Космос 1408 — разбираемся насколько всё на самом деле не/страшно

— кто подбил наш танк?!
— Я!
— НО ЭТО ЖЕ НАШ ТАНК!!!
— ЙА-ЙА!!!
(ц) очень бородатый анекдот

В рамках испытания новой(?) боевой ракеты земля-космос был подбит древний спутник разведки Космос 1408 (почему не 1488?). Казалось бы, ну и что?

На эту историю массово налетели хайпожоры всех политических мастей, от чего без специальных знаний получить объективную картину стало невозможно. Разбираемся, эта статья для тех кто кому нужна объективная оценка, а не та что приятнее по политической ориентации.

Поскольку совсем без научного подхода тут не обойтись, но читать это тяжко, всё что возможно я вынес в примечания, оставив только одну формулу из трёх букв и один расчёт по энергетике возможного столкновения.

Суть проблемы

Данный аппарат летал немного ниже 500км¹ по околополярной орбите — достаточно типовые параметры для старых разведывательных спутников².

МКС летает на высоте чуть больше 400км³, с наклонением чуть больше 50 градусов⁴. Чуть пониже по высоте и наклонению летает базовый модуль новой китайской космической станции (кстати третьей по счёту!⁵), сейчас без людей.

Особенности орбитальной механики таковы, что это облако обломков (изначально на радаре около 300, оценочно 1500, это относительно крупных, в дальнейшем цифра каталогизированных будет увеличиваться⁶) во-первых растянется кольцом по всей орбите, во-вторых будет снижаться.

Срок существования этого счастья до схода с орбиты и сгорания в атмосфере пока непонятен, это сильно зависит формы и плотности обломков, от состояния атмосферы (формально граница находится на высоте 100км, реально чёткой границы нет⁷), солнечного ветра и разных гравитационных возмущений.

Таким образом, в ближайшем будущем обломки вытянувшись в кольцо начнут обжимать орбиту МКС сверху и через n лет пересекать, где n меньше запланированного на данный момент срока эксплуатации станции. Из-за разности наклонений возможное столкновение будет происходить на встречных курсах под углом градусов сорок со скоростью в районе 13км/с и это проблема.

Станции трындец? (Спойлер: крайне маловероятно)

Космос штука большая, а МКС на самом деле маленькая, поэтому шанс пересечься очень-очень-очень мисепусенький. Однако, из-за того что орбиты с разными наклонениями, они будут долгое время пересекаться, вероятность вырастает до просто очень-очень маленькой, но учитывая количество вбуханных в станцию лярдов денег — недопустимой.

Разработчики не идиоты и противометеоритная защита на станции предусмотрена — это не генераторы силовых полей, как можно было бы подумать, а просто двойной корпус: микрометеорит врезается в тонкий лист чугуния, превращается в поток плазмы расходящийся конусом, и уже в таком виде влетает в герметичный корпус, не причиняя никакого значительного ущерба⁸. По понятным причинам солнечные батареи не забронированы, но они не отрываются, у них просто падает производительность. Однако, это работает на уровне пылинок и соринок, а вот куски покрупнее…

Существуют системы контроля космического пространства, которые, если грубо, уверенно отслеживают всё размером от небольшой гайки. Когда баллистики, после множества измерений, уточняют параметры орбит (погрешности в сотни метров) и видят проблему (грубо пролёт ближе километра), то станция совершает манёвр уклонения (нет, не так как в Стар Треке, от такого финта она тупо развалится, всё происходит медленно и печально, за сутки и больше). Например 10 ноября 2021 был проведён такой манёвр —  Прогресс-МС18 в течение 6 минут газовал для изменения орбиты станции и изменил аж на полтора километра. Потому что… барабанная дробь… в 2007 китайцы в рамках испытания своего противоспутникового оружия загадили космическое пространство, в смысле успешно испытали.

