авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 |

«В.П.БУРДАКОВ Ю.И.ДАНИЛОВ РАКЕТЫ БУДУЩЕГО Москва Атомиздат 1980 6Т6 Б91 УДК 629.7(0.23) Бурдаков В. П., Данилов Ю. И. Б91 ...»

-- [ Страница 3 ] --

«Громадное завоевание науки нашего века — осуществление полетов человека в космос. Теперь у ж е никто не сомневается, что человек сможет достигнуть других миров. Это позволит не толь ко р а д и к а л ь н о у м н о ж и т ь богатство наших знаний о Вселенной, но д а с т в о з м о ж н о с т ь использовать сокровища других миров для улучшения жизни на Земле» — эти слова написаны* крупнейшим организатором советской науки, бывшим президентом Академии наук С С С Р, академиком М. В. Келдышем в 1967 году, когда от мечался десятилетний юбилей отечественной и мировой космонав тики.

Организация научных исследований, организация своевремен ного внедрения достижений науки в повседневную практику лю дей — высшее проявление научного т а л а н т а, научной смелости, научной преданности. Многие не раз встречались с научной пре данностью физиков — представителей, как иногда утверждают, «основы наук». В наш век глубокой специализации научных иссле дований подобное высказывание типично не только для физиков, но и для представителей других научных дисциплин. Мы живем в век кооперации, в том числе и кооперации научных исследований, Сколько мы знаем ученых, твердо убежденных, что подлинные на учные открытия в о з м о ж н ы лишь на стыках наук. Физическая хи мия, у т в е р ж д а ю т они, более обширная наука, нежели вся физика или химия, взятые в отдельности. С ю д а же м о ж н о отнести и дру гие дисциплины-снмбиозы: астрофизику, биофизику, биохи мию и т. п.

В последние десятилетия стали р а з в и в а т ь с я и д а в а т ь в а ж н ы е плоды не только двойственные союзы научных дисциплин, но и союзы, охватывающие многие отрасли знаний и р а б о т а ю щ и е по единому плану.

* «Техника м о л о д е ж и », № 10, 1967, с. 3.

Наконец, появились союзы науки с производством — научно производственные объединения — с а м а я новая и наиболее про грессивная на данном этапе форма развития научной и научно технической мысли. Космонавтика, которой в 1977 году исполни лось д в а д ц а т ь лет, с самого з а р о ж д е н и я и до наших дней была и остается, как нам к а ж е т с я, наиболее прогрессивной формой орга низации научных исследований, наиболее прогрессивной формой внедрения научных достижений в промышленность.

Естественно, что кроме научных проблем космонавтики су ществуют и другие «глобальные» проблемы, разработкой и реше нием которых будут заниматься большие коллективы ученых. Ог ромная роль в этом деле п р и н а д л е ж и т ученым-организаторам, умеющим не только привлечь и заинтересовать, но и возглавить научный поиск, т. е. поставить з а д а ч у, назначить реальные сроки еe выполнения, реализовать полученные научные д о с т и ж е н и я в промышленных о б р а з ц а х новой техники. Именно такими учеными были всемирно известные академики И. В. К у р ч а т о в и С. П. Ко ролев, которых только из-за консерватизма в терминологии науч ных дисциплин называли: первого — физиком, а второго — меха ником. На самом же деле это были пионеры новых интегральных направлений в научных исследованиях, направлений, которым п р и н а д л е ж и т будущее *.

В а ж н о отметить, что конкретные космические программы, в том числе и международные, направлены на физические исследо вания.

Спутник «Интеркосмос-1» выведен на орбиту 14 о к т я б р я 1969 года. Н а у ч н а я а п п а р а т у р а изготовлена в Г Д Р, С С С Р и Ч С С Р. Н а з н а ч е н и е — исследовать физические характеристики ко ротковолнового излучения Солнца, которое приводит к о б р а з о в а нию нижнего слоя ионосферы. Этот спутник позволил определить с о д е р ж а н и е в атмосфере молекулярного кислорода, измерить про зрачность земной атмосферы в верхних слоях, узнать интенсив ность рентгеновского излучения во время солнечных вспышек и т. д. Д р у г и е спутники «солнечной» серии: «Интеркосмос-4», «Ин * В дополнение к этому советуем прочесть брошюру Ю. Шейнина Интегральный интеллект. М., «Молодая г в а р д и я », 1970.

теркосмос-7», «Интеркосмос-11» и т. п. — позволили уточнить по лученные данные, получить спектры и развертки и з о б р а ж е н и я солнечных вспышек, определить степень поляризации в регистри руемых участках спектров. Было установлено, что при мощных вспышках на Солнце степень поляризации достигает 10—20%, что указывает на превалирующую роль в образовании рентгенов ских вспышек ускоренных электронов. Радиоизлучение Солнца в гектометровом диапазоне длин волн, з а р о ж д а е м о е во время вспышек, а т а к ж е другие процессы изучались на спутнике «Ин теркосмос-Коперник 500», который был выведен на орбиту 19 ап реля 1973 года — в год празднования 500-летнего юбилея со дня р о ж д е н и я выдающегося польского астронома Н. Коперника. На учная а п п а р а т у р а спутника была с о з д а н а польскими учеными в тесном контакте с советскими специалистами.

Геофизическая ракета «Вертикаль-1» с т а р т о в а л а 28 ноября 1970 года. Этот запуск ознаменовал собой новый этап космичес ких экспериментов, проводимых по программе сотрудничества социалистических стран. Р а к е т а поднялась на высоту 487 км и позволила с помощью новейших приборов п р о д о л ж и т ь изучение физики Солнца и микрометеоритов. Были получены спектры и фо тографии Солнца в мягкой рентгеновской области излучений, за регистрирован весь спектр солнечного излучения, по ультрафиоле товым снимкам Солнца получены данные о температуре, составе, распределении элементов во внешних слоях солнечной атмосфе ры. В этих и других в а ж н ы х физических экспериментах принима л и участие ученые С С С Р, П Н Р, Г Д Р, В Н Р, Ч С С Р. Большое коли чество приборов, возвращенных в спускаемом контейнере, было использовано во второй серии подобных экспериментов, проведен ных с помощью ракеты «Вертикаль-2» (1971 год).

М о ж н о привести много других примеров выполнения в а ж н ы х физических экспериментов. Высокоапогейные спутники «Прогноз», предназначенные, в частности, д л я проведения экспериментов «Снег» и «Калипсо», эксперименты «Стерео», проведенные с ис пользованием межпланетной станции «Марс-3» и наземных на блюдателей во Франции и С С С Р в 1971 году («Стерео-1»), а так же станций «Марс-6», «Марс-7» и наземных наблюдений в 1973 году («Стерео-5»), спутник «Ореол» и «Ореол-2», предназна ченные для выполнения проекта «Аркад», проекты «Омега» и «Самбо», эксперимент «Аракс», программы «Атмосфера», «Инте робс», « А р к т и к а — А н т а р к т и к а » — все эти работы ведутся для изучения физических условий в космосе и п р е ж д е всего в окрест ностях Солнца и Земли.

Сделав это необходимое, на наш взгляд, введение, рассмот рим научные проблемы, стоящие перед создателями ракет.

Мы у ж е упоминали о в а ж н ы х проблемах эффективности, та ких, как надежность, универсальность, многоразовость и т. п., оди наково актуальных и д л я будущих, и д л я современных ракет, проблемах, над которыми т р у д я т с я огромные научные коллекти вы, куда в х о д я т представители различных научных дисциплин.

Термодинамики и экономисты, химики и биологи, материалове ды и математики, механики и теплотехники, психологи и социоло ги, астрофизики и кибернетики — только одно перечисление спе циальностей ( д а ж е без их детализации) з а н я л о бы несколько де сятков страниц. К а к а я же цель преследуется учеными, работаю щими над созданием новых ракет? Оказывается, з а д а ч а, постав ленная перед ними, весьма сложна. Из очень большого количества самых р а з н о о б р а з н ы х вариантов и возможных схем надо выбрать т а к у ю схему и т а к у ю конструкцию ракеты, которая бы н а р я д у с высокой эффективностью удовлетворяла следующим т р е б о в а н и я м :

максимальное использование имеющегося опыта;

оправданная степень риска на случай отказа от дальнейших разработок;

высо кая надежность при наименьших з а т р а т а х времени и материаль ных средств на разработку, изготовление и эксплуатацию систе мы;

перспективность, т. е. возможность использования некоторых принципов, з а к л а д ы в а е м ы х в конструкцию, для создания более совершенных р а к е т в будущем.

Иными словами, в процессе этих исследований решается мно гоплановая комплексная проблема создания сложной и дорого стоящей системы, выбора ее основных физических и других па раметров. Именно в процессе этих исследований возникли предло ж е н и я об использовании внешних массово-энергетических ресур сов, ЯЭУ, ядерных двигателей многоразовых ракет.

Д р у г а я серия научных проблем решается при создании раке ты, когда ее облик и основные параметры у ж е выбраны, и приня то решение о производстве. Эти проблемы возникают и д о л ж н ы быть разрешены на различных этапах создания ракеты, включая этапы ее летных испытаний. Ученые трудятся при этом в тесном содружестве с инженерами, производственниками, эксплуатацион никами. В частности, эти исследования позволили установить ог ромное количество неизвестных ранее физических характеристик веществ и систем, таких, как углы смачивания, теплоемкость, вяз кость и т. п.

Наконец, третье направление, третья группа проблем — это научный поиск, направленный на выяснение фундаментальных за конов природы. Открытия, сделанные в процессе этих работ, мо гут быть, в частности, положены в основу работы будущих ракет или их элементов. Известно, что многие открытия были сделаны в процессе развития ракетной техники, поэтому и здесь содружест во науки и техники, безусловно, д а е т свои ощутимые результаты.

Создатели ракетной техники пристально следят за этими исследо ваниями. Н а д е ж д ы, которые они связывают с возможностью от крытия тайн гравитации, открытия промышленных методов полу чения и хранения антивещества и свободных радикалов, выясне ния реальности существования кварков, короче говоря, н а д е ж д ы, которые они с в я з ы в а ю т с будущими фундаментальными откры тиями, направлены в том числе и на создание ракет, либо ис пользующих совершенно новые источники энергии, либо работаю щих на совершенно новых принципах получения тяговых усилий.

