Opracowywaną przez Państwowe Produkcyjno-Badawcze Centrum Kosmiczne im. M. Chruniczewa ciężką rakietę nośną Angara A5 najlepiej przyrównać do europejskiej Ariane 5, która niedawno wyniosła na orbitę Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Jest to trzystopniowa rakieta zdolna wynieść na niską orbitę ziemską (LEO) 24,5 tony ładunku, a na orbitę geostacjonarną 7,5 tony.

Wskutek awarii jeden z członów rosyjskiej rakiety wymknął się spod kontroli

Grudniowy start miał być kolejnym, trzecim testem Angary A5. Niemal od początku lot nie układał się pomyślnie. Poprawnie zadziałał tylko pierwszy, główny stopień rakiety oraz silniki boczne, lecz już przy drugim stopniu zaczęły się problemy. Trzeci, który miał docelowo wypchnąć ładunek testowy w kierunku orbity geostacjonarnej, czyli na wysokość blisko 36 tys. kilometrów nad równikiem Ziemi, nie zadziałał w ogóle.

Persei, lub po polsku Perseusz, bo taką nazwę nadano najwyższemu członowi rakiety, został wyniesiony na wysokość 200 kilometrów. Potem zaczął poruszać się po orbicie eliptycznej, która stopniowo się zmieniała. Wiadomo było, że Perseusz ze względu na rozmiar oraz masę nie spali się całkowicie w atmosferze, lecz pewna jego część spadnie na Ziemię. Kłopot polegał na tym, że nie było wiadomo, gdzie spadnie.

Jak przewidzieć, gdzie spadnie fragment rosyjskiej rakiety

– Cały czas dopracowywane są modele wejścia różnorodnych obiektów w atmosferę, bo sprawa wbrew pozorom nie jest taka prosta. Przede wszystkim na tym końcowym etapie misji przeważnie nie wiemy, czy interesujący nas obiekt rotuje, a jeśli tak, to w jakiej płaszczyźnie i jak szybko. W przypadku kuli sprawa jest prosta – ze względu na stały przekrój poprzeczny obiektu nawet w przypadku rotacji trajektoria lotu nie zmieni się znacznie. Ale w kosmos przeważnie nie wysyłamy idealnych kul, lecz obiekty o bardzo różnorodnych kształtach, których zachowanie w przestrzeni trudno jest przewidzieć – mówi dr inż. Tomasz Suchodolski z Obserwatorium Astrogeodynamicznego Centrum Badań Kosmicznych PAN w Borówcu.
 
A płaszczyzna natarcia, czyli przekrój poprzeczny obiektu, jest tu kluczowa. Naukowiec wyjaśnia to na przykładzie parasola podczas wichury. Jeżeli parasol jest złożony, to nie spowalnia naszego ruchu. Ale wystarczy go rozłożyć i zaczynają się spore komplikacje.

A teraz wyobraźmy sobie, że zamiast wichury mamy atmosferę ziemską, a zamiast parasola zmieniający orientację, czyli przekrój poprzeczny, ważący wiele ton wypełniony paliwem ostatni stopień rakiety nośnej. Zmiana płaszczyzny natarcia to zmiana prędkości, a to już wprowadza sporą niepewność w symulacjach.

Fragment rakiety był stale monitorowany przez specjalistów

Poruszająca się po eliptycznej orbicie rakieta była nieustannie monitorowana. Zarówno pasywnie, czyli poprzez teleskopy, jak i aktywnie, czyli przy użyciu radarów i laserów.

– Aktywne obserwacje polegają na emitowaniu sygnałów radiowych lub laserowych w kierunku obiektów orbitalnych i mierzeniu interwału czasu potrzebnego na pokonanie przez ten sygnał dystansu pomiędzy sensorem pomiarowym (laserem, radarem) a obiektem orbitalnym. W normalnej sytuacji, gdy obiekt jest na przypisanej sobie stabilnej orbicie lub nie zagraża innym obiektom orbitalnym, obserwuje się go periodycznie. Jednak gdy obiekt porusza się w sposób niekontrolowany i może stanowić zagrożenie, jak fragment Angary A5, musi być monitorowany stale – wyjaśnia dr inż. Suchodolski.

Pomiar orbity tak nisko poruszającego się obiektu przez sensory naziemne jest zagadnieniem trudnym. Ze względu na szybkie zmiany pozycji kątowej takiego obiektu względem stacji naziemnej, niektóre sensory nie są w stanie tego zrobić. Zatem szacowanie miejsca upadku było obłożone ogromnym ryzykiem błędu, również błędem wykonanych pomiarów.

O bardziej trafne wyliczenia można było się pokusić dopiero na godzinę–dwie przed wejściem obiektu w atmosferę. Nawet najlepsi w tej dziedzinie Amerykanie, konkretnie specjaliści z 18th Space Control Squadron, zmieniali wynik symulacji kilkukrotnie.

– Kluczowe są: kształt, masa obiektu i jego zachowanie w przestrzeni. Jeśli je znamy, możemy z pewną dokładnością obliczyć tzw. okno czasowe oraz miejsce wystąpienia deorbitacji, czyli ponownego wejścia obiektu w atmosferę. Gdy brakuje jednego składnika, jakim w przypadku Angary A5 było zachowanie w przestrzeni, trafność symulacji obarczona jest znaczną niepewnością – mówi dr inż. Tomasz Suchodolski.

Rosyjska rakieta mogła spaść na Polskę

Ostatni człon rosyjskiej rakiety spoczął na dnie Oceanu Spokojnego, czyli w miejscu, do którego trafia większość kosmicznego złomu. Nie było to jednak zaplanowane i kontrolowane, jak miało to miejsce choćby w przypadku stacji Skylab. Lądowanie było wynikiem przypadku oraz tego, że Ocean Spokojny jest po prostu olbrzymi i zajmuje 30 procent powierzchni Ziemi.

Co ciekawe, trajektoria rakiety przecinała terytorium Polski, ponieważ inklinacja obiektu, która stanowi kąt płaszczyzny orbity względem płaszczyzny równika, wynosiła 63,4 stopnia. Istniała więc możliwość, że Perseusz spadnie na nas.