В наши дни всевозможных спутников развелось великое множество. Многие пользуются их услугами, смотря телепрограммы, разговаривая по спутниковому телефону или пользуясь системой компьютерной навигации GPS или «Глонас». Причем обеспечивают подобные услуги не только спутники-гиганты, но и сателлиты-малыши, массой порою в несколько килограммов, а то и того меньше.
А поскольку, говоря словами Козьмы Пруткова, нельзя объять необъятного, поговорим подробнее лишь о некоторых проектах, о которых, быть может, мало кто слышал, но осуществление которых тем не менее ведется тихой сапою...

Орбитальная свалка

Пожалуй, только специалисты и обратили внимание, что в войну со спутниками недавно внесли свою лепту и китайцы. И внесли не очень удачно. Туча обломков, оставшаяся от разлетевшихся в клочья спутника-цели и ударившей по нем ракеты 11 января 2007 года, уже через сутки вызвала беспокойство в определенных кругах. Причем не столько самой атакой, сколько ее последствиями.
Потребовалось всего сутки, чтобы обломки бывшего спутника растеклись по всей его полярной орбите. Причем в результате сильного соударения часть обломков перешла на более высокие и низкие орбиты.
Дальнейшие наблюдения показали, что через полгода кольцо обломков расширилось настолько, что стало смешиваться с ранее запущенными спутниками и космическим мусором в сплошное месиво. А через год после испытания облако мусора стало столь большим, что заставило вспомнить об операции по «закрытию неба», которую некогда, еще в 50-х годах прошлого века, впопыхах собирались провести американцы.
И вот теперь этот кошмар на наших глазах становится явью. Сегодня на околоземных орбитах болтаются и 10-тонные разгонные ступени старых ракет-носителей, и радиоактивные капельки натрия и калия, которые когда-то использовались в качестве теплоносителя в системах охлаждения ядерных энергоблоков на советских спутниках, и просто обломки выработавших свой ресурс спутников, разрушившихся в результате нечаянного столкновения друг с другом.


«Когда-нибудь замусоренность низких орбит вокруг Земли достигнет такого предела, что опасность столкновений сделает космос непригодным для практического использования, – выразил опасения доктор Т.С. Келсо из Центра космических стандартов и инноваций. И добавил: – Концентрация мусора с годами растет, а для того, чтобы от него избавиться, потребуются десятилетия. Причем мелкие фрагменты нам не отследить, так что реально мусора еще больше, чем мы думаем».
И вот теперь специалисты всерьез задумались над тем, как бы начать уборку на орбите. Проекты предлагаются самые разные, в том числе и довольно экзотические.
Так, например, инженер из Санкт-Петербурга Леонид Бурылов разработал концепцию межорбитального буксира-мусорщика, который поможет навести порядок на земной орбите. Правда, похоже, случится это не завтра.
Как рассказал нам сам автор разработки, дело было так. Узнав, что Фонд премии писателя-фантаста Роберта Хайнлайна и Российский учебно-научный комплекс авиакосмической промышленности объявили конкурс научно-инновационных работ под девизом «Полет в будущее», 27-летний инженер с завода «Арсенал» решил направить в жюри и свою разработку. И вот недавно узнал, что она была признана лучшей среди более чем двух десятков фантастических проектов.
– Я представил на конкурс проект многофункционального энергетического модуля, – рассказал сам Леонид. – По существу, он представляет собой буксир с электроракетной энергетической установкой. Его задача – обеспечить эффективность транспортных операций в космосе. Будущее космонавтики связано прежде со снижением стоимости транспортных операций на орбите. На мой взгляд, это некая промежуточная технология между теми конструкциями, которые существуют сейчас, и теми, во многом пока еще фантастическими технологиями, которые были показаны другими участниками конкурса, и может быть доведена до стадии реализации в ближайшие 15–20 лет.
Иными словами, питерский инженер попытался внести свежую струю в решение одной из самых важных проблем нынешнего космического транспорта. Он показал, как можно сделать космические грузоперевозки более дешевыми и эффективными, чем сегодня.
Как известно, в настоящее время грузы на орбиту, в частности для снабжения Международной космической станции (МКС), доставляются беспилотными аппаратами «Прогресс». Более половины их массы приходится на однократные обеспечивающие системы, из-за чего стоимость доставки 1 кг груза на ту же МКС оценивается, по коммерческим расценкам, в 25 тысяч долларов.
