3.2 Перевод вышедших из строя ка на орбиты захоронения

КА по завершении своего функционального существования превращаются в КМ, представляющий угрозу для действующих КА. Поэтому целесообразно переводить их на орбиты захоронения. Особенно это критично для КА, функционирующих на столь переполненной орбите, как ГСО [32].

Рассматриваются и используются орбиты захоронения и для ИСЗ, действующих на верхних орбитах, из класса низких [33], и для класса полусинхронных орбит. Для каждого из этих трех классов орбиты захоронения свои. Для ИСЗ с полусинхронными орбитами, например, космической системы GPS (Global Positioning System), орбиты захоронения расположены на 220…810 км выше или на 95…250 км ниже их первоначальных орбит [3].

С геостационарной орбиты КА, принадлежащие ряду стран и организаций, начиная с 1977 г., регулярно переводятся на орбиты захоронения, расположенные на 50…1000  км выше ГСО. Однако некоторые КА были переведены на орбиты ниже ГСО. Комитет IADC считает наиболее целесообразным перевод отработавших геостационарных КА на 300  км выше ГСО. В 2004  г. в США Федеральная комиссия по связям выставила требования к операторам ИСЗ переводить геостационарные ИСЗ по завершении их функционирования на орбиты захоронения в 200…300  км выше ГСО, и в 2005 г. эти правила были введены в действие.

На свои орбиты захоронения переводятся отработавшие КА и с орбит других классов. Так, в 2001 г. 19-летний американский «Ландсат» был списан и с 705-километровой рабочей орбиты переведен на орбиту ниже 600 км. В 2005 г. два списанных КА НАСА ERBS и UARS, пролетавшие до этого 21 г. и 14 лет, соответственно, и продолжавшие работать на орбитах ниже 600 км, с помощью соответствующих маневров были «опущены» еще ниже, где время их существования сократилось до 25 лет. Американский военно-морской ИСЗ GFO(из серии «Геосат»), запущенный в 1998 г. для океанографических исследований на орбиту высотой 800 км, в ноябре 2008 г. был переведен на орбиту 455785 км, с которой войдет в атмосферу ранее, чем через 25 лет. В июле 2009 г. французский 19-летний ИСЗ SPOT2 с рабочей орбиты высотой 825 км с помощью 11 маневров был переведен на орбиту захоронения 575795 км, где и просуществует пассивно не более 25 лет. То же самое сделали с его предшественником SPOT1 в ноябре 2003 г. [34].

Перемещение отработавшего КА в область захоронения уменьшает риск столкновения на рабочих орбитах, но увеличивает его на новых орбитах. Причиной могут быть не только столкновения, но и взрывы КО из-за «энергетических» остатков на борту (горючего, аккумуляторов и т. д.).

Следствием взрыва могут стать многочисленные осколки, способные пересечь и рабочие орбиты. Этому способствует тенденция роста эксцентриситета, в частности, у средневысоких орбит. Поэтому приходится при переводе таких ИСЗ на орбиты захоронения минимизировать начальный эксцентриситет и выбирать конфигурацию орбиты захоронения, минимизирующую его рост. Вместе с тем, практикуемое сейчас пассивирование «энергетических» остатков уменьшает вероятность взрывов на орбитах захоронения. Это особенно актуально для высоких орбит, где взрыв или столкновение могут породить множество осколков, орбиты которых способны эволюционировать далеко за переделы орбиты взрыва. При этом время их существования на высоких орбитах достаточно велико. На ГСО оно может достигать миллионов лет. А это уже угроза рабочим орбитам.

На рис. 3.3.1 показано количественное влияние взрыва на ГСО на образование дополнительных потоков крупных осколков (размером более 10 см) на близких высотах.

На этом рисунке видно, что чем дальше орбита захоронения от начальной, тем меньше фрагментов разрушения, если оно произойдет на орбите захоронения, достигнет начальной орбиты.

Рис.3.3.1

Перевод КА на орбиту захоронения связан с определенными затратами. Во-первых, КА и РН должны иметь соответствующие системы управления двигателем и ориентацией. Во-вторых, для совершения соответствующего маневра необходимо предусмотреть дополнительный объем топлива, а это приходится делать либо за счет уменьшения массы выводимой на орбиту полезной нагрузки, либо за счет уменьшения расхода топлива на операции по основной рабочей программе (например, для корректировки орбиты). При расчете этого дополнительного объема топлива можно увидеть такую закономерность: чем выше рабочая орбита и, соответственно, орбита захоронения, тем меньше требуется топлива для осуществления маневра с целью изменения высоты орбиты КА на одну и ту же величину. Эта закономерность объясняет и тот факт, что при взрыве на разных высотах разлет осколков взрыва происходит по-разному. На больших высотах образовавшиеся осколки захватывают более широкий диапазон новых орбит, чем ни низких, при одной и той же мощности взрыва и при тех же начальных скоростях отделения фрагментов.

На Рис. 3.3.2 (см. ниже), также подтверждающем эту закономерность, для трех типичных классов орбит показано необходимое изменение скорости КА, требуемое для перевода его на орбиту захоронения, отстоящую от рабочей на указанную на оси абсцисс величину [3].

Рис.3.3.2

В свое время были и другие предложения по решению проблемы захоронения ИСЗ в конце их активной жизни. Например, отбуксировать их в так называемые стабильные точки на ГСО, расположенные на 75° в. д. и 105° з. д. Коме того, рассматривалась возможность перевода геостационарных КО на геосинхронную орбиту в плоскости Лапласа с наклонением 7,3°, где действие главных возмущений компенсирует друг друга. В результате КО, движущиеся по этой орбите, оставаются на ней, а их относительные скорости составляют всего несколько метров в секунду, т. е. практически не опасны в случае столкновений. При размещении ИСЗ в плоскости Лапласа не требуется регулярных коррекций орбиты для компенсации южно-северных колебаний, на что обычно уходит 95 % топлива, отведенного на коррекцию орбиты.

Однако у этих вариантов оказалось достаточно много недостатков. Наиболее удовлетворительным остается перевод КО на орбиту захоронения в той же плоскости вверх или вниз. Показано, что минимальное расстояние орбиты захоронения, обладающей достаточной эффективностью, равно 300 км вверх [32, 35]. Для подъема орбиты КА над ГСО на 300 км требуется расход топлива 1,69 кг на 1000 кг массы КА, что эквивалентно расходу топлива на обычную корректировку орбиты в течение 3 мес.

Тем не менее, разногласия по поводу целесообразности перевода геостационарных КО на орбиту захоронения среди экспертов остаются. Несмотря на кажущуюся привлекательность такого маневра в конце жизни КА, он не дает радикального решения проблемы очищения ГСО. Этот прием всего лишь несколько расширяет область риска столкновений, тем самым временно снижая плотность риска.