КВАНТЫ В УПРЯЖКЕ 2


Интересны, в частности, результаты теоретических расчетов, выполненных сотрудниками Вычислительного центра Академии Наук СССР и доложенные ими на Всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике в 1964 г. По этим расчетам солнечно-парусные космические корабли, двигаясь по разработанным авторами оптимальным траекториям, могли бы достичь Марса за 122 суток, Венеры — за 164 суток, Меркурия — за 200 суток. Полет к Юпитеру должен длиться 6,6 года, к Урану — 49 лет). Близкие данные получены позднее и американскими учеными; в частности, полет к Марсу космического зонда весом 91 кГ с помощью паруса площадью 46 кв. м должен потребовать, по этим данным, 135 суток).

Эффективные «солнечные паруса» могут быть созданы с помощью разработанных химией пластмасс, тончайших и прочных полимерных пленок, если на эти пленки нанести распыливанием совершенно ничтожный слой металла для обеспечения достаточно высокой отражающей способности. В одной из опубликованных работ (Р. Гарвина) указывается, что при использовании выпускаемых промышленностью пленок толщиной 0,1 мм масса одного квадратного метра зеркала может составлять 2,5 г. В будущем же толщина «паруса» может быть доведена до 0,2 микрона с соответствующим уменьшением его веса. Пленка гораздо удобнее металла в отношении ее хранения в свернутом виде (ведь огромный парус должен быть упакованным в небольшой контейнер ракеты, выводящей «солнечный» корабль в космос при взлете с Земли), управления парусом и пр. По проекту Гарвина, как обычно и в других опубликованных работах, вес зеркала принимается равным весу остальных элементов летательного аппарата (иногда в несколько раз меньшим), так что общая масса его, приходящаяся на 1 м поверхности паруса, равна 5 г. Так как сила солнечного давления на эту же площадь равна, как указывалось выше, примерно 1 мГ, то ускорение

) «Московская правда», 7 февраля 1964 г.

) Direct Energy Conversion Digest, 1966, т. 5, № 3.

Приборный от сон

летательного аппарата будет равно 2* 10" g (около 2 мм/сек), т. е. в 10 раз больше, чем в предыдущем примере)- По проекту Гарвина парус имеет вид гигантского парашюта диаметром примерно 21 м, прикрепленного к летательному аппарату стропами длиной примерно 60 м. Интересно, что солнечный зефир» так слаб, что парашют наполняется только за ... 80 секунд!

Совсем не похоже на обычные па

руса...

По другому проекту, разработанному в Лос-Аламосской научной лаборатории под руководством Коттера, парус из пленки представляет собой плоский диск, натянутый на обруч диаметром примерно 50 м. Запуск на орбиту спутника летательного аппарата с этим парусом (его общая масса равна примерно 22 кг, из которых половина приходится на долю паруса) может быть осуществлен сравнительно маломощной ракетой. После выхода на орбиту под действием солнечного давления аппарат может постепенно отдаляться от Земли. Наконец, в проекте Пауэлла также применяется парашютообразный парус из пленки диаметром 480 м при полезной

Рис. 170. Космический «солнечный парус». Сверху — по проекту Национального управления по авиации и исследованию космического пространства США (пленка толщиной 0,0125 мм и весом 1 мГ/м; отношение тяги к весу 7 -10~). Снизу — по проекту д-ра Тею (фирма Вестингауз) (Flight, № 2617, 1959;

Spaceflight, X, 1959).

нагрузке летательного аппарата

450 кГ. Сила солнечного давления на такой парус площадью 180000 м должна составлять ~ 180 Г. Рис. 170

иллюстрирует еще два проекта «солнечного паруса».

«Солнечные паруса» предполагается использовать для разных целей: стабилизации спутников на орбите) (ком

*) Указываются и большие значения, порядка 3 * 10-4 g, что должно позволить совершить полет до Венеры за 30 суток, а до Марса-—за 75 суток. Замечательные данные! (Реф. журнал «Сило* Вые уЬтановки», 1962, № 16).