10. ТЕХНИКА СОСЕДЕЙ ПО РАЗУМУ!

«Все мы сознаем, что открытие первой внеземной цивилиза ции имело бы колоссальное значение д л я развития знаний чело века, — значение того же масштаба, что и запуск первого спут ника...» — с к а з а л академик В. А. Амбарцумян на открытии Первой советско-американской конференции по проблеме связи с внезем ными цивилизациями, состоявшейся в Бюракане (Армянской С С Р ) 5—11 сентября 1971 года*.

Итак, мировая наука приступает к р а з г а д к е еще одной тайны мироздания. К а к это д е л а т ь ? С помощью каких средств и мето дов? К а к о в а н а д е ж д а на успех? Все эти вопросы пока только ставятся.

Существо проблемы состоит в следующем. В соответствии с простейшей формулой, предложенной Дрейком, число N возмож ных высокоразвитых цивилизаций, достигших земного уровня раз вития или превысивших его, представляет собой произведение из семи сомножителей:

N=R*fPnefiftfcL, где R * — ежегодное количество вновь образующихся звезд в Га лактике, усредненное по всему времени ее существования;

f p — д о л я звезд, имеющих планетные системы;

п е — среднее число пла нет, входящих в планетные системы и пригодных для жизни;

fi — д о л я планет, на которых действительно возникла жизнь;

fi — д о л я планет, на которых ж и з н ь развилась до разумных форм;

fc — д о л я планет, на которых р а з у м н а я ж и з н ь достигла уровня, обеспечивающего в о з м о ж н о с т ь своего технического проявления в галактическом масштабе;

L — средняя продолжительность суще ствования таких цивилизаций.

Величина R * рассчитывается довольно точно. Д л я нашей Га * Проблема CETI (связь с внеземными ц и в и л и з а ц и я м и ). Сб. пер. М., «Мир», 1975.

лактики, минимальный возраст которой оценивается в 10 млрд.

лет, число звезд составляет 1011, следовательно, R * = 10. В нас тоящее время существует несколько моделей Вселенной, причем некоторые из них дают значительно больший возраст Галакти ки *, о д н а к о мы их учитывать не будем.

Д л я точного расчета f p наблюдательных данных пока недо статочно. Известна, правда, звезда Б е р н а р а, возмущенное д в и ж е ние которой наиболее удачно объясняется наличием у нее плане ты или нескольких планет, однако этого ф а к т а недостаточно. Бы ло т а к ж е установлено, что у некоторых з в е з д (типа С о л н ц а ), тем пература которых не очень высока, момент количества д в и ж е н и я намного меньше, чем у горячих звезд. Расчеты показывают, что если все планеты солнечной системы поместить на Солнце, то по закону сохранения момента количества д в и ж е н и я его скорость вращения увеличилась бы до первоначальной величины, характер ной д л я молодых звезд. З в е з д с аномально малым количеством д в и ж е н и я в нашей Галактике около 5·10 9, следовательно, f р = = 5·10 9 / 1 1 = 0,05.

Величина п е м о ж е т быть подсчитана на основе анализа физи ческих условий на Земле, однако ее расчет довольно субъективен.

Н и ж н и е оценки дают п е = 0,1.

Умозрительные (интуитивные) данные, полученные в резуль тате усреднения данных опроса специалистов, занимающихся про блемой внеземных цивилизаций, говорят о том, то средняя вели чина f l = 8·10 2. Аналогично величина f i = 1 0 - 2, a L = 2 · 1 0 5 лет.

Таким образом, д а ж е по самым пессимистическим оценкам количество высокоразвитых цивилизаций только в нашей Г а л а к тике равно 10. С р е д н я я же оценка верхнего предела числа таких цивилизаций р а в н а 2·10 4. При этом интуитивно предполагается, что формы жизни и ее распространение могут быть весьма разно образны и не похожи на земную. В о з м о ж е н т а к ж е перенос циви лизаций по межгалактическому пространству в результате их на правленной технической деятельности.

Иначе говоря, сделанные оценки носят весьма приближенный * В. П. Бурдаков. Р а с ш и р я ю щ а я с я Вселенная. М., «Знание», 1979.

х а р а к т е р до тех пор, пока не б у д у т установлены технические воз можности переноса цивилизаций или проявления их деятельно сти. Первое в о з м о ж н о с помощью летательных аппаратов, а вто рое — с помощью передачи информации. В настоящее время чело вечеству известен только один принцип создания летательных а п п а р а т о в — реактивный, а т а к ж е только один путь передачи ин ф о р м а ц и и — с помощью электромагнитных волн, хотя не исключе на в о з м о ж н о с т ь открытия в будущем иных принципов и путей д л я подобной деятельности.

Почему мы затронули проблему поиска внеземных цивилиза ций в книге о ракетах будущего, о будущем космонавтики? Ответ на этот вопрос состоит из двух пунктов. Во-первых, о р г а н и з а ц и я этих работ имеет много общего с организацией работ в космо навтике, поскольку требуется привлечение значительных ресур сов и специалистов практически всех научных направлений, при чем именно тех специалистов, которые у ж е сейчас р а б о т а ю т в об ласти космонавтики. Во-вторых, эта проблема имеет непосредст венное отношение к космонавтике не только потому, что об ластью исследований является космическое пространство, но и потому, что одним из методов исследования этой проблемы мо ж е т с л у ж и т ь обнаружение космической деятельности внеземных цивилизаций путем идентификации необычных космических явле ний с созданными или р а з р а б а т ы в а е м ы м и (изучаемыми) перспек тивными космическими системами.

Становится очевидным, что научные исследования в о з м о ж ных облика и характеристик будущих технических средств космо навтики, в том числе и будущих ракет, имеют вдвойне в а ж н о е значение и д л я создания новых технических средств, и д л я реше ния одной из наиболее грандиозных з а д а ч человечества — обнару жения космических соседей по р а з у м у.

Вот конкретный пример. В 1881 году астроном из Б р и с т о л я Д е н н и г открыл интересную комету, к о т о р а я вошла во все к а т а логи под индексом 1881V (цифра V указывает, что это была пя т а я комета 1881 года). Комета была во многом необычна. Она не подходила близко к Солнцу, практически не имела хвоста — ос новного украшения почти всех комет, з а т о очень близко подошла к З е м л е (минимальное расстояние от кометы до Земли составило 0,04 астрономических единиц*, или 6 млн. км). Более того, она приблизилась еще и к М а р с у на 0,06 астрономических единиц, или 9 млн. км. Н а б л ю д а л а с ь комета в виде невзрачного на вид туманного дискообразного пятнышка со светящимися точками в его центре. Д о б а в и м, что эта комета прошла достаточно близко от орбиты Венеры (0,02 астрономические единицы, или 3 млн.

км) и от орбиты Юпитера (0,16 астрономических единиц).

М о ж н о ли все это н а з в а т ь чистой случайностью? Очевидно, можно, тем более, что р а з г а д к а тайны этой кометы требует, ес тественно, дополнительных сведений, которые получить н е в о з м о ж но: комета (судя по расчетам) д а в н о у ж е вышла из пределов Сол нечной системы.

А если п о ф а н т а з и р о в а т ь и сравнить траекторию полета этой кометы с траекторией полета а п п а р а т а, который не так д а в н о р а з р а б а т ы в а л с я в США в р а м к а х программы «Большой тур»**?

О к а з ы в а е т с я, существуют моменты, когда планеты Солнечной сис темы располагаются таким образом, что межпланетный корабль, д в и г а я с ь по эллиптической пассивной траектории, м о ж е т доста точно близко подойти к двум, а очень редко — и к трем планетам.

Представим теперь, что некая неизвестная нам р а з у м н а я ж и з н ь заинтересовалась солнечной системой. По-видимому, она пошлет к нам зонд, который за один пролет д о л ж е н получить максимальное количество информации о планетах. При этом к З е м л е с л е д о в а л о бы подойти поближе, чем к Марсу, из-за ее сильного облачного покрова.

Сравнение весьма любопытно! Возникает, в частности, вопрос:

а не может ли р а з у м н а я ж и з н ь перемещаться по б е з б р е ж н о м у космосу на островках, которые мы, земные наблюдатели, ошибоч но отождествляем иногда с кометами — довольно хорошо изучен ными мертвыми телами, состоящими из камней, льда и пыли.

П р а в и л ь н о ли направлять поиски внеземной жизни только лишь по пути приема возможных радиосигналов от дальних планетных систем? М о ж е т быть, островки жизни, островки р а з у м а, не свя занные с какой-либо планетой или какой-либо иной Солнечной си • Астрономическая единица — среднее расстояние от Солнца до Зем ли, равное примерно 149,6 млн. км.

** Программа не была реализована стемой, а свободно перемещающиеся в пространстве, более благо приятны д л я поисков? На наш взгляд, этот вариант поисков более предпочтителен по р я д у причин. В межзвездном и д а ж е м е ж г а лактическом пространстве имеются все необходимые элементы, требующиеся не только д л я ремонта летающего острова и д л я п о д д е р ж а н и я его энергетического потенциала, но и д л я строи тельства новых сооружений, д л я его увеличения и д л я расшире ния его возможностей. Вечная привязанность к планете — «колы бели р а з у м а » — менее заманчива не только потому, что «нельзя же вечно ж и т ь в колыбели», как говорил К. Э. Циолковский, но и потому, что эта «колыбель», о б л а д а я конечным сроком существо вания, м о ж е т оказаться не очень н а д е ж н ы м убежищем. То же са мое м о ж н о сказать и о любой конкретной планетной системе. Н а конец, по аналогии с земной жизнью, можно у т в е р ж д а т ь, что ор ганическая жизнь, а тем более р а з у м н а я органическая жизнь, спо собная себя защитить от неблагоприятных ф а к т о р о в внешней сре ды, в силу каких-то (пока еще не ясных до конца) законов всегда имеет тенденцию к распространению в пространстве. О ж и д а е т с я, что примерно к 2000 году будут освоены управляемые термоядер ные реакции, к 2050 году — синтезирование из водорода практи чески всех элементов Периодической системы Д. И. Менделеева, а примерно к 2100 году человечество (при условии объединения усилий всех землян) сможет с о з д а т ь и отправить в не ограничен ное никакими сроками космическое путешествие первое поколение (100—200 человек*) представителей земной цивилизации. При этом совершенно не обязательно с о з д а в а т ь аппарат, о б л а д а ю щ и й возможностью двигаться с околосветовыми скоростями, чтобы ус петь вернуться из далекого путешествия на Землю. Д о с т а т о ч н о лишь иметь н а д е ж н у ю связь с Землей и возможность не только п о д д е р ж и в а т ь в исходном состоянии, но и совершенствовать свой остров р а з у м а во всех отношениях за счет внешних ресурсов (уве личивать количество и совершенство коллектива, улучшать пара метры тяговых, энергетических, научных и вспомогательных сис тем, совершенствовать программу работы и т. д.).

