Что будет, если метеорит попадет в МКС

15 декабря 2015 года Тим Пик в должности второго бортинженера отправился с космодрома Байконур к МКС, чтобы провести на орбите 186 суток и узнать все о том, как жить и выживать в космосе. После возвращения, Тим решил поделиться всем пережитым с землянами — в соцсетях был запущен хештег #askanastronaut, с помощью которого отбирались вопросы. Интервью со всем человечеством и стало книгой «Спросите у космонавта». В нашем материале — ответ на вопрос об опасности столкновения станции с метеоритами и космическим мусором.

Фактически, в космическую станцию довольно часто попадают мелкие элементы космического мусора. К нему относятся как природные (микрометеориты), так и искусственные (сделанные человеком) обломки.

Микрометеориты вращаются вокруг Солнца, в то время как большинство искусственных обломков вращается вокруг Земли. Большую часть времени их воздействие не имеет серьезных последствий, а космическая станция хорошо защищена специальными щитами, покрывающими герметичные модули, в которых живут и работают космонавты. Однако существует риск того, что в станцию врежется нечто более крупное и нанесет повреждение.

Обычно мы можем наблюдать результаты столкновений на поручнях во время выхода в открытый космос — на них образуются небольшие вмятины, часто с острыми краями. Космонавты должны проявлять особую бдительность, чтобы не порвать перчатку об эти острые металлические выступы и не проколоть скафандр.

Алюминиевая защита критичных блоков космических аппаратов, в которую попал кусок пластика размером с пол спичечного коробка на скорости 6795 м/с. Экспонат музея НАСА в Хьюстоне. © Dujimon

Одно из окон купола также пострадало от попадания космического мусора — в нем появилась небольшая трещина. Но пока все не так плохо, как может показаться. Каждое из семи окон купола имеет четыре панели из плавленого кварца и боросиликатного стекла (из кремнезема и триоксида бора), что делает его особенно стойким к термическому удару, а общая толщина стекла превышает 7 см; трещина же едва проникла сквозь первый слой.

Проблема в том, что при движении с гиперскоростью объект не должен обладать большими размерами, чтобы нанести серьезное повреждение. Причиной трещины в куполе, вероятно, стала частица краски или небольшой металлический фрагмент размером лишь около нескольких тысячных миллиметра в поперечнике. Так что если что-то настолько крошечное смогло нанести ущерб космической станции, представьте, что сделал бы предмет диаметром 10 см. Это может привести к катастрофическим повреждениям — такой предмет пройдет сквозь космическую станцию, и она развалится на части.

Хорошей новостью является то, что в Управлении полетами есть эксперты, которые предупреждают нас о риске столкновения при попадании космического мусора в так называемую зону безопасности вокруг космической станции (1,5 × 50 × 50 км). Около 23 000 единиц космического мусора отслеживаются наземными радиолокационными системами, такими как Сеть космического наблюдения США и Бюро по космическому мусору при Европейском космическом агентстве в Дармштадте, Германия. Если риск столкновения достаточно высок, космическая станция должна выполнить так называемый маневр по уклонению от космического мусора, используя двигатели в российском сегменте или пристыкованный космический корабль. Это позволяет изменить орбиту МКС и избежать удара.

Компьютерная модель распределения космических объектов в космосе. Согласно описанию NASA, 95% из них являются мусором © NASA

Но подготовка и выполнение маневра по уклонению обычно занимает около 30 часов. Если обломки были замечены слишком поздно, чтобы выполнить маневр, экипажу будет поручено закрыть все люки между различными модулями и укрыться на космическом корабле «Союз» до тех пор, пока риск столкновения не исчезнет. Последний раз такое случилось в июле 2015 года, когда экипаж получил предупреждение только за 90 минут до возможного столкновения.

Плохая новость состоит в том, что есть так называемые черные зоны. Любой объект более одного сантиметра в диаметре может нанести катастрофический ущерб МКС и представляет потенциальную угрозу для жизни членов экипажа. Такие обломки (диаметром 1—10 см) очень трудно заметить, но день они вам могут испортить вполне. По оценкам, на орбите вокруг Земли находятся 725 000 «космических пуль» диаметром от одного до десяти сантиметров...

Представим, что более крупный объект — скажем, 2 см в диаметре — попадает в один из модулей космической станции. Наша первая линия защиты — щиты для защиты от микрометеоритного орбитального мусора. Существует множество сотен подобных щитов, защищающих части космической станции, и они отличаются используемыми материалами, массой, толщиной и объемом. В основном используются обычные и «набитые» щиты Уиппла. Главный принцип этих щитов — наличие алюминиевого «бампера», который принимает удар на себя. Помимо этого, щиты разбивают обломки космического мусора на более мелкие куски, у которых меньше шансов пробить корпус МКС. В идеале между щитами и корпусом станции расстояние должно быть как можно больше, чтобы «обломки обломков» пролетели мимо. В «набитом» щите Уиппла есть керамическая ткань и кевлар — эти материалы используются для изготовления пуленепробиваемой одежды.

