Юный техник, 1999 № 12

Ткани для космоса

Речь, видимо, идет об идее пермских ученых отправить на орбитальный комплекс «Мир» кассету с тканью и композиционным материалом, из которых можно построить дом для исследователей прямо в открытом космосе.

По словам председателя пермского научного Центра, члена-корреспондента РАН Юрия Клячкина, суть технологии выглядит так.

Ткань, покрытую особой смолой, в открытом космосе развернут и осуществят ее полимеризацию, после чего она станет жесткой.

Получится жесткий каркас Его заполнят воздухом, и космонавты смогут без скафандров вести в нем монтаж необходимого оборудования, «обживать» свой дом, как на Земле.

Так будет выглядеть в космосе разработка японских специалистов.

В опытных условиях ученые Института технической химии Алексей Кондюрин и Института механики сплошных сред в Перми Владимир Бриксман совместно с московскими и уральскими коллегами эту проблему решили, подобрав нужные режимы полимеризации и состав связующего материала.

Однако поскольку все эксперименты на станции «Мир» в настоящее время свернуты, экипажа на ее борту нет, дальнейшее совершенствование технологии намечено провести в стратосфере в ходе полета воздушного шара команды РЕМА КС, которая начнет свое кругосветное путешествие из Австралии в декабре 1999 года. А там, глядишь, очередь дойдет и до космических экспериментов.

Во всяком случае, на них очень надеются создатели термоплана — дирижабля, объединившего в себе достоинства предыдущих конструкций (подробности см. в «ЮТ» № 1 за 1993 г.). Отсеки этого летательного аппарата планируют заполнять не только гелием, но и теплым воздухом, что позволяет обходиться без балласта.

Однако достоинство термоплана не только в этом. Недавно его конструкторы из 3AО «КБ Термоплан» при Московском авиационном институте под руководством Юрия Ишкова придумали еще одно оригинальное усовершенствование.

«По первому впечатлению термоплан весьма похож на «летающую тарелку», — говорит Илжов. — И это сходство не случайно. Как вы помните, слабое знание аэродинамики приводило в 30-е годы порой к тому, что первые дирижабли-гиганты под действием ветра переламывались пополам.

Дело в том, что их рассчитывали, исходя из равномерного распределения нагрузки по длине корпуса, тогда как она прилагалась больше к корме и носу»… Поэтому создатели термоплана и отказались от традиционной формы. Не «сигара», а «чечевица», или, если хотите, «летающая тарелка» диаметром от 180 до 300 метров и более, — вот, как они считают, наилучшая форма современного дирижабля. При такой конфигурации сила воздействия бокового ветра уменьшается в несколько раз, а кроме того, создается дополнительная аэродинамическая сила. Основную же подъемную силу, как мы говорили, создает легкий газ гелий, заключенный в нескольких герметичных отсеках, распределенных по объему «чечевицы». Другие отсеки не герметичны, в них обычный воздух, который нагревают до температуры 150–200 градусов газовыми горелками — примерно такими же, что используют в современных монгольфьерах. Нужно взлететь — включают горелки. Суммарная подъемная сила термоплана увеличивается, и он плавно поднимается вверх. А потребовалось совершить посадку — горелки гасят, воздух постепенно остывает, подъемная сила уменьшается, и аппарат плавно идет на снижение.

Термоплан выходит на орбиту

Если экипаж видит, что условий для мягкой посадки нет, — скажем, кругом тайга, — термоплан может зависнуть на высоте, а вниз по тросам уйдут лишь грузовые платформы, выполняя роль своеобразных лифтов. Приземлившись же, аппарат будет надежно «притерт» к земле с помощью своеобразного вакуумного «якоря». Под платформой у земли возникнет эффект присоски, и аппарат прилип, в полном смысле слова, к поверхности.

