Обеспечение управляемого спуска с орбиты
орбитального пилотируемого комплекса
'МИР'
Н.А.Анфимов,
Директор ЦНИИМаш, г. Королев, Россия
Сегодня
мы находимся накануне
знаменательного юбилея в истории
мировой космонавтики. 15 лет тому назад,
20 февраля 1986 года запуском Базового
блока началось строительство на земной
орбите орбитального пилотируемого
комплекса 'Мир'. Комплекс
'Мир' состоит из 6 модулей: Базовый
блок, Квант, Квант-2, Кристалл, Спектр,
Природа, стыковочного отсека (для
стыковки с американскими орбитальными
кораблями системы 'Спейс Шаттл') и
двух транспортных кораблей 'Прогресс'
или 'Союз'.
Станция
'Мир', несомненно, является
крупнейшим техническим достижением
космонавтики ХХ века. Общая масса
станции около 130 тонн. Из 15 лет своего
существования станция 'Мир' была
обитаемой 12 лет и 7 месяцев. За это время
на ней побывали и поработали 104
космонавта и астронавта, в том числе 62
иностранных гражданина из 11 стран мира.
С 24 марта 1996 года по 8 июня 1998 года на
станции 'Мир' постоянно находились и
работали астронавты США. На станции 'Мир'
проведено 28 длительных, основных
экспедиций, совместно с которыми
работало 16 экспедиций посещения
длительностью от недели до месяца. Из
них 15 экспедиций были международными.
Кроме того, осуществлены 9 экспедиций
посещения с помощью кораблей системы 'Спейс
Шаттл', во время которых на станции
побывали 37 астронавтов США, 1 астронавт
Канады, 1 - ЕКА, 1 - Франции и 4
космонавта России. По существу станция
'Мир' стала первой реально
действующей международной космической
станцией.
За
время полета станции 'Мир' на ее борту
выполнено более 23 тысяч научных
экспериментов и исследований по
российской и международным программам.
Многие из этих экспериментов и
исследований не имеют аналогов в мире.
Станция
'Мир' стала своеобразным летным
полигоном для испытаний в реальных
условиях многих технических решений и
технологических процессов,
используемых на Международной
космической станции (МКС).
Сегодня
программа работ с комплексом завершена
и Правительство Российской Федерации
согласилось с предложением
Российского авиационно-космического
агентства о завершении в феврале-марте
2001 года работы ОПК 'Мир' (с
обеспечением управляемого безопасного
схода его с орбиты) и затоплении его в
акватории Мирового океана. Создана
специальная Межведомственная комиссия
под председательством Генерального
директора Российского авиационно-космического
агентства Ю.Н.Коптева по обеспечению
заключительного этапа полета ОПК 'Мир'
В настоящее время полным ходом идет
подготовка к завершающим операциям
этого этапа.
Следует
отметить, что мировая общественность
проявляет большой интерес и, в какой-то
мере, озабоченность по поводу
предстоящего схода с орбиты этого
огромного космического комплекса.
Поэтому представляется уместным на
этом высоком форуме доложить о том, как
будет происходить предстоящая
уникальная, не имеющая аналогов в
прошлом операция по спуску комплекса с
орбиты, а также рассказать о некоторых
научно-технических аспектах, которые
определяют располагаемые возможности
и ограничения при ее осуществлении.
Кстати,
информация о заключительном этапе
полета ОПК 'Мир' оперативно
отражается на веб-сайтах ЦУП ЦНИИМАШ (http://www.mcc.rsa.ru)
и Росавиакосмоса (http://www.rosaviakosmos.ru)
Наиболее
принципиальными с точки зрения
реализации предусмотренной схемы
спуска ОПК 'Мир' с орбиты и его
затопления в намеченном районе
являются два момента:
-
техническое состояние комплекса,
обеспечивающее возможность выполнения
намеченной программы и
-
баллистико-навигационное
обеспечение намеченных динамических
операций.
