Ошибки мировой космонавтики - Яровитчук Александр Геннадьевич
Столкновение было фееричным. Спутники вдребезги разбились на 2300 крупных отслеживаемых кусочков и множество более мелких обломков.
Часто происходят столкновения и с неопознанным мусором. В данных случаях остается неизвестно, рукотворный объект или астероид разрушил космический аппарат.
В феврале 1986 года радар в Турции обнаружил 465 новых космических объектов. Ими оказались фрагменты ракеты-носителя «Ариан V-16». Небольшое тело пробило ее бак, который был под давлением, он взорвался, разметав осколки во все стороны.
Затем выяснилось, что осколков гораздо больше. К 500 фрагментам добавилось еще 5000 более мелких осколков. Они образовали буквально кольцо вокруг планеты.
В 2008 году на орбите, пересекающейся с орбитой МКС, также с помощью радара стали обнаруживаться новые объекты. В отличие от ранее описанных случаев, источник появления мусора долго не удавалось найти. Просто на орбите, где летает МКС, не было спутников, которые могли бы взрываться. Их все деактивируют, сливают топливо и разряжают батарею с помощью радиокоманд с Земли.
Источником проблемы оказался российский военный спутник «Космос-2421». Вероятно, небольшой рукотворный объект с малой скоростью врезался в его солнечную батарею. Та разрушилась, но не полностью. После этого спутник стал крошиться и производить всё новые объекты космического мусора. Это событие стало самым опасным именно для космонавтов, так как после разрушения этого военного спутника количество потенциальных снарядов, готовых пронзить МКС, выросло в три раза.
26 октября 2010 года спутник UARS шел на опасное сближение с Международной космической станцией, но ее траекторию изменили для уклонения. Это был, пожалуй, самый большой кусок мусора, с которым МКС могла столкнуться. В целом за год происходит около 750 опасных сближений станции с более мелкими объектами. За их орбитами следят, но это получается не всегда.
29 июня 2011 года космонавтов, находящихся на МКС, экстренно разбудили. Им было приказано приготовиться к срочному возвращению на Землю. Космонавты надели аварийно-спасательные скафандры и переместились с борта станции на космические корабли. Причиной переполоха стало то, что операторы ЦУПа проморгали сближение МКС с космическим мусором. В случае повреждения стации космонавты должны были отстыковаться от нее и в корабле направиться к Земле (по аналогии со спасательными шлюпками). В оправдание нужно отметить, что траектория мусора была очень необычной и сложной. В тот раз все обошлось и космонавты продолжили работу на орбите в штатном режиме.
Помимо космического мусора Вселенная полна радиацией. В ходе термоядерных реакций в недрах Солнца выделятся огромное число заряженных частиц: протонов, электронов, ядер гелия, а также нейтральных элементарных частиц и излучения. Например, каждую секунду Солнце генерирует 180 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 нейтрино (или, если записать компактно, 1,8·1038 штук). Через ноготь космонавта за секунду пролетает 100 миллиардов таких частиц. Однако если говорить о нейтрино, оно не имеет массы, очень маленькое по размеру, ни с чем не взаимодействует и пролетает насквозь, не доставляя никаких проблем. А вот другие частицы иногда оказывают неприятное воздействие.
Во-первых, их заряд может нарушать работу электрических систем. Радиация обладает свойством ионизировать вещество. Частицы и излучение обладают такой энергией, что способны выбить электроны с поверхности металлов.
Тогда образуется поверхностный заряд, который порождает электрические поля и разряды электрического тока. Также радиация способна выбивать электроны из полупроводников, которые участвуют в работе компьютеров и бортовой электроники.
Инженеры стараются защитить спутники от негативного влияния заряженных частиц, покрывая их золотом, которое по совокупности свойств лучше других материалов подходит для этой цели, или нанося дополнительные слои защиты.
