Текст книги "Чудеса техники"

По космическим орбитам

 
…Ведь Ньютона открытие
разбило
Неведенья мучительное зло.
Дорогу к новым звездам
проложило
И новый выход страждущим
дало.
Уж скоро мы, природы
властелины,
И на Луну пошлем свои
машины.
 

Дж. Байрон

Пожалуй, вырваться за пределы земного тяготения было настолько дерзновенным устремлением человечества, что долгие столетия об этом мечтали лишь поэты и писатели-фантасты. Даже во второй половине XIX века, когда пар и электричество преображали производство и наземный транспорт, мало кто связывал эти достижения с выходом в космическое пространство. И если об этом писали, как, например, Жюль Верн в своих романах, то представляли запуски в космос совсем не так, как это делается сегодня. Думали, что аппараты на Луну можно отправить, стреляя из огромной пушки. Отметим, что этот способ выхода в космос оказался вовсе не безнадежным. Но осуществить его удалось только в наше время.

Генеральной дорогой космонавтики стало использование ракет. Сами по себе они были известны давно, исторические источники отмечают их применение несколько столетий назад в Китае и Индии. Но это были небольшие устройства, и вряд ли кто-нибудь усматривал в них возможность заатмосферных путешествий.

Реально космонавтика начала становиться на ноги, когда появились научные расчеты. Они доказывали выполнимость полета по орбите вокруг Земли и даже далеко за ее пределы с помощью реактивной техники, но создание ее требовало новаторских конструкторских и инженерных решений.

Правда, когда появились эти расчеты, еще только-только «вставала на крыло» авиация и многие справедливо сомневались в быстрых темпах даже ее развития. Что ж говорить о каких-то ракетах, направляемых в заоблачные выси! Но жизнь подтвердила фантазии ученых, и это произошло весьма скоро…

Вклад, который внес в обоснование возможности космических полетов наш соотечественник К. Э. Циолковский, неоспорим и признан во всем мире. Живя в тихой и провинциальной Калуге, скромный учитель смог облечь свои мечты в конкретные формулы, на которые затем опирались все, кто хотел реализовать полет в космос. Циолковского поэтому называют основоположником теоретической космонавтики. Но на склоне лет ему удалось застать начало практического воплощения своих надежд.

В двадцатые – тридцатые годы и в нашей стране, и в других развитых государствах стали активно строить ракеты. Они, используя реактивную тягу, взлетали поначалу на небольшие высоты, но вскоре стали соперничать со стратостатами. То есть соревнование шло пока лишь в подъеме на все большие уровни по вертикали.

В начале сороковых годов, когда вовсю гремела Вторая мировая война, ракеты приняли на вооружение. У нас это были установки реактивного огня – «Катюши», а в гитлеровской Германии – ракеты ФАУ-2, которыми фашисты обстреливали Англию.

Дальнобойность, продемонстрированная ракетным оружием, говорила о том, что при последующем росте мощности двигателей можно попытаться выйти уже на околоземные орбиты.

В обстановке глубокой секретности (дело-то было связано с обороной!) шла работа над космическими устройствами. И прошло поразительно мало времени с начала постройки первых, еще во многом несовершенных, часто взрывавшихся ракет до того, как человек сумел вырваться в космос, то есть достичь скорости около 8 километров в секунду!

А все это стало летать благодаря тому, что люди смогли «впрячь» в новую технику хорошо «обкатанный» авиацией реактивный принцип. Однако, в отличие от самолетов, поддерживаемых во время движения воздухом, ракете в безвоздушном пространстве не на что опираться и не от чего отталкиваться, кроме как от выбрасываемых из нее продуктов сгорания топлива.

Еще задача. Топливо без кислорода гореть не может. А где его взять в космосе? Остается везти с собой, в сжатом виде. Ракета становится тяжелее, и чтобы оторвать от Земли и разогнать большой вес, нужна такая тяга, какую могут обеспечить лишь реактивные установки. Их на сегодня придумано немало: на твердом, жидком, ядерном топливе. Есть гибридные схемы, есть такие, что должны работать на солнечной энергии.

И даже если мы захотим двигаться к другим планетам, а может, и дальше – к звездам, то долго еще будет работать реактивный принцип.