* Среднее количество людей, с которыми приходится обычно вступать в контакты человеку.

Создание подобных островов разума, по-видимому, неизбеж ное следствие овладения ядерно-энергетическими процессами и методами использования внешних ресурсов, т. е. того, к чему уже сейчас вплотную подошла наша земная космонавтика всего за 20 лет существования.

Конкретное предложение, вытекающее из приведенных выше общих соображений, сводится к необходимости развивать комет ную астрономию, совершенствовать методы астрофизического ис следования комет, создавать для полета к кометам космические зонды-автоматы. Может быть, в частности, разработана програм ма автоматизированного анализа данных в целях выявления «не обычных» свойств, которые не поддаются объяснению с позиции имеющихся статистических данных о кометах. Наконец, могут быть созданы алгоритмы, в соответствии с которыми к той или иной загадочной комете могут быть отправлены позывные (в це лях безопасности для Земли подобные станции можно иметь на Луне).

З а к а н ч и в а я з а м е ч а н и я о «необычных кометах», приведем несколько примеров, п о д т в е р ж д а ю щ и х целесообразность поисков в этом направ лении.

В 1956 году б ы л а о б н а р у ж е н а комета, которую по имени ее перво открывателей назвали кометой Аренда—Ролана (1956 h*). Хвост у коме ты появился после 22 апреля 1957 года и исчез в самом н а ч а л е м а я. Р а н е е таких хвостов у комет не н а б л ю д а л о с ь ! Вместе с «обычным» хвостом, направленным от Солнца, комета имела очень узкий, как копье, а н о м а л ь ный хвост, который был направлен в сторону Солнца. С н а ч а л а попыта лись объяснить это явление естественной причиной: аномальный хвост составляли якобы продукты р а з р у ш е н и я кометы, которые концентрирова лись в виде следа на ее орбите, поэтому в момент н а х о ж д е н и я кометы м е ж д у Солнцем и Землей оба направленных от Солнца хвоста распола гались как бы по р а з н ы е стороны от я д р а кометы. Но комета п р о д о л ж а л а движение, и аномальный хвост по мере поворота плоскости кометной ор биты относительно земного н а б л ю д а т е л я не превратился, как о ж и д а л о с ь, в сектор, соединенный с основным хвостом, а принял вид хорошо очер ченного расходящегося луча! Кроме того, спектр аномального хвоста не о к а з а л с я сплошным, как это обычно б ы в а е т у пылевых хвостов. Необыч но т а к ж е и то, что аномальный хвост появился и исчез внезапно.

* Буква означает порядковый номер кометы по латинскому а л ф а в и т у, присваеваемый первооткрывателем предварительно.

Теперь об «обычном» хвосте. Он состоял из двух хвостов — хвоста первого типа (по классификации известного советского астронома Ф. А. Б р е д и х и н а ), который был связан с внутренней головой (очень раз мытой и напоминающей по ф о р м е луковицу), и хвоста второго типа, который был связан с внешней головой, имевшей четкие параболические очертания. По теории кометных хвостов, разработанной на основе много численных наблюдений комет, все д о л ж н о быть как раз наоборот. Кроме того, внутренний хвост имел непрерывный спектр, которого у хвостов первого типа вообще не наблюдалось. Д л я того чтобы хоть как-то сов местить д а н н ы е наблюдений с теорией кометных хвостов, пришлось сде л а т ь допущение, что начальная скорость истекающих частиц б ы л а выше 3000 м/с. А ведь для искусственного д о с т и ж е н и я таких скоростей, р а в н ы х скорости истечения струй из современных Ж Р Д, приходится применять специальные ускорители — расширяющиеся сопла, профиль которых т щ а тельно рассчитывается и согласовывается с химическим составом и темпе ратурой истекающего газа. Иначе говоря, допущение об естественном возникновении таких высоких скоростей истечения вряд ли правомочно.

Но и это не все. 10 марта 1957 года станция Университета в штате Огайо (США) зарегистрировала радиоизлучение кометы на волне 11 м (27,6 МГц).

Интенсивность излучения к о л е б а л а с ь примерно в пределах ±30%, а его источник располагался в основном хвосте на значительном удалении от головы. Н а ч и н а я с 20—21 апреля, т. е. перед появлением а н о м а л ь н о г о хвоста, этот источник стал у д а л я т ь с я в сторону от Солнца примерно в р а д и а л ь н о м направлении. 9 апреля 1957 года в Бельгии было о б н а р у ж е н о радиоизлучение кометы на волне 0,5 м (600 МГц). Высокая стабильность этого излучения как по амплитуде, так и по частоте противоречит на п р а ш и в а ю щ е м у с я предположению об естественном спорадическом излу чении в п л а з м е кометных хвостов. Излучение на волне 11 м н а б л ю д а л о с ь больше месяца. Наиболее сильным оно было с 16 марта по 19 апреля, т. е. н а к а н у н е появления аномального хвоста. Более того, интенсивность посылаемых сигналов ежедневно усиливалась.

Таким образом, исчерпывающее объяснение кометы 1956 h только естественными причинами связано с рядом противоречий.

Говорить о том, что н а б л ю д а л о с ь искусственное небесное тело, т о ж е нет достаточных оснований, хотя и существуют проекты будущих косми ческих прямоточных двигателей (см. гл. 14), наблюдение работы которых со стороны удивительно напоминало бы все без исключения аномалии кометы 1956 h.

Н а б л ю д а л и с ь и другие удивительные кометы. Так, в спектре кометы 1882II были о б н а р у ж е н ы железо, хром и никель — элементы, которые есть и в спектрах реактивных струй Ж Р Д вследствие незначительной эрозии реактивных сопл, с о д е р ж а щ и х эти металлы. З а г а д о ч н ы м было т а к ж е различие спектров головы и хвоста у кометы 1907IV. У кометы 1926III н а б л ю д а л о с ь отсутствие влияния Солнца на положение хвоста, который поворачивался в пространстве, к а з а л о с ь бы, совершенно произ вольно, причем комета не п р и д е р ж и в а л а с ь вычисленной д л я нее траекто рии, а значительно (на 4') отклонялась от нее. Такое отклонение можно объяснить лишь значительной тягой, развиваемой при истечении массы из ядра кометы.

Таким образом, среди большого числа н а б л ю д а е м ы х комет очень редко (с периодом 20—30 лет) появлялись уникальные, перспективные в смысле о б н а р у ж е н и я в их поведении и внешнем облике следов разумной деятельности внеземных цивилизаций. По-видимому, к возможному появ лению подобных комет в будущем следует готовиться очень тщательно.

В заключение р а з д е л а имеет, по-видимому, смысл сделать не сколько замечаний о Н Л О (неопознанных л е т а ю щ и х о б ъ е к т а х ), хотя бы потому, что у многих читателей книги вопросы об их су ществовании все равно возникнут. Естественно, что все сказанное м о ж е т х а р а к т е р и з о в а т ь только лишь нашу частную точку зрения.

К сожалению, у нас пока не сформировалось четкой точки зрения на природу наблюдаемых в нашей стране время от времени стран ных явлений в земной атмосфере. Мы завидуем, например, некото рым известным ученым и писателям-фантастам, которые имеют на этот счет совершенно определенную точку зрения — все наблюдае мое, как говорят они, — хорошо известные явления миражей, ат мосферной оптики, ш а р о в ы х молний, световых эффектов, шаров зондов и т. п. Более того, мы и сами могли бы д а т ь естественное объяснение р я д у н а б л ю д а е м ы х феноменов. Так, реактивная струя, в ы л е т а ю щ а я из сопла ракеты (например, геофизической) на боль шой высоте (30—70 км) принимает из-за большого расширения форму полумесяца с размытой внутренней кромкой и слабым фиолетово-красным свечением, исходящим от концов «рогов».

В конце работы ракетной ступени это свечение м о ж е т сопровож даться искрами — следами частичной эрозии металла или вылетом из сопла несгоревших фрагментов твердого топлива. В виде полу месяца реактивная струя видна сбоку. Если же ее н а б л ю д а т ь не сбоку, а со стороны выходного сечения сопла, то будет заметно светящееся ночью пятно с мерцающими пульсирующими краями и с яркой точкой посередине. При выключении (или, как говорят, при отсечке д в и г а т е л я ) наблюдается р е з к а я световая вспышка, вслед за которой наступает темнота (если при этом не начинает работать последующая ступень р а к е т ы ). Н а б л ю д а я это довольно эффектное (особенно ясной ночью) зрелище, м о ж н о совершенно не слышать никакого з в у к а или шума как из-за большой удален ности и высоты полета ракеты, так и из-за неблагоприятного на правления ветра. Иногда все-таки звук бывает слышен —- он напо минает очень глухие и низкие раскаты далекого грома. Естест венно, в условиях атмосферной неоднородности и это явление м о ж е т с о п р о в о ж д а т ь с я м и р а ж а м и, искажениями и т. п. Р я д по добных явлений (в целом, они довольно редки) нам объяснить по ка не удалось, поэтому мы считаем возможным, не прибегая ни к каким гипотезам, извиниться перед читателями за некомпетент ность в этом вопросе.

