Конструкция, приятная на вкус

 

Золотоносные космические корабли, замешенные на сапфирах металлические конструкции... Кажется, что попал в мир сказочных чудес. Но создатели космических кораблей — здравомыслящие и практичные люди. Лишь исключительные обстоятельства превращают их в мастеров золотых дел. Там, где это возможно, они не прочь использовать самые обычные, заурядные материалы. Тепловой экран космического корабля «Джемини», например, изготовлен из резины, правда, кремнийорганической, с очень малой плотностью. Примечательно, что по мере обугливания она разбухает и теплозащитные качества экрана не ухудшаются, несмотря на то, что он понемногу сгорает в обтекающем корабль воздушном потоке.

Детали ракет и космических аппаратов, изготовленные из бумаголита, по своим качествам могут соперничать с металлическими.

Несколько лет назад один зарубежный журнал опубликовал интересный очерк о том, что можно оборудовать дом исключительно предметами из бумаги. В наши дни бумага не довольствуется чисто земными профессиями — она претендует на роль космического материала. Целый набор деталей космических ракет изготовили из бумаголита — слоистого пластика на бумажной основе. Здесь и переходники, и стабилизаторы, и даже такие ответственные части, как сопла ракетных двигателей. Прочность бумаголита не уступает лучшим сортам алюминиевых сплавов, а стоимость изготовления снижается чуть ли не вдвое. Уже проведены пробные запуски небольших метеорологических ракет с отдельными бумажными частями. Выходит, что бумажный космический корабль — не такая уж нереальность.

Если позолоченный космический аппарат, ради прочности «инкрустированный» изнутри драгоценными камнями, сравним с роскошными, великолепными дворцами из арабских сказок, то у ракетной конструкции из бумаголита можно найти сходство с бумажным дворцом из сказок Андерсена, более скромных и прозаических. Не отыщется ли среди необычных космических проектов подобие дворца из медовых пряников? Оказывается, нечто в этом роде предложили специалисты американской фирмы «Грумман». Они запатентовали съедобный космический материал. Спрессованная при высокой температуре смесь из кукурузной крупы, молочного порошка, крахмала, муки и банановых хлопьев напоминает фибровый картон. Если такой материал покрыть снаружи фольгой или полиэтиленом, получатся прекрасные приборные доски и щиты, переборки между каютами, облицовочные плиты и панели, мебель и другие предметы внутреннего убранства космического корабля.

Известны случаи, когда команда затерявшегося в море судна, израсходовав все съестные припасы, съедала кожаную оснастку. Экипаж космического корабля окажется в более выгодном положении. К его услугам вся внутренность жилых помещений. Не совсем пряники, больше похоже на питательные галеты. Калорийность 300-400 калорий на каждые сто граммов. Есть где развернуться. Велико было бы удивление встречающих, если бы их взорам предстал обглоданный изнутри корабль. Неизвестно как космонавтам, а мышам такие космические корабли пришлись бы очень по вкусу.

Части космического корабля, изготовленные из съедобного конструкционного материала, обладают недурными вкусовыми качествами. Специалисты утверждают, что добавки приправ и витаминов не ухудшают механическую прочность материала.

Как тут не вспомнить съедобную деталь советской автоматической станции «Венера-4». На корпусе ее смонтировали... сахарный замóк. Не зная еще, что представляет собой поверхность Венеры — сушу или сплошной океан, конструкторы предусмотрели возможность приводнения спускаемого аппарата. Он был рассчитан таким образом, что после растворения замкá в воде передающая антенна должна была приподняться над волнами.

Предложив съедобный материал для межпланетных кораблей, специалисты руководствовались одной из заповедей космического конструктора, с которой мы сейчас познакомимся. Случается порой так, что при нехватке рабочих рук члены какого-нибудь производственного коллектива осваивают смежные профессии. Иначе им не справиться с порученным заданием. Космическая конструкция как раз в таком трудном положении: слишком мал «коллектив» деталей и частей, из которых она состоит. Это и немудрено, ведь только несколько процентов веса всей ракеты предназначено для ее конструкции. Вот и приходится исхитряться. Непременное правило, которым руководствуется космический конструктор, гласит: любая деталь или часть ракеты должна, по возможности, освоить несколько «смежных профессий», то есть выполнять сразу несколько назначений. Например, пусть кресло для космонавта станет одновременно и аварийным запасом пищи. Специалисты фирмы «Грумман» считают, что за счет съедобной внутренней отделки можно в десять раз уменьшить пищевые запасы на борту корабля.

