Ошибки мировой космонавтики
Еще одна проблема с неучтенным перераспределением масс произошла в нашумевшей миссии «Апполон-13» с астронавтами Ловеллом, Хейзом и Маттингли. Подробности той эпопеи, с чего она началась, в чем ее причины – в главе «Давление». Здесь мы поговорим о последствиях. Корабль американских астронавтов состоит из двух частей: командного и лунного модулей. Последний нужен, чтобы сесть на Луну и взлететь с нее. В то время, пока лунный модуль находится на поверхности естественного спутника Земли, командный ждет его на окололунной орбите. Все остальные операции, не касающиеся непосредственно работы на поверхности Луны, должен выполнять командный модуль. Но как раз он и вышел из строя. Теперь у астронавтов были только ресурсы лунного модуля, то есть в разы меньше энергии, тепла, топлива и т. д. Для экономии, естественно, астронавты посадку на Луну не проводили и лунный корабль не отделяли. Когда же наступило время совершить маневры, сразу посыпались ошибки. Астронавты не тренировались управлять лунным кораблем с тяжеленным грузом, который смещал весь корабль и не давал быстро сориентироваться. Центр масс смещался еще и за счет тех приборов, которые должны были остаться на Луне, а также за счет отсутствующих проб лунного грунта, которые тоже были учтены инженерами в балансе корабля. Однако конструкторы не учли варианта, когда этих грузов не будет. Чтобы сбалансировать связку модулей и облегчить себе жизнь, астронавты перенесли все, что могли, в лунный модуль, но все равно потратили слишком много топлива. Руководители полета провели симуляцию и рассчитали, что энергии астронавтам не хватит. Совсем чуть-чуть, но все же не хватит. Экономить приходилось на всем, астронавты не пили воду, мерзли, почти не спали, и все равно энергии не хватало. На Земле инженеры смогли придумать, как выкачать из командного модуля немного ресурсов. Это дало астронавтам шанс вернуться, и они им воспользовались.
Глава 4
Не вакуум
День первый. К земле приближается гигантский астероид. Группа отважных бурильщиков отправилась к нему для установки ядерного заряда.
День второй. К земле приближается гигантский астероид с ядерным зарядом.
У многих людей есть представление, что в космосе вакуум, а это значит, что уже за пределами плотных слоев атмосферы (выше 100 км) начинается бездонная пустота. На самом деле это не совсем так. Орбита Земли наполнена неоднородным веществом: заряженными частицами солнечного ветра и галактической радиацией, астероидами, микрометеоритами, космической пылью. После начала эры космонавтики появилось еще и множество рукотворных объектов, которые, если они не выполняют какие-нибудь задачи и исследования, называются космическим мусором. Да, вещества на околоземной орбите очень мало, и его концентрация в огромном пространстве очень низкая, но и его тоже надо учитывать.
О наполненности космоса микрометеоритами впервые удалось узнать с помощью советского спутника «Объект-Д». По его данным плотность пылевого облака, через которое проходит Земля, составляет примерно одну частицу пыли на миллион кубических метров. При этом такая частичка будет размером не больше микрона. Для сравнения можно представить во всем Охотском море только одну песчинку. Это на первый взгляд мало, но тем не менее объемы космического пространства настолько велики, что суммарное количество находящегося в нем материала огромно: за сутки на нашу планету падает около 100 т космической пыли.
При этом астероиды летают вблизи планеты с колоссальной скоростью. Спутники, чтобы не упасть на Землю, двигаются с первой космической скоростью. Астероиды и микрометеориты летают еще быстрее. Что будет, если объекты, движущиеся в восемь раз быстрее пули, столкнутся между собой?
Если у космической пылинки масса небольшая, то, может, ничего страшного и не произойдет. У микрометеоритов с массой в тысячную долю грамма не хватит энергии пробить даже тонкий корпус спутника. Но если масса пылинки составляет уже хотя бы полграмма, то она прошьет станцию насквозь. Такие пылинки называются метеороидами. Хотя крупных микрометеоритов гораздо меньше, чем мелких, столкновения с ними происходят часто.
