Что происходит со спутником, когда у него заканчивается топливо
Спутник, у которого закончилось топливо, не падает сразу на Землю и не обязательно прекращает работу. Даже без действующих двигателей космический аппарат способен продолжать движение по орбите в течение многих лет, а иногда и столетий. Однако потеря возможности маневрировать постепенно превращает его в потенциально опасный объект, поскольку он больше не может самостоятельно корректировать свою траекторию и уклоняться от столкновений с другими спутниками.
В отличие от автомобиля или самолёта, спутнику не требуется постоянно работающий двигатель для поддержания движения. После выхода на орбиту аппарат продолжает двигаться благодаря приобретённой скорости, а земное притяжение удерживает его на траектории вокруг планеты. Фактически спутник постоянно падает в направлении Земли, но его скорость настолько велика, что поверхность планеты остаётся за пределами траектории падения.
Топливо необходимо прежде всего для изменения орбиты. С помощью двигателей спутники корректируют высоту полёта, поддерживают заданное положение, компенсируют внешние воздействия и выполняют манёвры уклонения от космического мусора. Когда запас топлива или рабочего тела двигательной установки исчерпан, большинство таких операций становится невозможным.
При этом отсутствие топлива не означает, что космический аппарат полностью перестаёт функционировать. Электричество для бортового оборудования обычно вырабатывают солнечные панели, а во время прохождения через тень Земли питание обеспечивают аккумуляторы. Некоторые спутники также способны сохранять необходимую ориентацию с помощью маховиков и магнитных систем управления. Поэтому связь с Землёй и работа научных приборов могут продолжаться даже после отказа двигательной установки.
Дальнейшая судьба спутника зависит главным образом от высоты его орбиты. Аппараты на низких околоземных орбитах испытывают сопротивление разреженных верхних слоёв атмосферы. Хотя плотность воздуха на таких высотах чрезвычайно мала, её достаточно, чтобы постепенно уменьшать орбитальную энергию спутника. Без двигателей, компенсирующих это воздействие, аппарат начинает терять высоту.
По мере снижения спутник попадает во всё более плотные атмосферные слои, где сопротивление возрастает. В конечном итоге он входит в атмосферу с огромной скоростью, испытывает интенсивный нагрев и обычно разрушается. Большая часть конструкции может сгореть, однако некоторые массивные и термостойкие элементы способны достичь поверхности Земли.
Продолжительность этого процесса зависит от высоты орбиты, массы и формы спутника, а также состояния атмосферы. Солнечная активность тоже играет важную роль: при усилении солнечного излучения верхние слои атмосферы нагреваются и расширяются, увеличивая сопротивление движению космических аппаратов. Поэтому два спутника на близких орбитах могут возвращаться на Землю в разное время.
Совершенно иначе складывается судьба геостационарных спутников, которые работают на высоте около 35 786 километров над экватором. На таком расстоянии сопротивление атмосферы практически отсутствует. Если у аппарата заканчивается топливо, он может постепенно смещаться со своего рабочего положения под воздействием гравитационных возмущений, но при этом продолжает обращаться вокруг Земли. Без специальных мер такой спутник способен оставаться в космосе чрезвычайно долго.
Чтобы не создавать опасность для действующих аппаратов, космические операторы заранее планируют завершение миссии. Спутники на низких орбитах могут направлять в атмосферу для контролируемого или неконтролируемого схода, используя оставшееся топливо для снижения высоты. Геостационарные аппараты обычно переводят на так называемую орбиту захоронения, расположенную выше области, где работают действующие спутники.
После выполнения последних манёвров проводится процедура пассивации — устранения запасённой энергии, которая может привести к разрушению аппарата. Специалисты удаляют остатки топлива, сбрасывают избыточное давление и разряжают или отключают аккумуляторы. Это снижает вероятность взрыва, способного породить множество новых фрагментов космического мусора.
Проблема становится особенно серьёзной, если спутник теряет возможность маневрировать до завершения своей миссии. Такой аппарат может продолжать движение по орбите, но уже не способен самостоятельно избежать опасного сближения. При этом столкновение даже с небольшим фрагментом космического мусора на орбитальных скоростях может привести к разрушению конструкции и образованию дополнительных обломков.
Поэтому современные требования к эксплуатации спутников всё больше внимания уделяют их безопасному выведению из эксплуатации. Европейское космическое агентство сократило допустимый срок пребывания новых аппаратов на защищённых низких орбитах после завершения миссии с 25 до пяти лет.
Таким образом, окончание топлива не означает немедленной гибели спутника. Главная опасность заключается в потере управления его орбитой. Именно поэтому грамотное планирование последних манёвров стало одним из важнейших условий безопасного использования околоземного пространства, где количество действующих и выведенных из эксплуатации космических аппаратов продолжает увеличиваться.