Схема работы ракетного двигателя, в котором в качестве охладителя используется жидкое горючее.

Немало можно найти в ракете подобных «совместителей», пусть и не столь вкусных. Взять хотя бы жидкое топливо. Помимо своей основной обязанности, оно зачастую используется как охладитель ракетного двигателя, предохраняющий его от перегрева и разрушения. Для этого у камеры сгорания делают двойные стенки. В пространстве между ними прокачивают жидкое топливо, поступающее затем в камеру сгорания. Таким образом, оно не просто отбирает от стенок тепло, но уносит его обратно внутрь камеры, снижая потери энергии, выделяющейся при сжигании горючего. Преимущества этого метода охлаждения подметил в свое время молодой инженер В. П. Глушко, будущий академик и выдающийся конструктор ракетных двигателей. В 1931 году он писал: «Выгодно охлаждать ракетный мотор самим жидким топливом не только с целью уменьшения теплопотерь, но и чтобы не увеличивать мертвый вес ракетного летательного аппарата посторонней жидкостью». Борясь с избыточным весом, конструкторы додумались до того, что стали охлаждать ракетный двигатель той же жидкостью, которая его разогревает.

БРЫЗЖЕТ ПЕНА ЧЕРЕЗ КРАЙ...

 

На орбите, в условиях невесомости, можно создавать такие ажурные сооружения, которые на Земле не выдержали бы даже собственного веса. Вот где пригодятся облегченные, пустотелые или пористые строительные материалы. Особый интерес представляют плохо проводящие тепло пенопластики, например, пенополиуретаны. Их уже применяют в качестве теплоизолирующих перегородок и покрытий для ракет. Изолировав топливные баки ракеты-носителя «Сатурн» пенопластом вместо использовавшихся ранее алюминиевых сот, облегчили ее почти на полторы тонны. При температуре жидкого кислорода пеноуретановая теплоизоляция баков с этим окислителем оказалась во много раз действеннее и надежнее, чем сотовая. Есть такие пеноуретаны, которые остаются эластичными даже при температуре минус 150 градусов, когда полностью теряет свои упругие свойства резина. С их помощью гасят шумы и вибрацию в конструкции ракеты. Но главное достоинство пенистых материалов в том, что изделия из них легко получать прямо в космосе.

Вот выводят компактный баллон с жидким сырьем для пенопластика на орбиту и раскупоривают. В космическом вакууме растворенные газы мгновенно выделяются из жидкости, и она бурно вскипает. Настолько бурно, что выделяется обильная пена, которой можно заполнить специально приготовленную форму. Вспененный продукт занимает почти в 50 раз больший объем, чем сама жидкость. Из содержимого небольшого баллона можно получить изделия самых различных размеров и конфигураций, например, целый набор кресел для космонавтов. Одно такое кресло уже было изготовлено, правда, в земных «космических условиях», в особой вакуумной камере.

На дакроновую ткань, обтягивающую каркас будущего кресла, нанесли тонкую пленку изоцианового эфира. Как только в камере имитировали разреженное космическое пространство, вещество вспенилось и образовало 10-сантиметровый слой пластика. Из этого материала можно производить не только оборудование для космонавтов, но и амортизирующие прокладки, перегородки и облицовочные плиты для космического жилья. И до чего же удобно доставлять на орбиту внутренность космической станции в жидком виде! Советским космонавтам, побывавшим на станции «Салют-6», уже приходилось работать с пенообразующими веществами. В июле 1980 года они продемонстрировали телезрителям свою шутливую поделку из пенополиуретана. Это был симпатичный медвежонок — символ проходившей в те дни Московской олимпиады. Как знать, не станет ли он и символом нового космического материала, вырабатываемого на орбите?

Пенообразующие вещества способны заменить целую ремонтную бригаду. Сами, без участия человека, они ликвидируют метеоритные повреждения в обшивке космического корабля.

