспечивает достаточно высокую точность измерительной информации, чтобы уровень ложных тревог был низким и исключал лишние маневры ухода;

• защищаемый КА способен реагировать на предупреждение уходом от столкновения или выполнением других активных мер защиты.

Современные системы предупреждения о столкновениях, к сожалению, не отвечают этим требованиям. Существующие каталоги не полные в части объектов размером менее 10…20 см и не включают большинство потенциально опасных КО. Непредсказуемость состояния верхней атмосферы и, как следствие, неточность прогнозирования будущего положения сближающихся объектов делает неизбежным ненужные маневры (из-за требования значительного упреждения выдачи сигнала об опасности). Эта неопределенность также не позволяет точно и своевременно предсказать параметры ожидаемого столкновения для большинства существующих КА и точного расчета установок на маневр. Необходимые характеристики сенсоров для активной защиты КА достигаются сложными и дорогостоящими техническими решениями. Поэтому такую защиту имеет смысл применять только для пилотируемых и очень дорогих КА.

Даже при наличии эффективной системы предупреждения многие методы активной защиты могут оказаться физически не реализуемыми. Например, схема встречного обстрела атакующего КО требует большей мощности (десятки киловатт), чем может обеспечить современное оборудование КА. Маневр уклонения при срочном предупреждении может оказаться выполнимым лишь при наличии очень мощного реактивного двигателя и весьма жесткой конструкции КА, чтобы выдержать резкий маневр.

Что касается операционной защиты, то она включает избыточность и дублирование оборудования, специальную архитектуру дизайна. Большинство схем операционной защиты направлены не на снижение угрозы удара КМ, а на минимизацию вероятности отказа КА из-за сбоя отдельной его компоненты по любой причине, не обязательно связанной с КМ. Операционно обеспечивается лишь щадящий режим снижения качества функционирования КА при нештатном или некачественном функционировании какой-либо компоненты. Например, термопокрытие проектируется таким образом, чтобы оно сначала обеспечивало более чем достаточный термоконтроль, а его нижние слои плавно снижали свои термозащитные свойства при более жестких чем проектные воздействиях внешней среды. Солнечные панели устанавливаются большей площади, чем нужно для снабжения КА электроэнергией. Электронное оборудование и двигательная техника обычно дублируется в 2…3 раза. Такая операционная избыточность применяется и в многообъектовых космических системах. Например, в американской GPS (и российской ГЛоНАСС) используется больше спутников на орбитах, чем это требуется.

Расшифровку всех приведенных в статье условных сокращений смотреть здесь: «Исследование ближнего космоса: условные сокращения».

Нет сомнений, что при конструировании КА и разработке программы миссии игнорирование угрозы со стороны КМ по меньшей мере безответственно. В современном проектировании КА необходимо получить количественную оценку этой угрозы. Для этого конструктор должен проанализировать конкретную среду на пути будущего КА и четко представить себе уязвимость КА в этой среде.

Уже создано много аналитических, экспериментальных методов и инструментов для решения этой задачи. Но, пользуясь ими, мы не должны забывать о связанных с ними допущениях, ограничениях и неопределенностях.

Проектирование КА и его миссии состоит из целого ряда этапов. Каждый из которых в определенной, иногда весьма значительной степени, связан ограничениями, следующими из решений, принятых на предыдущих этапах. Чтобы избавиться от некоторых ограничений, если в этом возникает необходимость, приходится возвращаться к более ранним этапам и выполнять перепроектирование, что увеличивает стоимость проекта. Чем раньше КМ вводится как фактор в процессе проектирования, тем дешевле обойдется проект и более органично будет учтена реальность космического мусора в окончательной версии проекта.

Для каждого КА решение индивидуально, отлично от решений, принятых для других, так как количественная мера угрозы со стороны КМ, допустимого риска, конструкции и стоимости защиты напрямую зависит от массы, размеров, конфигурации аппарата, его рабочей орбиты, решаемых им задач.

Проектирование КА военного назначения должно подчиняться требованиям, подчас радикально отличным от принятых при создании наземного вооружения. Например, при проектировании космического кинетического оружия поражения необходимо учитывать, что наземных условиях выстрел снарядом (или пулей) имеет результатом попадание или промах. Сразу после этого снаряд или пуля, как правило, перестают существовать как таковые, т. е. уже не представляют опасности. В космосе при промахе кинетический снаряд продолжает полет с огромной космической скоростью и, следовательно, продолжает сохранять опасность, в том числе и для стороны, осуществившей выстрел.

Общий поток км, который встретит на своем пути проектируемый КА, зависит от высоты и наклонения орбиты, его размеров и формы, ориентации по отношению к вектору скорости потока КМ, продолжительности миссии, текущего уровня солнечной активности. К настоящему времени создано множество моделей засоренности ОКП (и ее прогнозирования), которые могут быть использованы для оценки потока и они постоянно совершенствуются [Kessler et al., 1989, 1994; Krisko, 2009, 2010, 2011a; Sdunnus, Klinkrad, 1993; Xu et al., 2011].

Проект космической станции «Freedom» был разработан в 1980-х гг., как ответ на запуск советской станции МИР, но так и не был завершен ввиду своей дороговизны и распада СССР – как главной первопричины необходимости создания «Freedom’а».

В 1998 году модернизированный модуль «Freedom» был включен в состав МКС, и составил американский сегмент станции.

Как только поток КМ определен и построено распределение углов атаки его элементов, можно оценить ожидаемое количество ударов по каждой компоненте КА за заданный период времени. В расчете учитывается и взаимное расположение компонент, экранирование каждой другими. Для этого существуют методики, которые использовались еще для анализа проектов ОС «Фридом», МКК «Шаттл», КА LDEF, ОК «Мир», МКС [Christiansen, 1993; Orbital…, 1995].

Количество ударов и их характеристики — это лишь исходная информация для определения ожидаемых последствий и влияния на выполнение КА своей миссии, т. е. оценка вероятности отказов и сбоев компонент и аппарата в целом. При этом нужно рассматривать следующие виды последствий ударов:

• выход из строя критических компонент (часто приводящие к отказу всего КА);
  
• повреждения после ударов высокоскоростных фрагментов; воздействие импульсных нагрузок от удара; влияние плазмы;
  
• изменение влияния данного повреждения во времени;
  
• поверхностная деградация от ударов.
  

Уязвимость КА в потоке км может быть определена как комбинация вероятностей отказов его различных компонент вследствие ударов КМ с учетом важности (критичности) каждой компоненты и их дублирования (избыточности).

Оценка уязвимости КА считается основанием для определения степени и вида защиты КА. В настоящее время применяются три вида защиты — пассивная, активная и операционная («стандарт» IADC). Пассивная защита — это не что иное как бронирование КА или его компонент. Активная — предполагает использование средств наблюдения для обеспечения заблаговременного предупреждения о грозящем столкновении и последующее применение мер защиты критических компонент КА или совершение маневра уклонения от потенциального столкновения. Операционная защита предусматривает изменение дизайна КА с допущением возможности умеренной деградации КА или изменения его функций с целью снижения общего риска для миссии. Задача конструктора КА — найти компромисс между стоимостью реализации каждого метода и выигрышем.

Бронирование, с одной стороны, защищает КА от ударов мелкого и, в меньшей степени, среднеразмерного КМ, с другой, удорожает конструкцию и выведение аппарата в космос, уменьшает массу полезного груза. Разумеется, масса брони пропорциональна размеру и массе частиц, от которых она защищает. ‘К счастью’, с большей вероятностью КА подвергается ударам мелкого КМ, чем среднеразмерного и тем более крупного. Поэтому защищать броней от удара крупного КО не имеет смысла из-за малой вероятности столкновения и неспособности уберечь КА от разрушения, если столкновение все же произойдет.

Сам выбор конкретного защитного покрытия — это по сути компромисс между: допустимым уровнем риска повреждения КА или его критических компонент; добавленной массой щита и допустимым снижением массы полезного груза. Не следует также забывать, что добавление брони увеличивает не только массу аппарата, но и площадь его поперечного сечения. Это два больших минуса как с точки зрения повышения засоренности космоса в перспективе, так и увеличения вероятности столкновения с КМ.

Некоторую роль защиты КА выполняет его скелетная конструкция, которая должна быть достаточно массивной и прочной, чтобы выдержать пусковые нагрузки.

