«За 5 лет пилотируемого полета Международной космической станции мы уже шесть раз уводили ее от столкновений с космическим мусором и космическими аппаратами», – рассказал главный баллистик подмосковного Центра управления полетами Николай Иванов. Однако теперь, как кажется, международное сообщество готово принять решительные меры организационного и технического характера.
Небесная восьмерка
При отсутствии конвенции скоро на геосинхронной орбите не останется места для новых кораблей
«Отработавший активный срок спутник можно вывести на более высокую орбиту только двумя способами: либо с помощью установленного на нем двигателя (при наличии необходимого количества топлива), либо с помощью специального буксира, что очень дорого», – пояснил эксперт.
По словам собеседника агентства, выходом из положения может служить международная конвенция, обязывающая эксплуатантов геостационарных космических аппаратов оснащать их специальными разгонными блоками для увода на орбиту захоронения.
При отсутствии этой конвенции скоро на геосинхронной орбите не останется места для новых аппаратов, а только на ней период обращения спутника равен звездному периоду вращения Земли – 23 час. 56 мин. 4,1 сек.
Если такая орбита круговая и лежит в плоскости земного экватора, то спутник в небе практически неподвижен, и в этом случае его орбита называется геостационарной. Геостационарная орбита проходит на высоте 35 900 км. Спутник на геосинхронной орбите, наклоненной к экваториальной плоскости Земли, в течение суток описывает в небе восьмерку, так как совершает круговращение одновременно и вокруг Земли, и вокруг некоей точки на поверхности Земли.
Очевидно, что для обеспечения достаточного покрытия сигналом со спутника нужной территории (страны, континента) он должен быть «подвешен» именно над ней. Таких орбитальных позиций не так уж много, а наиболее востребованных – всего около сорока. По условиям безопасности в каждой такой точке находится не более трех спутников одновременно, поэтому, прежде чем поместить туда новый аппарат, старый желательно удалить.
На «кладбищенской» орбите отработавший спутник будет существовать практически вечно, не испытывая торможения об остатки атмосферы Земли (как на орбитах высотой не более 1000 км), не разрушаясь на фрагменты, не падая на Землю и не мешая действующим космическим аппаратам.
К тому же место на этом «кладбище» неограниченно. 300 км над геосинхронной орбитой – лишь нижняя граница. «Кладбищенские» орбиты могут располагаться как на расстоянии 500, 800, 1000 км над рабочей, так и вовсе приводить спутник к столкновению с Солнцем, на котором он благополучно сгорит. Единственное, что останавливает от такого радикального решения, – дороговизна. Придание списанному спутнику третьей космической скорости ровно в два раза дороже любого перемещения с одной геоцентрической орбиты на другую.
Новый аппарат затопили
Большинство из космических аппаратов выводятся на орбиту с большой точностью (фото GettyImages) |
Однако дополнительный двигатель усложняет спутник и повышает его себестоимость, поэтому сейчас такими блоками оснащена примерно пятая часть космических аппаратов в основном европейского производства.
В 2003 году из 15 вышедших из употребления телекоммуникационных спутников удалось приподнять только шесть. У остальных не хватило горючего. Чтобы осуществить подобную операцию по выводу с орбиты, необходимо от 4 до 6 кг двухкомпонентного ракетного топлива, то есть столько, сколько требуется на 3 месяца работы.
Однако есть и другой выход. Подъем спутников на 300 км выше их рабочей орбиты может стать отдельным бизнесом для особого «космического буксира», который бы занимался переводом спутников на «кладбище», а в свободное от этого время продлевал сроки жизни еще работоспособным. В таком случае проблема захламленности околоземной орбиты хоть и косвенно, но решалась бы: чем дольше живут спутники, тем реже им требуется замена.
Большинство из космических аппаратов выводятся на орбиту с большой точностью. Но иногда случаются неудачи, и приходится осуществлять спасательные миссии для вывода спутников на расчетные орбиты, как это было с аппаратами ЕКА Artemis и Hipparcos. Аппарат NASA Solar Max был спасен космонавтами, осуществившими выход в открытый космос.
По некоторым сведениям, первой миссией «буксира» могла бы стать корректировка крупнейшего в мире телекоммуникационного спутника ASTRA 1K, оказавшегося в 2002 году на нерасчетной орбите по вине сбоя в работе разгонного блока российского носителя «Протон-К».
Однако задержки, неизбежные при проектировании нового и столь сложного аппарата, привели к тому, что владельцы затопили «Астру» на кладбище российских космических аппаратов, которое находится в центре Тихого океана под 40-й широтой, неподалеку от острова Рождества.
Плата за корректировку
Первая практическая миссия состоится в 2008 году (фото GettyImages) |
За практическое воплощение этого решения взялась фирма Orbital Recovery Group, запустившая недавно проект обслуживания спутников в космосе, получивший название «Космический буксир» (Space Tug). По заказу космического агентства Голландии ею был создан аппарат CX-OLEV (ConeXpress Orbital Life Extension Vehicle), являющийся плодом европейской интеграции в космической отрасли.
Система стыковки с перемещаемыми объектами разработана Национальным космическим агентством Германии (DLR), телеметрическое и командное оборудование разработано Шведской космической корпорацией (Swedish Space Corporation), маневровые ионные двигатели создали испанская SENER и французская Snecma, на орбиту «буксир» будет выводить европейская корпорация Arianespace.
После вывода на геостационарную орбиту носителем Ariane 5 (старт планируется на 2008 год) CX-OLEV должен развернуть свои солнечные батареи и в течение нескольких месяцев с помощью ионных ускорителей, работающих от солнечной энергии и ксенона, добраться до геостационарной орбиты. После этого аппарат должен пристыковаться в автоматическом режиме к спутнику и, используя свои ускорители, скорректировать его положение на орбите.
Для стыковки со спутниками космический аппарат снабжен устройством, разработанным DLR, механизм работы которого обеспечивает пристыковку к соплу двигателей больших спутников. Конструкторы утверждают, что аппарат способен состыковаться более чем с сотней ныне действующих спутников различных типов.
Стоимость проекта оценивается в четверть миллиона евро. Разработчики аппарата надеются с его помощью увеличить срок службы спутников на 10 лет. При этом плата за корректировку составляет примерно 60 млн. евро, в то время как постройка и запуск нового спутника обходится в 300 млн. евро.
Следует отметить, что каждый год по всему миру на геостационарную орбиту высотой 36 тыс. км запускается более 20 спутников. В их число входят коммерческие, военные и государственные космические аппараты. Все они имеют срок службы от 10 до 15 лет, это означает, что в настоящий момент на этой орбите находится около 200 космических аппаратов. Легко посчитать, какую выгоду получат и разработчики проекта, и владельцы спутников.
Первая практическая миссия состоится в 2008 году, еще две – в следующем, и начиная с 2010 по 2015 год CX-OLEV станет выполнять по три таких миссии ежегодно.