Пробка из вспенивающегося материала закупорит любую метеоритную пробоину.

Вспоминается рассказанная кем-то история о том, как гуси поймали лису. Когда плутовка прорыла ход и проникла в сарай, испуганные птицы кинулись в проделанное ею отверстие и закупорили его своими телами. Лиса не смогла выбраться из сарая. Точно так же вспенивающиеся материалы удерживают в кабине воздух, когда метеорит прошивает насквозь стенку космического корабля. Как только пробой разгерметизирует первый слой бортовой обшивки, специальный состав, находящийся под наружной броней, вскипает в вакууме и забивает отверстие пеной. Пока что все это разыгрывается в стенах лабораторий, на испытательных стендах. Ученые еще присматриваются к веществам, образующим достаточно прочную пену с хорошими склеивающими свойствами и уплотняющей способностью. Идет строжайший отбор по скорости вскипания. Ведь нужно опередить воздух, который устремляется из аппарата наружу. В этом необычном состязании бесполезен секундомер, счет идет на малые доли секунды. Кто первым успеет к образовавшейся бреши?

Опыты показали, что если полиуретан герметизирует пробой за пять-семь секунд, то, например, полиамид практически мгновенно ликвидирует течь. Его пена может сыграть роль аварийной пробки. И эта пробка вездесуща: где бы ни произошел пробой, он не застанет космонавтов врасплох.

Немало нашлось бы и других применений для вспенивающихся материалов, если бы не их однобокость. Облюбовав низкие температуры, они разом теряют все свои качества, стоит только их подогреть. Вот если бы пена выдерживала высокие температуры не хуже металлов! Что ж, такая пена уже получена. Термостойкость ее даже лучше, чем термостойкость металла. Например, пена из алюминия успешно противостоит жару в полторы тысячи градусов. Между тем температура плавления обычного литого алюминия всего 660 градусов. Насытив объем металла порами, пустотами, повысили его жаростойкость. К тому же пеноалюминий в несколько раз легче воды, по своей плотности он приближается к бальзе — самому легкому виду древесины. Есть, оказывается, польза и от пустоты, если умело замешать ее с веществом. И самый лучший замес — космический.

Советские космонавты В. Ляхов и В. Рюмин получали на борту орбитальной станции «Салют-6» образцы пеноалюминия. Эти эксперименты были подготовлены учеными Народной Республики Болгарии. Опыты показали, что в невесомости резко замедляется разделение жидкости и газов в расплаве. В результате пористость пенометалла космического происхождения в десятки раз выше, чем рожденного в земных условиях. Быть может, со временем космические конструкции будут рождаться прямо на орбите, как Афродита, из пены, только не из морской, а из металлической.

РАЗДУВАЙСЯ, ПУЗЫРЬ!

 

На одной из парижских выставок 1967 года оживленные посетители толпились у странного вида экспонатов. Некоторые из них напоминали неискушенному глазу бесформенную груду воздушных шаров, другие походили на ряды миниатюрных аэростатов, третьи представляли собой хитросплетение тонких трубок. Это были проекты надувной архитектуры и надувной обстановки для современной квартиры.

Надувные здания, надувная мебель... Кое-кто упрекал авторов этих проектов в излишней эксцентричности. И никому было невдомек, что подобной «пневмоманией» давно уже заражены космические архитекторы. Порой им просто не обойтись без такого «надувательства», рождающегося в ореоле удачной конструкторской мысли.

Помнится, мы сравнивали с футбольным мячом несущие топливные баки ракеты. Заполняющий их под давлением газ придает нужную крепость всей конструкции. Переняв у футбольного мяча приглянувшиеся им качества, ракетостроители решили попытать счастья с его менее солидным собратом — воздушным шариком. С детства прельщает нас способность воздушного шарика к перевоплощению. Спущенная оболочка его умещается в кулаке. Не представляет никакого труда упрятать в карман дюжину таких оболочек. Надув их, получим внушительную, хотя и невесомую связку шаров.

То, что привлекает в воздушном шарике детей, не менее притягательно и для космических конструкторов. Их давняя мечта — не утяжеляя космический аппарат, как можно больше увеличить его поверхность. Распрямляющиеся, разворачивающиеся в полете конструкции пока что неплохо справляются с этой задачей. Но почему бы не помечтать о большем? И вот перед мысленным взором конструкторов возникают... «воздушные замки».