В космической индустрии используются два типа щитов — монолитный и многослойный с промежутками. Достоинство первого — простота и малый объем. Многослойный — обеспечивает лучшую защиту от высокоскоростного КМ, чем монолитный, при той же массе. Монолитный щит естественно использовать для защиты от мелкого КМ при средних и низких скоростях удара, когда энергия атакующей частицы слишком низка, чтобы сама частица разрушилась. В этом случае щит эффективен потому, что его масса достаточно велика, чтобы абсорбировать и рассеять энергию удара.

Расшифровку всех приведенных в статье условных сокращений смотреть здесь: «Исследование ближнего космоса: условные сокращения».

Осмотр и первичный анализ повреждений от ударов КМ возможен непосредственно в космосе силами космонавтов. Так было на МКС, телескопе «Хаббл» и еще раньше на советских орбитальных станциях. Известно много случаев возвращения на Землю экспонированных в космосе поверхностей и самого тщательного их анализа в лабораторных условиях [LDEF., 1993]. Очень много полезной информации о воздействии КМ на космические аппараты дают наземные лабораторные испытания с применением сверхскоростных ударов. В качестве вспомогательного средства используется компьютерное (аналитическое и цифровое) моделирование.

Обшивка МКС, обстрелянная космическим мусором

В наземных лабораториях исследуются:

• непосредственные результаты ударов КМ или его имитаций;
  
• воздействие ударов КМ на функциональные характеристики КА и его компоненты, их надежность, живучесть;
  
• эффективность методов противодействия повреждениям от ударов КМ (защитные покрытия, их материалы, конструкция, компоновка); воспроизведение разрушений КО (КА, РН, крупного КМ) в результате взрывов и столкновений, образование осколков.
  

При этом главный метод моделирования — экспериментальный сверхскоростной удар, а его цель — выяснение, как КА или его компоненты смогут перенести столкновение в космосе с КМ, а также уточнение влияния этих факторов на процесс засорения ОКП. Поскольку практически нереально и экономически накладно построить целый КА для последующего разрушения в лаборатории, испытания в основном проводятся на отдельных его компонентах и их сборках (топливные баки, связки проводов, изоляционные материалы, структурные блоки). Подробнее см. [Christiansen, 1990; Christiansen, Ortega, 1990; Orbital…, 1995; Schneider, Stilp, 1993; Whitney, 1993].

Модель микроспутника с солнечными батареями, основная миссия которого – изучение поведения космического мусора

В рамках сотрудничества японского университета Кюсю и подразделения НАСА по проблемам техногенного засорения космоса недавно было проведено семь ударных тестов, где целями служили уже натурные КА — микроспутники размерами от 15x15x15 до 20x20x20 см. Масса этих аппаратов составляла примерно 1,5 кг. Каждая цель была полностью оборудована функциональной электроникой (батареи, приемники, передатчики). В двух последних тестах на спутниках монтировались солнечные панели и многослойное защитное покрытие корпуса. Все цели были обстреляны снарядами различных размеров и при разных скоростях ударов. Образовавшиеся фрагменты размером до 2 мм были собраны, изучены и каталогизированы. Результаты тестов использованы для улучшения модели разрушений НАСА [Hanada, Liou, 2009; Murakami et al., 2009].

Многие аналитические теории предсказания повреждений от ударов км основаны, с целью упрощения вывода математических зависимостей, на предположении сферичности формы КМ. Однако реальный КМ характеризуется большим разнообразием форм. Удар несферического тела может причинить значительно большее повреждение во многих ситуациях. Например, глубина проникновения и объем кратера от удара в толстую плоскую мишень сильно зависят от длины снаряда вдоль его оси полета в момент удара [Gehring, 1970]. Плоские снаряды в виде пластинок приводят к большим повреждениям, чем сферические той же массы и при такой же скорости [Boslough et al., 1993].

Экономически нереально испытывать все компоненты при всех возможных условиях ударов КМ. Поэтому критические элементы подвергают испытаниям в номинальных условиях, а затем обращаются к компьютерному моделированию с целью распространения полученных результатов на космический аппарат в целом.

Компьютерное моделирование служит связывающим звеном между результатами обследования поверхностей, реально подвергшихся воздействию КМ в космосе, и предположениями ученых, проверяя и калибруя последние. Модели также позволяют экстраполировать данные, полученные в лаборатории в ограниченном диапазоне, на широкий спектр условий, которые невозможно воспроизвести в лаборатории.

При проверке надежности броневых покрытий также прибегают к сочетанию натурных экспериментов и компьютерного моделирования. Сочетание сверхскоростных тестов и компьютерного моделирования представляется довольно мощным инструментом оценки выживаемости КА и КС при ударах км.

Ударные испытания применяются и для исследования механизма образования осколков разрушения при сверхскоростном столкновении в космосе. Знать это очень важно для прогнозирования эволюции популяции КМ. Однако такие эксперименты очень дороги и их проведено немного. Конечно, полученные результаты можно экстраполировать с помощью компьютерных моделей, но со значительной степенью неопределенности ввиду ограниченности имеющихся данных.

Существует множество экспериментальных средств для моделирования и изучения ударов КМ, с помощью которых можно воспроизвести испытания с довольно крупными снарядами, разгоняемыми до больших скоростей. Однако есть определенные границы возможностей в этом направлении. Все разнообразие форм, размеров и состава КМ пока не может быть испытано во всех диапазонах скоростей. Имеются трудности с разгоном крупных снарядов до типичных скоростей столкновений в низкоорбитальной области ОКП. Эти ограничения затрудняют проектирование защитных покрытий, адекватных действительной космической среде, снижают точность предсказания ущерба от столкновения со сред-неразмерными КО, добавляют неопределенность в прогнозирование будущей популяции засоренности ОКП.

При испытании броневых покрытий КА в лабораторных условиях обычно используются ударные частицы размером от 1 мм до 1 см и массой до нескольких грамм, но вполне возможно провести тест и с более крупными снарядами, разгоняемыми до типичных скоростей столкновений на высоких орбитах.

Стандартная лабораторная двухступенчатая газовая пушка на легком газе может разгонять объекты размером до 50 мм до скоростей около 8 км/с. Некоторые пушки ускоряют, правда более мелкие объекты, до 10 км/с и выше. Стандартный снаряд — сфера, но возможны и другие формы — тонкие пластинки, длинные стержни, цилиндры [Piekutovski, 1986].

Поскольку легкогазовая пушка не может разгонять снаряд до скоростей, типичных для столкновения НОКО (10…15 км/с), были созданы ультрасверхскоростные пушки с расширенным диапазоном скоростей специально для изучения воздействия КМ на КА, способные доводить скорость небольших титановых пластинок до 15,8 км/с [Chhabilidas et al., 1992].

В России существуют также крупные камеры, в которых можно квазинатурно моделировать экспериментальные орбитальные взрывы и столкновения в контролируемой среде [Fortov, 1993].

Конструкторы защитных покрытий в работе используют (как вспомогательный инструмент исследований) аналитические методы, включающие уравнения «баллистического предела» [Herrman, Wilbeck, 1986; Reimerdes et al., 1993; Ryan, Christiansen, 2010]. С их помощью рассчитываются размеры частицы, останавливаемой данным конкретным щитом в функции скорости удара, его угла, плотности атакующей частицы и уравнения размеров щита [Christiansen, 1992]. Есть и аналитические модели для предсказания повреждений от ударов и их последствий, но они несколько сложнее.

К сожалению, не хватает моделей стандартизированных оценок рисков для определения вероятностей выхода из строя компонент КА вследствие удара км и стандартизированных моделей ухудшения рабочих характеристик компонент КА. Из-за этого последствия ударов КМ для КА и его выживаемость приходится оценивать косвенно, прибегая к рискованной экстраполяции [Orbital___, 1995].

Следует иметь в виду, что диапазон возможностей разгона частиц нужной массы и формы при моделировании ударов КМ пока ограничен. Эти ограничения затрудняют проектирование броневого покрытия КА, адекватного действительной космической среде, снижают точность прогнозирования ущерба, добавляют неопределенность в предсказание будущей популяции КМ.

