Шрифт:
Закладка:
29 июня 2011 года космонавтов, находящихся на МКС, экстренно разбудили. Им было приказано приготовиться к срочному возвращению на Землю. Космонавты надели аварийно-спасательные скафандры и переместились с борта станции на космические корабли. Причиной переполоха стало то, что операторы ЦУПа проморгали сближение МКС с космическим мусором. В случае повреждения стации космонавты должны были отстыковаться от нее и в корабле направиться к Земле (по аналогии со спасательными шлюпками). В оправдание нужно отметить, что траектория мусора была очень необычной и сложной. В тот раз все обошлось и космонавты продолжили работу на орбите в штатном режиме.
Помимо космического мусора Вселенная полна радиацией. В ходе термоядерных реакций в недрах Солнца выделятся огромное число заряженных частиц: протонов, электронов, ядер гелия, а также нейтральных элементарных частиц и излучения. Например, каждую секунду Солнце генерирует 180 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 нейтрино (или, если записать компактно, 1,8·1038 штук). Через ноготь космонавта за секунду пролетает 100 миллиардов таких частиц. Однако если говорить о нейтрино, оно не имеет массы, очень маленькое по размеру, ни с чем не взаимодействует и пролетает насквозь, не доставляя никаких проблем. А вот другие частицы иногда оказывают неприятное воздействие.
Во-первых, их заряд может нарушать работу электрических систем. Радиация обладает свойством ионизировать вещество. Частицы и излучение обладают такой энергией, что способны выбить электроны с поверхности металлов.
Тогда образуется поверхностный заряд, который порождает электрические поля и разряды электрического тока. Также радиация способна выбивать электроны из полупроводников, которые участвуют в работе компьютеров и бортовой электроники.
Инженеры стараются защитить спутники от негативного влияния заряженных частиц, покрывая их золотом, которое по совокупности свойств лучше других материалов подходит для этой цели, или нанося дополнительные слои защиты.
В случае с аппаратом «Фобос-Грунт» инженеры об этом забыли. Этот аппарат должен был полететь к Фобосу, спутнику Марса, и взять материал с его поверхности. Однако уже через два с половиной часа после того, как станция отделилась от ракеты-носителя, план полета был нарушен. Двигатели для вывода на орбиту к Марсу не включились, и «Фобос-Грунт» продолжал вращаться вокруг Земли. Выяснилось, что в электронно-вычислительной схеме использовалась микросхема для бортовых систем самолетов, которая, в отличие от подобных схем для космических аппаратов, не была защищена от радиации. В схеме от воздействия заряженных частиц возникли короткие замыкания. На случай разного вида сбоев в программном коде современных спутников есть команда перехода в безопасный режим. При признаках повышенного напряжения и коротких замыканий основной бортовой компьютер отключается и запускается вторая резервная система. Она берет управление на себя и ожидает радиокоманд с Земли. Так произошло и с «Фобосом-Грунтом». Руководители полета после перехода в безопасный режим ожидали восстановления связи с межпланетной станцией на следующий день, но этого не произошло. В резервном комплекте тоже были самолетные микросхемы, и, вероятно, он тоже вышел из строя по той же причине.
Даже если защита у спутников есть, ее может не хватить. Солнце имеет одиннадцатилетний цикл активности. В 1994 году как раз был пик этого цикла. Одна из вспышек на Солнце привела к появлению мощного потока заряженных частиц, направленного к Земле.
Канадский спутник Anik E1 как раз был на его пути и вышел из строя. В управляющей электронике возник электрический заряд. С помощью резервной системы аппарат удалось восстановить, однако пока проводились работы, вышел из строя еще один такой же спутник Anik E2, причем у него одновременно перестали работать и основная, и резервная системы ориентации. На этот раз починить аппарат сразу не удалось. Авария принесла большие убытки. В следующий пик солнечной активности проблемы испытали спутники Teslar 401, Equator-S, Polar и Galaxy-IV.
Парадоксальная ситуация произошла с гамма-обсерваторией «Интеграл». Она была создана для изучения высокоэнергетического излучения от разных объектов в Галактике и за ее пределами. Однако от него «Интеграл» и вышел из строя. Излучение привело к короткому замыканию. Оно вывело из строя систему ориентации. По инструкции аппарат ушел в безопасный режим. Космический телескоп начал лихорадочно крутиться, и его солнечные батареи не могли нацелиться на Солнце. Инженеры успели включить резервную систему до полной потери заряда аккумуляторов.
Еще одна проблема, которую вызывают заряженные космические частицы, связана с системой звездной или солнечной ориентации. Датчики космического аппарата представляют собой оптические приборы – своего рода фотокамеры. Их чувствительные элементы реагируют на свет, которой выбивает с поверхности электроны, и тем самым создается электрический ток для регистрации. Частицы радиации и в обычном объекте могут выбивать электроны, а в чувствительном приборе – тем более. Только у радиации энергии больше, чем у видимого света, поэтому тока выделяется так много, что прибор «слепнет» или думает, что Солнце находится с другой стороны.
В результате система ориентации сбивается, спутник отворачивает солнечные батареи от звезды, быстро разряжается и отключается. В режим ожидания аппарат не входит, так как не фиксирует сбоя. Без электроэнергии спутник выходит из строя, и восстановить его невозможно. Для решения этой проблемы на борту спутников размещают систему ориентации, основанную на других принципах. Чаще всего это специальные маховики, которые при вращении сохраняют свое положение в пространстве, – гироскопы.
В 2014 году гидрометеорологический спутник «Электро-Л» потерял ориентацию после того, как инженеры решили дать «отдохнуть» маховикам и временно их отключили. Некоторое время аппарат был направлен своей фотокамерой на Землю. За это отвечали солнечные датчики и двигатели. Сбой произошел как раз в то время, когда специалисты центра управления полетами раскручивали маховики командами с Земли.
С большой долей вероятности INSAT 2d вышел из строя в 1998 году тоже по причине радиации в космосе. На тот момент он был главным индийским спутником связи, при помощи которого на Земле передавались не только телевизионные сигналы, но и, например, информация о торговых операциях на бирже.
Солнечная радиация доставила много проблем космическим аппаратам. Да и людям тоже. В 1958 году в США зародился проект «Аргус». В его рамках за пределы плотных слоев атмосферы запускались ядерные заряды, которые взрывались на больших высотах. Идея данного эксперимента заключалась в использовании электромагнитной волны от детонации для блокирования связи на Земле. Известно, что ядерный взрыв имеет несколько поражающих факторов. Первый и самый опасный – это ударная волна. Взрыв порождает колебание воздуха, которое сметает все на своем пути. Но на высоте более 150 км над поверхностью Земли воздуха очень мало, и ударная волна не образуется. Второй поражающий фактор – температура. В космосе нечему нагреваться, так что и это не страшно. Следующий момент – электромагнитное