Конечно, термоплан может исполнять все те обязанности что обычно возлагают на дирижабли… А еще, как полагают его создатели, он может пригодиться в… космосе! Продувки в аэродинамической трубе показали, что «летающая тарелка» имеет свойства крыла-диска. То есть, повторим, при движении с достаточно высокой скоростью к аэростатической подъемной силе добавляется еще и аэродинамическая. При этом удельная нагрузка на крыло в 15–20 раз меньше, чем, например, у всем известного «Шаттла».

О «челноке» тут мы вспомнили совсем не случайно. Какая у него главная обязанность? Правильно — выводить в космос коммерческие нагрузки. Так вот маевцы подсчитали, что термоплан может быть использован и в качестве первой ступени системы, которая будет осуществлять подобные транспортные операции в 2–3 раза дешевле, чем «Шаттл». Выглядеть все это будет примерно так. Термоплан берет прямо со двора завода КБ или иного предприятия полезную нагрузку, представляющую собой ракету-носитель вместе со спутником связи, модулем строящейся международной орбитальной станции. Все это на внешней подвеске буксируется дирижаблем в экваториальную зону, где запускать ракеты, как известно, выгоднее всего, поднимается на высоту в несколько десятков километров, где и производит пуск ракеты-носителя из контейнера.

Летающая тарелка» для космоса.

_{На схеме цифрами обозначены: 1 — жесткая дискообразная оболочка; 2 — стартовые ускорители, выполняемые в виде аэродинамических летательных аппаратов, способных после выработки топлива сбрасываться и совершать самостоятельную посадку для повторного использования; 3 — силовой тор, формирующий кромку корпуса; 4 — внутренняя подвеска; 5 — силовой грузовой отсек; 6 — верхняя оболочка; 7 — нижняя оболочка; 8 — реактивные двигатели силовой установки}

Таким образом, мы экономим как минимум одну ступень ракеты-носителя. А можно в принципе обойтись и без нее. Термоплан ведь вовсе не случайно напоминает «летающую тарелку». И если сделать оболочку достаточно жесткой (например, с помощью композитной самоотверждающейся ткани, созданной в Перми), рассчитали Ю Ишков и его коллеги, прикрепить к нему реактивные двигатели и ракетные ускорители, можно добиться, что, разогнавшись, наш термоплан сам выйдет на околоземную орбиту. Фантастика? Верно, пока фантастика. Нет еще такого летательного аппарата в натуре. Однако фантастика, уже выполненная в чертежах, имеющая четкое физико-математическое обоснование и даже запатентованная. Получив финансирование, наши специалисты берутся превратить мечту в действительность всего за 3–4 года.

С. ЗИГУНЕНКО

Художник В. КОЖИН

ШЬЮТ «СОЛНЕЧНЫЕ ПАРУСА»

Японские ученые нашли неожиданное применение материи, которая обычно идет на пошив носовых платков. Речь идет о грандиозном солнечном парусе, которому в будущем отводится роль поставщика электроэнергии для команды корабля, находящегося в дальнем космическом полете.

Агентство НАСДА (японский аналог американского НАСА) ныне занято созданием такого сверхлегкого паруса площадью в 1500 квадратных футов, способного производить 2,5 мегаватта электричества для нужд команды, путешествующей по просторам Солнечной системы без использования энергии ядерных реакторов.

Шелкоподобная ткань с названием «фурошики» пока действительно употребляется только для выпуска носовых платков и как упаковочный материал. Свойство этой ткани — занимать в свернутом положении минимальный объем и выглядеть гладкой в развернутом виде — привлекло к себе внимание ученых. Они намерены установить в этом парусе крошечные солнечные ячейки, способные воспринимать и накапливать солнечную энергию.