По сравнению с обычным космическим аппаратом жесткой конструкции надувной аппарат может иметь гораздо большие размеры и поверхность.

Еще в августе 1960 года на орбиту был выведен первый надувной искусственный спутник «Эхо». Правда, надувной он не совсем в том смысле, какой мы привыкли вкладывать в это слово. Никто не скажет про обычную электрическую лампочку, что она надувная. Наоборот, ее называют вакуумной. Между тем давление в ней ненамного отличается от давления внутри спутника «Эхо». Чтобы распрямить его легчайшую оболочку, толщиной в сотые доли миллиметра, вполне достаточно разреженного роя молекул. То, что на Земле порой считают вакуумом, в космическом пространстве становится избыточным давлением. Ведь снаружи-то давление в тысячи раз меньше. Поэтому незачем брать на орбиту баллон со сжатым газом для наддува. Гибкая оболочка да две-три пригоршни специального испаряющегося порошка — вот и все, что нужно для сооружения надувной космической конструкции.

Надувной космический аппарат в виде тора во много десятков раз превышает по объему контейнер, в который упаковывается его пустая оболочка.

Семьдесят два пакетика с испаряющимся веществом было упрятано внутрь сложенной и упакованной в контейнер оболочки «Эхо». На орбите разогретый солнечными лучами порошок начал испаряться прямо из твердого состояния, подобно кристалликам йода или нафталина. Развернувшуюся оболочку поддерживало не только едва ощутимое давление его паров. Пропитанная особым составом, она сама собой затвердевала после заполнения. Этот космический «пузырь» оказался на редкость подвижным. Малейшее дуновение сбивало его с пути.

Сколько усилий и почти ювелирного искусства пришлось приложить в свое время русскому ученому П. Н. Лебедеву, чтобы продемонстрировать движущую силу света! В его уникальном приборе световой луч, упав на тончайшую миниатюрную пластинку, закрепленную на оси в пустой, откачанной колбе, поворачивал ее, словно крылья мельницы. А спутник «Эхо» буквально сдувало с орбиты излучением Солнца. Конструкторы наградили его завидной парусностью. Семидесятикилограммовую оболочку распирало на орбите до размеров десятиэтажного дома — 30 метров в поперечнике. В спущенном же виде она умещалась в шаровом контейнере диаметром 67 сантиметров. Компактная упаковка, не причиняющая никаких хлопот при запуске, — это как раз то, что заимствовано надувными космическими аппаратами у детского воздушного шарика.

Но одного этого достоинства слишком мало. Велика ли польза от гигантского космического «пузыря», если на его тончайшей оболочке не укрепишь даже самый миниатюрный прибор? Только узкий, ограниченный круг задач могут решать такие спутники-баллоны. Скажем, выведенная на орбиту надувная параболическая антенна, диаметром в десятки метров, могла бы служить спутником-ретранслятором.

Внутренние поперечные растяжки придают прочность надувной плоской панели.

Куда больший интерес представляют надувные панели для космических сооружений. Две гибкие, прочные пленки, соединенные множеством усиливающих растяжек, можно превратить в весьма жесткую стенку, если заполнить пространство между ними газом под давлением. Это уже не эфемерный воздушный шарик, скорее — туго надутый футбольный мяч. И радует глаз конструктора богатство и разнообразие форм по сравнению с надувными спутниками. Попробуйте так раздуть гибкую оболочку, чтобы воспроизвести правильный куб или призму! А из плоских надувных панелей можно складывать, словно карточные домики, любые фигуры, будь то параллелепипед, призма или пирамида. Только про карточный домик говорят: дунешь и рассыплется. В данном же случае правильнее было бы сказать: дунешь и соберется. Ведь вдувать в панели газ будут прямо на орбите.

