Рентген для пришельца из космоса: как сканируют спутник, побывавший на орбите

В ангаре под Цюрихом ветеран низкой околоземной орбиты лежал под своего рода медицинским сканером, для которого космические аппараты никогда не предназначались. «Пациентом» была миссия Европейского возвращаемого носителя (European Retrievable Carrier, EURECA) — европейский спутник длиной 4,5 метра, который отправился в космос на шаттле «Атлантис» в начале 1992 года и, что необычно для спутника, благополучно вернулся на Землю. Вместо инженеров с гаечными ключами его «медосмотр» проводила команда исследователей, вооружённая чем-то гораздо более проницательным, чем фонарик, — они изучали алюминиевую обшивку аппарата с помощью мощного рентгеновского излучения.

Что это?
Используя систему высокоэнергетического рентгеновского излучения, они сделали спутник практически прозрачным, раскрыв топливные и газовые баки, скрытые остатки моющих растворов и модульный каркас, который когда-то надёжно удерживал на орбите 15 научных приборов. Это своеобразное «полное сканирование тела», которое до сих пор было в основном прерогативой людей, а не побывавшего в космосе и вернувшегося оборудования.

Рентгеновские лучи — уже давно незаметные рабочие лошадки современной жизни, от больничной радиологии до сканеров аэропортов и промышленного неразрушающего контроля. Они бесценны, когда необходимо заглянуть внутрь объекта, не разрушая его. В инженерии это часто означает поиск трещин или пустот в компонентах самолётов, проверку сварных швов или осмотр сложных сборок. Недавний эксперимент со спутником EURECA, описанный в октябрьском выпуске журнала Acta Astronautica, применяет тот же принцип, но в масштабе целого побывавшего в космосе аппарата. Он показывает не только возможность такого сканирования, но и его способность раскрывать детали, имеющие значение для будущего многоразовых космических систем.

Где это?
Данное изображение было получено в лаборатории Центра рентгеновской аналитики Empa в Дюбендорфе, Германия.

Почему это удивительно?
Это рентгеновское исследование выявило последствия времени и нагрузок для космического аппарата. Исследователи обнаружили трещины в некоторых композитных стойках EURECA, а также переломы и деформации в нескольких оставшихся на борту научных приборах. Часть этих повреждений могла возникнуть в течение первых бурных минут запуска, когда спутник испытывал вибрации и перегрузки. Другие дефекты могли накапливаться постепенно за месяцы на орбите, где EURECA подвергался воздействию сильной радиации, значительным перепадам температуры при выходе из тени и обратно, а также микроскопическим ударам микрометеоритов и обломков. Возвращение в атмосферу и посадка добавляют ещё один этап стрессовых нагрузок. Только по рентгеновским снимкам нельзя точно сказать, когда образовалась каждая трещина, но они ясно показывают, где структура наиболее уязвима.

Актуальность этого исследования крайне высока, поскольку количество активных спутников на околоземной орбите теперь превышает 10 000, и ежегодно запускаются тысячи новых. Помимо этого, там находятся десятилетиями накопленные отработанные ступени ракет, мёртвые спутники и фрагменты от столкновений и взрывов. Это облако космического мусора представляет угрозу для работающих спутников и пилотируемых миссий. Одной из предлагаемых частей решения проблемы является повышение многоразовости — создание космических аппаратов и верхних ступеней, которые способны пережить полёт, вернуться и снова летать, а не превращаться в хлам после одного использования.

Данные, полученные при сканировании таких «ветеранов», как EURECA, бесценны. Они позволяют инженерам проверить и уточнить компьютерные модели, прогнозирующие износ материалов в реальных космических условиях. Эта информация напрямую влияет на проектирование новых многоразовых систем, таких как космические корабли или возвращаемые ступени ракет, помогая усилить наиболее критичные узлы и выбрать более стойкие материалы. Кроме того, эта методика может стать стандартной процедурой послеполётного осмотра для всего, что возвращается из космоса, будь то капсулы с грузами, образцами или экипажем. В перспективе подобные сканеры, возможно, будут использоваться прямо на космодромах, обеспечивая быструю и глубокую диагностику аппаратов перед их следующим полётом, делая космос не только более доступным, но и более безопасным и рациональным.