«Прогресс» за рейс доставляет около 2,5 т полезного груза. Значит, весь полет обходится примерно 62,5 миллиона долларов. Именно высокая себестоимость полетов и тормозит ныне дальнейшее развертывание работ в космосе.
Как же Леонид Бурылов предлагает удешевить транспортные операции? Орбита МКС находится на высоте около 350 км от Земли, рассуждает он. Ракетоносители сегодня выводят «Прогрессы» лишь на 200-километровую высоту, после чего те дотягивают оставшиеся 150 км высоты с помощью своих собственных двигателей.
Доставив груз по назначению и загрузив свои трюмы мусором, «Прогрессы» затем с помощью тех же двигателей снижаются до плотных слоев атмосферы, где и благополучно сгорают. Но рационально ли использовать грузовик всего на одну поездку?
Леонид предложил использовать наземный опыт транспортировки грузов. Ныне обычно перевозимые товары помещают в контейнеры. Те ставят на прицепы, которые транспортируются с места на место с помощью тягачей. Приехав на место назначения, тягач отцепляет один прицеп, подцепляет другой и может отправляться в обратный путь, не тратя времени на разгрузку-погрузку.
Так почему же не поставить подобные тягачи и в космосе. Пусть тогда ракеты-носители (между прочим, неплохо будет, если и они будут многоразовыми) доставляют на 200-километровую орбиту лишь транспортные контейнеры и возвращаются назад. Дальше контейнеры подцепляет МАТЭМ – многофункциональный автономный транспортно-энергетический модуль. Доставив контейнер к МКС, буксир отстыкуется и направится дальше выполнять другие транспортные операции. Кроме них, по замыслу Бурылова, МАТЭМ сможет удалять из космического пространства болтающийся там мусор, в том числе и отслужившие свое крупногабаритные аппараты. Поможет он также перевести с одной орбиты на другую спутники самого различного назначения, окажет помощь и в случае аварии какого-то космического аппарата, отбуксировав его для ремонта на ту же МКС.
Мотаться буксиру туда-сюда без заправки годами поможет электрореактивная двигательная установка. «Использование ядерных энергетических установок невозможно из-за запрета их эксплуатации на низких орбитах, – рассказывает разработчик. – Вот я и предложил использовать на буксире солнечно-энергетическую станцию (СЭС), которая и будет питать электрореактивные, или, говоря иначе, ионные, двигатели. Запуск и эксплуатация МАТЭК, по моим расчетам, обойдет примерно вдвое дешевле, чем рейс одного “Прогресса”. Так что за 10 лет эксплуатации он может многократно окупить сам себя…»
Впрочем, поскольку запуск космического мусорщика вряд ли стоит ожидать завтра-послезавтра, американцы предлагают для оперативной очистки орбит использовать свою старую технику в новом качестве.
В свое время ими была предложена «мухобойка» для спутников. Трехступенчатая ракета, которая, согласно первоначальному замыслу, несла с собой лист из полимерного материала типа Myla. На орбите он расправлялся и, соударяясь со спутником потенциального противника, должен был выводить тот из строя, но при этом минимизировать количество обломков.
Теперь же подобную «мухобойку» предлагается использовать для того, чтобы «прихлопывать» старые спутники, заставлять их переходить на более низкие орбиты и затем сгорать в атмосфере.

Космические киллеры

Вот уже два десятка лет ученые во всем мире призывают свои правительства обратить внимание и на еще одну космическую проблему. А именно: признать реальность астероидной опасности, принять меры по ее устранению. И вот, похоже, лед все-таки тронулся…
…Странный и трагический случай произошел летом 2007 года в пустыне Раджастан на севере Индии. Семеро кочевников сидели вечером вокруг костра, пили чай и беседовали. Вдруг с неба буквально на головы людей обрушилось нечто тяжелое. В результате двое погибли на месте, пятеро получили ранения различной степени тяжести.
Проведенное расследование показало, что, скорее всего, причиной трагедии стала ледяная крыга, упавшая с небес. Попытки обвинить в том пролетавший самолет ни к чему не привели. В тот момент в данном месте не было зарегистрировано ни одного пролета авиалайнера или военного самолета.