Исследовательская орбитальная лаборатория LDEF

Другим слабым звеном в конструкции щитов от КМ часто бывает предположение, что крупный км состоит из алюминия, а мелкий из окиси алюминия. В реальности некоторые КО состоят из материалов более высокой плотности. При обследовании поверхности КА LDEF, как уже говорилось выше, обнаружены следы ударов частиц из нержавеющей стали, серебра, меди [Horz, Bernhard, 1992]. Щит, готовый выдержать удары алюминиевого КМ, может оказаться неспособным противостоять ударам более плотных тел.

Конечно, нереально испытывать щиты и другие компоненты КА на удары км всех возможных размеров, масс, форм, составов во всех диапазонах космических скоростей. Здесь нужно обращаться за помощью к компьютерным моделям, откалиброванным по достаточному объему экспериментальных данных, для экстраполяции на недостающие условия испытаний.

Расшифровку всех приведенных в статье условных сокращений смотреть здесь: «Исследование ближнего космоса: условные сокращения».

Для корректной оценки роли мелкого КМ в воздействии среды на КО нужно прежде всего избавиться от порочного убеждения, что, якобы, только крупные КО представляют действительно серьезную угрозу для действующих КА, а мелкий км их только поцарапает. Во-первых, если крупный КО способен полностью разрушить КА, то мелкий км может вывести из строя его важные внешние устройства, узлы и блоки КА. Во-вторых, мелкая частица при столкновении с КА с относительной скоростью 14…15 км/с и более может нанести ему ущерб более ощутимый, чем крупный осколок, столкнувшийся при малой относительной скорости. В-третьих, у КА есть крайне уязвимые места, как, например, оптика, солнечные панели и т. п., для которых даже царапина обернется ощутимым повреждением.

Результат удара сантиметровой алюминиевой сферы в 0,5-сантиметровую оболочку КА на скорости 10 км/с — типичный пример повреждения от КМ. По данным американских исследователей [Orbital___, 1995], такой удар может полностью расплавить или, по крайней мере, частично испарить саму ударившую частицу и сделать пробоину в стенке КА с входным отверстием диаметром 3,3 см и выходным — 2,7 см. Сила удара, вызванная расширяющимся расплавом частицы КМ и материалом стенки, распространяясь на компоненты КА, расположенные в 2,5 см позади пробитой стенки, может превысить допустимую нагрузку для большинства материалов структур КА. В 15 см позади стенки она будет все еще близка к предельной нагрузке, допустимой для обычно используемых алюминиевых сплавов.

Удары мелкого КМ в хрупких материалах создают трещины, распространяющиеся далеко за пределы кратеров и пробоин. Они могут приводить к локальным образованиям плазмы, которая может вызывать разряды и другие нарушения в электронном оборудовании, солнечных панелях. Повреждения от ударов КМ зачастую сочетаются с другими видами воздействий внешней агрессивной среды (атомарный кислород, ультрафиолетовое излучение) и вызывать в итоге большие повреждения, чем сумма индивидуальных повреждений от каждого фактора в отдельности — супераддитивная функция композиции.

Пробоина в смотровом окне шаттла STS-007, полученная в результате столкновения с космическим мусором весом 8 грамм

И очень мелкие частицы способны вызвать серьезные повреждения. Например, частица диаметром 0,75 мм, ударяющаяся в 0,5-сантиметровое алюминиевое внешнее покрытие двигателя ориентации солнечных панелей, приведет к образованию осколков внутренней стенки покрытия и повредит двигатель. Частица диаметром 1 мм на относительной скорости 10 км/с может пробить радиатор с тонкостенными трубами охлаждения, какие используются в космических реакторах. Если в контуре охлаждения не предусмотрено автоматическое перекрытие или «отсечка» пробитых труб, может произойти утечка охладителя.

Даже если удары мелкого КМ не вызывают серьезных структурных повреждений, создаваемые ими сколы, кратеры, пробоины, царапины, мелкие трещины приводят к постепенной деградации поверхности КА, ослабляя ее и делая более уязвимой для воздействия агрессивной внешней среды.

Не удивительно, что основное внимание исследователей обращено именно на мелкий КМ. Этим объясняется и большой объем соответствующих публикаций. Мелкие частицы сталкиваются с подобными себе и крупными гораздо чаще, чем крупные КО между собой. При этом генерируются обширные потоки мелких частиц, часть которых покидает окрестности Земли, но большинство после недолговременной концентрации в области столкновения остается на долго живущих высокоэллиптических орбитах. Это подтверждается и измерениями c LDEF. Тыльная поверхность этого КА испытала столкновения с малоразмерным км, следы которых можно объяснить только высокой эллиптичностью орбит оставивших их частиц [Kessler, 1992]. Многие из этих частиц — чешуйки отслоившейся краски. в то же время, во многих кратерах обнаружены окись алюминия, медь, серебро, никель, нержавеющая сталь, которые могли быть оставлены фрагментами конструкционных и других компонент неизвестных КА [Horz, 1992]. Эксперимент с LDEF подтвердил наличие долгоживущих потоков мелкого КМ, происхождение которых можно объяснить их точечным источником — столкновением или взрывом КО [Mulholland et al., 1991].

Ремонт космического телескопа «Хаббл», который подвергся атаке космического мусора

Вероятность столкновения с частицами диаметром не более 1 мм практически равна единице. Поверхности КА Eureca, LDEF, Solar Max, PALAPA и др., возвращенных на Землю после нескольких лет пребывания в космосе, оказались испещренными множеством изъянов, оставленных частицами км. По данным NASA на март 1997 г., в течение последних 16 месяцев эксплуатации шаттлов КМ настолько серьезно повредил их иллюминаторы, что 18 окон пришлось заменить, а каждое стоило тогда более 50 тысяч долларов. В среднем после двух полетов у шаттла приходится заменять иллюминаторы. Наиболее уязвимыми оказались солнечные панели. На некоторых аппаратах они уже через 3 месяца полета оказывались выведенными из строя. Повреждение обшивки КА, иллюминаторов, солнечных батарей, антенн, топливных и газовых баллонов, других навесных элементов если и не выводит их из строя, то, во всяком случае, сокращает срок службы.

Из-за трудностей обнаружения КО размером меньше 1 см на ГСО и даже регистрации самих разрушений, порождающих малые осколки, статистика и характеристики столкновений на ГСО и их последствия плохо изучены. Измерительные данные об объектах на ГСО (в отличие от НОКО) мы получаем лишь эпизодически.

Единственно, что известно наверняка, столкновения на ГСО в среднем менее опасны и повреждения от них не так катастрофичны, как в низкоорбитальной области. Тем не менее, необходимо лучше понимать истинное состояние среды на ГСО, особенно характеристики потоков средне- и малоразмерного КМ, так как на этих орбитах работают наиболее дорогостоящие КА. ГСО — крайне ограниченный по емкости, ценный ресурс для размещения там новых аппаратов, а время существования КО на ГСО — десятки, сотни тысяч и миллионы лет.

Белым пятном в наших представлениях о мелком КМ считаются источники его образования. Характеристики его популяции сильно зависят от времени и долгосрочного прогноза эволюции.

Расшифровку всех приведенных в статье условных сокращений смотреть здесь: «Исследование ближнего космоса: условные сокращения».

Многие независимые модели будущей популяции КМ подтверждают, что каскадные столкновения уже происходят на околоземных орбитах [Назаренко, 2010; Kessler, 1991; Kessler, Cour-Palais, 1978; Kessler et al., 1993, 2010; Potter, 1993; Rex, Eichler, 1993; Rossi et al., 1993; Su, 1993; Talent, 1992].

Эти модели в своей основе имеют различные методологии, различаются ключевыми исходными данными и параметрами, такими как начальная популяция, количество и распределение осколков, образующихся при взрыве и столкновении. Однако их прогоны дают схожие результаты. Все они предсказывают «более чем линейный» (скажем прямо, экспоненциальный) рост популяции КМ в области низких орбит на следующее столетие.

Рис. 6. частота столкновений с частицами различных размеров на высотах 900…1000 км

Еще в 1993 г. Э. Поттер [Potter, 1993] привел свидетельства уже начавшегося каскадного процесса в некоторых областях орбит, в частности, на высотах между 900 и 1000 км. Результаты наблюдений, анализа, расчета и моделирования указывают на значительный рост частоты столкновений в этом диапазоне высот. На рис. 6 в логарифмическом масштабе дано сравнение количества столкновений в год с частицами размером от 1 мм до 1 см в 1990 и 2020 гг.