СПУТНИК-ХАМЕЛЕОН

 

В ближайшие годы тепловая мощность аппаратуры и оборудования спутников значительно возрастет. Никуда не деться от этого неизбежного следствия их все более многообразной деятельности. Для удаления же тепла приходится довольствоваться всего одним «каналом» — инфракрасным излучением в окружающее пространство. Известная задача о бассейне с трубами, через которые втекает и вытекает вода, оборачивается здесь сложнейшей проблемой. Не так просто отрегулировать приток и отток тепла, если отводящая «труба» является в то же время подводящей. Ведь наружная поверхность спутника не только рассеивает в виде излучения скопившуюся в нем тепловую энергию, она же и поглощает энергию солнечных лучей. Малейшая оплошность с этим двусторонним тепловым каналом чревата довольно неприятными последствиями. Словно в тетрадке нерадивого школьника, «тепловой бассейн» ежеминутно грозит опустеть или переполниться.

Некоторые источники тепла вне космического корабля и внутри него: 1 — Солнце; 2 — система реактивного управления; 3 — насосы для охлаждения; 4 — электронная аппаратура; 5 — тормозная силовая установка; 6 — космонавт; 7 — оборудование; 8 — система кондиционирования; 9 — кабели и проводники, по которым течет электрический ток; 10 — радиолокационная станция.

 

Это испытали на себе американские космонавты, совершавшие полет на космическом корабле «Джемини-7». Когда корабль неожиданно начал переворачиваться, подставляя солнечным лучам как раз ту часть своей поверхности, которая плохо их поглощала, нарушился запланированный тепловой режим. Температура в отсеке понизилась до плюс одиннадцати градусов. Не большое удовольствие совершать полет в кабине, не отличающейся от неотапливаемого помещения. Пришлось космонавтам одеться потеплее и включить бортовые двигатели, чтобы выправить положение корабля относительно Солнца.

С иной опасностью столкнулся экипаж американской станции «Скайлэб». Из-за неисправности энергетического блока в жилых отсеках станции начало выделяться избыточное тепло, и температура угрожающе поползла вверх. Нужно было незамедлительно принимать какие-то меры. По рекомендации из Центра наземного управления космонавты включили двигатели и изменили ориентацию «Скайлэба» относительно Солнца. Температура внутри станции вскоре понизилась.

В обоих случаях космонавты добивались нормального теплового режима, нужным образом ориентируя космический аппарат по отношению к Солнцу, то есть регулируя поглощение и отражение солнечных лучей поверхностью аппарата. Как чувствителен климат внутри спутника или станции к их излучающей и поглощающей способности! Поэтому так ответственна работа «космического маляра», окрашивающего аппарат снаружи.

Какого цвета одежду предпочитают летом? Белого. Белые предметы хорошо отражают солнечные лучи. Если орбита космического аппарата проходит вблизи Солнца, предусмотрительный «космический маляр» не задумываясь окрасит его в белый цвет. Любая другая окраска противопоказана в околосолнечном жарком «климате». Так же просто решается вопрос о цвете в случае чересчур удаленной от Солнца орбиты. Нужно зачернить аппарат снаружи, чтобы он усиленно поглощал те слабые потоки света, которые достигают его поверхности.

А как же быть с промежуточной орбитой? Заранее можно сказать, что одним только черным или белым цветом здесь уже не обойдешься. Слишком контрастны они в тепловом отношении. Подсчитали, что на околоземной орбите плоская черная пластина нагреется до плюс 60 градусов. Но если перекрасить ее в белый цвет, она охладится до минус 25 градусов. Такая игра в «горячо— холодно» может плохо сказаться даже на беспилотных спутниках. Никто не поручится за надежную работу перегретого или переохлажденного оборудования. «Космический маляр» обязан позаботиться о промежуточных, «теплых» или «прохладных», тонах окраски.

Что ж, можно добиться этих тонов, обращаясь все к тем же цветам — черному и белому. Комбинируя в нужной пропорции черные участки с белыми на поверхности спутника, удается сбалансировать приток и отток тепла, то есть решить задачу о «тепловом бассейне» на орбите. Таким способом термостатировали не один космический аппарат. Например, американский спутник «Эксплорер» был усыпан снаружи четырьмя тысячами белых пятен, диаметром по десять сантиметров каждое. Они занимали пятую часть всей его поверхности. Красиво или некрасиво — никто над этим не задумывался. Термодинамические расчеты вытеснили всякие эстетические соображения.

Умело комбинируя белый цвет с черным, можно предохранить космический аппарат от перегрева или от переохлаждения.

