9 Minutės
End of an era: the plan to deorbit the ISS
Visą ketvirčio amžiaus laikotarpį žmonės gyveno ir dirbo Tarptautinėje kosminėje stotyje žemoje Žemės orbitoje. JAV, Rusijos, Europos, Kanados ir Japonijos bendromis pastangomis sukurta ir eksploatuota ISS nuo pirmųjų modulių paleidimo 1998 m. ir nuolatinio apgyvendinimo pradžios 2000 m. lapkritį tapo unikaliu ir itin sėkmingu tarptautiniu laboratoriniu objektu. 2030 m. NASA planuoja sąmoningai sumažinti stoties orbitą ir nukreipti ją į valdomą reentry per atokų Pietų Ramiojo vandenyno rajoną. Šis planuojamas deorbitavimas užbaigs vieną žmogaus skrydžių kosmose skyrių ir oficialiai pradės valdomą perėjimą prie naujų orbitinių platformų.
Sudėtingos, gyventojų turinčios struktūros kaip ISS deorbitavimas nėra kinematografiškas katastrofiškas trankymasis, o kruopščiai suorganizuota inžinerinė operacija. Per mėnesius ir metus NASA bei partnerių agentūros palaipsniui mažins stoties aukštį, perkelinės ar utilizuos nereikalingą įrangą ir naudos variklius, kad nukreiptų stotį į paskirtą atokų smūgio zoną, dažnai vadinamą Point Nemo — okeaniniu nepasiekiamumo poliumi. Viena iš įmonių, pasirinkta dalyvauti deorbitavimo darbų srityje, yra SpaceX, kas atspindi, kaip komerciniai tiekėjai tapo neatskiriama žemos Žemės orbitos veiklos dalimi.
Scientific legacy and the value of microgravity research
Tarptautinės kosminės stoties emblemą puošia originalių sutartininkų valstybių vėliavos
Tarnavimo metu ISS priėmė daugiau nei 4 000 eksperimentų ir lėmė per 4 400 recenzuotų publikacijų įvairiose mokslo srityse. Stočių mikrogravitacinė aplinka, vakuumo poveikis, dideli temperatūros svyravimai ir padidėjęs radiacijos lygis leido vykdyti tyrimus, kurie Žemėje būtų sudėtingi ar neįmanomi. Svarbiausi pasiekimai apima geresnį žaibo iškrovų elektrifikacijos supratimą, pažangą vaistų kristalizacijos technologijose, kurios padeda kurti vėžio terapijas, DNR sekoskaitos demonstracijas orbitose ir pažangą auginant sudėtingesnius biologinius audinius, pavyzdžiui, prototipines tinklainės struktūras. Medžiagų mokslininkai pasinaudojo ilgalaike mikrogravitacija, siekdami gaminti itin grynas optines skaidulas ir lydinius, o degimo tyrimai atskleidė, kaip dega liepsna be gravitacijos sukeliamo konvekcinio srauto.
Mikrogravitacijos tyrimai nėra tik akademinė pramoga — jie turi tiesioginę naudą Žemei. Farmaciniai procesai, leidžiantys gauti grynesnes kristalų struktūras, gali tapti geresnėmis vaistų formuluotėmis. Biogamybos metodai, išbandyti kosmose, gali būti pritaikyti nuotolinėse arba ekstremaliose Žemės aplinkose. Fizikos pagrindų eksperimentai tobulina modelius, kurie remia palydovų technologijas, atmosferos mokslą ir astrofiziką. ISS parodė, kad ilgalaikė žmonių buvimo orbitoje trukmė padidina mokslinę grąžą, leidžiant atlikti rankinius eksperimentus, spręsti problemas realiu laiku ir iteratyviai tobulinti mokamąsias įrangas.
Why retire the ISS and how the transition will work
ISS išlaikymui reikėjo nuolatinio logistinio ir finansinio palaikymo iš partnerių agentūrų ir komercinių tiekėjų. Laikui bėgant stoties įranga sensta ir didėja ilgalaikės struktūrinės bei sistemų integriteto rizikos. Stoties palaikymas reikalauja pastovios investicijos į atsargines dalis, orbitos pakėlimo manevrus (reboost) ir saugos sistemas. Agentūroms tenka įvertinti tolimesnės eksploatacijos kaštus prieš naujų kartų infrastruktūros kūrimo naudą.
NASA ir tarptautiniai partneriai neatsisako žemos Žemės orbitos — jie keičia strategiją iš valstybinio, ilgalaikio vienos didelės stoties valdymo į mišrią ekonomiką, kur komercinės platformos priklauso ir eksploatuojamos privačiai, o vyriausybės perka paslaugas. Nuo 2021 m. NASA skyrė finansavimą keliems komerciniams konsorciumams, siekiant pagreitinti privačių kosminių stočių koncepcijų vystymą. Šios viešo ir privataus sektorių partnerystės tikslas — pristatyti komercines orbitines laboratorijas, galinčias priimti keturių žmonių ekipažus ilgesnėms misijoms ir atitikti NASA saugos bei tyrimų reikalavimus.