В случае с аппаратом «Фобос-Грунт» инженеры об этом забыли. Этот аппарат должен был полететь к Фобосу, спутнику Марса, и взять материал с его поверхности. Однако уже через два с половиной часа после того, как станция отделилась от ракеты-носителя, план полета был нарушен. Двигатели для вывода на орбиту к Марсу не включились, и «Фобос-Грунт» продолжал вращаться вокруг Земли. Выяснилось, что в электронно-вычислительной схеме использовалась микросхема для бортовых систем самолетов, которая, в отличие от подобных схем для космических аппаратов, не была защищена от радиации. В схеме от воздействия заряженных частиц возникли короткие замыкания. На случай разного вида сбоев в программном коде современных спутников есть команда перехода в безопасный режим. При признаках повышенного напряжения и коротких замыканий основной бортовой компьютер отключается и запускается вторая резервная система. Она берет управление на себя и ожидает радиокоманд с Земли. Так произошло и с «Фобосом-Грунтом». Руководители полета после перехода в безопасный режим ожидали восстановления связи с межпланетной станцией на следующий день, но этого не произошло. В резервном комплекте тоже были самолетные микросхемы, и, вероятно, он тоже вышел из строя по той же причине.
Даже если защита у спутников есть, ее может не хватить. Солнце имеет одиннадцатилетний цикл активности. В 1994 году как раз был пик этого цикла. Одна из вспышек на Солнце привела к появлению мощного потока заряженных частиц, направленного к Земле.
Канадский спутник Anik E1 как раз был на его пути и вышел из строя. В управляющей электронике возник электрический заряд. С помощью резервной системы аппарат удалось восстановить, однако пока проводились работы, вышел из строя еще один такой же спутник Anik E2, причем у него одновременно перестали работать и основная, и резервная системы ориентации. На этот раз починить аппарат сразу не удалось. Авария принесла большие убытки. В следующий пик солнечной активности проблемы испытали спутники Teslar 401, Equator-S, Polar и Galaxy-IV.
Парадоксальная ситуация произошла с гамма-обсерваторией «Интеграл». Она была создана для изучения высокоэнергетического излучения от разных объектов в Галактике и за ее пределами. Однако от него «Интеграл» и вышел из строя. Излучение привело к короткому замыканию. Оно вывело из строя систему ориентации. По инструкции аппарат ушел в безопасный режим. Космический телескоп начал лихорадочно крутиться, и его солнечные батареи не могли нацелиться на Солнце. Инженеры успели включить резервную систему до полной потери заряда аккумуляторов.
Еще одна проблема, которую вызывают заряженные космические частицы, связана с системой звездной или солнечной ориентации. Датчики космического аппарата представляют собой оптические приборы – своего рода фотокамеры. Их чувствительные элементы реагируют на свет, которой выбивает с поверхности электроны, и тем самым создается электрический ток для регистрации. Частицы радиации и в обычном объекте могут выбивать электроны, а в чувствительном приборе – тем более. Только у радиации энергии больше, чем у видимого света, поэтому тока выделяется так много, что прибор «слепнет» или думает, что Солнце находится с другой стороны.
В результате система ориентации сбивается, спутник отворачивает солнечные батареи от звезды, быстро разряжается и отключается. В режим ожидания аппарат не входит, так как не фиксирует сбоя. Без электроэнергии спутник выходит из строя, и восстановить его невозможно. Для решения этой проблемы на борту спутников размещают систему ориентации, основанную на других принципах. Чаще всего это специальные маховики, которые при вращении сохраняют свое положение в пространстве, – гироскопы.
В 2014 году гидрометеорологический спутник «Электро-Л» потерял ориентацию после того, как инженеры решили дать «отдохнуть» маховикам и временно их отключили. Некоторое время аппарат был направлен своей фотокамерой на Землю. За это отвечали солнечные датчики и двигатели. Сбой произошел как раз в то время, когда специалисты центра управления полетами раскручивали маховики командами с Земли.