Поэтому ныне следствие склоняется к мысли, что виной всего осколок космического льда. Большей частью ледяной метеорит испарился по пути в плотных слоях атмосферы. Но и оставшейся части хватило, чтобы нанести вред людям. После чего небесный пришелец бесследно истаял.
Газетчики тут же вспомнили, что в архивах хранятся десятки свидетельств, рассказывающих о подобных происшествиях. Так, в 1996 году несколько ледовых глыб упало возле школы и близлежащих домов в предместье Токио. Причем в течение примерно двух недель ледовые «гостинцы» обнаруживались настолько регулярно, что дирекция школы велела учащимся являться на занятия только в защитных шлемах и касках.
Примерно в то же время еще несколько огромных «ледяных камней» на глазах у сотен очевидцев упали посреди поля для игры в гольф вблизи Рима. Чуть позже в городе Анкона чудом не погиб рабочий, которому ледяная глыба обрушилась почти на голову. Кроме того, сообщения о «летающем льде» поступили из Венеции, Болоньи и некоторых других городов Италии…
Скажем, в урок естествознания под открытым небом неожиданно превратились занятия в средней школе в городке Сан-Мартино ди Лупари (Северная Италия). И ученики и учителя враз выбежали из школы после того, как здание сотряс сильнейший удар. «Землетрясение!» – подумали многие. Однако на улице обнаружились осколки огромной ледяной глыбы, а в металлической кровле виднелась впечатляющая вмятина.
Однако последний факт настораживает хотя бы уже тем, что за последние столетия это единственный достоверный случай, когда люди погибли от падения метеорита. До этого дело как-то обходилось без смертельных случаев.
И данное небесное тело было не единственным, которое в той или иной степени угрожало нам. Вечером 28 сентября 2003 года огненный шар пронесся с запада на восток над прибрежными районами индийского штата Орисса и врезался в землю. Хотя непосредственно шар никого не задел, но с перепугу два человека умерли; еще более десятка получили сердечные приступы. А 75-летний Х. Бихира, оказавшийся в непосредственной близости от места падения метеорита, ослеп от ярчайшей вспышки.
Еще один поразительный случай отмечен 22 августа 2002 года примерно в 10 ч. 30 мин. утра по местному времени. Четырнадцатилетняя Сиобан Коутон стояла возле своего дома в Норталлертоне (графство Норт-Йоркшир, Англия), когда на ее ногу упал странный камешек диаметром около 5 см. «Мне показалось, что он упал с крыши, – рассказала девочка. – Но когда я подняла его, он оказался теплым и был весь покрыт какими-то пузырьками и мелкими ямками»…
Наконец, в сентябре 2007 года астероид, грохнувшийся на землю возле перуанской деревни Каранкас, не только образовал кратер диаметром около 30 м и глубиной 6 м, но и стал причиной отравления около 200 местных жителей. Дурно пахнущие соединения серы и мышьяка заставили многих обратиться к медикам с жалобами на тошноту и головокружение.
Данные события послужили, видимо, очередным толчком к решению, которое было принято недавно Федеральным космическим агентством РФ. Роскосмос планирует после 2026 года создать систему защиты Земли от астероидов.
Актуальность проблемы создания системы защиты Земли от астероидов связана с тем, что, по расчетам специалистов, в 2009 году астероид Апофис пролетел на расстоянии менее 40 тысяч км от Земли, а в 2036 году существует большая вероятность его столкновения с нашей планетой. И готовиться к самому неблагоприятному варианту развития событий нужно уже сейчас.
В рамках принятой Роскосмосом программы уже в 2015 году начнет функционировать Автоматизированная система по предупреждению опасных ситуаций в околоземном космическом пространстве (АСПОС ОКП).
Необходимость создания этой системы обусловлена также еще и тем, что в околоземном пространстве в настоящее время находится порядка 16 тысяч объектов размером 10 см и больше. Из них только примерно 900 являются действующими космическими аппаратами. Остальные – космический мусор, который может представлять опасность для действующих космических аппаратов.
По словам директора по науке Института прикладной математики им. Келдыша Акима, к настоящему времени «завершен эскизный проект АСПОС ОКП». «Дальше – предстоит выполнить опытно-конструкторские работы. Эту работу выполняют ЦНИИ машиностроения, Институт прикладной математики имени Келдыша и научное объединение “Вымпел”».