2025 m. rugsėjį NASA išleido projektinį kvietimą antrai komercinių žemos Žemės orbitos partnerystės fazei. Atrinkti tiekėjai gaus lėšų, kad užbaigtų kritinius projektavimo etapus ir įrodytų, jog jų platformos gali veikti su keturių žmonių ekipažu mažiausiai 30 dienų orbitoje. Kai dizainai praeis NASA sertifikavimą ir priėmimą, agentūra galės pirkti misijas ir tyrimų paslaugas sutartiniu pagrindu — analogiškai esamoms krovinių ir ekipažų transportavimo sutartims su SpaceX ir Boeing. Sklandžiam perėjimui būtina, kad komercinės stotys būtų paruoštos ir sertifikuotos dar iki ISS atsijungimo, taip užtikrinant tęstinumą žmonių buvimui ir mokslinėms galimybėms orbitoje.
Tuo metu, kai vakarinės ir tarptautinės komercinės stotys yra vystomos, Kinija ir toliau eksploatuos Tiangong stotį — trijų žmonių įrenginį, kurio nuolatinė apgyvendinimo eilutė jau tęsiasi keletą metų. Jei ISS okupacijos istorija baigsis 2030 m., Tiangong taps ilgiausiai nuolat apgyvendinta stotimi pasaulyje, ir tai turės įtakos tarptautiniam operacijų balansui bei mokslinių duomenų prieinamumui.
Technical, safety and environmental considerations for deorbit
ISS deorbitavimas reikalauja kruopštaus sistemų inžinerijos, tarptautinio koordinavimo ir aplinkosauginių vertinimų. Pagrindiniai techniniai žingsniai apima saugų išorėje prijungtų eksperimentų ir vienkartinių elementų pašalinimą arba utilizavimą, pavojingų medžiagų ir degalų užtikrinimą, bei valdomų variklių įžiebimus, mažinančius perigejaus aukštį. Galutinis reentry yra suplanuotas taip, kad išlikusios dalys nukristų į atokų Pietų Ramiojo vandenyno ruožą, vadinamą kosminių laivų kapinėmis. Ši procedūra minimalizuoja pavojų žmonėms ir turtui bei atitinka planetos apsaugos ir aplinkosaugos gaires.
Iš saugumo perspektyvos misijos planavimas apima orbitalinių šiukšlių valdymą, susidūrimo vengimą su veikiančiais palydovais ir atsarginius planus, jei komponentų gedimai apsunkintų nusileidimą. Agentūros taip pat turi spręsti ilgalaikes aplinkosaugines problemas, susijusias su variklių išmetamomis dujomis ir fragmentų poveikiu okeanui, nors ankstesnės deorbit operacijos ir aplinkosaugos vertinimai rodo, kad tokie poveikiai yra labai lokalizuoti ir maži, palyginti su plačiais žmogaus jūrinių veiklų padariniais.
Techniniai niuansai apima orbitos dinamiką: norint sąmoningai nukreipti didelį ir masyvų objektą kaip ISS, reikalingas tikslus dviejų tipų manevrų planavimas — nuoseklus perigejaus mažinimas ir galutinis kontrolinis įsijungimas, kuris suteikia tokį trajektorijos formavimą, kad kritimo zona būtų labai tiksliai nurodyta. Tokie valdomi degimų serijas lydi tikslios telemetrijos analizės, laiptiniai rizikos vertinimai ir keli užtikrinimo sluoksniai, kad užtikrinti, jog kritimo ruožas bus neapgyvendinta jūros zona.
Be to, deramai pasiruošti reikia išspręsti eksperimentų ir įrangos, kurių negalima saugiai perkelti, saugumo klausimus: pavyzdžiui, radioaktyvūs šaltiniai ar cheminės medžiagos turi būti neutralizuotos arba izoliuotos taip, kad nepakenktų aplinkai net ir fragmentams sudužus. Tarptautiniai susitarimai ir ekspertų grupės rengia standartus, pagal kuriuos toks skaidrus ir saugus deorbitavimas gali vykti.
Future of low-Earth orbit research and commercial opportunities
Žemos Žemės orbitos komercializacija atveria naujas galimybes mokslui, gamybai ir kosminių turizmo paslaugoms. Planuojamos stotys orientuojasi į moduliškumą, galimybę aptarnauti įrenginius orbitoje ir ekonomišką atsargų pristatymą. Komerciniai tiekėjai mato rinkas farmacijos plėtrai, mikrogravitacinei gamybai, Žemės stebėjimui, medijos turinio kūrimui ir astronautų mokymui. Tyrėjams prieiga prie orbitinių platformų gali persitvarkyti iš centralizuoto, dotacijomis valdomo modelio į mokėjimo už paslaugą, partnerystinių tyrimų sutarčių ir viešųjų bei privačių bendradarbiavimų sistemą.