Так, например, из-за метеороида вышла из строя топливная магистраль на станции «Салют-7». Космонавты перешли на запасную систему, но основную надо было починить в любом случае. Инженеры разработали особую методику и инструменты для ремонта, а новый экипаж – космонавты Леонид Кизим и Владимир Соловьёв – еще на Земле несколько месяцев готовился к проведению внеплановой операции. Когда они оказались на орбите и вышли в открытый космос, то столкнулись с неожиданной проблемой. Одна из гаек, которая крепила магистраль к корпусу, была залита клейким веществом – эпоксидной смолой. Никто и не предполагал на Земле, что гайку кто-то будет трогать. Космонавты потратили два часа только на попытки ее отвинтить. После этого инженеры всё оборудование старались делать так, чтобы отремонтировать его было просто.
В 1983 году маленькая песчинка оставила серьезную трещину на иллюминаторе шаттла. Всего за время полетов шаттлов было обнаружено более 170 следов от столкновений и потребовалось более 70 замен иллюминаторов. Шаттл был слишком большим и собирал на себе все удары. При этом, в отличие от станции, он возвращался на Землю целиком, но повреждения, как показала практика, для него критичны.
Почти каждый год 12–15 августа можно увидеть звездопад, который получил имя Персеиды. В эти дни люди видят, что на Землю падают пылинки от кометы Свифта – Таттла. Комета – это снежок изо льда и пыли. Приближаясь к Солнцу, она «тает», и пыль освобождается, разлетаясь в хвост и затем вдоль орбиты кометы. Микрочастицы нагреваются от трения об атмосферу и светятся, словно звезды.
В 1993 году ожидалось, что Земля пересечет очень крупное облако таких частиц, которое осталось после пролета кометы Свифта – Таттла. Многие инженеры испугались этого и, например, в США запуск шаттла отложили. Станцию «Мир», которая на тот момент уже находилась на орбите, спрятать не получилось. Космонавты на ее борту видели поток микрометеоритов и как они врезаются в панели солнечных батарей. Более серьезных повреждений не было. «Мир» уже имел специальный радиатор, который служил первым щитом. Хотя основная функция этого устройства была в контроле температуры, многослойная конструкция позволяла затормозить врезающиеся метеороиды и не дать пробить основной корпус.
Космонавтам повезло, а вот европейскому спутнику связи Olympus-1 – нет. У него друг за другом отключились сначала солнечные батареи, а потом система стабилизации. Это две независимые системы, то есть в Olympus-1 космическая пыль попала минимум дважды. После инженеры доработали конструкцию подобных спутников и укрепили корпус.
16–18 ноября 1998 года станция «Мир» пролетела через еще один подобный «звездный дождь» под названием Леониды. Космонавты даже специально развернули станцию так, чтобы в случае чего пробило станцию, но не корабль, в котором люди смогут эвакуироваться на Землю. В самое опасное согласно данным астрономов время ничего не произошло. Космонавты даже не увидели вспышек от падения метеоров в атмосферу. На самом деле астрономы ошиблись, и станция пролетела через облако пыли на 16 часов позже расчетного времени. Космонавты к тому моменту уже были на отбое и мирно проспали как эффектное зрелище, так и опасность.
Метеор с борта МКС. NASA
В последующем исследовании на солнечной панели станции обнаружилось 150 повреждений, которые появились за десять лет эксплуатации.
Как позже показал анализ солнечных батарей орбитального телескопа «Хаббл», такие проблемы есть у всех космических аппаратов. На следующей после «Мира» станции МКС уже имелись специальные противометеоритные панели, а на солнечных батареях – специальная пленка, уменьшающая повреждение. А вот на роботе-манипуляторе «Канадарм», который используется снаружи станции, защиты нет, и в 2021 году на плече космического робота-руки нашли отверстие от удара метеороида.