Техническое
состояние ОПК 'Мир' непрерывно
отслеживается головным разработчиком
комплекса РКК 'Энергия', а также
ЦНИИМАШ и смежными организациями. В
настоящее время техническое состояние
ОПК 'Мир' удовлетворительное и не
препятствует проведению намеченных
операций.
Баллистико-навигационное
обеспечение при управлении полетом
ОПК 'Мир' осуществляется Центром
управления полетами (ЦУП) ЦНИИМАШ.
Однако, с территории РФ наблюдение
может быть осуществлено лишь за
половиной суточных витков. Вторая
половина витков (т.н. 'глухие' витки) с
территории России не наблюдаются и
поэтому траектория станции на этих
витках не может быть уточнена. Придавая
важнейшее значение необходимости
постоянного контроля за полетом ОПК 'Мир'
в течение всего времени подготовки и
проведения завершающих операций по
спуску станции, Межведомственной
комиссией был разработан и реализован
большой комплекс организационно-
технических мероприятий по
обеспечению завершающего этапа работы
с ОПК 'Мир', в частности, были
подключены все российские средства
контроля орбит КА, а также достигнуты
договоренности с NASA
и
ESA
о задействовании для контроля орбиты
ОПК 'Мир' технических средств этих
государств. Погрешности баллистических
расчетов определяются
неопределенностью плотности верхней
атмосферы Земли и значительными
погрешностям в ее долгосрочном
прогнозе. С целью уточнения прогноза
солнечной активности и геомагнитной
возмущенности, оказывающих решающее
влияние на плотность верхней атмосферы,
подключены ведущие российские
институты этого направления, а также
привлекаются данные ESA
и NOAA.
Взаимодействие всех участвующих
организаций и служб организовано под
контролем ЦУП ЦНИИМАШ.
Для
затопления несгоревших при входе в атмосферу фрагментов ОПК
'Мир' выбран южной части Тихого
океана, ограниченный точками с
координатами 53º ю.ш., 175º з.д.;
23º ю.ш., 175º з.д.;
23º ю.ш., 132º з.д.;
30º ю.ш., 127º з.д.;
30º ю.ш., 90º з.д.;
53º ю.ш., 90º з.д. Этот район,
расположенный между Австралией и Южной
Америкой, через который не проходят
судоходные пути, обычно используется
для затопления остатков ракет-носителей
и космических объектов как Россией, так
и другими странами.
Предусматриваемый
управляемый спуск станции 'Мир' с
орбиты будет осуществляться в три
этапа:
-
На первом этапе после пристыковки к
станции грузового корабля-танкера 'Прогресс
М1' 27 января с.г. идет пассивное
ожидание момента, когда высота орбиты
понизится до ~250 км,
т.е. когда сформируется т.н.
предспусковая орбита. Согласно
прогнозам на 1 февраля этот момент
наступит 8 марта +5
дней.
-
На втором этапе с помощью грузового
корабля "Прогресс М1' посредством
нескольких включений ДУ будет
сформирована орбита спуска высотой
примерно 160 ´
230 км с перигеем, расположенным над
районом затопления.
-
На третьем этапе корабль "Прогресс
М1" выдаст последний тормозной
импульс и станция "Мир" перейдет
на траекторию спуска на Землю.
Попадание
несгоревших фрагментов станции в намеченный
район Тихого океана может быть
осуществлено с трех суточных витков. В
соответствии с основным расчетным
случаем предполагается, что последний
тормозной импульс будет выдан на
участке траектории от Гвинейского
залива до Кавказа. Прицельная точка для
спуска станции 'Мир' с орбиты имеет
координаты 47њ
южной широты и 140њ
западной долготы (уточняется с учетом
конкретной даты спуска и выбора
основного спускового витка).