Ну а если всё же? (Спойлер: как в фильме Гравитация точно не будет)

Что будет если достаточно большой для пробития микрометеоритной защиты кусок не будет засечён радарами (спутники не вытачивают надфилем из цельного куска чугуния, там есть и неметаллические части, которые пружинить не будут, жахнут также как металлические⁹, да и металлическую гайку можно пропустить) и всё же влетит в обитаемый модуль МКС вопрос интересный, на практике, к огромному счастью, непроверенный¹⁰.

На качественном уровне: будет очень плохо, потому что E=mV2, где m весьма мала, а V очень велика и вся эта E кааак е… внутри замкнутого объёма.

На количественном уровне дело обстоит так: 1гр материи летящий встречным курсом при скорости соударения 13км/с будет обладать 0.001 * 13000² = 169000Дж. Тротиловый эквивалент составляет 4184Дж/г. Т.е. каждый грамм примерно равен 40гр тротила.

Типовая гайка М8 при высосанном из пальца КПД 0.9 на прохождение двух слоёв корпуса, будет выглядеть как двести грамм тротила (потому что вся энергия будет преобразована в тепловую уже внутри гермообъёма), кароч граната в ДЗОТе, причём с зажигательным эффектом.

Есть нюансы: дело в том что изнутри станция в основном забита стойками с научным оборудованием, складскими стеллажами, системами самой станции и всем прочим до туалетов включительно. С одной стороны это смягчит взрывную волну, возможно даже до полностью безопасного уровня, с другой стороны дыра в корпусе будет больше и оперативно заткнуть её уже не выйдет.

Почему невозможно точно всё рассчитать?

Орбиты штука такая, которая считается, с определённой точностью. Для этого надо в нескольких точках снять координаты, чем точнее и больше, тем лучше.

Орбита не статична, она изменяется. Факторов много, например:

• гравитационные аномалии (нет, это не то что все подумали, это просто разность плотности небесного тела, от чего гравитационное поле неравномерно, там оооочень маленькие значения, но этого хватает чтобы дестабилизировать орбиту)
• торможение об атмосферу (которая простирается хрен знает куда)
• солнечный ветер
• солнечный свет¹¹
• гравитация других небесных тел
• сам объект может «газить» давая небольшой импульс

Все эти факторы оказывают разное влияние, какие-то считаются достаточно точно¹² и какие-то лишь приблизительно на основе экстраполяций из множества измерений.

Т.е. в первом приближении на ближайшее время орбита вычисляется достаточно легко, но примерно. Весьма точно и на короткий срок орбита вычисляется по результатам множества измерений. Эволюция орбиты рассчитывается и предсказывается с неплохой точностью, однако есть непрогнозируемые факторы, которые вносят коррективы, например вспышки на Солнце.

Как — понятно, но зачем?!

Это самое странное во всей истории!

• Как и куда разлетаются обломки при столкновении объектов на орбите достоверно известно, информация есть в открытых источниках, включая орбиты всей горы мусора (мониторят десятки тысяч потенциально опасных для МКС объектов).
• Не понимать к чему это приведёт наши военные не могли, у них своя группировка спутников и свой ЦУП, как и что происходит с обломками они знают по своим собственным наблюдениям, для этого имеются средства контроля космического пространства.
• Вариант из анекдота про валенок на пульте тут неприменим, это не Вашингтон со статичными координатами. Такое испытание принципиально невозможно без предварительной подготовки и баллистических расчётов.
• Доказывать возможность сбивать спутники не нужно, страна умеющая стыковаться на орбите гарантированно умеет поражать объекты на орбите, потому что есть, отработаны и используются все необходимые технологии.
• Для испытания нового оружия можно было выбрать любой подходящий объект ниже обитаемых орбит (подходящих старых спутников десятки), тогда обломки очень быстро сгорят в атмосфере никому не помешав. Принципиальной разницы в поражении на 500км и 300км нет, более того, чем ниже — тем выше скорость, т.е. сложнее.