Первый искусственный спутник Земли был запущен 4 октября 1957 года. Не прошло и четырех лет, как в космосе побывал первый человек – Юрий Гагарин.

Чтобы осуществить эти и последующие запуски, потребовались огромные силы: работали целые отрасли промышленности, многие научно-исследовательские институты и конструкторские бюро.

Подумайте, сколько новых технических задач нужно было решить. Из чего делать корпус ракеты? Каким заправлять топливом? Сколько и каких приборов надо установить, чтобы она не сбилась с курса, не «кувыркалась» во время движения по орбите, чтобы поддерживалась устойчивая связь с Землей? Как создать в условиях невесомости, а именно в них большую часть времени проводят космонавты, необходимый, хотя бы минимальный комфорт?

Тысячи и тысячи проблем, и все их надо было решать в комплексе, одновременно. Вот пример: для длительного полета пилотам корабля нужен достаточный запас кислорода и питания. Но двигатели ракеты способны поднять строго ограниченный вес. Что делать, не экономить же на горючем? Такого рода вопросы подталкивали к изобретению как новых материалов для обшивки и двигателей, к поиску необычных, обладающих высокой эффективностью видов топлива, так и к установке на борту корабля новейших компактных вычислительных машин. Они должны совершать огромный объем работы и заменять громоздкие и тяжелые устройства, используемые обычно на Земле.

Заметьте, сколько раз в сообщениях о работе станции «Мир» упоминалось об отладке или ремонте бортовых компьютеров. Сбои в их работе угрожали потерей энергообеспечения, нарушением ориентации станции, прекращением научных экспериментов. Пришлось доставлять на орбиту с помощью космического челнока новую вычислительную машину и «на ходу» производить замену.

Чтобы работа в космосе была более эффективной, многие из операций имитируют на Земле. Например, условия, похожие на те, в которые попадают космонавты при выходе в открытый космос, можно создать… в специальном бассейне. Там проходят испытания и люди в скафандрах, и конструкции, с которыми им придется иметь дело на орбите.

А когда американские астронавты высаживались на Луну, дублирующий экипаж повторял все их движения в имитаторе размером с пятнадцатиэтажный дом. В нем была воспроизведена обстановка, подобная лунной. И если на Луне вдруг произошло бы что-то непредвиденное, то на Земле это могли бы повторить и подсказать астронавтам решение проблемы.

Сегодня на Земле построен не один космодром – огромная стартовая площадка для ракет, достигающих сотни метров в высоту и способных вывести на околоземную орбиту свыше 100 тонн полезного груза, например наша ракета-носитель «Энергия». Многие страны располагают возможностью запускать свои космические корабли и космонавтов или же платят за это, покупая рейс у других государств. Арсенал ракет для запуска самых различных спутников и станций велик и разнообразен.

Как же все это намерено использовать человечество?..

Полеты в космос требуют огромных затрат. Некоторые проекты невозможно осуществить в одиночку даже таким крупным странам, как Россия или США. Более того, выходы на орбиту приносят и прямой ущерб – падают на Землю отработавшие ступени ракет, выводятся из хозяйственного пользования прилегающие к космодромам громадные территории, да и в самом космосе накапливается мусор, состоящий из деталей ракет и кораблей и закончивших свою работу на орбите спутников.

И все же развивать космонавтику, несомненно, стоит. Вспомним о спутниках, помогающих предсказывать погоду, поддерживать телевещание и устойчивую связь между разными районами Земли, искать полезные ископаемые. И, может быть, самое на сегодня важное – вести глобальный мониторинг (наблюдение и оценку) экологического состояния поверхности нашей планеты.

Масштабы человеческой деятельности, в том числе и наносящей вред природе, стали настолько велики, что только такое средство, как слежение из космоса, позволит разработать меры противодействия.

Но было бы неверным говорить только о практической стороне космонавтики, ведь начиналась она с мечты, устремленной к звездам…

«Человечество не останется вечно на Земле… – писал К. Э. Циолковский. – … Очень важно иметь ракетные корабли, ибо они помогут человечеству расселиться по мировому пространству». Вот куда были нацелены мысли основоположника космонавтики! И сегодня существует много энтузиастов и сторонников космических путешествий.