Д а л е е будут рассмотрены возможности создания летательных аппаратов, использующих новые принципы создания тяги, не ос нованные на истечении запасаемой на борту массы. По мнению некоторых специалистов, в основном зарубежных, подобные прин ципы могут быть у ж е р е а л и з о в а н ы в загадочных летательных ап п а р а т а х «инопланетян», которые кое-кто склонен о т о ж д е с т в л я т ь с наблюдаемыми в атмосфере феноменами. Очень велико искушение п р е д л о ж и т ь гипотезу о возможной связи таких объектов (если бу дет д о к а з а н сам факт их существования) с описанными выше ост ровами разумной жизни, однако достаточных оснований д л я этого в настоящее время у нас нет.

11. НАДО ЛИ ЗАРЯЖАТЬ ЛУНУ?

В технической литературе неоднократно о б с у ж д а л и с ь ориги нальные проекты космических летательных аппаратов, создающих тяговое усилие за счет электростатического (кулоновского) взаи модействия друг с другом или с космическими телами, например с Луной.

Рассмотрим один из таких проектов более подробно.

Сообщив одноименные электрические з а р я д ы Л у н е и косми ческому аппарату, находящемуся вблизи Луны, можно получить состояние равновесия, когда гравитационная сила п р и т я ж е н и я скомпенсирована электростатической силой отталкивания. Подоб ное уникальное состояние, когда летательный а п п а р а т неподвиж но висит над поверхностью космического тела, называют левита цией (впервые этот термин применил Ньютон д л я описания по ведения частиц в кометных хвостах). Привлекательность левита ции д л я исследования и освоения Л у н ы очевидна. Длительное на хождение над лунной поверхностью позволило бы проводить съемки местности, вести другие исследования Луны, выбирать место посадки. Кроме того, незначительное уменьшение или уве личение з а р я д а к о р а б л я позволило бы проводить снижение или, наоборот, удаление его от Луны. Очевидно, что такие транспортные операции в космическом пространстве д о л ж н ы быть очень эффек тивны — ведь они не с в я з а н ы как будто ни с расходованием бор товой массы, ни с чрезмерными расходами энергии. Создается впечатление, что открыт способ осуществления практически об ратимых космических транспортных операций.

Исследования показали, что при равенстве электростатичес ких потенциалов, приобретаемых Луной и летательным аппаратом после з а р я д к н, величина этих потенциалов будет наименьшей.

Особенностью конструкции летательного а п п а р а т а (корабля) будут специальные устройства, с л у ж а щ и е д л я увеличения его гео метрических размеров, так как последние определяют его электри ческую емкость. Н а и б о л е е простое устройство этого типа — элект ропроводный кабель, один конец которого прикреплен к аппара ту, а другой под действием электростатических сил вытягивается в сторону, п р о т и в о п о л о ж н у ю направлению на Луну. Д л я предот вращения стекания з а р я д а с корабля и с конца кабеля д о л ж н ы быть предусмотрены: с одной стороны, сферическая форма кораб ля и надувной сферический баллон на конце кабеля, а с другой — специальные цилиндрические баллоны вблизи конца кабеля. Все это необходимо д л я уменьшения напряженности электрического поля.

Расчеты дали следующие результаты: летательный а п п а р а т массой 5000 кг д о л ж е н иметь кабель массой 1380 кг. При этом предполагалось, что кабель может быть сделан из очень прочных силикатных нитей, которые для придания им электропроводности покрываются в в а к у у м е алюминием (алюминируются). Такой ка бель имеет длину 27 км, диаметр 6 мм и работает при напряже нии р а с т я ж е н и я, которое в два раза меньше напряжения р а з р ы в а.

Требуемый электростатический потенциал корабля составляет в этом случае 340 млн. В, а его з а р я д равен 56 Кл. Соответственно з а р я д Л у н ы при том же потенциале составит 6600 Кл. Если пред положить, что утечек з а р я д о в не происходит и время, в течение ко торого необходимо з а р я д и т ь Л у н у и корабль, ограничено 1 сут, то потребные мощности электростанций на корабле и Луне будут со ответственно равны 200 и 128000 кВт. Эти значения мощности могут считаться приемлемыми д а ж е с точки зрения современного развития ядерно-энергетических систем. У ж е существуют и успеш но применяются на космических а п п а р а т а х ядерно-энергетические установки (ЯЭУ) мощностью в десятки кВт. Существуют много численные проекты космических ЯЭУ мощностью 100, 200 кВт и более. Их р е а л и з а ц и я сомнений не вызывает. Наземные же АЭС успешно эксплуатируются и развивают мощности, существенно превышающие 128000 кВт. По-видимому, строительство подобных электростанций на Л у н е будет с в я з а н о со значительными трудно стями и большими материальными з а т р а т а м и.

Н е о б х о д и м а я с у м м а р н а я мощность электростанций к о р а б л я и Л у н ы может быть уменьшена примерно в 100 раз, если удастся увеличить потенциал к о р а б л я примерно в три раза (до 1000 млн. В) при одновременном снижении потенциала Л у н ы более чем в 10 раз (до 28 млн. В). Естественно, что д л я этого потребуется применение более прочного кабеля и более мощной ЯЭУ на ко рабле.

З а р а н е е отметим, что общий р а с х о д энергии на первичную за р я д к у Л у н ы и к о р а б л я примерно в 100 раз превысит расход энер гии, который требуется д л я преодоления гравитации с помощью Ж Р Д ( К П Д = 5 0 % ). Н е следует, однако, забывать, что при ис пользовании Ж Р Д необходим, кроме того, значительный расход бортовой массы. Если корабль и Л у н а у ж е з а р я ж е н ы, а утечки з а р я д а не происходит, то энергия, которая затрачивается на их относительное перемещение, в случае использования электроста тических сил о к а з ы в а е т с я в несколько раз меньше, чем при ис пользовании Ж Р Д. Наконец, с учетом упомянутой выше обрати мости транспортных операций, энергетическая эффективность ку лоновской тяги становится выше эффективности тяги ракеты в десятки раз. Что же касается, массовой эффективности, то эти методы, по-видимому, вообще не могут сравниваться, поскольку кулоновская тяга создается практически без выброса бортовой массы.

Д л я демонстрации этого положения рассмотрим расход бор товой массы, требуемый для осуществления з а р я д к и Л у н ы и ко рабля.

Хорошо известно, что для з а р я д к и изолированного тела тре буется либо присоединить к нему частицы того или иного знака, либо удалить их. П р о щ е всего, по-видимому, сообщить Луне и кораблю положительный з а р я д, так как пороговая напряженность поля автоэмиссии* протонов примерно на порядок выше, чем д л я электронной автоэмиссии, и составляет 10 10 В/м. Кроме того, электроны легче разогнать в ускорителях.

Процесс з а р я д к и состоит в следующем. В электронном уско рителе разгоняют пучок электронов (плотность пучка д о л ж н а со ответствовать необходимой силе тока з а р я д к и — в нашем случае при равенстве потенциалов Л у н ы и корабля з а р я д н ы е токи соот * Автоэмиссия — это самопроизвольное покидание тела заряженной частицей, вызванное высокой напряженностью электрического поля. При мером автоэмиссии с л у ж и т школьный опыт, демонстрирующий явление «электронного ветра» — стекание электронов с острия.

ветственно равны 0,77 А и 0,65 мА). Энергия ускоренных электро нов в ы р а ж а е т с я в электронвольтах и д л я идеальных условий со ответствует ускоряющему н а п р я ж е н и ю в вольтах. Очевидно, что ускоряющее н а п р я ж е н и е не д о л ж н о быть меньше конечного по тенциала Луны или к о р а б л я, так как в противном случае элект роны не смогут у д а л я т ь с я от з а р я ж е н н о г о объекта «в бесконеч ность», а, описав з а м к н у т у ю траекторию, под действием кулонов ского притяжения к положительно з а р я ж е н н о м у объекту, будут в о з в р а щ а т ь с я на него и компенсировать (нейтрализовать) з а р я д.

Очень в а ж н о определить направление пучка ускоренных электро нов. Его можно н а п р а в и т ь с корабля в сторону, противоположную Луне, но можно направить и в сторону Л у н ы. В последнем случае ток электронного пучка с Л у н ы придется увеличить, но зато на к о р а б л ь можно установить менее мощный, а следовательно, и более легкий ускоритель.

Масса ускорителя имеет большое значение для конструкции летательного а п п а р а т а. Не могут быть поэтому использованы ком пактные, но т я ж е л ы е (из-за магнитных устройств) синхротроны — хорошо освоенные циклические ускорители электронов*. Наиболее п о д х о д я т для ускорения электронов в космическом корабле так н а з ы в а е м ы е электростатические ускорители, основной элемент ко торых — ускоряющие трубки, представляющие собой набор уско ряющих электродов с центральными отверстиями д л я прохода электронного пучка. П о с к о л ь к у прочность р а з д е л я ю щ и х эти элект роды изоляторов по современным представлениям не допускает напряженностей поля выше 15—30 кВ/см, необходимые длины ус коряющих трубок достигают нескольких сот метров, их создание п р е в р а щ а е т с я в серьезную конструкторскую проблему.

На поверхности Л у н ы, очевидно, могут быть установлены и более т я ж е л ы е ускорители, например, упомянутые выше синх ротроны.

Следует, конечно, отметить, что в настоящее время ведутся исследования новых типов ускорителей, д а ю щ и х большие токи и энергии ускоренных пучков, имеющих высокие значения К П Д, * В Физическом институте АН СССР им. П. Н. Л е б е д е в а был создан синхротрон с максимальной энергией электронов 680 млн. МэВ, малые размеры и массу. Так, например, р а з р а б а т ы в а ю т с я плазмен ные ускорители, работа которых основана на так н а з ы в а е м ы х коллективных методах ускорения. Внутри потока электронов, на х о д я щ и х с я в ускоряющем поле, д в и ж е т с я пучок положительных ионов. Кольцевое фокусирующее поле создается электронами, ко торые имеют значительно большую по сравнению с ионами ско рость д в и ж е н и я. На опытных о б р а з ц а х подобных ускорителей у ж е получены токи ускоренных пучков до 10 А. В частности, бы ло осуществлено ускорение пучка ионов азота с помощью плотно го (диаметром 5 см и толщиной несколько миллиметров) кольца электронов, разогнанных до субсветовой скорости. Пучок состоял из 10 8 ионов и имел энергию 60 МэВ.