НАСДА утверждает, что у нее нет никаких проблем для демонстрации такого паруса в действии в ближайшие два года. На подготовительной стадии такая солнечная батарея будет иметь вид и объем сложенного парашюта. Оказавшись в космосе, парус развернут четыре малых космических машины, действующие в одной плоскости и растягивающие четыре угла паруса в разные стороны. На разворачивание и подготовку такого паруса к действию отводится всего 10 минут. В развернутом виде парус начнет работать как большая солнечная станция, преобразующая энергию Солнца в электричество.

На корабле, путешествующем где-нибудь за Юпитером, парус из ткани фурошики обеспечит достаточное количество энергии даже при условии, что там, на отдаленной периферии Солнечной системы, света заметно меньше, чем на Земле. То есть количество энергии там составляет лишь 4 % от того, что доходит до нас, землян. Солнечные батареи обычного типа при выполнении задачи энергообеспечения космического корабля оказались бы слишком громоздкими.

Кстати, специалисты полагают, что парус из фурошики может использоваться не только для получения электроэнергии. Он может быть превращен в огромную антенну связи для сверхскоростной передачи данных через геостационарный спутник. Парус может использоваться и как оболочка защиты — в этом случае материал нужно утяжелить и уплотнить. После этого им можно будет обернуть космический корабль, чтобы защитить его, к примеру, от столкновения с космическим мусором. Можно использовать его и как сеть для отлавливания поврежденных космических кораблей и прочих объектов. Наконец, в космосе парус можно использовать и как тяговое устройство — двигать корабль вперед в этом случае будет солнечный ветер.

Проектировщики видят возможность реализации и других проектов. Так, они полагают, что покрытый алюминием парус можно использовать в космосе как зеркало для аккумулирования солнечных лучей и передачи их в затененные места на земном шаре, к примеру, в Арктике, в пору полярных зим (см. подробности в «ЮТ» № 3 за 1999 г.).

Еще одна идея состоит в том, чтобы образовать в космосе с помощью ткани фурошики большое «блюдо», которое сфокусирует солнечные лучи и передаст их на космический корабль, где будет происходить преобразование солнечной энергии в микроволновую. Та, в свою очередь, будет передана на Землю для выработки электричества.

Сейчас НАСДА изучает, как материал ведет себя в условиях микрогравитации. Одновременно заботы японских проектировщиков нацелены на обеспечение исправной работы четырех малых космических машин, которые будут расправлять парус.

Ученые полагают, что в будущем парус фурошики станет настолько большим, что одна его сторона составит несколько миль.

Валерий ДУБИНСКИЙ

Неужто физики взорвут Землю?

Действительно, конец тысячелетия может ознаменоваться полным уничтожением нашей планеты. Такова реальная угроза, перед лицом которой бледнеют самые устрашающие описания грядущих катастроф. Группа видных ученых из разных стран уже потребовала создать международную комиссию для всестороннего изучения проблемы, которая способна повлечь гибель земного шара, причем не от каких-то космических факторов, а от рук самих людей. Так, во всяком случае, пишут некоторые газеты, повествуя о научном эксперименте, который ведут сотрудники Брукхевенской национальной лаборатории (штат Нью-Йорк) — одного из крупнейших мировых центров по физическим исследованиям. Работы по подготовке подобного эксперимента начались еще лет 10 тому назад. Наши постоянные читатели, быть может, вспомнят заметку, в которой говорилось, что признанные мировые авторитеты в космологии, профессор Аллен Гет из Массачусетского технологического института и его коллега Эндрю Ленге из Станфордского университета, пришли к выводу, что уже сегодня можно воспроизвести некоторые условия, существовавшие при рождении нашего мира.