Созданы Всемирный фонд космических исследований, Общество межзвездного движения. Их члены не только проектируют и обсуждают, но даже пытаются строить собственные космические аппараты. Вот, скажем, американцы уже создали так называемый космический парус, который мог бы двигаться под действием давления солнечного света. Есть проект аппарата, приводимого в движение на пути к далеким звездам лучом мощного лазера.

А один из отечественных изобретателей предложил опоясать Землю гигантским «эластичным» кольцом, которое, вращаясь с огромной скоростью, постепенно станет невесомым, растянется и выйдет за пределы атмосферы. При уменьшении скорости оно вернется к первоначальному виду, совершив мягкую посадку на Землю. По оценкам, такое кольцо могло бы вместить 400 миллионов человек и 200 миллионов тонн груза, поднимая их до орбит искусственных спутников. Впечатляет?

Есть множество подобных предложений, до реализации которых человечество еще должно дойти. Но то, что происходит сейчас в космонавтике, дает основание думать, что мы можем здорово ошибиться в прогнозах.

Посмотрите, сколько было сделано за совсем небольшой промежуток времени. Это и путешествие космических аппаратов до самых границ Солнечной системы, принесшее потоки новой информации, – одних новых спутников планет было открыто 26! Это и высадки автоматических транспортных устройств на поверхности спутников и планет – наших, несколько забавных, похожих на кастрюли восьмиколесных луноходов и американских роботов-марсоходов. Это и посещение Луны астронавтами во время нескольких экспедиций «Аполлона», и нынешний полет аппарата «Лунар Проспектор», вышедшего на селеноцентрическую орбиту в январе 1998 года. Кстати, целью последнего полета стало всестороннее обследование нашей соседки, в том числе и поиски на ней воды.

Список этих достижений огромен. Но и планов – «громадье». Здесь есть еще чем заняться, нужны смелые идеи, золотые руки и умные головы. И не бойтесь того, что станете маленьким «винтиком» в громадной космической машине.

При желании можно и самому добиться успехов, как, например, это сделал любитель-ракетостроитель из Англии, в одиночку построивший трехметровую ракету. А в американском штате Флорида был объявлен конкурс с премией в десять миллионов долларов тому, кто своими руками построит, выведет на орбиту и вернет на Землю космический корабль.

По «неведомым дорожкам»

 
Таинственна в сиянии
дневном
Природа свой покров сорвать
не позволяет.
Не выудить у ней винтом
иль рычагом,
Что духу твоему она
не открывает.
 

И. Гёте

Плавать на лодках и кораблях люди стали очень давно. Железные дороги существуют почти три сотни лет. Автомобилю давно перевалило за сотню. Воздушному транспорту тоже более ста лет. Эра освоения космоса добралась «по возрасту» до полувека.

Какие еще виды транспорта могут появиться в грядущем, чтобы стать вровень с этими пятью лидерами? Наверное, стоит всмотреться в те изобретения, которые оказались как бы на обочине технического прогресса или не были призваны для решения задач массовых перевозок. Либо были слишком непривычными, даже отпугивающими. А ведь таких находок, порой довольно смелых, очень много в истории транспорта. Не кроются ли в них прообразы будущих его видов?

Взгляните на рисунок у эпиграфа к этой главе. Вряд ли такой парусный сухопутный «автомобиль» мог рассчитывать на симпатию со стороны пассажиров. Но идея, заложенная в нем, позже была воплощена в буерах, скользящих под напором ветра по снежным и ледяным равнинам, только колеса пришлось заменить лыжами. Такой способ передвижения с успехом практиковали полярные исследователи. Парусный ледоход помог покорить Северный магнитный полюс! Удивительно, но подобное средство передвижения применимо и в пустынях.

Так что несуразные, комичные, экзотические машины отнюдь не всегда по достоинству оцениваются современниками, но иногда с благодарностью бывают признаны потомками. Внимательно вглядываясь в уже существующие механизмы, чутко прислушиваясь к подсказкам природы, изобретатель находит подчас необычные, неприемлемые современниками решения, и только время расставляет все по своим местам.

