Как плавятся спутники в земной атмосфере
В Европейском космическом агентстве (ЕКА) провели эксперимент, в ходе которого часть космического спутника расплавили в плазменной аэродинамической трубе.
Цель эксперимента — моделирование процесса сгорания одного из наиболее прочных элементов спутника в атмосфере, чтобы в дальнейшем свести к минимуму возможный риск от падения его обломков на поверхность Земли с причинением ущерба путем анализа полученных данных.
Ведь в теории вся аппаратура и части околоземных спутника разрабатываются с тем учетом, что когда подходит к окончанию их срок эксплуатации, то они должны сгорать почти полностью в атмосфере Земли.
Однако, на практике некоторые части даже небольших космических аппаратов все же достигают поверхности Земли, а некоторые из них могут оказаться достаточно велики, чтобы причинить серьезный урон зданиям или даже людям.
В своем эксперименте инженеры ЕКА использовали:
- тестовую площадку Немецкого аэрокосмического центра в Кельне для создания условий, аналогичных процессу плавления космических обломков во время погружения их в атмосферу;
- плазменную аэродинамическую трубу для имитации условий входа в атмосферу и процесса плавления самого прочного элемента спутника;
- штангу магнитной системы ориентации (размером 4 на 10 сантиметров) из полимерного композитного материала, армированного внешним углеродным волокном, с медными катушками и внутренним кобальтовым сердечником.
Состояние штанги магнитной системы ориентации до расплавки:
Остатки штанги магнитной системы ориентации после нагрева до нескольких тысяч градусов Цельсия:
Таким образом, процесс плавления самого прочного элемента спутника завершился его полным растеканием, однако, некоторые части штанги плавились не так, как было запланировано, что может быть связано либо с неправильным производством частей штанги, либо с неверными математическими расчетами разрушения спутников в атмосфере.
Оказывается, что помимо магнитных штанг не сгореть в атмосфере Земли и долететь до ее поверхности могут и другие части спутников: баки, оптические инструменты, маховики гироскопов и приводные механизмы.
Самые же частые «гости» поверхности Земли после запусков ракета-носителей и падения космических аппаратов — это части топливные баков.
В качестве примера, в ЕКА приводят случай, произошедший 1997 году, в котором всего в 50 метрах от жилого дома на одной из ферм Техаса упал недогоревший в атмосфере топливный бак ступени ракеты, вес которого составлял порядка 250 кг.
На данный момент, согласно правил по утилизации подобного космического мусора, шанс оказаться на поверхности Земли у какого-либо элемента отработавшего свой срок спутника, способного нанести травму кому-либо, равен 1 к 10000.
В рамках мирового проекта под названием «CleanSat» в Европейском космическом агентстве разрабатывают новые технологии и методы производства компонентов космических аппаратов, обеспечивающие разработку и производство будущих низкоорбитальных спутников в соответствии с концепцией «D4D» (design for demise) — спроектированы с учетом полного разрушения.
Таким образом, тысячи тонн полезной нагрузки, выведенной в открытый космос, тысячи спутников на орбите Земли, десятки тысяч элементов неработающих космических аппаратов (космических мусор) — это ведь такой значительный след Человечество уже оставило в космосе за пределами Земли.
А ведь планируется еще тысячи запусков, и космический мусор считается основным риском для таких новых космических миссий.
Оказывается, что небольшой объект в космосе размером всего около 1 см при столкновении с только что запущенным космическим аппаратом может выделить энергию, эквивалентную взрыву боевой гранаты.
Что может привести к серьезным повреждениям нового космического аппарата или даже его разрушению.