Ученый отметил также, что уже реализуется ряд международных договоренностей по недопущению дальнейшего загрязнения околоземного пространства. Так, есть договоренность выводить геостационарные спутники на более высокую орбиту, которая станет для них своеобразным «кладбищем». «Генеральные конструкторы занимаются этим вопросом и стараются обеспечить ресурс таких космических аппаратов с тем, чтобы после завершения их работы они были способны поднять высоту своей орбиты примерно на 300 м», – отметил он.
При этом российские ученые окончательно признали нецелесообразным уничтожать астероиды путем взрыва. «Это чрезвычайно непродуманный шаг, который может привести к непонятным, а значит, неприятным последствиям», – заявил осенью 2007 года директор Института астрономии РАН, председатель комиссии по астероидам Борис Шустов.
То есть, говоря проще, ученые в результате компьютерного моделирования пришли к заключению, что даже если и удастся разделить астроид на несколько частей с помощью взрыва, то опасность от падения на Землю обломков не уменьшится, а увеличится. Тогда уж никто не успеет рассчитать, куда именно они упадут, и не исключено, что своеобразной мишенью могут стать и крупные города.
Для того чтобы избежать столкновения с астероидом Апофис или иным небесным телом, которое, по расчетам специалистов, может приблизиться к Земле на опасное расстояние, необходимо «постараться заранее обнаружить астероид, вывести на его орбиту космический аппарат и включить “гравитационный толкач”» – двигатель, чтобы изменить орбиту космического тела.
Для того чтобы сдвинуть астероид, хватит и 10 кг топлива, однако это нужно будет сделать как можно раньше», – подчеркнул Шустов. Технологии подобных операций у ученых уже есть, добавил он.
Еще есть опасение приближения крупной кометы. Ее орбиту рассчитать намного сложнее, чем астероида, ведь масса ледяного ядра все время меняется из-за испарения под солнечными лучами. К тому же комету трудно обнаружить заранее, поскольку она появляется из-за Солнца.
Чтобы отразить кометную атаку, необходимо будет наблюдать за зоной, которая находится по ту сторону Солнца, с помощью космических разведчиков. Они будут подстерегать небесных пришельцев на самых дальних подступах к нашей планете и заблаговременно предупреждать об опасности.
Отвести же угрозу можно будет не только с помощью буксировщиков. Некоторые исследователи предлагают побелить темный астероид, а ледяное ядро кометы, напротив, зачернить с помощью угольного порошка. В итоге небесные тела изменят свою отражательную способность и под давлением солнечных лучей изменят прежнюю орбиту.
Еще одну интересную разработку по этой теме предлагают шотландские ученые из университета Глазго. Метод, предложенный ими, сравнительно дешев и прост. На орбитальные спутники надо установить 20-метровые зеркала, с помощью которых можно будет фокусировать солнечные лучи на определенной точке пространства.
Если направить такое сфокусированное излучение на астероид или комету, лед или даже камень в данном месте расплавится, закипит, и образующиеся при этом газы образуют реактивные силу, которая и уведет небесное тело с опасной орбиты.
Причем, как показывают расчеты, чтобы задать астероиду диаметром около 150 м безопасное направление движения, конструкции из 100 зеркал потребуется всего несколько дней.
Ведутся подобные работы и в нашей стране. Правда, пока эксперименты по развертыванию на орбите зеркальных пленок площадью около 600 кв. м, предпринятые в 2001 и 2005 годах, закончились неудачей. Но исследователи не опускают руки.
И надеются, что уже в ближайшем будущем орбитальные зеркала могу оказаться полезным для многих целей. Скажем, для освещения районов Крайнего Севера долгой полярной ночью. Или для подсветки района будущих боевых действий в темное время суток. Или для отражения атак из космоса…
Но для этого нужны уже полотнища побольше. А если мы развернем на орбите полотнища площадью до 10 кв. км (а именно такие данные значатся в расчетах по созданию орбитальных солнечных электростанций), то полученный энергетический пучок может уже не только осветить, но и ослепить. Или даже выжечь некое пятно в эпицентре, подняв температуру в нем до нескольких сотен градусов!
К запуску орбитальных зеркал готовятся и за рубежом. Один из экспериментов, к примеру, заключается в следующем. Австрийские создатели роботов из Венского технического университета разработали ныне специальных роботов-монтажников, которые должны будут расправлять на орбите солнечные батареи-полотнища, составленные из элементов, доставленных туда ракетой-носителем.
