Космос опять стал главным источником новостей – не успели передохнуть после новостей с кометы Чурюмова – Герасименко, как СМИ ошарашили публику известиями о существовании таинственного российского спутника, который совершает на орбите малопонятные перемещения. Журналисты и эксперты гадают: что это за аппарат, какие у него цели? Это спутник-шпион или даже еще страшнее – убийца спутников?
Объект, который оказался на орбите после запуска трех российских военных спутников связи ракетой «Рокот» в мае этого года, поначалу квалифицировался Командованием воздушной и космической обороны Северной Америки (NORAD) как космический мусор. Однако этот «обломок», получивший индекс 2014-28E, неожиданно стал совершать сложные маневры. Все лето он удивлял наблюдателей, что позволило предположить, что это некий экспериментальный аппарат, возможно – военного назначения.
Все сразу вспомнили о временах холодной войны, когда такие системы разрабатывались США и СССР. Китай и сейчас совершенно открыто демонстрирует свои планы по ведению войны в космосе. Хотя не исключено, что маневрирующий в космосе объект в первую очередь имеет коммерческое значение. И самое интересное заключается не в том, что он там перемещается с одной орбиты на другую, приближаясь в том числе и к российским космическим объектам, а в том, как он это делает.
Что хочет, то и творит
Законы небесной механики – так называется раздел физики, описывающий движение небесных тел и спутников в космическом пространстве, – достаточно суровы. Там все не так, как на Земле: чтобы лететь быстрее, надо тормозить, чтобы медленнее – ускоряться. Смена орбиты требует значительных затрат топлива, и неслучайно огромная МКС ждет, когда к ней прилетит грузовой корабль «Прогресс», чтобы с помощью его двигателей и запасов топлива совершить нужный маневр.
При этом сама Земля вредит идеальным орбитам спутников. На низких орбитах, на высоте порядка 300 км, чувствуется тормозящее влияние атмосферы, на всех орбитах без исключения – неравномерность гравитации самой Земли. И чем дольше летает спутник вокруг нашей планеты, тем больше накапливается в его заданной орбите неправильностей. Их нужно корректировать, сжигая драгоценное топливо.
Однако объект 2014-28E горючее не экономил, совершая все лето самые разные маневры. Он то поднимался на высоту почти 1500 км, то опускался до 925 км, то приближался к летающему по орбите разгонному блоку «Бриз-КМ». Таинственный аппарат не только менял высоту орбиты, но и ее восхождение, то есть ориентацию орбиты относительно Земли.
С наступлением осени этот попрыгунчик не успокоился. Американцы переквалифицировали объект из категории «мусор» в «полезный груз». А 21 октября британский космический эксперт Роберт Кристи заявил, что Россия испытывает «военный спутник-инспектор», который был каталогизирован как «Космос-2499» (так как ракета «Рокот» официально вывела в космос спутники под номерами 2496, 2497, 2498). Кристи отметил, что 23 декабря 2013 года также запускались три спутника связи, но позже Россия зарегистрировала четыре космических аппарата, включая малый спутник «Космос-2491».
Интрига здесь заключается не в том, что аппараты маневрируют, и даже не в том, что про них нет никакой официальной информации, главное – это их миниатюрность и способность к столь активным маневрам. А вот это позволяет предположить, что они испытывают новые двигатели. Ну а если есть двигатели, то установить на спутник можно что угодно.
Проблемы и решения
Чтобы совершать маневры в космосе, нужно топливо. Оно должно истекать с максимально возможной скоростью и иметь максимально возможную массу, чтобы в итоге создать реактивную тягу. Быстрее всего летят кванты света, да вот только они крайне легкие, поэтому даже самый яркий фонарик вряд ли улетит к далеким мирам. Наши химические ракеты мощные, но очень прожорливые. Поэтому еще в 1960-е годы, на заре космонавтики, ученые стали искать альтернативные решения.
Инженеры довольно быстро поняли, что для разных задач нужны разные двигатели. Одно дело – это рывок от Земли на орбиту. И совсем другое – маневры спутника на орбите или межпланетный полет. Одно дело – массивный космический корабль, другое – легкий спутник. Тут можно было бы обойтись маломощными, но экономными двигателями.
Вот ведь какая задача: если летать спутнику долго, или он должен будет делать маневры на орбите, то и топлива ему потребуется много. И тогда он уже не будет легким. А значит, и маломощные двигатели вопрос не решат. Что делать?
Ученые и инженеры стали искать, чем можно заменить химические системы. И пришли к идее ионных и плазменных двигателей. В самом общем виде принцип их работы заключается в том, что они превращают атомы так называемого рабочего тела (это газ) в ионы. Ион отличается от простого атома тем, что у него есть электрический заряд. А раз у этого иона есть электрический заряд, значит, его можно разогнать в направленном электромагнитном поле. И он вылетит из двигателя, создав реактивную тягу.
Поскольку скорость истечения ионов может в десять и более раз превышать скорость истечения газов в обычном двигателе, можно обходиться меньшим количеством выбрасываемого рабочего тела. А значит, не нужно закидывать на орбиту цистерны с топливом. Необходимое электричество может быть получено от солнечных батарей или изотопных элементов.