Никакой хоть сколько то вменяемой версии зачем создавать проблемы Роскосмосу, МИДу и нашим космонавтам я не встретил. По сути это то самое легендарное и не нужное «ведро гаек на встречной орбите»¹³, которое грозились вывести в случае если американцы допилят программу СОИ¹⁴. Только никаких орбитальных лазеров нет, а есть МКС, которую по всем договорам нельзя использовать для нужд военки и где у всех партнёров есть полная информация обо всём.

А другие тоже испытывали!

Да. Американцы подбили свой спутник, но ниже орбиты МКС, также сделали Индусы. Китайцы подбили выше, от чего все получили проблемы.

Тут нельзя не отметить, что такого рода испытания, именно как испытания противоспутникового оружия, потеряли актуальность, потому что сейчас настала эра кластерных запусков мелких аппаратов и на всех ракет не напасёшься.

Реальное применение такого рода оружия это поражение единичных МБР, т.е. это компонент ПРО. Именно единичных, потому что на массовый запуск ядрён-батонов никаких противоракет тоже не напасёшься также как и на спутники.

1. На момент запуска в 1982 было 645км в перигее и 679км в апогее, перед разрушением в 2021 — 465/490км.)
2. Это позволяет почаще пролетать над всеми уголками Терры, что как раз необходимо для бдения за вероятным противником.
3. ~410км, почти круговая, но она постоянно немного корректируется, потому что за счёт развесистых лопухов солнечных батарей станция ощутимо тормозит об «атмосферу».
4. Т.е. по орбите оно залетает, если смотреть с Терры, чуточку выше пятидесятой широты, координаты своего города вы легко найдёте в поиске, куда смотреть чтобы увидеть подскажет практически любое астрономическое приложение на смартфон.
5. 2011 — Тяньгун-1, 2016 — Тяньгун-2, это аналоги Салютов; 2021 — Тяньгун-3 — это уже аналог МИРа.
6. Чем дальше разлетается облако, тем больше отдельных фрагментов засекают радары.
7. МКС разворачивает солнечные батареи на теневой стороне чтобы поменьше тормозить.
8. Старый добрый принцип противокумулятивной брони, до того как придумали активную. И нет, активную броню на станцию ставить бесполезно — скорости столкновений выше скорости детонационной волны.
9. На скоростях значительно выше скорости звука в материале особой разницы нет, это всё равно твёрдое тело, при соударении полностью или частично переходящее в плазму.
10. Строго говоря, частично проверенный, если не брать в расчёт всякие пылинки, то разок на 7км/ч болтом прилетело по одному из блоков защиты сверхкритичных элементов станции, толщиной 102мм (+противометеоритные экраны до) — почти пробило. Очевидно, что всю станцию забронировать как лоб танка невозможно.
11. Помните школьный опыт с давлением света? Но в школе не рассказали, что на зеркальную поверхность давление в два раза больше чем на абсолютно чёрную, потому что фотон не поглощается, а отражается. Опоры в космосе нет и эта сила ничем не скомпенсирована, а действует чуть больше 50% времени в сутки, уводя орбиту на метры и десятки метров. Добавьте сюда вращение обломка, неравномерность его отражающей способности и возможность того что он потускнеет со временем, а может быть и наоборот увеличит свою отражающую способность. Обсчитать это очень далеко за пределами научно-технического уровня нашей цивилизации.
12. Например по части гравитации точность упирается в доступную вычислительную мощность, см. задача трёх тел.
13. Реальная эффективность ведра с гайками недопустимо мала по военным меркам, поэтому все существовавшие проекты выглядели как маневрирующая боеголовка или маневрирующий микроспутник с большим запасом характеристической скорости
14. Орбитальные лазеры с ядерной накачкой, несрослось, что-то оно там как-то не так стреляло. Однако под преодоление этой гипотетической ПРО запилили Р-36 Воевода aka SS-19 Satan, которая выводила не только и не столько боеголовки, основная масса груза состояла из обманных целей, облака отражателей и прочего.