Первые эксперименты по проверке работоспособности роботов-пауков, проведенные в Японии, показали, что по крайней мере одна из представленных конструкций вполне работоспособна.
Дальнейший ход эксперимента видится его инициаторам таким. В космос, на высоту около 200 км, одновременно, одной ракетой, будут запущены сразу пять спутников. Их задача – растянуть в космосе сеть, на которой можно бы было смонтировать солнечные батареи или натянуть зеркальную пленку.
Основной спутник строго одновременно отстреливает четыре дочерних. За ними и тянутся углы сети, которая таким образом должна образовать некий четырехугольник с основным спутником в центре. Тут очень важна синхронность отстрела путников, иначе сеть может провиснуть, перекрутиться и т. д. После того как сеть будет развернута, по ней должны побежать роботы-насекомые, растягивая по сети тончайшую пленку.
В случае удачных испытаний можно будет подумать и о создании как стационарных электростанций на земной орбите, так и о возможности применения орбитальных зеркал в перечисленных выше целях.

Спутник на тросе

Более 100 лет тому назад К.Э. Циолковский, описывая в своих «Грезах о Земле и небе» прототип конструкции орбитальной станции с искусственной тяжестью, полагал, что обеспечить ее можно вращением аппарата. Причем лучше, если вращение это будет осуществляться не вокруг собственной оси, а вокруг общего центра масс системы «аппарат – противовес», соединенной цепью.
Систему, как мы знаем, практически не воссоздали и по сей день. Однако она послужила отправной точкой для дальнейших рассуждений. В 1910 году Ф.А. Цандер рассчитал конструкцию лунного «космического лифта». Трос, протянутый с Луны в сторону Земли, должен был обеспечить функционирование космического лифта, способного переправлять грузы с Луны на Землю и обратно.


Однако за неимением лучшего материала Цандер провел расчеты по сопромату с лучшими в то время сортами стали и… был разочарован – трос оказался не способен выдержать и собственную тяжесть. Однако, во-первых, он не учел, что такой трос можно делать переменного диаметра – чем дальше от планеты, тем толще; а во-вторых, возможность появления новых, куда более прочных и легких материалов.
Все это учел в своей разработке ленинградский инженер Юрий Арцутанов. В 1960 году он предоставил редакции «Комсомольской правды» описание и расчеты нового космического лифта. Статья «В космос на электровозе» была напечатана, вызвала большой общественный резонанс в нашей стране.
А вот за океаном «Комсомолку», по-видимому, читали далеко не все. И в 1966 году в журнале «Нейчур» появилось подробное описание подобной конструкции, принадлежащее перу американца Джона Айзекса и его соавторов.
Правда, до поры до времени интерес к подобным конструкциям проявляли разве что писатели-фантасты. Так, скажем, всем известный Артур Кларк использовал идею космического лифта в своем романе «Фонтаны рая», написанном в середине 70-х годов. Причем сам автор подошел к чужим идеям достаточно творчески. Будучи инженером по образованию, Кларк понял и доказал теоретически, что трос вовсе не обязательно тянуть с Земли до самой Луны. Достаточно протянуть его лишь на половину расстояния, и он все равно будет натянут центробежными силами вращения планеты настолько, что по нему можно будет пускать кабины с грузами для околоземной орбиты.
Нашел он и подходящий материал для такого троса – кевлар, прочнейшее по тому времени волокно на Земле. Правда, даже в этом случае рассчитывать на скорейшее претворение такого грандиозного проекта в жизнь рассчитывать не приходится. Двигаться приходится шаг за шагом.
Пожалуй, первым опытом использовании тросовой связки на практике в космосе был эксперимент, проведенный в 1960 году на американском спутнике «Транзит-1В». Вспомните, как фигурист на льду может менять скорость вращения вокруг собственной оси, то раскидывая руки, то прижимая их к груди. Аналогичным образом, выбросив на тросе груз, удалось замедлить и вращение спутника вокруг продольной оси.