По
мере снижения высоты полета станции 'Мир'
на последнем витке при входе в
атмосферу в связи с увеличением
плотности последней произойдет
постепенное возрастание силовых и
тепловых нагрузок, действующих на
поверхность корпуса станции и ее
внешние элементы. Первыми начнут 'обгорать'
панели солнечных батарей и выносные
антенны. Это произойдет на высоте 110-100
км. Наиболее интенсивное разрушение
будет происходить на высотах 70-60 км.
Разрушение основных элементов корпуса
и, как следствие, первичная
фрагментация всей станции должны
произойти на высотах 90-80 км.
Образовавшиеся отдельные фрагменты
продолжат спуск в атмосфере независимо
друг от друга. Они могут продолжать
делиться на части, причем фрагментация
должна закончиться на высотах 50-40 км.
Основная часть фрагментов должна
расплавиться и сгореть, однако
наиболее массивные и тугоплавкие
фрагменты, а также, наоборот, слишком
легкие могут достигнуть поверхности
Земли.
Аэродинамические
характеристики отдельных фрагментов
существенно различаются, вследствие
чего различается и дальность их спуска
в атмосфере, что приводит к образованию
области рассеивания фрагментов. Кроме
того, дальность спуска фрагментов
существенно зависит от высоты, на
которой они образуются. Ширина области
рассеивания фрагментов определяется
величиной коэффициента боковой силы
при движении отдельного фрагмента в
атмосфере. Разработка модели
разрушения такого сложного
искусственного космического объекта,
как ОПК 'Мир' при входе в плотные слои
атмосферы представляет собой
недетерминированную задачу, точное
решение которой, по крайней мере в
настоящее время, получить невозможно.
Основные причины такого положения
следующие:
-
Очередность отделения фрагментов и
их облик определяются ориентацией
объекта, его возможным неуправляемым
движением относительно центра масс под
действием аэродинамических моментов,
что после начала разрушения станции
точно рассчитать невозможно.
-
Точное определение
аэродинамических характеристик
отдельных фрагментов вдоль траектории
спуска невозможно из-за
неопределенности их облика, а также
вращения фрагментов вокруг своих
центров масс.
Таким
образом, определение полного состава
фрагментов, на которые разделится
станция 'Мир' при входе в атмосферу, а
также продольного и поперечного
рассеивания точек падения фрагментов
на основании строгого решения задачи
об образовании фрагментов и их
движении в атмосфере практически
невозможно. В связи с этим задача о
последовательном дроблении станции 'Мир'
на фрагменты и их конечном составе
решалась лишь приближенно.
Суммарная
масса несгоревших фрагментов по
оценкам составит до 20-25 тонн. Общее
количество фрагментов прогнозируется
порядка 1,5 тысяч штук. Протяженность
области затопления фрагментов вдоль
трассы полета будет составлять до 6 тыс.
км при
ширине до 200 км.
При
штатной реализации разработанного
плана спуска и затопления станции 'Мир'
нанесение какого-либо ущерба
практически полностью исключено. Тем
не менее, нельзя полностью исключить
возникновение тех или иных нештатных
ситуаций на борту станции или в контуре
управления полетом. Все потенциально
возможные ситуации такого рода
проанализированы и разработаны методы
их парирования. Конечно, остается
небольшая вероятность того, что
несмотря на принимаемые меры,
намеченная трехэтапная схема спуска
станции 'Мир' на Землю не сможет быть
реализована в полной мере. Но и в этом
случае остается принципиальная
возможность подправить траекторию
станции, используя двигательную
установку или изменяя ориентацию как
станции в целом, так и отдельных
панелей солнечных батарей, с целью
исключения попадания на сушу. В
результате, риск схода станции 'Мир' с
орбиты в полностью неуправляемом
режиме и выпадения фрагментов на сушу
оказывается несущественным.
Вывод:
Проведенный
комплекс подготовительных работ и
разработанная программа управляемого
спуска с орбиты орбитального комплекса
'Мир' позволяет с достаточно высокой
надежностью обеспечить безопасное
затопление несгоревших фрагментов
станции в заданном
районе Тихого океана. |