Получили распространение и так называемые мегаамперные ускорители. В них у ж е достигнуты токи в пучке до 3 · 1 0 5 А при мощности в импульсе 10 12 —10 13 Вт, что соответствует энергии лу ча в несколько десятков килоджоулей. В а ж н о то, что продолжи тельность импульса весьма мала — всего 10 -8 с. Это означает, что корабль, с н а б ж е н н ы й таким ускорителем, сможет р а б о т а т ь в им пульсном р е ж и м е з а р я д к и, что позволит ему получать импульсный положительный пространственный з а р я д д а ж е в плазме околозем ного или окололунного пространства. З а м е т и м, что в плазме уско ренный пучок электронов может проходить весьма большие рас стояния — до нескольких сотен метров — из-за возникающего при этом индуцированного ионного тока, который уничтожает внеш нее магнитное поле и тем самым препятствует расфокусировке.

Конструкция такого ускорителя невелика по размерам и не очень с л о ж н а. Игольчатый (несколько игл) к а т о д при подведении к электродам от импульсного генератора поля со средней н а п р я ж е н ностью около 5 000 000 В/см обеспечивает начальный ток ав тоэмиссии. На поверхности к а ж д о г о острия напряженность поля оказывается на несколько п о р я д к о в больше (эффект острия). Воз никший ток усиливается за счет нагрева игл, т. е. за счет термо эмиссии. К а ж д о е острие покрывают составом, обеспечивающим появление островков плазмы, устраняющих пространственный за ряд, который препятствует дальнейшему выходу электронов. Та ким материалом может быть оргстекло. Анод ускорителя — это тонкая (несколько микрон) фольга. Она прозрачна д л я ускорен ных электронов, но позволяет иметь в межэлектродном проме ж у т к е длиной несколько сантиметров вакуум 1 0 - 3 Па. З а анодом р а с п о л о ж е н а ф о к у с и р у ю щ а я камера, наполненная газом под дав лением 10 2 —10 5 Па. В этой камере возникает ионная оболочка, по ложительный пространственный з а р я д которой фокусирует элект ронный пучок почти в точку. Д л и н а фокусирующей камеры лишь немногим больше межэлектродного зазора. М о ж н о, по-видимому, надеяться, что в космических условиях конструкция такого уско рителя будет еще проще — не надо с о з д а в а т ь вакуум.

Среди большого комплекса проблем, связанных с созданием электростатических тяговых систем, принципиальное значение имеют две — явление электростатической индукции и явление де баевского экранирования пространственного з а р я д а.

Электростатическая индукция проявляется на близких рас стояниях м е ж д у з а р я ж е н н ы м и телами и состоит в перераспреде лении з а р я д о в на их поверхностях. Например, при приближении корабля к поверхности Л у н ы под ним будут скапливаться отрица тельные з а р я д ы, которые существенно уменьшат силу отталкива ния. Расчеты показали, что электростатическая сила д л я рассмот ренного выше случая равных потенциалов становится равной ну лю на высоте 20 км н а д поверхностью Л у н ы. Д л я р е ж и м а мини мальной з а т р а т ы энергии эта высота еще больше. Таким образом, явление электростатической индукции не позволяет воспользо ваться кулоновской подъемной силой на высотах менее 20 км.

Более того, если не предпринять никаких мер, то падение заря женного корабля на Л у н у с высоты 20 км будет более ускорен ным, нежели под действием одной только гравитации.

Если не говорить о тривиальном методе посадки — с помощью посадочного Ж Р Д (струя которого, кстати, приведет к быстрому «сбрасыванию» з а р я д а ), то д л я реализации такой «кулоновской»

гяговой системы придется, очевидно, с о з д а в а т ь специальные лун ные «электродромы» — ровные площадки, построенные из хоро ших диэлектриков и п о д д е р ж и в а е м ы е с помощью лунных ускори телей под нужным д л я посадки корабля потенциалом.

До сих пор мы вели рассуждения для условий абсолютного вакуума, которого, как известно, в природе не существует. Ре альная м е ж п л а н е т н а я среда, особенно ее ионизированные компо ненты (солнечный ветер), являются основным препятствием д л я создания рассматриваемых летательных аппаратов. Действитель но, з а р я ж а ю щ и й электронный луч в такой среде будет рассеивать ся, так к а к электроны начнут соударяться с притягиваемыми к лучу частицами внешней среды и терять энергию. Отрицательно з а р я ж е н н ы е частицы начнут притягиваться к Л у н е и положитель но з а р я ж е н н о м у кораблю, с о з д а в а я вокруг них облако простран ственного з а р я д а противоположного знака. В результате этого экранирования электростатическое поле к о р а б л я и Л у н ы будет простираться не в бесконечность, а на величину так называемого дебаевского радиуса. Кроме того, отрицательные частицы под действием поля положительно з а р я ж е н н о г о к о р а б л я будут уско ряться н соударяться с ним, выделяя значительную энергию, раз р у ш а я покрытие и приводя к нагреву корабля. Возникновение р а з р я д н о г о тока, обусловленного этим явлением, потребует непре рывной работы з а р я ж а ю щ е г о устройства, мощность которого из-за необходимости компенсации р а з р я д н о г о тока д о л ж н а быть увеличена, как показали расчеты, в несколько сот раз.

Таким образом, конкретно для Л у н ы применение кулоновской тяговой системы в том виде, как это представляется в настоящее время, о к а ж е т с я, по-видимому, неэффективным. Вместе с тем она м о ж е т быть, вероятно, применена у лун дальних планет Солнеч ной системы, где влияние з а р я ж е н н ы х компонент солнечного вет ра незначительно. Наконец, в межзвездном, а тем более в межга лактическом пространстве, применение кулоновского взаимодейст вия может оказаться наиболее желательным.

12. АДРЕС — ОИСЗ Околоземные орбиты искусственных спутников Земли уже д а в н о превратились в орбиты сотрудничества многих стран мира.

«Стремясь к превращению космоса в арену мира и м е ж д у н а родного сотрудничества государств, Советский Союз осуществля ет широкие м е ж д у н а р о д н ы е связи в области исследования и ис пользования космического пространства» — писал* вице-прези дент АН С С С Р академик Б. Н. Петров, внесший большой личный в к л а д в реализацию м е ж д у н а р о д н о й программы «Интеркосмос».

Высшим достижением этой программы явилась работа не скольких м е ж д у н а р о д н ы х экипажей на советской орбитальной станции «Салют-6».

Целесообразность и эффективность применения в космических исследованиях орбитальных станций считают доказанными. Более того, орбитальным станциям отводится значительная роль в буду щем освоении космоса.

«С помощью орбитальных станций, — пишет** летчик-космо навт С С С Р д в а ж д ы Герой Советского Союза В. А. Шаталов, — человек ф у н д а м е н т а л ь н о освоит околоземный космос. Станции станут своеобразными орбитальными космодромами, где м о ж е т происходить сборка межпланетных кораблей, с н а р я ж е н и е экспе диций в дальний космос».

Орбитальный космодром д о л ж е н с н а б ж а т ь отлетающие ко рабли всем необходимым и, в первую очередь, реактивной массой Количество з а п а с а е м о й на борту корабля реактивной массы зави сит от дальности предполагаемого путешествия и типа установ ленной на нем Д У. Если в качестве топливных компонентов Ж Р Д применяются водород и кислород, то на д о л ю топлива при полете д а ж е к Л у н е приходится основная масса стартующего ко * Б. Н. Петров. Космические исследования и научно-технический про гресс. М., « З н а н и е », 1971.

** В. А. Ш а т а л о в. 15 лет в космосе,—«Авиация и космонавтика», 1976, № 4, с. 4.

рабля (только кислород составляет примерно половину массы).

При полете к другим планетам Солнечной системы д о л я реактив ной массы будет еще больше. Если на корабле установлена элект р о я д е р н а я ДУ, которая считается наиболее эффективной и на при менение которой надеются создатели проектов космических р а к е т будущего, то и тогда реактивная масса займет не менее 50% на чальной массы стартующей с орбиты ракеты. Таким образом, кос мическая станция-космодром д о л ж н а иметь возможность каким то образом наполнять свои резервуары реактивной массой.

Таких возможностей две. П е р в а я — обычная д о с т а в к а реак тивной массы или ракетного топлива с Земли транспортными ра кетами. Вторая возможность состоит в накоплении вещества не посредственно станцией, летящей по орбите И С З, за счет з а х в а т а атмосферных компонентов во время т а к о г о полета*.

Рассмотрим, как это делается на примере одного из в о з м о ж ных проектов такой накопительной станции.

Очевидно, что отправка от орбитальной станции космическо го к о р а б л я — событие не такое уж частое д а ж е в будущем. По этому промежутки между стартами дальних экспедиций м о ж н о использовать д л я накопления атмосферных компонентов.

К а к правило, штатный полет орбитальных станций осущест вляется по орбитам, располагающимся на высотах 200—500 км.

Такие высоты удобны во многих отношениях: ничтожно малое аэ родинамическое сопротивление обусловливает многолетний период существования станции, относительная близость к поверхности Земли упрощает доставку к станции э к и п а ж а и грузов и обратные транспортные операции к поверхности Земли, создает благоприят ные условия д л я изучения и наблюдения за земной поверхностью в интересах народного хозяйства и науки. К сожалению, осу ществлять на этих орбитах накопление атмосферных газов невоз можно из-за того, что период накопления оказывается неприемле мо большим.

Расчеты показывают, что наиболее выгодный р е ж и м накоп ления м о ж н о получить на высотах от 100 до 120 км при движении станции по круговой орбите. Очевидно, что более плотная атмос * В. П. Б у р д а к о в. Орбитальные станции. М., «Знание», 1977.