В 1966 году космические корабли «Джемени-11» и «Джемени-12» связывались тросами длиной по 30 м с ракетной ступенью «Анджена». Так, впервые в мировой практике в космосе был создан первый орбитальный комплекс. Аналогичный эксперимент планировал в последние годы жизни и С.П.Королев, но не успел…
Восемь лет спустя научный сотрудник Смитсоновской астрофизической лаборатории при Гарвардском университете (США) Джузеппе Коломбо разработал концепцию привязного зонда. Со спутника или космического корабля, летящего в безвоздушном пространстве, можно спускать вниз на тросе зонды для исследования верхних слоев атмосферы или камеры для фотографирования земной поверхности в более крупном масштабе. Если просто запустить спутник на столь низкую орбиту, он тут же затормозится о верхние слои атмосферы, опустится еще ниже и вскоре сгорит…
Впрочем, как показали дальнейшие расчеты, тросовые системы можно использовать не только для стабилизации полета зонда на определенной высоте. Как уже говорилось, в 1966 году в космосе соединялись тросами корабли «Джемени» с ракетной ступенью «Анджена». При этом выяснилось, что соединение двух и более небесных тел приводит к их стабилизации друг относительно друга растянутым тросом, занимающим вертикальное положение. Так происходит вот почему.
Равновесное состояние существует только в центре масс связки, где сила притяжения в точности уравновешивается центробежной. Для нижнего тела связки притяжение Земли превосходит центробежную силу, и микротяжесть тянет его вниз. Для верхнего тела, наоборот, преобладает центробежная сила, и его тянет вверх. Таким образом, система уравновешивается, когда трос принимает положение на прямой, проходящей через верхнюю точку системы и центр Земли. Любое другое положение оказывается неустойчивым, и система в конце концов обязательно стабилизируется именно таким образом.
Причем расчет показывает: если соединить две примерно одинаковые по массе платформы достаточно длинным (до 40 км) тросом, то экипажи внутри модулей смогут уже отличать вверх от низа. Вместо безразличной невесомости у них появится микрогравитация, составляющая примерно 1 % от земной. Конечно, величина эта небольшая, но уже достаточная, чтобы предметы перестали плавать по кабине, проявились понятия «пол» и «потолок».
Причем интересно, что, с точки зрения наземного наблюдателя, обитатели верхней платформы будут существовать «вверх ногами», пол у них будет выше потолка, поскольку там микротяжесть действует в обратную сторону. На нижней же платформе капля воды из стакана медленно, но верно будет опускаться к Земле.
Расчеты расчетами, но как дела с тросовыми системами обстоят на практике? Чтобы ответить на этот вопрос, в марте 1996 года на борту космического шаттла «Колумбия» был проведен эксперимент, который не привлек особого внимания средств массовой информации. Во-первых, наверное, потому, что выполнялся он по заказу не только НАСА, но и NRO – Национального управления военно-космической разведки. Во-вторых, из-за того, что похвалиться его стопроцентным исполнением астронавты никак не могли. В самый ответственный момент оборвался трос, соединявший два небесных тела, и одно из них было потеряно безвозвратно.
Тем не менее на том американцы не остановились, продолжив эксперименты с помощью космического аппарата TiPS, выведенного на орбиту 20 июня 1996 года. Запуск его, кроме прочего, был использован и для того, чтобы убедиться в принципиальной возможности получения электроэнергии в космосе с помощью тросовых систем.
Дело в том, что по мере того, как два тела расходятся друг от друга на околоземной орбите, между ними возникает электрический потенциал за счет того, что оба тела находятся на разных высотах в ионосфере Земли. И на них в единицу времени падают неравные потоки заряженных частиц ионосферной плазмы. И тем самым доставляют на их поверхность отрицательные заряды разной величины.
Как показал эксперимент, таким образом удалось получить силу тока 0,5 А при напряжении 3500 В. Вероятно, результаты были бы еще внушительнее, если бы 20-километровый трос не оборвался. Эксперимент пришлось прервать.
Тем не менее этот и другие опыты с тросовыми системами показали, что с их помощью можно решать в космосе не только транспортные, но и энергетические проблемы.
Серьезные разработки по этой части есть и у наших специалистов, в частности в ракетно-космической корпорации «Энергия». Реализация одного из проектов была намечена на вторую половину 90-х годов. Мы готовились соединить станцию «Мир» и корабль «Прогресс» 20-километровым тросом из синтетического волокна. Планировалось после недельного полета разделить связку. Корабль перешел бы на более низкую орбиту, а станция – на более высокую. В следующем эксперименте длину троса должны были увеличить до 50 км. Но, к сожалению, из-за нехватки средств осуществить свои задумки конструкторы до сих пор не смогли.