И тем самым… положить начало еще одной, альтернативной, Вселенной? Путь к созданию такого эффекта в принципе прост, рассуждали ученые. Нужно взять какое-то количество вещества и сжать его до предела, довести до той неимоверной плотности, при которой оно сможет породить Большой Взрыв. Эта процедура выглядит, конечно, несложной только на бумаге. Каким способом добиться столь чудовищного давления, что оно даст переход количества в новое качество? Этого толком не знали тогда даже сами авторы идеи. Они полагали, что важен побудительный толчок. «Помните, как написано в Библии, — рассуждали исследователи. — «В начале было Слово…»

Тем более что, кроме слов, имелись и кое-какие экспериментальные установки. Эндрю Ленге, например, был убежден, что к этому делу можно приспособить самые мощные из современных ускорителей. Разогнать в них два встречных пучка частиц, да и столкнуть их на огромной скорости. В результате разовьется сумасшедшее давление, которое мы никак не можем получить другим способом, и…

«Ничего страшного не произойдет. Во время лабораторного Большого Взрыва не пострадает даже лабораторная посуда, — писали физики. — Потому что новая вселенная с ее пространством и временем будет образована скорее всего где-то там, в иных измерениях. В крайнем случае можно будет поставить защитный силовой экран, направляющий энергию взрыва куда-нибудь от нас подальше»…

Чисто теоретическая идея, как это порой бывает, со временем поручила поддержку со стороны экспериментаторов. И вот ныне, согласно замыслу ученых Брукхевенской лаборатории, в 4-километровом ускорителе сверхмощные магниты разгонят в вакууме ионы золота, которые, столкнувшись между собой, образуют мельчайшие «капельки» сверхплотной материи с температурой в 10 тысяч раз большей, чем в недрах Солнца. Именно тогда и возникнут условия, которые привели 15 миллиардов лет назад к Большому Взрыву. Подробности этого опыта описаны в сентябрьском номере научного журнала «CERN courier». Здесь сообщается, что в одном из двух колец релятивистского коллайдера (ускорителя-сталкивателя) тяжелых ионов RHIC (Rclaiivistic Heavytion Collider) в Брукхевене (США) начались эксперименты с пучками ядер золота.

После испытания систем ускорения пучка установка была подготовлена к экспериментам по получению кварк-глюонной плазмы — состояния, в котором вещество находилось в первые мгновения после рождения Вселенной.

Далее, в ноябре 1999 года, началась программа научных исследований на RHIC. Однако эта новость вызвала неоднозначную реакцию в научных кругах. В печати и в Интернете развернулась оживленная дискуссия о возможных последствиях эксперимента.

Например, Джон Марбургер, директор Брукхевенской лаборатории, поручил комитету физиков исследовать возможность катастрофического бедствия при реализации этого проекта. В его предупреждении к другим физикам говорится, что присутствует риск того, что установка, наиболее мощная из существующих в мире, может породить «незнакомцев», так называемые «Btrangelets» — новый тип материи из «странных кварков» («Stranqe quarks»), субатомных частиц. Физики-теоретики просчитали возможность того, что может начаться неконтролируемая реакция по превращению всей материи в новое состояние. Они также обсудили шансы, пусть даже маловероятные, того, что сталкивающиеся частицы достигнут столь высокой плотности, что в итоге образуется черная дыра.

Как полагают, черные дыры создают в пространстве сверхмощные гравитационные поля, всасывающие внутрь все окружающее вещество.

И если такая мини-дыра вдруг образуется в лаборатории, то вся наша планета будет разрушена, поскольку ее вещество окажется вовлеченным в гравитационную воронку. Однако насколько велика вероятность того, что такая дыра образуется? Директор Центра теоретической физики при Массачусетском технологическом институте, профессор Боб Джаффе, входящий в комитет физиков-экспертов, полагает, что такая вероятность все же существует. «Есть опасение, что чужеродная материя существует на субатомном уровне или поблизости, — сказал он. — Риск достаточно мал, но возможность того, что случится нечто необыкновенное, не равна нулю».

Тем не менее, американские физики начали очередную серию экспериментов. Правда, до сих пор в кольце ускорителя установки RHIC был получен лишь один пучок заряженных частиц.

Со встречным его пока не столкнули.

Максим ЯБЛОКОВ

Художник Ю. САРАФАНОВ