фера обеспечивает уменьшение периода накопления, но з а т о при водит к возрастанию аэродинамического сопротивления, которое д л я осуществления устойчивого орбитального полета д о л ж н о быть скомпенсировано тягой бортовой ДУ.


Итак, рассмотрим, что представляет собой накопительная станция.

В передней части станции находится массозаборник — раст руб, направленный навстречу потоку. Он напоминает огромное соп ло ракетного двигателя, но работает в обращенном (диффузор ном) режиме. Газы не вылетают из него, ускоряясь, а, наоборот, входят в него и з а м е д л я ю т свою скорость. По законам термоди намики температура, плотность и давление захваченного атмос ферного газа при этом возрастают. «Запустить» такой массозабор ник, т. е. заставить его р а б о т а т ь с максимальным К П Д, непросто.

Д л я этого следует плавно уменьшать высоту орбиты с 200 км до рабочей, следя за тем, чтобы перед раструбом не возникла обычная д л я сверх- и гиперзвуковых течений у д а р н а я волна, при в о д я щ а я к потерям массы газа, к уменьшению его энергии, к на рушению механизма с ж а т и я и, в конечном счете, к уменьшению в 300—400 раз давления и плотности захваченного воздуха.

У ж е «запущенный» и устойчиво р а б о т а ю щ и й массозаборник м о ж е т прекратить устойчивую работу и о б р а з о в а т ь впереди себя ударную волну (специалисты ее называют выбитой ударной вол ной), если будет полностью или частично перекрыт выходной ка нал, поэтому р а с х о д воздуха из массозаборника, как и орбита полета станции, д о л ж н ы тщательно контролироваться.

Скорость полета станции велика, она р а в н а первой космичес кой скорости (около 8000 м/с) и превышает скорость з в у к а в 28 раз. З а м е т и м д л я сравнения, что скорость орудийного снаряда только в три раза больше скорости звука, а скорость высотных стратосферных ракетных самолетов еще никогда не превышала скорости звука больше, чем в 10 раз. Т а к а я о г р о м н а я скорость д в и ж е н и я станции требует решения двух в а ж н ы х проблем. Во первых, необходимо р а з р а б о т а т ь реактивные двигатели, которые использовали бы в качестве рабочего тела (реактивной массы) внешние ресурсы, т. е. атмосферные компоненты, но и в то же вре мя р а з в и в а л и бы значительную тягу при расходовании на это только части внешней массы, захваченной массозаборником. Оче видно, что тяга д о л ж н а быть достаточной д л я компенсации тор мозного импульса при з а х в а т е внешней массы, аэродинамического сопротивления и потерь на управление (т. е. на ориентацию стан ции навстречу потоку). Во-вторых, с ж а т и е встречного потока в массозаборнике приводит к нагреву з а х в а т ы в а е м о г о воздуха, в то время как д л я обеспечения его хранения на борту станции тре буется этот воздух не только охладить, но и о ж и ж и т ь. Поэтому станция д о л ж н а быть о б о р у д о в а н а холодильной системой, в со став которой при необходимости м о ж е т вводиться так называе мое разделительное устройство, предназначенное д л я отделения, скажем, кислорода от азота.

Многочисленные исследования показали, что как первая, так и вторая проблема могут быть решены только лишь при исполь зовании на борту станции ЯЭУ.

В настоящее время существует большое количество проектов космических ЯЭУ, предназначенных для обеспечения энергией электрореактивных двигателей малой тяги — в основном плазмен ных или ионных. Аналогичная система, с о с т о я щ а я из бортовой ядерной электростанции и двигателей малой тяги, р а б о т а ю щ и х на атмосферных компонентах, д о л ж н а быть установлена и на нако пительной станции.

Н а к о п и т е л ь н а я станция представляет собой грандиозное со оружение, ее размеры значительны (в развернутом, т. е. рабочем, состоянии длина станции м о ж е т превышать 100 м), а масса перед началом накопления составляет около 100 т. Впереди огромный (диаметром 10—20 м) раструб массозаборника, за ним холодиль ная система, и м е ю щ а я теплообменные устройства, детандеры, раз делители, компрессоры и космические холодильники-излучатели, предназначенные для сброса излишков тепла в космос. Внешнему н а б л ю д а т е л ю будут видны только лишь холодильники-излучатели, п р е д с т а в л я ю щ и е собой сеть мелких трубок, расположенных на н а р у ж н о й поверхности у основания массозаборника. По трубкам циркулирует рабочее тело, о т д а ю щ е е тепло в космическое прост ранство. За холодильниками-излучателями описанной криогенной системы р а с п о л а г а ю т с я жилые, приборные и агрегатные отсеки станции. В этом же месте р а с п о л о ж е н ы многочисленные антенны, шлюзовые и стыковочные отсеки. Здесь же н а х о д я т с я стартовые площадки д л я отправки в дальний путь космических межпланет ных кораблей. Все перечисленные устройства, а т а к ж е располагае мые за ними танки (баки) д л я хранения накопленного вещества находятся в аэродинамической тени массозаборника.

Следующий элемент станции — огромный конусообразный хо лодильник-излучатель, который ночью (в тени З е м л и ) светится ярко-малиновым светом — так сильно он нагрет текущим по его т р у б а м металлическим теплоносителем.

Д л я уменьшения длины холодильник-излучатель м о ж е т быть выполнен в виде двух конусов — расширяющегося и с у ж а ю щ е г о ся, причем расширяющийся конус может одновременно выполнять функции обтекателя или д а ж е сопла двигателей малой тяги. Од нако наиболее предпочтительное место р а с п о л о ж е н и я таких двига телей — в самом конце станции за ядерными реакторами, так как в этом случае достигается м а к с и м а л ь н а я эффективность управле ния положением станции посредством изменения вектора тяги (качания) этих двигателей. Естественно, что реакторы как эле менты, представляющие собой источник опасных ионизирующих излучений, д о л ж н ы быть отделены от жилых помещений много слойной защитой. Многочисленными физическими исследованиями было установлено, что наиболее эффективно от ионизирующих из лучений различной природы (нейтронное, -излучение и др.) з а щ и щ а е т именно многослойная изоляция, состоящая из различных поглотителей (природный уран, свинец, в о д о р о д с о д е р ж а щ и е пластмассы и т. п.).

Описанная выше станция при выходной мощности АЭС 5000 кВт может в течение 1 мес полета накопить на борту около 2 т кислорода либо 6 т азота или воздуха. К а к известно, з а т р а тив небольшую добавочную мощность, можно организовать прямо на борту станции получение стойкого химического соединения — азотного тетроксида, который при нормальных условиях представ л я е т собой ж и д к о с т ь (хороший окислитель) и не требует поддер ж а н и я криогенных температур, необходимых в случае хранения о ж и ж е н н ы х газов.

Несмотря на то что накопительная станция представляет со бой довольно сложное и д о р о г о с т о я щ е е космическое сооружение, ее п р о д о л ж и т е л ь н а я (многолетняя) э к с п л у а т а ц и я д о л ж н а оку паться значительно меньшей стоимостью накопления кислорода на орбите по сравнению со стоимостью его доставки на орбиту транс портными ракетами будущего.

Существуют и другие возможности использования описанно го выше космического уникального сооружения. Закончив цикл накопления массы, т а к а я станция м о ж е т сама под действием соб ственных ядерно-электрических двигателей совершить путешест вие на окололунную орбиту. М о ж е т быть совершено путешествие и на орбиту М а р с а.

Более того, использование станции д л я перелета м е ж д у пла нетами, имеющими атмосферу, может о к а з а т ь с я значительно бо лее выгодным, если осуществлять накопление массы не только у Земли, но и у планеты назначения ( М а р с а, Венеры и т. п.). Оче видно, что указанный способ межпланетных путешествий при зна чительном (многолетнем) ресурсе ядерно-энергетических систем может оказаться весьма эффективным.

В небольшом разделе невозможно д а ж е кратко охарактери зовать многочисленные и с л о ж н ы е проблемы, встающие на пути создания околоземных накопительных станций. Тем не менее большинство специалистов как в нашей стране, так и за р у б е ж о м склонны считать осуществление этого проекта весьма реальным д а ж е в недалеком будущем, так как у ж е сейчас з а к л а д ы в а ю т с я основы д л я длительного пребывания на орбите операторов буду щих станций.

Рассмотрим т о л ь к о один пример. 19 августа 1979 года в 15 ч 20 мин по московскому времени завершился 175-суточ ный космический полет советских космонавтов В. А. Л я х о в а и В. В. Рюмина на к о р а б л е «Союз-32», начатый 25 ф е в р а л я 1979 го д а. 26 ф е в р а л я к о р а б л ь был состыкован со станцией «Салют-6», и э к и п а ж приступил к работе на борту орбитального комплекса.

Д л я обеспечения длительного функционирования комплекса кос монавты выполнили значительное количество ремонтно-профилак тических работ. На станцию систематически д о с т а в л я л и с ь топли во, оборудование, а п п а р а т у р а, расходуемые материалы. Д л я этих целей использовались грузовые транспортные корабли «Прог ресс-5», «Прогресс-6», «Прогресс-7», беспилотный корабль «Со юз-34». С орбиты на З е м л ю т а к ж е д о с т а в л я л и с ь материалы, со д е р ж а щ и е результаты космических исследований. Д л я этого был использован космический корабль «Союз-32».

П р о г р а м м а работ э к и п а ж а космического орбитального комп лекса была широка и р а з н о о б р а з н а : визуальные наблюдения и фо тографирование земной поверхности;

работы, направленные на ис следование природных ресурсов Земли и изучение о к р у ж а ю щ е й среды;

м о н т а ж космического радиотелескопа КРТ-10;

проведение с его помощью астрофизических и геофизических исследований в интересах науки и народного хозяйства;

проведение большого ко личества технологических экспериментов.

Небольшой отдых на земле, и В. В. Рюмин, теперь у ж е в со ставе другого э к и п а ж а, отправляется снова в космос. 11 о к т я б р я 1980 года успешно закончился этот самым длительный 185-суточ ный космический полет на орбитальной станции «Салют-6». Таким образом, В. В. Рюмин находился в космосе в общей сложности больше года.