) Spaceflight, VIII,' 1966 П Ар.

пенсации различных возмущающих воздействий), перевода на орбиту с большей высотой, а также межпланетных полетов (к Марсу и Венере). О том, как могут совершаться такие полеты, будет рассказано в следующей главе; здесь можно лишь отметить, что полезный груз в этом случае, как и для электроракет, может быть значительно увеличен по сравнению с термохимическими ракетами.

Интересно, что, как и в случае обычных парусных судов, солнечно-парусные космические аппараты смогут передвигаться и «против ветра», т. е. навстречу солнечным лучам. На первый взгляд это кажется невозможным, но секрет такого «встречного» движения связан с силой притяжения к Солнцу. Именно она, неизмеримо большая, конечно, чем давление солнечных лучей, заставляет корабль двигаться навстречу им. Для этого «солнечный парус» должен быть установлен так, чтобы солнечное давление тормозило корабль, уменьшало скорость его движения по орбите вокруг Солнца (рис. 171). Как известно, уменьшение орбитальной скорости приводит к тому, что корабль «теряет высоту», начинает двигаться по ниже расположенной орбите, т. е. перемещаться ближе к Солнцу).

Конечно, идея «солнечного паруса» пока еще является только идеей). Для того чтобы ее можно было осуществить, нужно решить многие сложные научно-технические задачи. В качестве примера можно указать, в частности, на трудную задачу выбора материала для «солнечного паруса». Ведь если зеркальная поверхность «паруса» будет отражать практически весь падающий на нее солнечный свет (а это необходимо для уменьшения размеров «паруса»), то температура «паруса» снизится почти до ... абсолютного нуля в результате излучения с противоположной, теневой его поверхности. Следовательно, материал «паруса» должен быть пригодным для работы при столь низких температурах, не говоря уже о других опасных воздействиях космоса, например интенсивной космической радиации и др.

Однако можно думать, что в грядущем «флоте мирового пространства» будут представлены и «парусные» су

*) Astronomie und Raumfahrt, II, 1967, стр. 68.

) Теоретическому рассмотрению этой идеи посвящена, в частности, статья В. И. Левантовского в журнале «Авиация и космонавтика» (XI, 1962); см, также Astronomic und Raumfahrt, III, 1967, стр. 68.

да. Ведь и рядом с гигантскими дизель-электроходами на водяной глади можно видеть иной раз изящные очертания парусных яхт.

Парус свернит, когда спутник доижется к Солнцу

Рис. 171. Силы, действующие на «солнечный парус». Сверху — «солнечный парус» используется для разгона искусственного спутника Земли с целью его перевода на более высоко расположенную орбиту. Снизу — «солнечный» парус может обеспечить движение против «ветра», т. е. по направлению к Солнцу (Jet Propnlsion, III, 1958).

Конечно, эффективность «солнечного паруса» можно было бы существенно повысить при увеличении количества падающей на него солнечной энергии, т. е. увеличения силы «солнечного зефира». Ведь сила солнечного давления пропорциональна этой энергии (она равна удвоенной величине энергии, деленной на скорость света). Понятно,

например, что область Солнечной системы вблизи Меркурия была бы для «солнечно-парусных» кораблей своеобразными «ревущими сороковыми» широтами (так называют моряки район океана у этих южных широт из-за часто бушующих там штормов) по сравнению с штилевой областью где-нибудь у Марса. Но ведь летать-то нужно всюду. Вот если бы иметь специальное искусственное «солнце», да еще перемещающееся вместе с кораблем... Но, это, конечно, уже область чистой фантазии. Впрочем, так ли это?