Бедна палитра «космического маляра». Всего лишь два цвета в его распоряжении — черный и белый. Но и с ними он совершает подлинные чудеса. Шутка ли, тончайший слой краски заменяет порой обширный тепловой излучатель со всеми необходимыми для него приспособлениями! К сожалению, на все случаи жизни не угадаешь заранее черно-белую мозаику. Что хорошо для одних условий, может оказаться непригодным для других. Раз и навсегда застывшему терморегулирующему рисунку никак не справиться с тем разнообразием вариантов, которые встречаются в длительном космическом рейсе. Ведь рассчитан он на что-то одно. Вот если бы черно-белая гамма менялась и приспосабливалась к непостоянным условиям полета! Такими «живыми картинками», хотя и не черно-белыми, разрисованы советские искусственные спутники серии «Космос». Правда, слово «разрисованы» можно применять здесь лишь условно. «Космическому маляру» пришлось воспользоваться некоторыми механическими приспособлениями,, чтобы вдохнуть жизнь в свою «живопись».

Часть наружной поверхности этих спутников обладает повышенной излучательной способностью. Своего рода отводящая труба «теплового бассейна». Ее закрывают подвижные экраны, жалюзи. Покрытые плохо излучающим веществом, например, слоем алюминия, они снижают теплоотдачу и предохраняют аппарат от переохлаждения. Но стоит только температуре спутника возрасти до некоторого предела, как жалюзи автоматически поворачиваются, открывая тепловую «отдушину». В образовавшуюся брешь немедленно устремляется из спутника поток невидимых тепловых лучей. Сбросив избыток тепла, аппарат охлаждается, и жалюзи снова закрываются. Конечно, это еще не последнее слово техники. Хотелось бы избавиться от подвижных частей, от излишнего веса механических устройств и экранов. Вообще хотелось бы чего-то попроще. Скажем, чтобы спутник сам, без всяких приспособлений, менял свою окраску, подобно хамелеону!

Химики идут навстречу этому желанию конструкторов. Уже сейчас они готовы предложить на выбор несколько десятков веществ для окраски спутника-хамелеона. Некоторые полимерные соединения при нагревании меняют свой цвет с черного на белый как раз в нужном диапазоне температур. Как только спутник, покрытый снаружи таким веществом, начнет перегреваться, он сам собою побледнеет, «облачаясь» в белый защитный цвет. Сразу же уменьшится поглощение солнечных лучей и температура его упадет. Но ниже нормы она не понизится. Цвет охлажденного аппарата снова станет черным. Теперь его поверхность примется усиленно поглощать солнечные лучи, и он вновь нагреется. То темнея, то светлея, спутник будет автоматически поддерживать во внутренних отсеках запланированный тепловой режим.

У некоторых теплочувствительных веществ изменение температуры всего лишь на два градуса вызывает черно-белый переход. Конечно, терморегулирующие покрытия не сравнить, например, с терморегулирующей системой человеческого организма. У здоровых людей температура тела выдерживается с точностью до десятых долей градуса. Но если учесть простоту и легковесность цветоменяющих устройств, то трудно пока придумать что-либо более подходящее. К тому же на современных пилотируемых космических кораблях температура регулируется с точностью плюс-минус три градуса, а на автоматических станциях и аппаратах — в пределах плюс-минус пять градусов около заданного значения.

Быть может, не совсем правильно сравнивать перекрашивающийся в полете спутник с хамелеоном. Ведь хамелеон, меняя свой цвет, руководствуется вовсе не соображениями теплозащиты. А вот аризонская ящерица именно с помощью окраски регулирует температуру своего тела. Зимой она черная, а жарким летом ее кожа принимает светло-зеленый оттенок и хорошо отражает солнечные лучи.

Мы привыкли к тому, что окраска какого-нибудь изделия становится последней, завершающей стадией работы над ним. Для космического аппарата это не так. Цвет его поверхности выбирается и опробывается одновременно с разработкой и отладкой всех систем. Да и не может быть иначе: все в космическом аппарате взаимосвязано, все тесно переплетено, ибо все части и элементы — слагаемые его общего веса. Но, придерживаясь традиционной, привычной последовательности производственных операций, закончим и мы наш разговор о космической технике главой, посвященной окраске.

