Плазменный диагноз: Миссия Draco исследует агонию космических аппаратов в атмосфере

Что на самом деле происходит с космическим аппаратом в его огненные последние мгновения? Это ключевой вопрос для миссии «Контейнер для оценки разрушительного входа в атмосферу» (Destructive Reentry Assessment Container Object, Draco) Европейского космического агентства (ЕКА).

ЕКА дало зеленый свет программе, в рамках которой будет создан и преднамеренно совершит крайне сложный вход в атмосферу специально сконструированный космический аппарат, нашпигованный множеством датчиков.

По мере того как аппарат Draco будет погружаться во все более плотные слои атмосферы, он соберет данные о том, как материалы реагируют на сверхвысокие температуры и какие загрязняющие вещества они выбрасывают в верхние слои стратосферы. Другими словами, это научный «прокол» атмосферы для взятия проб.

ЕКА активно продвигает амбициозную инициативу «Ноль мусора», цель которой — предотвратить образование нового космического мусора, снижая риск столкновений аппаратов. Частью этой работы является изучение процесса сгорания спутников. Исследования входа в атмосферу — важнейший элемент усилий по созданию «спутников, предназначенных для уничтожения», заявил Хольгер Краг, глава программы безопасности ЕКА.

«Нам необходимо лучше понять, что происходит, когда спутники сгорают в атмосфере, а также проверить наши модели входа в атмосферу, — сказал Краг. — Поэтому уникальные данные, собранные Draco, помогут направить разработку новых технологий для создания к 2030 году спутников, которые будут полностью разрушаться».

Датчики Draco будут измерять температуру, механические нагрузки на различные части корпуса и давление окружающей среды. Четыре дополнительные камеры будут направлены на сам аппарат, чтобы зафиксировать процесс разрушения и собрать контекстуальную информацию.

Запуск спутника Draco запланирован на 2027 год. Его масса составит от 150 до 200 кг, а размеры будут сопоставимы со стиральной машиной. Всего через 12 часов после выхода на околоземную орбиту Draco преднамеренно направится в необитаемый район над океаном.

Оснащенный 200 датчиками и 4 камерами для записи своего огненного самоуничтожения, капсула диаметром 40 см будет надежно хранить данные на борту. После раскрытия парашюта Draco соединится с геостационарным спутником для передачи всей информации.

По расчетам ЕКА, у аппарата будет около 20 минут на передачу телеметрии, прежде чем он приводнится в океане, завершив свою миссию. Если все пройдет успешно, Draco соберет реальные данные о том, что происходит, когда космический аппарат раскаляется, разрушается и разбрасывает обломки при входе в атмосферу — процесс, который сегодня ученые могут лишь имитировать в аэродинамических трубах или на компьютерных моделях.

Угрозы и компромиссы: безопасность против загрязнения

«Входы аппаратов в атмосферу создают несколько проблем для устойчивости космической деятельности в целом», — считает Аарон Боли, профессор физики и астрономии Университета Британской Колумбии. По его словам, неконтролируемые падения несут риск для людей на земле и в самолетах, могут нарушать авиасообщение из-за внезапного закрытия воздушного пространства.

«Кроме того, они напрямую выбрасывают продукты абляции [испарения и эрозии материалов] в верхние слои атмосферы», — подчеркивает Боли. Один из подходов к снижению риска на земле — проектировать аппараты для полного уничтожения, но это усугубляет проблему загрязнения атмосферы. «Более того, модели абляции при входе в атмосферу недостаточно проверены, отчасти из-за ограничений лабораторных испытаний», — отмечает эксперт.

Эксперименты, которые могут отслеживать разрушение спутника в реальном времени и типы образующихся при этом выбросов, чрезвычайно ценны для решения взаимосвязанных и сложных проблем безопасности и загрязнения, добавил он.

Недостающий элемент головоломки

Леонард Шульц, исследователь из Технического университета Брауншвейга, также ожидает результатов миссии с большим интересом. «Прямые измерения in-situ — это один важный недостающий элемент головоломки, необходимый для лучшего понимания разрушительного входа аппаратов в атмосферу и его влияния на нее», — заявил он.

Лучано Ансельмо, исследователь из Итальянского национального исследовательского совета, отмечает, что Draco — это единичный эксперимент с конкретными траекторией, массой и конструкцией. Однако, если он окажется успешным, собранные данные могут оказаться гораздо более универсальными, чем можно предположить изначально, и даже выявить что-то неожиданное, открыв новые направления для исследований.

Таким образом, миссия Draco — это не просто технический эксперимент, а важный шаг к ответственному освоению космоса. Ее результаты могут лечь в основу новых стандартов, которые позволят минимизировать как риск для Земли, так и ущерб для ее хрупкой атмосферы, закладывая фундамент для более безопасного и устойчивого космического будущего.