Оказывается, что хотя подобная мысль и кажется по меньшей мере надуманной, можно представить себе даже не один, а два различных способа ее осуществления. Один из них связан с возможностью создания искусственного «ветра», подгоняющего парусный космолет в нужных случаях. Принципиально такая возможность появляется в связи с благоприятными условиями, которые представляет космос в этом отношении — он «пуст»... Но это значит, что искусственный «ветер» в виде направленного луча — пучка электромагнитных волн (например, тех же световых или каких-нибудь иных) или в виде потока частиц вещества (нейтральных атомов или ионов)—не будет рассеиваться, размываться, затухать, как это происходит в окружающей нас на Земле атмосфере. Поэтому можно представить себе расположенные в космосе станции, направляющие подобные «толкающие» потоки частиц вещества или квантов энергии на летящий корабль с тем, чтобы полнее «надуть его паруса». Эта идея подвергается в США практическому изучению, о чем свидетельствуют опубликованные отчеты, а также выданные правительственные контракты на проведение соответствующих исследований.

Особенно перспективными в этом отношении кажутся проведенные в последние годы работы по лазерам — квантовомеханическим генераторам когерентного света, представляющим собой, без сомнения, одно из величайших научно-технических достижений нашего времени. Различные ужр„ созданные лазеры — кристаллические (из них особенно широко известен лазер с кристаллом рубина), газовые и жидкостные — способны излучать тончайший ярко светящийся луч- монохроматического света, т. е. света одной, строго определенной частоты. Такой луч, являющийся следствием когерентного, т. е. одновременного и находящегося в одинаковой фазе излучения атомов

активного вещества лазера (например, атомов хрома в рубине), обладает многими уникальными свойствами, резко отличающими его от всех других известных видов светового излучения. Он несет в себе жар миллионноградусной температуры, развивает огромное давление на встречную поверхность (не удивительно, что такой луч мгновенно прожигает тончайшие сквозные отверстия в алмазе или стальной пластинке), распространяется на огромные расстояния, почти не расходясь, как это случается с лучом обычного прожектора). Это и позволило уже направить подобный луч йа Луну, причем он осветил на ее поверхности пятно диаметром всего в несколько километров, тогда как прожектор создал бы на таком расстоянии (если бы мог так далеко проникнуть) световое пятно диаметром в десятки тысяч километров.

Правда, луч, излучаемый существующими лазерами, очень тонок и маломощен, но нет сомнений в возможности создания и гораздо более мощных квантовомеханических генераторов света. Вот тогда-то появится и возможность использования лазеров и для корректировки с Земли орбит спутников, и для расположения в космосе лазерных источников «космического ветра», способного надуть паруса межпланетных кораблей «дальнего следования»). Это будет означать новую эпоху в развитии межпланетных сообщений.

Однако, пожалуй, еще более заманчивым является второй возможный путь. Действительно, не проще ли переместить источник «ветра» на ... сам корабль? На первый взгляд это кажется шуткой, космическим вариантом известной попытки поднять самого себя за волосы. Но это только на первый взгляд. Вспомните, ведь, по существу, любая ракета движется именно благодаря раскаленному «ветру», рождаемому внутри самой ракеты. Мы уже знаем и ракеты, которые движутся, используя электрический ветер». Правда, во всех указанных случаях ракеты обходятся без «паруса», им нет нужды в больших парусных

*) Особенный интерес в этом отношении представляет открытие советского ученого Г. А. Аскарьяна о самофокусировке мощного луча электромагнитной энергии («Знание — сила», V, 1967, № 5).

) Одному из теоретических аспектов действия «лазерного ветра» посвящено исследование советских ученых Г. Аскарьяна и Е. Мороза («Журнал экспериментальной и теоретической физики», 1963; см. также «Знание — сила», IV, 1963),

Парус

■Парус (сечение,

„ се- поглощающее частицы & ~ частицы)

Альфа-частицы

поверхностях — так плотен, сконденсирован поток отбрасываемых ими массивных частиц. Но если таких частиц относительно мало или мала их масса, то приходится поневоле увеличивать «парусность», суть же дела при этом не меняется.