В ходе полетов было выяснено, что человек в условиях дли тельной невесомости м о ж е т активно р а б о т а т ь и п о д д е р ж и в а т ь хо рошее состояние з д о р о в ь я. Таким образом, вопрос о персонале орбитальной накопительной станции с учетом сменяемости эки п а ж е й может считаться решенным.

13. ТЕРМОЯДЕРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ В предыдущих р а з д е л а х говорилось о перспективных ракет ных системах будущего, создание которых потребует освоения новой технологии, новых инженерных методов, наконец, новых изобретений, но базируется на известных физических принципах.

Мы попытаемся к р а т к о р а с с к а з а т ь о ряде систем, создание которых н е в о з м о ж н о без разрешения принципиальных физических проблем на уровне открытия новых закономерностей природы.

В первую очередь необходимо остановиться на у п р а в л я е м ы х термоядерных реакциях, овладение которыми позволит приступить к созданию термоядерного двигателя, а в дальнейшем — и к созда нию термоядерной тяговой системы. З а м е т и м при этом, что перс пективность у п р а в л я е м ы х термоядерных энергетических систем в космонавтике объясняется практически неисчерпаемыми з а п а с а м и внешних массово-энергетических ресурсов, в частности м е ж п л а нетного и м е ж з в е з д н о г о в о д о р о д а — основного компонента косми ческой среды. В этом плане п р е д л о ж е н и я о создании термоядер ных двигателей взрывного типа, работа которых основана на воз можности осуществления серии последовательных термоядерных в з р ы в о в за специальным э к р а н о м - о т р а ж а т е л е м, представляются менее предпочтительными, т а к как предусматривают использова ние т о л ь к о бортовых ресурсов. Н е р е д к о привлекательность взрыв ных термоядерных двигателей объясняют в о з м о ж н о с т ь ю полезно и з р а с х о д о в а т ь с их помощью накопленные в р я д е стран з а п а с ы термоядерных (водородных) бомб, когда н а р о д ы мира придут к соглашению о всемирном р а з о р у ж е н и и. Н а м представляется, что ни с политической, ни с технической точки зрения этот д о в о д не в ы д е р ж и в а е т критики. Накопленное термоядерное о р у ж и е можно утилизировать, если это будет необходимо д л я д о с т и ж е н и я более полной р а з р я д к и, куда более эффективно и в более короткий срок, не т р а т я долгие годы на о ж и д а н и е того, когда будет создано уни кальнейшее и сложнейшее новое инженерное космическое соору жение.

«По-видимому, появление первых о б р а з ц о в термоядерной энергетики на промышленной арене следует о ж и д а т ь к концу на шего столетия. Это откроет перед человечеством необычайные го ризонты, позволит восстанавливать ресурсы нашей планеты...» — эта мысль, высказанная * выдающимся советским физиком прези дентом Академии наук С С С Р академиком А. П. Александровым, как нельзя лучше п о д т в е р ж д а е т приведенные выше с о о б р а ж е н и я.

Во-первых, до появления космических термоядерных двигателей еще далеко, тогда как р а з р я д к а и мирная утилизация боевых тер моядерных з а р я д о в являются требованием нашего времени. Во вторых, у ж е сейчас очевидна важность научных исследований по практическому применению термоядерной энергетики, в том числе и в космонавтике.

Хорошо известно, что энергетика космических ракет является существенным потребителем земных ресурсов, которые в виде топливных компонентов заполняют баки стартующей ракеты. Ес тественно, что применение внешних ресурсов атмосферы и осо бенно космического пространства (речь идет о водороде) приведет к восстановлению земных ресурсов, несмотря на увеличение тем пов и масштабов космических операций.

Итак, об у п р а в л я е м ы х реакциях. В многочисленных проектах термоядерных у п р а в л я е м ы х устройств предусматривается началь ный инициирующий нагрев реагирующего вещества (трития, дей терия, водорода) до температуры в несколько миллионов граду сов. Эта температура д о л ж н а соответствовать энергии, достаточ ной д л я слияния ядер, в результате которого и выделяется огром ная энергия термоядерного синтеза. Так, д л я слияния дейтона и тритона ( т я ж е л ы е изотопы ядер водорода, с о д е р ж а щ и е соответ ственно один и д в а нейтрона) требуется энергия 5 кэВ, д л я слия ния двух дейтонов — 35 кэВ, а двух ядер водорода (двух прото нов) — 50 кэВ. Естественно, что д л я инициирования реакции н а д о п р е ж д е всего подобрать исходные компоненты, требующие как м о ж н о меньшую энергию начала термоядерного синтеза. Именно к таким инициирующим компонентам и относится смесь дейтерия и трития, а т а к ж е в ы я в л е н н а я в последнее время перспективная * А. П. Александров. Будущее энергетики. — «Коммунист», № 1, 1977, с. 67.

смесь дейтерия и гелия-3. Н а г р е в а я в замкнутом пространстве дей териево-тритиевую п л а з м у — четвертое (ионизованное) состояние вещества, — м о ж н о осуществить термоядерный синтез, при кото ром выделяется 3,5·10 1 1 к Д ж / к г энергии. В настоящее время уче ные работают как р а з над этой первой фазой термоядерного син теза — над проблемой разогрева плазмы. Трудностей здесь много.

Существуют и другие способы инициирования термоядерной реакции, например, с помощью интенсивного лазерного импульса, энергия которого концентрируется в центре сферической камеры или в каком-либо из фокусов эллипсоидной к а м е р ы с дейтериево тритиевой смесью. Подобные устройства рассчитаны на импульс ный (пульсирующий) р е ж и м работы.

После « з а ж и г а н и я » плазмы, т. е. после начала термоядерного энерговыделения, в зону реакции необходимо п о д а в а т ь водород — наиболее дешевое и распространенное термоядерное горючее. За метим, что в 1 т обычной морской воды с о д е р ж и т с я около 100 кг водорода, который может обеспечить выделение 3,6·10 1 2 к Д ж энергии. Попутно заметим, что там же с о д е р ж и т с я примерно 160 г т я ж е л о й (дейтериевой) и 0,036 г с в е р х т я ж е л о й (тритиевой) воды, т. е. сырья д л я получения начального (пускового) импульса тер моядерного реактора.

Одновременно с подачей в зону реакции газообразного водо рода требуется р а з р а б о т а т ь способ выведения из зоны реакции «шлака», т. е. гелия. По-видимому, при работе наземных термо ядерных электростанций этот чрезвычайно ценный и полезный газ в атмосферу выпускать будет нецелесообразно. Л у ч ш е всего пре дусмотреть его о х л а ж д е н и е и сбор в специальных г а з о х р а н и л и щ а х ( г а з г о л ь д е р а х ). Напомним, что жидкий гелий нужен д л я сверх проводниковой техники, газообразный гелий — хороший теплоно ситель д л я энергосистем и безопасный наполнитель аэростатов.

Он широко применяется и в ракетной технике, например д л я над д у в а топливных баков.

В тех же наземных термоядерных электростанциях предпола гается передавать получаемую энергию рабочему телу за счет тор можения в нем т а к и х продуктов реакции, как, например, прото ны, нейтроны или ядра гелия. -Излучение п о я в л я е т с я при д о л ж ной очистке исходных продуктов только к а к вторичный эффект, вызванный поглощением нейтронов некоторыми конструкционны ми материалами. В этом состоит еще одно принципиальное отли чие реакторов синтеза от реакторов деления, поскольку в послед них на д о л ю -излучения приходится значительная д о л я выделяе мой энергии. К а к известно, д л я з а щ и т ы от -излучения требуются элементы с большим атомным номером (свинец, природный уран и т. п.). Вот почему проблема радиационной з а щ и т ы д л я термо ядерных реакторов представляется менее острой и более легкой в расчете на единицу в ы р а б а т ы в а е м о й мощности. Да и сам термо ядерный реактор, как нетрудно понять, может о к а з а т ь с я (опять таки в пересчете на единицу мощности) значительно легче ядер ного. Масса наиболее т я ж е л ы х его элементов ( к а т у ш е к и желез ных сердечников) в случае применения сверхпроводниковой тех ники м о ж е т быть резко уменьшена.

Все эти обстоятельства д е л а ю т весьма перспективными попыт ки с о з д а н и я на базе термоядерного реактора принципиально но вого типа космического ракетного двигателя — термоядерного.

П р е д в а р и т е л ь н ы е исследования показывают, что подобный двига тель д о л ж е н о б л а д а т ь совершенно уникальными характеристика ми: при тяге 1800 кН и массе около 3 т (примерно эти параметры х а р а к т е р н ы д л я водородно-кислородного двигателя американской системы «Космический челнок») он будет р а з в и в а т ь удельный им пульс (удельную тягу) 18 000 с, что более чем в 30 раз выше удель ного импульса д а ж е самых лучших из перспективных химических двигателей. З а м е т и м д л я сравнения, что удельный импульс ядер ных ракетных двигателей с твердой активной зоной и водородом в качестве рабочего тела не превышает 900 с, а с газообразной (плазменной) активной зоной — 2500 с.

И т а к, двигатели, созданные на базе термоядерных реакторов, я в л я ю т с я принципиально новым шагом на пути р а з в и т и я косми ческих тяговых систем. Эти двигатели позволят человеку, в под линном смысле слова, стать хозяином Солнечной системы, достиг нуть ее самых удаленных планет (Урана, Нептуна, П л у т о н а ), со вершить полеты за пределы эклиптики, организовать дальние экс педиции в межзвездное пространство, н а л а д и т ь постоянную транс портную связь м е ж д у планетами земной группы (Марс, З е м л я, В е н е р а ), организовать посещение спутников Юпитера, С а т у р н а, а главное — перейти к созданию первых тяговых систем, х а р а к терных д л я космических цивилизаций.

С нашей точки зрения, такими тяговыми системами д о л ж н ы быть системы, не зависимые от бортовых запасов энергии и массы, а черпающие их в необходимом количестве извне, из о к р у ж а ю щ е го пространства.