Tęstinumas kritinėse tyrimų srityse yra prioritetas. Tyrimai, reikalaujantys ilgalaikio žmonių buvimo orbitoje — pavyzdžiui, žmogaus fiziologijos studijos, skirtos giluminiams kosminiams skrydžiams, — turi būti perkelti į naujas platformas be pertrūkių. NASA ketina pirkti tyrimų laiką ir misijų paslaugas iš sertifikuotų komercinių stočių, kad išlaikytų mokslines programas, svarbias planetų tyrimams, įskaitant Mėnulio ir Marso misijų pasirengimą.
Komercinių stočių rinkos modeliai taip pat skatina inovacijas on-orbit aptarnavimo srityje: robotinės serviso sistemos, modulinės keičiamų elementų architektūros ir greiti technologiniai atnaujinimai gali mažinti eksploatacines išlaidas ir padidinti stotyse vykdomų eksperimentų įvairovę. Įmonės planuoja pasiūlyti specializuotas laboratorijas, pritaikytas mikrogravitacinei sintezei ir medžiagų gamybai, kurios gali atnešti aukštesnės pridėtinės vertės produktus nei tradicinė Žemės gamyba.
Finansiniai modeliai taip pat keičiasi: vietoj vien tik valstybinių dotacijų, privačių investicijų ir komercinių pajamų derinys gali sukurti ilgaamžes platformas. Šis perėjimas gali paskatinti spartesnį technologijų atnaujinimą, nes operatoriai rūpinasi tiek moksliniu aptarnavimu, tiek verslo tvarumu. Visgi reguliavimo rėmai, sertifikavimas ir tarptautinis duomenų prieinamumas lieka kertiniai klausimai, kuriuos reikės spręsti, kad mokslas išliktų atviras ir patikimas.
Expert Insight
Aš esu aeronautikos inžinierius, prisidėjęs prie įvairios aparatinės įrangos ir eksperimentų kūrimo ISS. Būdamas kosminių skrydžių bendruomenės narys daugiau nei 30 metų ir NASA bendruomenės dalimi 17 metų, man bus sunku matyti, kaip ISS ateina į pabaigą.
Dr. Elena Morales, fiktyvi vyresnioji sistemų inžinierė, turinti dešimtmečius patirties žmogaus kosminių programų projektuose, pateikia praktišką perspektyvą: 'ISS išmokė mus, kaip valdyti tarptautines sistemas orbitoje ir kaip greitos iteracijos veikia, kai žmonės dirba vietoje. Stoties deorbitavimas yra subrendęs, rizikomis valdytas sprendimas. Dabar iššūkis — perteikti sukauptas pamokas į komercines operacijas, kurios prilygtų arba pranoktų ISS mokslinį našumą, tuo pačiu mažinant nuolatines sąnaudas.'
Ši nuomonė atspindi plačiai paplitusią požiūrį kosmoso bendruomenėje: svarbiausio turto nutraukimas gali būti skausmingas, bet jis taip pat sukuria erdvę inovacijoms ir ekonomiškai efektyviam augimui besiformuojančioje orbitinėje ekonomikoje. Praktinis patarimas iš inžinierių ir mokslininkų yra aiškus: dokumentuoti procedūras, perduoti žinias ir užtikrinti, kad eksperimentų duomenys būtų saugiai archyvuojami ir prieinami perėjimo laikotarpiu — taip naujos platformos galės greitai tęsti susijusius tyrimus.
Conclusion
2030 m. ISS bus nukreipta į valdomą reentry, užbaigiant 25 metų nuolatinio žmonių apgyvendinimo žemoje Žemės orbitoje skyrių. Stoties mokslinis palikimas yra didžiulis: jis pažengė biotechnologijų, medžiagų mokslo, Žemės stebėjimo ir fundamentinės fizikos srityse. Planinis deorbitavimas — tai kruopštaus inžinerinio ir programinio planavimo rezultatas ir aiškus strateginis poslinkis link komercinės, paskirstytos orbitinės infrastruktūros. Kai naujos komercinės stotys pradės veikti ir agentūros sertifikuos operacines platformas, mokslas ir žmonių buvimas žemoje orbitoje tęsis, bet jau naujais nuosavybės modeliais ir platesnėmis galimybėmis moksliniams atradimams. Kol kas kiekvienas, turintis galimybę, turėtų pažiūrėti į dangų skaidriomis naktimis ir vertinti išskirtinį žmonių pasiekimą — ryškų, keliaujantį liudijimą apie tarptautinį bendradarbiavimą ir mokslinį smalsumą.
Šaltinis: sciencealert
Komentarai