Щит Уиппла, применявшийся на автоматической станции НАСА «Стардаст», рассчитан на защиту от микрометеорных и орбитальных обломков со скоростями в диапазоне от 3 до 18 км/с. © NASA

Европейский модуль Columbus расположен на фронтальной стороне МКС, и поэтому вероятность попадания в него космических обломков выше. Однако даже щиты большей массы, расположенные на большем расстоянии от станции, не предотвратят разрыв корпуса от удара объекта диаметром 2 см. Первое, что почувствует экипаж, — сильный удар акустической волны при разрыве корпуса. Если члены экипажа, вдобавок ко всем несчастьям, в этот момент находятся в разных модулях, то космонавты, скорее всего, увидят интенсивную вспышку света, прежде чем в них попадут фрагменты отрывающейся внутренней стенки модуля вместе с небольшими фрагментами космического мусора. Некоторые из алюминиевых фрагментов корпуса горят весьма активно, что может привести к пожару. Перфорация обычно сопровождается быстрым изменением температуры и уменьшением давления воздуха — как следствие, внутри станции возникает «туман». При самом неудачном стечении обстоятельств отверстие будет настолько большим, что произойдет быстрая «распаковка» модуля, или он просто оторвется от станции. Такое развитие событий, вероятно, будет катастрофическим для всех членов экипажа. Однако, даже если предположить, что модуль сохраняет какую-то целостность, на станции будет стремительно падать давление, и экипаж почувствует своеобразный хлопок в ушах.

Экипажи в течение многих часов отрабатывают действия при аварийной быстрой разгерметизации. В сценарии, который я только что описал, очевидным действием экипажа было бы закрытие люка для предотвращения дальнейшей разгерметизации станции. Подобная ситуация произошла 25 июня 1997 года на борту космической станции «Мир». Но разгерметизация была вызвана не космическим мусором, а столкновением космической станции с грузовым кораблем «Прогресс». Российскому космонавту Василию Циблиеву было поручено дистанционно произвести стыковку с «Прогрессом» с помощью видеоизображения и лазерного дальномера. Проблема заключалась в том, что ни один из других членов экипажа не мог увидеть космический корабль «Прогресс» ни в одном из окон, чтобы использовать дальномер и сообщить о расстоянии до него. Не имея данных о местоположении «Прогресса», невозможно было рассчитать, как быстро он приближается. Оценить скорость движения объекта с использованием только видеоизображения невозможно, и, когда Циблиев понял, что «Прогресс» приближается слишком быстро, было уже поздно. Несмотря на экстренное торможение, произошло серьезное столкновение «Прогресса» со станцией «Мир», что привело к разгерметизации модуля и неконтролируемому вращению станции.

Циблиев увидел, что «Прогресс» столкнулся с модулем «Спектр», который не был подготовлен к беспрепятственному закрытию люков. В течение нескольких минут экипаж обрезал кабели, идущие в модуль через люк, после чего наконец модуль был изолирован от остальной станции.

Модуль «Спектр» после столкновения с «Прогрессом», видны серьезные повреждения солнечных батарей и корпуса с правой стороны. © NASA

Из этого почти катастрофического происшествия было вынесено много уроков. Теперь каждый люк на МКС можно закрыть в течение нескольких секунд. Как правило, кабели и другие предметы не разрешается протягивать через люки. Там, где это необходимо, применяются кабели с «быстрым разъединением», так что люк может быть закрыт с минимальными задержками.

Действия экипажа в подобной ситуации должны быть очень организованными. Во-первых, мы в полном составе собираемся в безопасном месте и выясняем, сколько времени у нас есть для решения проблемы, пока не потребуется полная эвакуация с космической станции из-за падения давления. Затем мы проверяем готовность корабля «Союз» и пытаемся установить, какой модуль был поврежден. Небольшое отверстие бывает сложно найти, но путем последовательного закрытия люков это сделать реально — если после закрытия люка падение давления прекратилось, то это значит, что именно в этом модуле произошло повреждение. И конечно, мы всегда работаем «спиной» к кораблю «Союз», чтобы после закрытия люка не оказаться отрезанными от нашего спасительного корабля.


 

«Спросите у космонавта» — углубленное и обстоятельное руководство по жизни в космосе, написанное британским космонавтом Тимоти Пиком, добродушным, открытым и очень простым человеком. В этом руководстве нашлось место многим ранее не публиковавшимся фотографиям, вороху разъясняющих диаграмм и иллюстраций, юмору и любви к своему делу, а они делают эту книгу крайне интересным и очень личным рассказом о жизни в космосе.

Издательство: «Рипол-классик»

25.10.2018 16:45:04