По мнению некоторых экспертов [Назаренко, 2010], каскадный эффект уже начался для малоразмерной фракции. Э. Поттер [Potter, 1993] считает, что для крупных КО каскадный эффект пока не наблюдается, но конструкторы уже вынуждены бронировать КА. Достаточно взглянуть на возвращенные на Землю экспонированные в космосе поверхности, посмотреть историю зарегистрированных столкновений, результаты прогнозирования засоренности космоса и эти опасения становятся убедительными. Практически в каждом номере периодического (ежеквартального) журнала НАСА «Orbital Debris Quarterly News» публикуются сообщения об очередных столкновениях в космосе.

Каскадный процесс столкновений не обязательно будет охватывать полностью все ОКП. Орбитальная область, в которой он начнется, должна отвечать определенным требованиям:

• достаточно высокая плотность КО;

• не очень сильные атмосферные возмущения;

• достаточно высокие скорости столкновений.

Смысл второго требования — количество выбывающих из данной области КО не должно снижать плотности потока км в ней. Перечисленные условия обеспечивают достаточно большое число высокоэнергетических столкновений.

Коль скоро каскадный процесс столкновений начался, его нельзя остановить снижением частоты запусков новых КА и даже их прекращением, поскольку этот процесс самодостаточен и поддерживает сам себя. Если в орбитальную область, где начался цепной процесс столкновений, прекратить приток новых масс извне, количество столкновений начнет снижаться, но не ранее чем через сотни и тысячи лет. В то же время, несмотря на то, что большинство крупных объектов постепенно разрушатся, и из-за резко возросшего количества осколков, вероятность столкновений действующих КА с км может оказаться очень высокой.

После начала каскадного процесса при достижении некоторой критической плотности засоренности ОКП его развитие поддерживается тремя главными факторами: большим количеством образующихся при столкновении осколков (из-за высокой энергии столкновений даже при небольшой массе одного из участвующих в нем КО); высокой скоростью осколков, которая не только квадратично усиливает энергию столкновений, но и позволяет им за короткое время «пронизывать» гигантское пространство, тем самым повышая вероятность столкновения; орбитальной замкнутостью КМ в ОКП, из-за чего продукты разрушения (т. е. «размножившийся» км) в основной своей массе остаются в ОКП, увеличивая вероятность дальнейших столкновений.

Некоторые продукты разрушения из-за большого разброса начальных орбитальных параметров могут покинуть окрестность Земли, но такая возможность нарушает замкнутость ОКП лишь теоретически и не может считаться определяющей в рассматриваемом процессе. Тем более что пока эти частицы будут избавляться от земного притяжения, они смогут успеть еще неоднократно столкнуться с КМ или с действующими КА.

Рис. 7. «Автору» каскадного эффекта Дональду Кесслеру вручают награду имени Джерома Ледерера «Пионер космической безопасности» 2008 г. международной ассоциации оценки достижений в области космической безопасности (Don Kessler wins the Jerome Lederer — Space Safety Pioneer Award, 2008)

Итак, главной потенциальной опасностью со стороны КМ представляется мрачная перспектива развития каскадного эффекта, который приведет к практической невозможности использования ОКП в исследовательских, хозяйственных, коммерческих, военных и других целях. При этом может сильно пострадать экологическая обстановка на Земле. Возможно, это уже не перспектива, а реальность. Катастрофические столкновения действующих КА CERISE в 1996 г. и «Иридиума-33» с «Космосом-2251» в 2009 г. свидетельствуют о начале «синдрома Кесслера» [Liou, 2011a] (рис. 7).

Расшифровку всех приведенных в статье условных сокращений смотреть здесь: «Исследование ближнего космоса: условные сокращения».

Мебельный салон предлагает Вам приобрести продукцию фирмы KLER , которая считается эталоном стиля и качества. Кожаные диваны, мягкие пуфики, стильные реклайнеры, удобные кровати — вот лишь малая толика того, что Вы сможете приобрести, если прямо сейчас посетите сайт www.klermoscow.ru.

Пока столкновения в космосе не выводили из строя дорогостоящие, выполняющие важные государственные, социальные, экономические и даже стратегические функции КА, они оставались незамеченными в прямом и переносном смысле. Но после гибели французского КА CERISE и американского «Иридиума-33» проблема опасности столкновений и их предотвращения стала выходить на передний план.

Столкновения, как и взрывы, особенно неприятны своими последствиями — образованием множества осколков и расширением занимаемой ими орбитальной области вследствие разброса векторов начальных скоростей фрагментов. Но этим дело не ограничивается. Дональд Кесслер из Джонсоновского космического Центра НАСА первым обратил внимание на то, что при достижении определенной критической плотности мусора в той или иной орбитальной области в результате все возрастающего числа столкновений может начаться процесс образования вторичных осколков, т. е. так называемый «каскадный эффект», или «синдром Кесслера». По сути, космический мусор приобретает некий агрессивный характер, которому уже мало что можно противопоставить. Это как пожар, который легче предотвратить, чем тушить.

Впервые свою гипотезу Дональд Кесслер опубликовал в 1978 г. [Kessler, Cour-Palais, 1978]. Первые исследования каскадного эффекта были проведены в [Eichler, Rex, 1992; Kessler, 1991; Kessler, Cour-Palais, 1978; Potter, 1993], а одни из последних в [Назаренко, 2010; Kessler et al., 2010].

Вероятность столкновений в любой орбитальной области растет приблизительно пропорционально квадрату количества КО. При этом каждая орбитальная область имеет свою «критическую плотность» КО. Другими словами, там должно присутствовать достаточное количество объектов с большой массой для обеспечения в результате столкновений прироста фрагментов, превышающего убыль КО в результате схода с орбиты (например, под действием атмосферного торможения или принудительного снятия КО с орбит). Когда эта критическая плотность будет достигнута, фрагменты мусора становятся главной причиной все возрастающей частоты новых столкновений, хотя их временной масштаб может быть растянут здесь на десятки и сотни лет.

Рис. 1. Критическая плотность в низкоорбитальной области

В 1990-х гг. уже существовали отдельные орбитальные области, в которых пространственная плотность КМ превышала критический уровень. На рис. 1 показано, как изменяется с высотой критическая плотность КМ в низкоорбитальной области, зависящая от таких факторов, как сопротивление атмосферы, размеров КО, распределения наклонений орбит и др. [Kesler, 1991]. Районы, в которых реальная плотность км превышает критическую, заштрихованы (от 900 до 1000 км и около 1500 км). Популяция КМ там будет увеличиваться количественно, даже если не будет притока новых КО извне, а количество фрагментов от столкновений в соответствии с синдромом Кесслера — расти экспоненциально. Это видно из сравнения распределений каталогизированных КО по высоте по состоянию на 1999 и 2010 гг. (см. рис. 2 и 3). Для среднеразмерного и мелкого КМ эта разница была бы еще более впечатляющей, так как в результате столкновений КО мелких осколков образуется значительно больше, чем крупных, и еще больше, чем при взрыве (см. рис. 4).

Рис. 2. Сравнение распределений каталогизированных КО в диапазоне высот 100…3000 км по высоте апогея орбиты

Рис. 3. Сравнение распределений каталогизированных КО в диапазоне высот 3000…40 000 км по высоте апогея орбиты

Рис. 4. Сравнение выхода фрагментов различных размеров в результате взрыва и сверхзвукового столкновения

Конечно, запуски новых КА (вместе с их РН и сопутствующим КМ) и взрывные разрушения также вносят вклад в рост популяции КМ в этих районах, тем более, что они наиболее привлекательны для функционирования многих типов КА и поэтому пользуются повышенным спросом. Соответственно «оптимизация» условий возникновения каскадного процесса столкновений КО там будет поддерживаться постоянно.

в низкоорбитальных районах ОКП, в которых еще не достигнута критическая плотность КО, она может возрасти за счет фрагментов от столкновений в соседних. Ранее уже говорилось о том, что многие фрагменты, особенно при взрывах, отделяются с очень высокими скоростями, и их орбиты распределяются довольно широко в пространстве. За счет этого, а также постепенного снижения КМ в нижележащие районы из-за сопротивления атмосферы, реальная плотность там будет повышаться. Кроме того, фрагменты от столкновений ВЭКО с НОКО будут пересекать низкоорбитальные районы на очень высоких скоростях, вызывать дополнительную угрозу столкновений и соответственно провоцировать каскадный эффект.