Именно о таком устройстве и пойдет речь в дальнейшем.

14. КОСМИЧЕСКИЙ ПРЯМОТОЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Рассмотренный в гл. 12 способ использования внешних ре сурсов, состоящий в предварительном накоплении атмосферных компонентов при орбитальном полете и в дальнейшем их приме нении в качестве реактивной массы электрореактивных двигателей, пригоден только д л я полетов в пределах Солнечной системы.

Д л я более дальних полетов, скажем, к б л и ж а й ш и м звездам, этот способ, по современным представлениям, оказывается непри годным. Вместе с тем полет к звездам без использования внешних ресурсов представляется ( т а к ж е по современным воззрениям) практически невозможным, если д а ж е применить д л я этого термо ядерный двигатель, описанный в гл. 13. Известно, что д а ж е д л я идеальной реакции термоядерного синтеза (все вещество реагиру ет без остатка) и идеального термоядерного двигателя (вся энер гия расходуется на создание тяги) отношение конечной массы ле тательного а п п а р а т а, ускоренного до скорости, составляющей 90% световой, к начальной массе составляет ничтожно малую ве личину 0,001%, что явно не может считаться приемлемым.

В связи с этим попытаемся рассмотреть в о з м о ж н ы й облик тяговой системы, пригодной д л я осуществления полетов за пре делы Солнечной системы, тем более что интерес к таким полетам и к характеристикам соответствующих технических средств про является у ж е сейчас к а к со стороны специалистов в области кос монавтики, так и со стороны ученых, исследующих проблемы об н а р у ж е н и я деятельности внеземных космических цивилизаций.

М о ж н о предположить, что обе з а д а ч и — и полет к б л и ж а й ш и м звездам, и о б н а р у ж е н и е космических цивилизаций — станут в не далеком будущем практической необходимостью д л я человечества, Вот почему и тяговые системы, которые могли бы быть исполь зованы д л я этих полетов, все чаще н а х о д я т отражение в техниче ской литературе практически всех промышленно развитых стран.

Здесь будет рассмотрен межпланетный прямоточный двига тель, который, к а к нам представляется, является промежуточной ступенью д л я создания двигателя, пригодного д л я обеспечения межзвездных полетов. Заметим, что, по современным представле ниям, м е ж п л а н е т н а я и м е ж з в е з д н а я среда состоит в основном из водорода, примерно 1 % которого приходится на дейтерий, и гелия.

Д л я предварительных расчетов м о ж н о принять, что межпла нетная среда состоит из водорода, н а х о д я щ е г о с я в молекуляр ном, атомарном и ионизованном состояниях. Таким образом, ос новой энергетического процесса двигателя м о ж н о считать получе ние на борту летательного аппарата термоядерной энергии, выде ляемой в результате синтеза космического в о д о р о д а.

Теория прямоточного двигателя, к а к и вообще всех воздуш но-реактивных двигателей, основывается на фундаментальной ра боте Б. С. Стечкина «Теория воздушно-реактивного двигателя», которую этот выдающийся ученый, ставший впоследствии видным а к а д е м и к о м, опубликовал в 1929 году. З а х в а т внешней среды, подвод к ней энергии и выброс реактивной массы через ускоря ющее поток сопло — этот принцип одинаково справедлив к а к д л я создания двигателей, р а б о т а ю щ и х в атмосферах планет, так и д л я межпланетных и м е ж з в е з д н ы х двигателей.

На базе работ Б. С. Стечкина было создано целое семейство авиационных реактивных двигателей. Кроме того, обширные зна ния и т а л а н т этого ученого распространились и на заатмосферную область. В 30-х годах он был научным консультантом Г И Р Д а, чи т а л лекции по теории реактивного движения, р а б о т а л в тесном контакте с С. П. Королевым, был активным пропагандистом идей об использовании внешних ресурсов массы и энергии в ракетно космической технике.

И т а к, внешний вид космической ракеты с термоядерным пря моточным двигателем необычен: навстречу полету, на большое расстояние от к о р а б л я в ы т я н у л с я ярко-фиолетовый ионизирующий луч, выходящий из передней точки заостренного центрального те ла геометрического конусообразного массозаборника. Этот луч м о ж е т быть пучком ускоренных электронов, -излучением, рент геновским или ультрафиолетовым излучением. П р е д н а з н а ч е н он д л я ионизации встречного (набегающего) потока водорода, или, если применяется пучок электронов, д л я предварительной фоку сировки (стягивания б л и ж е к оси пучка) этого водорода за счет сил электростатического взаимодействия. Периферия электронно го луча светится довольно сильно из-за ионизации в результате соударений с лучом не столько водорода, сколько немногочислен ных примесей более т я ж е л ы х элементов.

По периметру геометрического массозаборника, имеющего до вольно внушительные размеры (диаметр около 20 м и длина око ло 25 м), проложены в один-два слоя витки сверхпроводниковой к а т у ш к и с током. Эта к а т у ш к а представляет собой с л о ж н о е инже нерное сооружение. При ее работе на витки действуют огромные р а з р ы в а ю щ и е усилия и силы, п р и ж и м а ю щ и е витки друг к другу.

М а т е р и а л витков д о л ж е н быть весьма прочен при сверхнизких (гелиевых) температурах, иметь малую плотность и допускать высокие значения плотности электрического тока. К а к известно, сверхпроводимость м о ж е т быть нарушена не только при нагреве сверхпроводника выше так называемой критической температу ры, но и при достижении критической напряженности магнитного поля. С увеличением температуры критическая напряженность резко падает, ограничивая тем самым допустимую плотность тока.

Вот почему в существующих проектах сверхпроводниковых уст ройств используются, как правило, гелиевые температуры, хотя у ж е известно большое количество материалов, о б л а д а ю щ и х сверх проводимостью (для малых плотностей тока) при температурах ж и д к о г о водорода и е щ е более высоких. В н а с т о я щ е е время наи л у ч ш у ю совокупность необходимых д л я сверхпроводникового устройства характеристик имеет только бериллий, но не исключе но, что в дальнейшем д л я этой целн будут о т к р ы т ы новые пер спективные материалы, с к а ж е м, получен металлический водород или д а ж е сплав (или соединение) металлического в о д о р о д а с ка ким-либо из легких металлов. Конструкция витков д о л ж н а пре д у с м а т р и в а т ь их интенсивное о х л а ж д е н и е ж и д к и м гелием (тем пература около 4 К ), причем без выброса гелия в о к р у ж а ю щ е е пространство. К а к известно, гелий весьма текуч, он просачивается не только сквозь мельчайшие з а з о р ы в а р м а т у р е, но и проникает буквально «сквозь стенки», д а ж е металлические В крайнем слу чае, эта н е и з б е ж н а я потеря д о л ж н а восполняться посредством отбора части гелия, получаемого от т е р м о я д е р н о г о синтеза.

Только что описанная к а т у ш к а н у ж н а д л я формирования маг нитного поля, фокусирующего набегающий поток. Ионизирован ные частицы внешнего набегающего потока (в основном протоны и электроны) встречаются с магнитным полем и начинают дви гаться вдоль магнитных силовых линий, в р а щ а я с ь вокруг них по спиралям. Поскольку магнитные силовые линии сходятся у входа в геометрический массозаборник, частицы фокусируются этой своеобразной магнитной воронкой. О к а з ы в а е т с я, что подобный способ фокусирования набегающих частиц позволяет значительно увеличить эффективную п л о щ а д ь входа массозаборника. Прогно з и р у я современные д о с т и ж е н и я в получении магнитных полей опи санным выше способом, м о ж н о подсчитать эффективный диаметр подобного электромагнитного массозаборника на 2000 г. Ц и ф р а получается внушительная — около 1000 км.

Очевидно, что т а к о е входное устройство д а ж е при весьма не значительной плотности межпланетной среды ( р = 1 0 - 1 7 кг/м 3 ) бу дет весьма эффективным. Например, при полете со скоростью 100 км/с за 1 с в массозаборник поступит около 1 кг водорода. Если предположить, что 75% поступившего водорода прореагирует в термоядерном устройстве, то выделение энергии будет равно 5 · 1 0 1 1 к Д ж / с. Поскольку д о л я энергии, т р е б у е м а я д л я обеспечения внутренних потребностей к о р а б л я (в частности, д л я создания маг нитного фокусирующего поля и работы бортовых систем), весьма незначительна, будем считать, что вся в ы д е л я ю щ а я с я энергия идет на создание тяги.

Тяга прямоточного межпланетного д в и г а т е л я создается за счет передачи выделившейся энергии, захваченной массозаборником, внешней массе (дефект, или убыль, массы в результате реакции синтеза и отбор гелия на внутренние н у ж д ы м о ж н о считать пре н е б р е ж и м о м а л ы м и ). Численно тяга определяется приростом ско рости з а х в а т ы в а е м о г о вещества, умноженным на массовый секунд ный расход этого вещества. Поскольку в нашем частном случае массовый секундный расход равен единице, тяга просто равна приращению скорости з а х в а т ы в а е м о г о потока, которое оказывает ся стократным. Соответственно тяга такого идеального двигателя будет огромной — около 10 12 Н.

Тяга реального устройства будет, конечно, намного меньше.

Во-первых, при фокусировке встречного потока могут возникнуть различные виды неустойчивости, вследствие которых часть потока пройдет мимо геометрического массозаборника из-за диффузии частиц поперек магнитного поля. Во-вторых, не все поступившие в реактор частицы прореагируют. Наконец, в-третьих, в ы д е л я е м а я энергия перейдет в энергию реактивной струи не полностью. Ре а л ь н а я тяга космического термоядерного прямоточного двигателя о к а ж е т с я на уровне 100 тс. Поскольку масса к о р а б л я составляет около 200 т, получается весьма эффективное устройство, способ ное ускоряться за ограниченное время от орбитальных околозем ных скоростей (примерно 8 км/с) до скоростей, превышающих 1000 км/с. Такой летательный аппарат будет способен совершать полеты к Марсу и Венере за 2—3 месяца, а к дальним планетам Солнечной системы, включая Нептун и Плутон, за несколько лет.



Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.