 

Подошла к концу наша книга, но проблему веса космических конструкций мы так и не исчерпали. Слишком она многогранна и необъятна. Борьба за вес продолжается даже после того, как космический аппарат сконструирован и изготовлен. Уже в цехе, на готовом изделии, добиваются той весовой экономии, которой не сумел или не успел добиться конструктор в своих чертежах.

Один из создателей советских автоматических станций «Венера», рассказывая о заключительном этапе работ, приводит текст приказа, который был вывешен в конструкторском бюро: «В целях привлечения изобретателей и рационализаторов к решению первоочередной задачи — уменьшению веса конструкции при сохранении надежности, качества и технологичности — приказываю: 1. Объявить конкурс по снижению веса изделия...» На станции дотошно просматривался каждый кронштейн, каждый болт, каждый кабель и жгут. «Можно срезать пару ниток болта — срезали, можно хоть на несколько сантиметров укоротить жгут — укорачивали...» За каждый сэкономленный грамм выплачивалась немалая премия.

Всякий раз, когда подходит к концу длительный и трудоемкий процесс создания космического аппарата, начинается настоящая охота за неизъятыми еще, лишними граммами. Американская фирма, разрабатывавшая лунную кабину «Аполлона», после того как из конструкции, казалось, было выжато уже все возможное, обещала платить по 10 000 долларов за фунт сброшенного веса. Такая экономия на мелочах приводит в целом, по всему аппарату, к весьма ощутимым результатам. В космических конструкциях не перечесть различных мелочей. Сберегая на каждой из них граммы, освобождают аппарат от многих килограммов избыточного веса.

Не смея пренебрегать никакой малостью, конструкторы все же надеются на большее. Надеются на то, что однажды им выпадет крупный выигрыш: одна из предложенных необычностей поможет, наконец, справиться с проблемой веса. Поэтому не ослабевает их тяга к необычному. Про космического конструктора можно сказать словами древнегреческого философа Гераклита: «Если он не ожидает неожиданного, то не найдет сокровенного».

Но откуда и когда оно придет — это неожиданное? Никто не знает. Вспоминается один научно-фантастический рассказ. В нем повествуется об инопланетянине, оказавшемся на Земле в результате катастрофы, постигшей его корабль. Никому и в голову не приходит, кто он на самом деле. Все считают его недалеким чудаком, роющимся целыми днями на свалке среди различного хлама и металлолома. И вот однажды на глазах изумленных очевидцев со свалки взмывает в небо невиданный летательный аппарат, сооруженный умелыми руками инопланетянина.

Не взлетит ли когда-нибудь с грандиозной «свалки» отвергнутых проектов диковинный космический аппарат, сотворенный из отходов сегодняшней конструкторской мысли? Прогресс космической техники столь стремителен, что ученые затрудняются делать мало-мальски определенные прогнозы хотя бы на несколько десятилетий вперед. В начале нашего века Константин Эдуардович Циолковский дал первую научно обоснованную идею космической ракеты. Многие современники воспринимали его как неисправимого чудака и фантазера-мечтателя. А ныне фантазии этого «чудака» воплощаются в космические конструкции. Но и этот человек, творческая мысль которого вырвалась далеко вперед, не смог предугадать стремительного темпа развития ракетной техники. Ему казалось, что покинуть земные пределы удастся не раньше, чем через несколько сотен лет. Действительность опередила даже его дерзновенную мечту. «Все идет неизвестными путями и к неизвестным, но, вероятно, величественным результатам, — писал тогда К. Э. Циолковский. — И мы с вами участники этого движения».

 

 

Среди проектов необычных космических двигателей будущего необходимо отметить гравилет, идея которого принадлежит советским ученым В. Белецкому и М. Гиверцу.

Представьте себе космический аппарат в форме гантели, ось которой перпендикулярна к прямой, соединяющей ее середину с центром Земли. На каждый шар гантели действует сила, направленная под некоторым углом к ее оси. Геометрическая сумма этих двух сил, строго говоря, меньше силы, с которой Земля действовала бы на оба шара гантели, если бы они слились в один шар. Разница, конечно, очень невелика, но она существует. Иначе говоря, вытянутость тела, его отличие от материальной точки как бы создает добавочную отталкивающую силу.