Рис. 5. Приращение скорости, необходимое для вывода ИСЗ на орбиту захоронения (для трех классов орбит)

Высокие орбитальные районы обычно менее засорены, чем низкие и скорости столкновений там ниже, что обусловливает образование меньшего числа фрагментов при столкновении. При этом осколки распространяются там шире, чем на низких орбитах (см. рис. 5), что снижает вероятность новых столкновений. Все это препятствует развитию каскадного эффекта на высоких орбитах.

На ГСО, в окрестности которой скорость столкновений еще меньше и векторы скоростей КО при их сближении в своем большинстве близки к коллинеарным, даже если столкновение случится, осколки распространятся в гораздо большем объеме, чем на низких орбитах, и каскадного эффекта придется ждать, возможно, тысячи и десятки тысяч лет [Kessler, 1993]. Следовательно, в отличие от низкоорбитальных областей на ГСО популяция КМ будет расти в основном за счет взрывов и запусков новых КА, а не столкновений.

Процесс протекания синдрома Кесслера. Крупные обломки космического мусора, соударяясь, порождают большое количество более мелких, которые сталкиваются и образуют еще больше космического мусора более малого размера

Начало цепной ядерной реакции не заметить трудно, хоть и развивается она очень стремительно. С синдромом Кесслера дело обстоит иначе из-за масштаба времени. Оказывается не так просто понять, начался цепной процесс или нет. Ввиду растянутого масштаба времени судить приходится и по косвенным признакам. именно поэтому нет единодушного мнения ученых на этот счет. трудность осмысления этого явления двойная: нельзя точно предсказать начало процесса и нужно уяснить временной масштаб его развития. и то, и другое сильно зависят от многочисленных исходных неопределенностей.

Расшифровку всех приведенных в статье условных сокращений смотреть здесь: «Исследование ближнего космоса: условные сокращения».

Холодные глубины и сказочные красоты космического пространства, сотрясаемые взрывами сверхновых и освящаемые светом бесчисленных галактик, не могут не вселять ужас и восхищение в сердца всех жителей крошечной планеты по имени Земля.
Именно поэтому в наше неспокойное время многие стали задумываться, что происходит после смерти… Существует ли Вознесение, растворяется ли энергия наших душ космическом вакууме или за смертью следует одно бескрайнее НИЧТО?
Получить ответ на этот вопрос Вы сможете только на сайте www.bcoreanda.com.

Космический аппарат НАСА UARS

10 ноября 2007 г. случился довольно загадочный инцидент. Спутник НАСА для исследования верхней атмосферы UARS (Upper Atmosphere Research Satellite), после успешного выполнения своей 14-летней миссии в 2005 г. был пассивирован (топливные баки опустошены и аккумуляторы разряжены) и переведен на более низкую орбиту захоронения с целью сокращения срока существования. В течение последующих двух лет его высота постепенно снижалась, как вдруг 10 ноября 2007 г. от 5,7-тонной конструкции неожиданно отделилось, по крайней мере, четыре фрагмента (с умеренной скоростью). Два из них упали на Землю в конце ноября, остальные оставались на орбите до конца года. По мнению оператора, взорваться спутник не мог, поскольку был полностью пассивирован, если не считать мизерного количества сжатого газа в баллончике. Единственной объяснимой причиной разрушения могло быть столкновение с небольшим ненаблюдаемым элементом КМ [Two…, 2008].

Через день после этого инцидента США провели первый пуск РН «Дельта-IV» в 2007 г. Предыдущий ее полет в 2006 г. закончился незапланированным разрушением второй ступени с образованием 60 фрагментов.

На этот раз вторая ступень РН также произвела две дюжины обломков размером более 10 см. как и в предыдущем случае, образование фрагментов не помешало РН успешно выполнить свою функцию — вывести полезный груз на запланированную орбиту.

В марте 2008 г. по неизвестной причине взорвался российский «Космос-2421» (точнее, в марте — июне этот КА испытал три последовательных взрыва — 14 марта, 28 апреля и 9 июня [ISS Maneuvers…, 2008; The Multiple., 2008]) с образованием 506 фрагментов, 90 % которых имели размеры от 5 до 20 см. Взрыв произошел всего лишь в 60 км над МКС. К счастью, основная масса осколков уже сгорела в атмосфере к началу 2009 г. (рис. 6).

Рис. 6. КА «Космос-2421»

В течение нескольких месяцев многочисленные обломки и осколки от разрушения «Космоса-2421» проходили близко от МКС, и каждый раз приходилось планировать маневры ухода от столкновений, которые отменялись лишь, когда уточненные вероятности столкновений опускались ниже «красного» порога 0,0001. Один маневр (27 августа) пришлось совершить при расчетной вероятности столкновения 0,014 (расчетный промах 1,6 км). Его осуществили с помощью пристыкованного в то время к МКС Европейского автоматического модуля (АММ) «Жюль Верн». За два часа до предполагаемого столкновения включили его двигатели с целью замедления движения станции (на 1 м/с), чтобы чуть-чуть снизить среднюю высоту орбиты станции, предварительно повернув МКС на 180° относительно первоначальной «нормальной» ориентации.

Это был восьмой маневр за полетную программу МКС [ISS Maneuvers., 2008; ISS Crew…, 2009; The Multiple…, 2008; Orbital…, 2008].

Модель облака космического мусора, образующегося при разрушении космического аппарата

В начале июля 2008 г. 21-летний «Космос-1818» с законсервированным ядерным реактором на борту стал источником нового облака КМ, 30 его фрагментов были обнаружены СККП США и еще множество небольших металлических сфер — с помощью специальных СН. Это был первый из двух однотипных спутников, испытывавших новую ядерную энергетическую установку. Причина взрыва до сих пор остается невыясненной (вполне возможно было столкновение с КМ). По мнению некоторых экспертов, образовавшиеся металлические сферы могли быть каплями натрий-калиевого охладителя, который использовался в предыдущих версиях реактора [Kessler et al., 1997; New Debris…, 2009].

Неожиданное даже для операторов столкновение американского «Иридиума-33» (рис. 7) с российским «космосом-2251» (рис. 8), так же как и, в свое время, столкновение французского CERISE с обломком РН Arian), нанесло удар по скептикам, утверждавшим, что, вероятность серьезных катастроф мала, и апеллировавшим к факту редких регистраций столкновений. Вместе с тем, известный специалист Пулковской обсерватории А. Сочилина, исследуя орбитальное поведение КА на ГСО, показала, что, по крайней мере, 40 из них испытали столкновение с относительно крупными КО [Sochilina et al., 1998].

Рис. 7. КА «Иридиум-33»

Рис. 8. КА «Космос-2251»

Итак, 10 февраля 2009 г. действующий КА обеспечения глобальной спутниковой связью объектов США «Иридиум-33» (70 спутников в системе «Иридиум» на одной рабочей высоте) столкнулся с уже нефункционирующим российским ИСЗ «Космос-2251» (класса «Стрела-2м», диаметр 2,05 м, гравитационная штанга длиной 18 м, масса 900 кг) (рис. 9). Размеры «Иридиума-33» оцениваются как 2×1 м, масса 560 кг. Столкновение произошло над районом крайнего севера Сибири на высоте около 790 км при относительной скорости 11,646 км/с с образованием большого числа обломков. Наклонения орбит спутников составляли 86,4 и 74,0°, соответственно. Плоскости орбит в момент столкновения пересекались почти под прямым углом. Летом 2010 г. СККП США было зарегистрировано более 2100 фрагментов от обоих аппаратов.

Количество фрагментов, образовавшихся от разрушения «Космоса-2251», более чем вдвое превысило таковое от разрушения «Иридиум-33», что приблизительно соответствует соотношению масс исходных объектов. После столкновения объем каталога КО СККП США увеличился на 15,6 % (на 2347 КО), а количество не каталогизированных, но сопровождаемых СН, возросло на 6000 КО [Space…, 2010].