В 1964 году США первыми испытали ионный двигатель в космосе. А в 1971 году советский космический аппарат «Метеор» первым в мире использовал плазменные двигатели, которые показали практическое удобство таких систем.
Мал, да удал
Эксперты обращают внимание на то, что энергичные маневры российского миниатюрного «Космоса» совпали с сообщением на сайте МФТИ о том, что как раз в октябре на борту космического аппарата начали успешную штатную работу маневровые плазменные двигатели так называемого холловского типа, разработанные на предприятии «Центр Келдыша».
Плазменные двигатели холловского типа серийно используются на советских и российских спутниках с 1982 года, и их основная задача – поддержание орбиты геостационарных спутников связи. А с 2004 года российские холловские двигатели начали применяться и на зарубежных спутниках. Их закупают для своих аппаратов такие компании, как EADS Astrium, Thales Alenia Space и Space Systems/Loral.
Российские производители маневровых плазменных двигателей, такие как ОКБ «Факел», предлагают свою продукцию по принципу каталога – открывай страницу сайта и смотри, что тебе надо. Там есть и миниатюрный СПД-25 для ориентации в пространстве космических аппаратов массой менее 100 кг, и мощные двигатели 200-й серии, способные поднимать тяжелые космические аппараты с опорой на геостационарную орбиту.
Эти «громкоговорители» на самом деле – плазменные космические двигатели
Их двигатель СПД-100 был воспроизведен компанией Snecma Moteurs под маркой PPS-1350 в рамках соглашения между компаниями как главный двигатель лунного космического аппарата в рамках программы SMART1. Эта экспедиция показала возможности применения плазменных систем и в межпланетных перелетах. Сейчас к астероиду Церера подлетает американский зонд Dawn, также оснащенный плазменным двигателем.
Но холловские плазменные двигатели не единственный вариант электрических космических двигательных систем. Большие надежды возлагают инженеры на так называемые магнитоплазмодинамические (МПД) двигатели, которые в перспективе могут повести космические корабли от планеты к планете со скоростями, в 10 и более раз превышающими скорость космических аппаратов с химическими ускорителями.
В декабре 2013 года появились сообщения, что воронежское Конструкторское бюро химавтоматики приступило к стендовым испытаниям магнитоплазмодинамического двигателя для дальних космических полетов. На своем сайте воронежские мастера ракетных двигателей также указали, что проводятся испытания перспективных электроракетных двигателей: магнитоплазмодинамического двигателя РД0300 и ионного двигателя РД0310. Работы по совершенствованию конструкции планировались и на 2014 год.
Несомненно, что новые плазменные двигатели могут обеспечить спутникам большую свободу перемещения в пространстве. А цели тут могут быть различными.
Обезоруживающий удар
Как сообщила газете The Financial Times эксперт исследовательского центра Chatham House и эксперт в космической безопасности д-р Патрисия Льюис, использование такого мобильного спутника, как «объект 2014-28E», может быть любым: и военным, и гражданским.
По мнению эксперта, было бы странным, если бы космическое пространство не рассматривалось в военном аспекте. Китайские хакеры уже взламывали американские метеорологические спутники. И хотя ранее Россия была в авангарде борьбы за демилитаризацию космоса, времена меняются.
Китай уже в 2007 году продемонстрировал свою возможность уничтожать спутники на орбите. Спустя год то же самое продемонстрировали США.
В свою очередь, Китай в мае 2014 года запустил спутник Shijian 15, который проявил неожиданную двигательную активность на орбите, сближаясь с ранее запущенным спутником Shijian 7. Предположительно, 15-й использовал руку-манипулятор, чтобы сцепиться с 7-м. Это может быть как и отработкой маневров для сбора космического мусора, так и воздействием на спутники противника. Главное, что такая возможность у китайцев уже есть. И что особенно настораживает западных экспертов, так это то, что если Россия и США уже научились как-то сосуществовать в космосе, то Китай ведет себя крайне независимо.
В 1967 году злодеи так похищали американские и советские космические корабли – кадр из фильма«You Only Live Twice»
Совершенно ясно, что военный потенциал развитых стран и в первую очередь США сейчас базируется на использовании спутниковых группировок GPS, разведки и связи. И выведение этих систем из строя лишит их преимуществ. Самое страшное – это переподчинение систем командам противника. И тут хакеры опаснее спутника, который может прилететь и физически сломать вашу систему. Спутников на орбитах очень много, их функции дублируются, и вероятность поломки учитывается еще на стадии проектирования систем.
Однако в условиях роста напряженности между Россией и Западом любое российское действие, которое может как-то ослабить чувство защищенности, столь ценимое здесь, привлекает особое внимание. Хотя все может быть совсем не так страшно, ведь готовился этот запуск еще в прошлом году, когда вовсю верстались программы совместных работ России и западных партнеров, и этот спутник должен был стать очередным товаром на рынке космических услуг.
Константин Ранкс
Источник: slon.ru