Вот почему применение «парусов» позволяет использовать силу реакции и таких частиц, которые в обычных ракетных двигателях создали бы ничтожно малую тягу.

Реактивная Ш сс-ищчашш Да и с помощью «пару-

сила LfffiCX сов>> все Равно тяга та~

ких двигателей получается очень малой, приобретающей практический смысл только в условиях полета в космосе.

Одним из подобных «активно - парусных» космических кораблей может стать, например, так называемая атомная псевдоракета, о которой уже упоминалось в гл. 3. Если представить себе большую поверхность, например, парашютообразного вида, как это предложено в США, покрытую изнутри тончайшим слоем радиоактивного изотопа, излучающего альфа-частицы

(ядра атомов гелия), то поток отбрасываемых альфа-ча

стиц будет создавать тягу, очень небольшую, но достаточную в ряде случаев). По одному из этих проектов при толщине «паруса» 0,03 мм и его весе примерно 45 Г/м2 тяга, создаваемая слоем полония-210 толщиной 0,65 микрона на этом «парусе», может составлять 5 мГ с 1 м поверхности. Схема такой поверхности представлена на

рис. 172. *)

Стропы

Приборный

отсек

Рис. 172. «Активный» космический парусолет с излучением альфа-частиц (по проекту Национального управления по авиации и исследованию космического пространства США). Толщина «паруса» 0,3 мм, вес 0,044 кГ 1м. Тяга 4,9 мГ/м, отношение тяги к весу 10-4 (Flight, № 2617, 1959).

*) Конечно, в таком радиоактивном парусном двигателе (или эмиссионном, как его иногда называют) придется излучать и электроны, чтобы нейтрализовать корабль (иначе он быстро приобретет отрицательный заряд).

Но движущий «ветер» может создаваться и не частицами вещества, а квантами света, как и в случае описанных выше «солнцелетов».

На самом деле, если на космическом корабле находится мощный источник световых (или каких-либо иных электромагнитных) волн, то, посылая их в одну сторону, можно, как и в случае частиц вещества, создать силу, движущую корабль в другую, противоположную сторону (рис. 173). Эта движущая сила, или тяга, была бы реакцией фотонов, выбрасываемых источником света на корабле, точно так же как возникает подобная реакция при отражении солнечных лучей «зеркальным парусом».

Ничем не отличалась бы она, по существу, и от тяги любого реактивного двигателя, за исключением того, что, как указывалось выше, в них реактивная тяга создается вытекающими частицами вещества, а в нашем случае такими же «вытекающими» фотонами или другими «частицами» или квантами электромагнитного поля.

Отличался бы наш световой, фотонный или квантовый — называйте как угодно — реактивный двигатель от всех других еще и тем, что скорость «истечения» из него «рабочего вещества» (на этот раз им является, как уже говорилось выше, собственно, не вещество...) значительно больше. Мало того, это вообще наибольшая возможная скорость «истечения», ибо не существует в природе скорости, большей скорости света. Таким образом, наш «квантовый» двигатель является как бы идеальным, предельно возможным — величину его удельного импульса, равную 3 • 10 сек, нельзя получить никаким другим способом)- Вот что *)

*) Значение удельного импульса, равное бесконечности, указанное на рис. 154 для «солнечного паруса», не противоречит сказанному — бесконечно большим удельный импульс оказывается потому, что тяга, создаваемая «парусом», должна быть отнесена к расходу вещества, а он-то равен... нулю!

Рис. 173. Прожектор — прототип фотонной ракеты.

значит заставить работать кванты, «впрячь» их в космическую реактивную «телегу»...



Электрические межпланетные корабли, Гильзин К.А., 1970



Блондинка за углом смотреть фильм
Маленькая Вера смотреть фильм
Любовь и голуби смотреть фильм