Рис. 9. Положение орбитальных плоскостей аппаратов «Иридиум-33» и «Космос-2251» в момент столкновения [Satellite…, 2009]

Рис. 10. Эволюция орбит фрагментов разрушения ИСЗ «Иридиум-33» и «космос-2251» через шесть месяцев после столкновения

Более детальный анализ столкновения КА «Иридиум-33» и «Космос-2251» можно найти в [Kelso, 2009; Makarov et al. 2011; Matney, 2010; Nazarenko, 2009b, 2011; Satellite…, 2009] (рис. 10).

Суммарное количество мелких фрагментов (размером около 1 см) от ИСЗ «Фенгюн-1С», «Иридиум-33» и «Космос-2251» по данным радиолокаторов «Хэйстэк» и ХЭкС составляет около 250 000, а крупных (свыше 10 см) — порядка 5500 [Update., 2010]. Объем каталога КО скачком увеличился на 60 % (см. рис. 4)!

Насколько серьезно было воспринято это событие, можно судить по тому факту, что уже в апреле 2009 г. в конгрессе США проводятся слушания под девизом «Сохранение космической среды для гражданского и коммерческого использования». Перед комитетом палаты конгресса по науке и технологиям (Подкомитет по космосу и аэронавтике) выступили генерал-лейтенант Ларри Джеймс от Стратегического командования США, Николас Джонсон — руководитель подразделения НАСА по проблемам техногенного засорения космоса, Ричард Дарбелло от Генеральной корпорации Интелсат и Скотт Пэйс от Института космической политики Университета им. Джорджа Вашингтона (рис. 11) [Congressional., 2009].

Рис. 11. Слева направо: генерал-лейтенант Ларри Джеймс, Николас Джонсон, Ричард Дарбелло, Скотт Пэйв

В июне 2009 г. в Вене на своем ежегодном собрании комитет ООН по мирному использованию космоса (COPUOS) заслушал ряд докладов, инициированных столкновением «Иридиума» и «космоса». бригадный генерал Сьюзен Хелмз (бывшая космонавтка) объявила, что Стратегическое командование США изыскивает возможности проведения оценки опасных сближений для большего числа действующих КА. Николас Джонсон сообщил последние данные о природе облака осколков от столкновения спутников и его возможной эволюции [United…, 2009].

Единственная польза от историй, происшедших с КА «Фенгюн-1С», «Иридиум-33» и «Космос-2251», в том, что они помогают понять процесс фрагментации крупных КО при столкновениях и предоставляют редкую возможность для проверки и калибровки моделей фрагментации по реальным данным.

Более полный обзор событий в космосе, происшедших с самого начала космической эры, можно найти в выпускаемых НАСА сериях Chronology и Orbital Debris Quarterly News [Accidental…, 2005; Cizek, 2001; History…, 2004; Johnson et al., 2008; Krisko, 2006; Portree, Loftus, 1993, 1999 и др.].

Расшифровку всех приведенных в статье условных сокращений смотреть здесь: «Исследование ближнего космоса: условные сокращения».

Не желаете идти на поводу у вашей судьбы и хотите знать, что Вас ждет в будущем? Тогда я хочу порекомендовать Вам сайт astrogenc.ru, где Вы найдете самые точные гороскопы, которые помогут Вам узнать, какие испытания на вашем жизненном пути уготовила Вам судьба.

Японский ракета-носитель H-IIA

В 2006 г. было еще несколько взрывов, в том числе разрушение второй ступени японской РН H-IIA; вспомогательного двигателя РН; верхней ступени РН «молния» [Significant…, 2007; Three…, 2006].

19 февраля 2007 г. взорвался разгонный блок «Бриз-М» РН «Протон». В результате не удалось вывести спутник связи «Арабсат-4А» на геостационарную орбиту. Он почти с полным баком топлива остался на орбите 495×14 750 км и наклонением 51,5° [Four Satellite___, 2007]. После взрыва образовалось более 1000 осколков.

В 2007 г. было восемь взрывов.

Рис. 3. КА «Фенгюн-1С» до разрушения

11 января 2007 г. при испытаниях китайского кинетического противоспутникового оружия была атакована и взорвана мишень — метеорологический китайский ИСЗ «Фенгюн-1С» (Fengyun—1C) (международный номер 1999-025А) массой почти 960 кг, на почти круговой солнечно-синхронной орбите высотой ~850 км и наклонением 98,8° (рис. 3). В результате кинетического удара с относительной скоростью ~9 км/с в интенсивно используемой области орбит образовалось облако осколков, из которых в течение первой недели было обнаружено более 600. к 11 июля 2007 г. 129 было каталогизировано уже 2347 осколков. К середине сентября 2010 г. их было 3037 [Chinese Debris…, 2010]. По данным [Fengyun-1C.., 2008, 2009; Stokely, Matney, 2008], радар «Хэйстэк» зарегистрировал еще более 150 000 не каталогизированных осколков от взрыва размером до 1 см.

Интересно, что общее количество фрагментов от разрушения КА «Фенгюн-1С» (обнаруженных СККП США и радаром «Хэйстэк») превысило предсказанное Стандартной моделью разрушения от столкновения НАСА [Stansbery, 2008].

Рис. 4. История изменения количества КО в ОКП

Это событие расценивается специалистами как самое драматическое в истории «размножения» КМ, и наглядно демонстрируется резким его скачком на диаграмме рис. 4 над абсциссой 2007 г. количество каталогизированного км, который накапливался в течение 50 лет, в одно мгновение возросло более чем на треть, а фрагментов разрушений — сразу на 75 % [Detection., 2007]. Ничего подобного за всю историю освоения космоса не наблюдалось.

Произошедшее усугубляется еще и тем, что по оценке специалистов [Chinese Debris…, 2010; Johnson et al., 2007] основная масса образовавшихся осколков (~95 %) продолжит свое орбитальное существование в течение, по крайней мере, нескольких десятков лет, а часть из них — сотни лет [Space., 2008]. к июлю 2007 г. сгорело только 13 из каталогизированных обломков. к середине сентября 97 % всех обнаруженных и каталогизированных на тот момент обломков от взрыва (3067) все еще оставались на орбитах [Chinese Debris…, 2010].

И все это в области орбит, насыщенных действующими КА, в частности, метеорологическими, океанической разведки: российские «Метеор-1», «Метеор-2», американские NOAA, DMSP, китайские серии «Фенгюн» и др.

Из-за огромного числа образовавшихся фрагментов и большого разброса векторов начальных скоростей уже в первые шесть месяцев после взрыва некоторым действующим КА пришлось совершить маневры ухода от столкновения с ними. КА НАСА Terra, движущемуся по почти круговой орбите со средней высотой 705 км, 22 июня была дана команда на маневр ухода от 35-сантиметрового обломка (расчетное сближение составило 19 м). Спустя несколько дней МКС приготовилась к подобному маневру, который был отменен перед самым включением двигателя после того, как уточненное значение промаха оказалось приемлемым.

После разрушения КА «Фенгюн-1С» орбиты образовавшихся осколков были ограничены достаточно узким диапазоном наклонений и прямых восхождений. Однако различные скорости прецессий орбит привели со временем к существенному расширению этого диапазона. На рис. 5 показана эволюция всего пучка орбит фрагментов за шесть месяцев. Облако осколков охватило диапазон по высоте от 200 до 4000 км [Detection…, 2007; Chinese Anti-satellite…, 2007; Liou, Johnson, 2008a, b].

Рис. 5. Расплывающийся тороидальный пучок орбит осколков от разрушения ИСЗ «Фенгюн-1С» с интервалом в три, шесть, девять и двенадцать месяцев

Для сравнения напомним об аналогичном событии годом позже. 21 февраля 2008 г. США провели испытание противоспутникового оружия АСАТ, в результате которого ракетой SV-3 был разрушен ИСЗ USA-193 [Kaufman, White, 2008]. Спутник вышел из строя сразу после вывода на околоземную орбиту. Его топливный бак остался заполненным не использованным гидразином, а анализ выживаемости показал, что он может достичь поверхности Земли и создать серьезные проблемы в зависимости от того, куда бак упадет.