Если гантелевидный аппарат снабдить устройством, позволяющим раздвигать или сближать шары космической гантели, то получится гравилет — космический аппарат с «двигателем», работающим только за счет тяготения! В самом деле, раздвигая шары, можно удаляться от Земли,а сближая их, наоборот, приближаться к нашей планете.

Расчеты показывают, что даже при покоящихся шарах космическая гантель будет двигаться по сложной орбите, напоминающей пульсирующий эллипс с периодически меняющимся сжатием. Когда расстояние гантели от Земли минимально, также минимален и эксцентриситет. Наоборот, при наибольшем удалении гантели от Земли и эксцентриситет ее орбиты становится наибольшим.

Если в самой удаленной точке орбиты сжать гантель, сблизить до соприкосновения ее шары, гантель станет обращаться вокруг Земли практически как материальная точка, то есть покеплеровскому эллипсу с постоянным эксцентриситетом. Если в перигее, ближайшей к Земле точке орбиты, быстро расширить гантель, тогда «отталкивающая» сила приведет ее не в прежний апогей, а в точку, более удаленную от Земли. Повторяя много раз эти операции, можно заставитьгравилет удалиться от Земли по раскручивающейся спирали.

Таков принцип работы гравилета. Технически же осуществить этот проект нелегко. Чтобы заметно проявился отталкивающий эффект, длина гантели должна быть очень велика. Так, например, при длине в 2 км космическая гантель наберет описанным выше способом параболическую скорость только.за 20000 лет.

Расчеты показывают, что при длине в 200 км разгон до параболической скорости займет два года, а гравилет длиной в 2000 км достигнет той же скорости всего за полтора часа! Правда, такие размеры космического аппарата кажутся сегодня нереальными.

Гравилеты будущего могут оказаться более простыми и дешевыми, чем ионные и плазменные двигатели малой тяги.

Между прочим, не обязательно при полете заставлять сжиматься и разжиматься, то есть «пульсировать», весь гравилет. Достаточно внутри неизменного корабля устроить пульсацию некоторой массы жидкости. Можно применить и другой прием — поворачивать в нужные моменты (с помощью, скажем, маховиков) гантелевидный корабль к центру притяжения (например, к Земле). Принцип при этом остается прежним — изменение положения корабля меняет и силы, на него действующие. Все эти проекты, конечно, пока еще очень далеки от.осуществления.

 

По многообразию решаемых задач конструктора летательных аппаратов можно сравнить с архитектором. Архитектору приходится определять и внешний вид всего здания в целом, и расстановку колонн на фасаде, и расположение внутренних помещений, задавать форму купола, выбирать материал облицовки, заказывать специальную мебель. Он следит, чтобы здание вписывалось в окружающий пейзаж — городской или сельский, планирует основные транспортные пути в новом микрорайоне. Так и конструктор. Все в его ведении — от малого до великого, от внешних обводов аппарата до формы и материала крепежных болтов и кронштейнов.

— Артем Иванович, что в конструкторском деле главное? — не раз спрашивали журналисты Микояна.

— Умение мечтать! — неизменно отвечал им создатель прославленных МИГов.

В словах этих нет ни преувеличения, ни нарочитости. При конструировании летательных аппаратов никак не обойтись без мечты и фантазии. А как без помощи воображения вымыслить небывалую конструкцию, работа которой должна протекать в невиданных ранее условиях? Скажем, в таком глубоком вакууме, что сами собой свариваются соприкасающиеся металлические поверхности, в таком тепловом режиме, когда температура колеблется от стоградусного холода до стоградусной жары. И где не укрыться от всепроникающей радиации, вызывающей непредсказуемые изменения в материалах и приборах.

Вы, конечно, догадались, что речь идет о космических аппаратах. Их создателям чаще чем кому бы то ни было приходится прибегать к услугам своего воображения. «Мысль, фантазия, сказка. Далее расчет и, наконец, исполнение»— таковы, по мнению Сергея Павловича Королева, этапы рождения нового. От сказки и фантазии отталкивается космический конструктор в своем творчестве, полету космического корабля всякий раз предшествует полет воображения.