Однако 20-километровые тросы, лебедка, ряд других элементов были уже изготовлены и лежат ныне на складе. Но надо еще 1,5 миллиона долларов, чтобы довести задуманное до конца. Найти такую сумму пока не удается.
Между тем для изготовления троса был использован весьма прочный синтетический материал типа кевлар. Диаметр – 3 мм, масса 20-километрового троса – всего 70 кг. А ныне создаются новые материалы с еще лучшими характеристиками. И такой «шнур», но длиной уже не 20, а 50 км, может иметь массу менее 100 кг.
Это позволяет уже ныне приступить к изготовлению не экспериментальной, а штатно эксплуатируемой тросовой системы многократного использования для спуска с орбиты на Землю грузовых кораблей, капсул, а также отработавших свой ресурс модулей, ферм, панелей. Экономический выигрыш составит через несколько лет сотни миллионов долларов в год, а в перспективе, возможно, и миллиарды долларов.
Кроме того, трос из электропроводящих материалов может быть использован, как уже говорилось, еще и в качестве источника энергии для зарядки аккумуляторов космических объектов или питания бортовой аппаратуры.
Тут, наверное, стоит на время прервать рассказ, чтобы пояснить суть дела. В 1990 году доктор физико-математических наук Владимир Белецкий и кандидат физико-математических наук Евгений Левин опубликовали статью, в которой подробно описали все возможные применения тросовых систем. Среди прочего речь там шла и о том, что с помощью электропроводящих тросов в космосе можно осуществлять в высшей степени интересные эксперименты по получению электроэнергии.
Как же они будут происходить? Скажем, астронавты откроют люк грузового отсека орбитального космолета. В нем находится лебедка и приемная штанга длиной около 10 м. Субспутник на тросе выпущен вверх.
«Из него в разные стороны выдвинуты электрические датчики. С точки зрения действия на субспутник микротяжести его расположение вверху ничем не отличается от нижней позиции. Но в верхнем положении будет меньше аэродинамическое торможение, поскольку плотность воздуха там меньше, – писали наши ученые. – Можно ли пропускать по такому тросу постоянный ток? Казалось бы, нет. Контур не замкнут. Но ведь он движется в проводящей ионосферной плазме. Ток, текущий по тросу, может замыкаться через окружающую среду. Для этого на концах троса должны быть установлены специальные контактные устройства».
Тут мы прервем цитату, чтобы отметить прозорливость наших исследователей. Все именно так и произошло на самом деле, когда «челнок» «Колумбия» после выхода на орбиту выпустил из своего грузового отсека итальянский спутник. По мере того как оба искусственных тела расходились друг от друга, между ними возникал электрический потенциал.
В итоге удалось получить силу тока 0,5 А при напряжении 3500 В. Возможно, эти результаты удалось бы еще улучшить, но тут оборвался трос длиной около 20 км, связывающий «челнок» и спутник, так что эксперимент пришлось буквально прервать.
Тем не менее и достигнутого хватило для того, чтобы убедиться в перспективности продолжения опытов. «Тот факт, что измеренная сила тока оказалась втрое больше расчетной, сулит хорошие перспективы применения данного метода для получения энергии на околоземной орбите даже тогда, когда космический аппарат находится в тени планеты и его солнечные батареи работать не могут», – заявил ведущий научный специалист проекта из Центра космических полетов имени Дж. Маршалла Ноби Стоун.
Международная космическая станция (МКС), как известно, будет функционировать как минимум до 2015 года. На смену ей должны прийти долговременные орбитальные комплексы нового поколения, в том числе с использованием тросовых технологий. Как показывают конструкторские проработки, это будут многоблочные станции, соединенные несколькими канатами и лифтом.
Корпорация «Энергия», чтобы закрепить российский приоритет, получила патент на такую орбитальную станцию, предоставив экспертам соответствующие чертежи и расчеты. Этот комплекс может быть построен примерно к 2050 году.
Не дремлют, впрочем, и зарубежные специалисты. Эксперт центра НАСА в Кливленде Джеффри Лендис и его коллеги полагают, что современные композитные материалы на основе углерода позволят в скором будущем соорудить «вавилонскую башню» высотой 25 км. С ее вершины полезную нагрузку можно было бы выводить в космос с помощью всего одноступенчатой ракеты, а не трехступенчатой, как ныне. И если сейчас полезная нагрузка составляет примерно 2 % от стартовой массы всего носителя, то с помощью высотных запусков этот показатель удастся существенно повысить.