По мнению американцев, кинетический удар по спутнику и его разрушение на орбите убивали сразу двух зайцев: c одной стороны, проводилось испытание кинетического оружия, с другой, устранялась угроза падения на Землю бака, заполненного гидразином. 21 февраля спутник был разрушен на множество мелких осколков (360 было обнаружено и сопровождалось до их входа в атмосферу), большая часть которых сгорела в атмосфере в течение одного часа после удара ракеты. К концу марта на орбитах оставалось всего несколько фрагментов, последний сгорел а атмосфере летом того же года [Satellite___, 2008].

Эксперимент, проводившийся на высоте 250 км (гораздо меньшей, чем в первом испытании АСАТа и, тем более чем в китайском), был построен таким образом, что 99 % образовавшихся осколков сгорели в атмосфере в течение недели.

F-15 — убийца спутников

Как известно, первое испытание АСАТа состоялось 13 сентября 1985 г. Противоспутник запустили с борта самолета F-15 и разрушили ИСЗ Solwind на орбите 545×515 км. Образовалось 285 фрагментов разрушения цели, многие из которых просуществовали в космосе более 15 лет. Некоторые из них прошли на расстоянии 1,3 км от МКС. Последний из 131 осколков сгорел в феврале 2004 г. [Grego, 2006].

Спустя месяц после разрушения китайского «Фенгюн-1С» произошли еще четыре взрыва. Двух китайских КА и двух российских компонентов запуска: Beidou 2A, CBERS-1; двигатель осадки топлива российской РН «Протон» и разгонного блока «Бриз-М».

Последний взрыв заслуживает особого внимания. В феврале 2006 г. РН «Протон» с разгонным блоком «Бриз-М» был использован для вывода ИСЗ «Арабсат-4А» на низкую парковую орбиту. Через 50 мин после вывода двигатель «Бриза-М» снова был включен (второе включение из четырех запланированных). Однако из-за возникшей неисправности отработал меньше положенного времени и не включился снова. КА в результате не вышел на штатную операционную орбиту, отделился от РН, и позже была отдана команда на его управляемый вход в атмосферу. 19 февраля 2007 г. двухтонная конструкция «Бриза-М» взорвалась и разлетелась на более чем 1000 различимых с Земли обломков, находясь на орбите 495×14 705 км с наклонением 51,5°.

По счастливой случайности, взрыв наблюдался, по крайней мере, тремя астрономами в разных частях Австралии и был сфотографирован. На нескольких снимках ясно видно распространение облака обломков малой яркости. Причина взрыва — скорее всего неизрасходованное топливо на борту разгонного блока. Хотя все четыре взрыва непреднамеренные, по крайней мере, три из них можно было предотвратить. Как рекомендовано во многих национальных и интернациональных руководствах по снижению засоренности ОКП, КА и ступени РН в конце своего активного существования должны быть пассивированы (например, путем сброса остатков топлива) [Four Satellite___, 2007].

Расшифровку всех приведенных в статье условных сокращений смотреть здесь: «Исследование ближнего космоса: условные сокращения».

Вас привлекает мир непознанного, и Вы убеждены, что наш мир полон тайн и загадок? Значит, Вы, скорее всего, уже знаете, что в стародавние времена наши предки строили так называемые Засечные черты, ограждающие русские территории от набегов кочевников. Если же нет, тогда Вам определенно точно стоит посетить сайт fiskas.ru, где Вы сможете прочесть сотни интереснейших статей и в полной мере утолить свою любознательность.

Последний запуск ракета-носителя циклон был произведен с космодрома в Плесецке в конце января 2009 года

В феврале 1998 г. в течение одной недели взорвались подряд три верхних ступени РН. Почти полуторатонная третья ступень РН «Циклон», летавшая в космосе почти 10 лет, взорвалась 15 февраля и образовала более 80 фрагментов. 17 февраля пришел черед взорваться девятилетней третьей (верхней) ступени РН «Ариан-4» массой 1200 кг. Наконец, 21 февраля произошел взрыв японской COMETS H-II, которая так и не смогла выйти на заданную программой переходную высокоэллиптическую орбиту. Причина — неполадки в двигателе. [Three…, 1998].

Рис. 1. Случайное столкновение двух кО произошло в южном полушарии на высоте 885 км

Рис. 2. На стенде верхняя часть последней ступени РН «Тор 2А», участвовавшая в столкновении

В 2000 г. первым был мощный взрыв 1000-килогаммовой третьей ступени китайской РН «Долгий марш 4» («Лонг Марч 4», CZ-4). Он породил 300 крупных обломков, которые были каталогизированы [The First., 2000]. Но на этом его история не закончилась. Один из фрагментов взрыва через пять лет, т. е. в январе 2005 г. столкнулся с последней ступенью американской РН «Тор 2А» [Accidental., 2005] — типичный пример каскада. Корпус РН (верхней части последней ступени) был сравнительно небольшим: в поперечном сечении — 1 м² (рис. 1, 2). Фрагмент китайской РН и того меньше — 0,06 м².

По аэродинамическим причинам в перигее орбит происходили взрывы российских КА серии «Молния-3» и «Око» в 2000 и 2001 гг.

Любительский снимок процесса затопления станции «Мир» в Тихом океане

23 марта 2001 г. после 15 лет полета 135-тонный российский ОК «Мир» был успешно затоплен в Тихом океане.

21 ноября 2001 г. российский «Космос-2367» массой 3 т претерпел значительное разрушение всего 30 километрами выше орбиты МКС с образованием 200 крупных обломков, которые были каталогизированы, и еще более 100 мелких, наблюдавшихся специальными СН. 40 % фрагментов оказались на орбитах, пересекавших орбиту МКС. НАСА пришлось оценивать риски не только для МКС, но и для предстоящего через несколько дней полета шаттла миссии STS-108, который не так хорошо защищен от мелких осколков, как МКС. К счастью, все обошлось.

Спустя две недели в окрестности перигея своей орбиты взорвалась £s «молния 3-35», образовав более 20 обломков.

Индийская ракета-носитель PSLV, взрыв которой породил более зарегистрированных 300 обломков различных размеров

19 декабря взорвалась 4-я ступень индийского PSLV с образованием более 300 обломков. Это было первое официально зарегистрированное разрушение индийского КО. Причина взрыва неизвестна, но предполагается — это остатки топлива в баках или сжатый газ. Всего в 2001 г. было зафиксировано девять разрушений КО [Two., 2002].

Регулярно происходили взрывы остатков топлива в российских РН «Протон». К 2001 г. насчитывалось 25 таких взрывов.

В 2002 г. ряд СН зафиксировал неожиданное изменение орбиты недействующего уже в течение 30 лет ИСЗ «Космос-539» и отделение от него фрагмента размером 20.50 см, который был каталогизирован. Отделение произошло со скоростью 19 м/с. Наиболее правдоподобное объяснение — столкновение ИСЗ с небольшим КО [A New Collision…, 2002].

В феврале 2002 г. наблюдалось разрушение верхней ступени РН «Ариан-4» на высокоэллиптической орбите 250×26 550 км с образованием, по крайней мере, 9 фрагментов. Это было шестое известное разрушение третьей ступени РН «Ариан-4» [Second., 2002].

В 2003 г. наблюдалось шесть разрушений. В трех случаях взорвались двигатели осадки топлива ДМ СОЗ РН «Протон»: в результате столкновения с км отделились фрагменты от космического телескопа «Хаббл», французского КА SARA (по-видимому, фрагмент его антенны) и КА NOAA [Satellite…, 2004].

В феврале 2004 г. произошло разрушение российского «Космос-2383». Обнаружено 50 фрагментов, из которых 13 было каталогизировано. Многие из обломков пересекли орбиту МКС, что вызвало серьезное беспокойство у операторов [Fragmentation…, 2004].

Первое значительное разрушение 2006 г. случилось 4 мая. Неожиданно взорвалась после 20 лет космического полета третья ступень советской РН «Циклон» (сухая масса 1360 кг), много лет пребывавшая в «дремлющем» состоянии. Образовалось более 50 фрагментов (размером более 5 см), из которых 49 было официально каталогизировано. Примерно через месяц взорвался после 17 лет полета двигатель осадки топлива 4-й ступени (разгонного блока) РН «Протон». Взрыв породил более 70 обломков. Это было 34-е событие такого рода с 1988 г. В феврале произошло менее заметное событие — разрушение старейшего (пятого по счету) ИСЗ «Авангард-3», соединенного с третьей ступенью РН, с общей массой всего 45 кг. От него отделился только один фрагмент. Возможными причинами разрушения посчитали возрастную деградацию материала поверхности сборки и удар мелкого метеороида или частицы КМ [First., 2006].

Всплеск взрывов наблюдался во второй половине 2006 г. 17 ноября, после 64 дней функционирования, взорвался с образованием множества фрагментов, из которых 28 были сразу каталогизированы, российский ИСЗ наблюдения поверхности Земли «Космос-2423». Это была штатная программа завершения полета. То есть взрыв был ожидаем, чего не скажешь про вторую ступень американской РН «Дельта IV».

После успешного вывода полезного груза на 850-километровую солнечно-синхронную орбиту и разделения вторая ступень совершала программный управляемый вход в атмосферу, но в процессе этого вдруг было обнаружено множество фрагментов, выброшенных в направлении, обратном движению ступени, из которых каталогизировано 60. Природа взрыва непонятна. Также неожиданным был взрыв второй ступени РН «Дельта II» после 17-летнего пассивного полета, причем в конце своего функционирования она была пассивирована, т. е. на борту не осталось энергии для провокации взрыва.

Расшифровку всех приведенных в статье условных сокращений смотреть здесь: «Исследование ближнего космоса: условные сокращения».

Если Вам срочно потребовалась энная сумма денег, тогда настоятельно рекомендую Вам прочитать статью про оформление кредитов наличными на сайте www.credit0problem.ru, из которой Вы узнаете о всех плюсах и минусах подобных займов.

700-килограммовый искусственный спутник Земли «Космос-1275», запущенный на орбиту 4 июня 1981 года

Советский военный навигационный ИСЗ «Космос-1275» массой 700 кг неожиданно взорвался в июле 1981 г. на высоте 977 км и образовал более 300 каталогизированных фрагментов. Возможная причина — удар крупного элемента КМ [Potter, 1993] (официальная версия — взрыв аккумуляторной батареи).

В июне 1983 г. шаттл «Челленджер» STS-7 столкнулся с кусочком обогащенной титаном краски размером 0,2 мм при относительной скорости 5 км/с. В результате на иллюминаторе образовался кратер диаметром 4 мм. Команда шаттла заметила повреждение во время полета и сразу сообщила в ЦУП.

В январе 1986 года состоялся запуск шаттла «Челленджер» STS-51L. Общая длительность полета составила 73 секунды, после чего произошел взрыв космического аппарата, унесший жизни всех 7 членов экипажа.

13 ноября 1986 г. третья ступень РН «Ариан V-16» взрывается над восточной Африкой и образует облако осколков, которое тут же зарегистрировал американский радар в Турции. В феврале 1987 г. было каталогизировано 465 фрагментов этого взрыва. Они образовали вокруг Земли кольцо шириной 30°, наклоненное к экватору под 98,7°, с диапазоном высот от 500 до 1400 км, которое расширялось примерно на 10° в месяц. Вскоре стало очевидным, что взрыв «Ариан V-16» оказался самым «урожайным» на осколки разрушением из всех предшествующих. Несколько позднее директор Центра астрофизических исследований в Колорадо Роберт Калп заявил, что в результате этого взрыва образовалось более 500 каталогизированных фрагментов и 5000 более мелких осколков, способных причинить существенный ущерб действующим КА [Johnson, 1989; Portree, Loftus, 1999].

Но этот «рекорд» продержался недолго. Спустя несколько месяцев взрыв советского КА «Космос-1813» породил 850 каталогизированных обломков.

В мае 1991 г. произошел взрыв второй ступени американской РН «Дельта-2910» с образованием 237 каталогизированных обломков.

Ракета-носитель «Титан IIIC Транстэйдж»

21 февраля 1992 г. на почти геосинхронной орбите взорвалась ступень американской РН «Титан IIIC Транстэйдж», образовав облако из более чем 500 осколков размером более 2 см [Hanada, Matney, 2002].

В июне 1996 г. взорвался вспомогательный разгонный блок (топливо — гидразин) американской РН «Пегас». В результате образовалось 713 крупных осколков. С помощью радаров «Хэйстэк» и «Голдстоун» удалось зафиксировать еще порядка 300 000 осколков размером более 4 мм [Johnson, 1998]. Блок имел сухую массу всего 97 кг. Образование такого количества наблюдаемых СККП США осколков стало загадкой, поскольку шло вразрез со всеми имевшимися моделями разрушений. Положительным следствием этого события было решение Orbital Sciences Corporation (OSC) существенно переработать проект вспомогательного гидразинного разгонного блока РН «Пегас», чтобы исключить повторение подобных взрывов.

Самым знаковым событием 1996 г. стало столкновение 24 июля очень дорогого французского (британской конструкции) военного экспериментального микроспутника (масса 50 кг) радиоэлектронной разведки с фрагментом РН ЕКА «Ариан». Это было первое официально зарегистрированное столкновение двух каталогизированных КО. Фрагмент КМ перебил 6-метровую штангу с гравитационным датчиком, после чего нормальное функционирование спутника стало невозможным. Столкновение произошло при относительной скорости 14,8 км/c [Johnson, 1996].

16 ноября 1996 г. с помощью трехступенчатой РН «Протон-к» был за- 125 пущен КА «Марс-96» с разгонным блоком. Если бы все пошло по программе, автоматическая межпланетная станция должна была выйти на гелиоцентрическую орбиту с большой полуосью 185,759 млн. км, эксцентриситетом 0,2, наклонением 2,11 °, периодом 505 суток. Продолжительность полета к марсу составила бы 300 суток. Но… Включение разгонного блока 17 ноября прошло нештатно, перевод КА на высокоэллиптическую орбиту выполнен не был. КА и разгонный блок разделились и остались на низких орбитах. По данным российской СККП, «Марс-96» сошел с орбиты 17 ноября, разгонный блок на сутки позже. Его обломки упали в южной части Тихого океана южнее Новой Зеландии. С местом падения КА существует большая неопределенность. По данным разных расчетных групп, вход аппарата в атмосферу произошел либо над Тихим океаном, либо над Южной Америкой (Чили, Французская Гвиана), либо над Атлантикой. Вторая ступень РН упала в Горном Алтае и при этом убила корову [Россия…, 1996].

Транспортный космический корабль «Прогресс М-34»

В средствах массовой информации широко освещалось столкновение ОС «Мир» с КК «Прогресс М-34» 25 июня 1997 г. Станция получила при этом £s значительные повреждения, и возникла определенная угроза безопасности ее экипажа. Удар зацепил и солнечные батареи модуля «Спектр», в которых при визуальном осмотре была найдена большая дыра. Образовались и фрагменты, один из которых был вскоре обнаружен СККП США. Однако осталось неясно, принадлежал ли он ОС «Мир» или КК «Прогресс м-34» [Three…, 1997].

Российский «Космос-2313» массой 3 т выполнил маневр завершения полета 22-23 апреля 1997 г. и пребывал в состоянии естественного погружения в атмосферу, как вдруг 26 июня на высоте 285 км было зафиксировано его разрушение. Вскоре обнаружилось 90 его фрагментов, большинство которых к 30 июня сгорело в атмосфере. [Portree, Loftus, 1999; Three…, 1997].

Российский разведывательный спутник «Космос-2343» массой 6,5 т завершил свою четырехмесячную миссию, и 16 сентября 1997 г. осуществил самоподрыв на высоте 230 км над камчаткой. Три из пяти предыдущих ИСЗ этой серии («Космос-2101, -2163 и -2225») были подорваны приблизительно в том же районе. В течение 48 ч СККП США удалось каталогизировать 32 фрагмента «Космоса-2343», некоторые из них имели апогей орбиты около 900 км, что указывает на скорость отделения при взрыве порядка 200 м/с. Часть обломков вскоре сгорела. СККП США каталогизировала всего 180 фрагментов. Была произведена оценка угрозы для ОС «Мир». Расчет и моделирование показали, что ни один из опасных фрагментов не попадал в «брус» размером 4x10x4 км с центром в ОС «Мир», хотя некоторые обломки пролетели на расстоянии 20 км от станции [Johnson, 1997].

Расшифровку всех приведенных в статье условных сокращений смотреть здесь: «Исследование ближнего космоса: условные сокращения».