«Надо оснастить стартовую площадку высокой башней, а еще лучше – одновременно перенести ее на какую-нибудь высокую гору, – говорит Лендис. – Наши расчеты показывают, что старт ракеты с высоты 15 км позволяет увеличить полезную нагрузку в 1,5 раза, а с 20 км – вдвое… Строительство же подобного сооружения обойдется примерно столько же, как и возведение обычного небоскреба где-нибудь на Манхэттене».
Интересно, что подобную же идею изобретатель из Самары, специалист по ракетно-космической техники В.Н. Пикуль предложил еще в конце 90-х годов прошлого века. «Особенность моего способа состоит в медленном разгоне особой платформы с ракетой на борту по широколейному железнодорожному спуску (точнее, в данном случае – подъему), – рассказывал он. – По мере возрастания скорости подъем становится все круче, и, наконец, ракета, стартует практически вертикально, используя мощь собственных двигателей».
В свою очередь, Пикуль опирался на идею К.Э. Циолковского, красочно описанную Александром Беляевым в научно-фантастической повести «Звезда КЭЦ».
Причем строить подобные космодромы оба исследователя предлагают где-нибудь в гористых, малонаселенных местах. Горы, как уже говорилось, дают природный выигрыш в высоте – ведь вершины некоторых пиков находятся на высоте 8 км над уровнем моря.
Со временем подобная башня может стать основой и для космического лифта, конструкцию которого предлагает коллега Лендиса по НАСА Дэвид Смитерман. Свою разработку он основывает на идее ленинградского инженера Юрия Арцутанова и его американского коллеги Джерома Пирсона, которые соответственно в 60-х и 80-х годах прошлого века предложили первые проекты такого рода.
Суть идеи весьма проста и величава.
Надо запустить тяжелый спутник на геостационарную орбиту высотой 36 тысяч км. Спутник при этом будет неподвижно висеть над одной точкой планеты, синхронно вращаясь вместе с нею. С него можно спустить вниз прочную, например, кевларовую нить. А как только она достигнет Земли, подцепить к ней более толстый и прочный канат. Когда его верхний конец будет закреплен на спутнике, к канату прицепим широкую и прочную ленту из композитной ткани. А уж по этой ленте затем можно будет пускать вверх-вниз кабину космического лифта, перевозя таким образом людей и грузы.
Как показывают первые прикидки, подобные проекты могут быть осуществлены при соответствующем финансировании где-то через 15–20 лет. Стоимость же доставки грузов на орбиту вполне может снизиться в 100–200 раз и более по сравнению с нынешними ценами.
Пока же для начала энтузиасты тросовых систем хотели бы провести эксперименты по спуску с орбиты с помощью троса «космической почты».
Инициатором проекта стало Европейское космическое агентство, в котором «толкачом» выступает профессор из Нидерландов Вуббо Оккелс. Он уже сумел заинтересовать «космической почтой» около трех десятков университетов Европы, Канады, Японии. В январе 2003 года совещание, посвященное этому проекту, прошло и в Самарском государственном аэрокосмическом университете.
Технический директор голландской фирмы Delta-Utec Михаиль Круфф рассказал нашим ученым о перспективном проекте. При этом выяснилось, что профессора аэрокосмического университета Владимир Шахмистов, Виктор Балакин и другие 10 лет назад участвовали в реализации подобной идеи по просьбе германской фирмы «Кайзер-Треде». Однако немцы тогда дело до конца не довели: не хватило денег.
Теперь же схема спуска выглядит примерно такой. Трос диаметром в 0,5 мм будет изготовлен из кевлара – одного из самых прочных материалов на планете. Предполагаемая длина – около 30 км. Капсулу от космического аппарата направят к Земле. В нужной точке орбиты трос отцепят, и он сгорит в атмосфере. А капсула в специальных защитных оболочках, выполняющих к тому же роль парашюта, благополучно приземлится в заданном районе планеты.
Если первые эксперименты пройдут удачно, новая технология доставки на Землю различных грузов с использованием надувных оболочек может быть использована не только для «космической почты», но и для возвращения, например, разгонных блоков космических аппаратов для повторного их использования. Это позволит сэкономить значительные средства.Автор: С.Славин
Источник: "100 великих тайн космонавтики"