Вроде бы архаичные, ушедшие в прошлое способы и приемы позже наполняются новым смыслом, когда люди обретают более совершенные материалы, а главное, более глубокие знания. Изобретение будто возрождается. Поэтому не стоит беспрекословно отвергать с порога кажущиеся странными находки, которые до поры до времени нам непонятны, но которые когда-то природа открыла «духу» изобретателя…

Замечали ли вы, что происходит с вашим телом во время ходьбы? Конечно, речь идет лишь о механике нашего движения. Так вот, перемещаясь по горизонтали, мы, кроме того, движемся еще и вверх-вниз. Иными словами, наш центр тяжести то опускается, то поднимается – мы отталкиваемся от земли, приподнимая «заднюю» ногу и приседаем, пружиня, на «переднюю».

Почему бы не воплотить этот принцип в устройстве с большим количеством ног, чтобы одни отталкивались от поверхности, а другие, опорные, амортизировали? Такая идея была реализована в колесе с надувными камерами, расположенными по его ободу. Поочередно подавая или откачивая воздух из камер, колесо приводили во вращение. На испытаниях модель этого колеса без труда преодолевала заметные препятствия.

Другой пример связан с особенностями движения по скользкому грунту в приполярных областях Земли. Такой вездеход, как «Пингвин», разгоняется, выпустив из своих колес подобие лап. Они хорошо сцепляются с поверхностью льда и отталкиваются от нее. Когда же достигнута нужная скорость, вездеход поджимает колеса, ложится на «брюхо» и скользит подобно своему тезке – настоящему пингвину.

Уменьшить препятствующее движению трение пытаются и в трубопроводах. Сейчас по ним прокачиваются огромные, исчисляемые сотнями тысяч тонн массы горючего – нефти и газа. Это очень перспективный вид транспорта, но в нем необходимо поддерживать давление, теряемое по пути из-за трения о трубы. Были предложены способы транспортировки газа в виде снеговой массы, имеющей объем в пять раз меньший, чем тот же газ в жидком виде. Пропускная способность труб сразу возрастала. А если эту массу помещать в капсулы, то они могли бы нестись по трубам со скоростью до 80 километров в час.

Если же в туннеле создать пониженное давление воздуха, то по нему в подобных капсулах можно весьма быстро перемещать грузы и людей. Известен проект под названием «Планетран», когда в туннеле, проложенном на большой глубине, мог бы за счет откачки воздуха мчаться похожий на ракету поезд со скоростью в несколько раз большей, чем скорость звука! Такое «сверхзвуковое метро» позволило бы добраться через всю Америку от Лос-Анджелеса до Нью-Йорка быстрее чем за час. Сторонники проекта считают, что не только высокая скорость, но и экономия энергии и экологическая чистота должны когда-нибудь привести к его воплощению.

Если уж говорить о туннельном транспорте, то надо вспомнить и о гравитационных поездах, способных двигаться под действием силы тяжести сквозь «просверленные» с континента на континент отверстия. Эта идея известна давно, она очень красива, но пока еще слишком фантастична.

Взгляните на рисунок, на котором изображен необычный корабль. На нем установлены две здоровенные трубы, однако из них не валит дым, более того, они зачем-то… вращаются. Это знаменитое судно, которое удалось построить и испытать, причем оно подтвердило идею изобретения. А заключалась она в том, что если такие цилиндрические крутящиеся «мачты» обдувает ветер, то должна возникнуть тяга. Ее достаточно для движения корабля даже против ветра. Подобный эффект вы можете наблюдать при полете подкрученного мяча в теннисе или футболе. Из-за вращения мяч сносится вбок со своей траектории, словно кто-то его туда тянет.

Явления, возникающие при движении в воздухе, как правило, заносились в разряд мешающих. Например, так называемый экранный эффект, когда самолет при взлете не мог оторваться, а при посадке – коснуться взлетной полосы. Будто между его крыльями и земной поверхностью появлялась препятствующая воздушная прослойка.

Но на помеху можно посмотреть и с другой стороны. Почему бы не использовать ее как дополнительную опору при движении над поверхностью воды? Так возникла мысль об экраноплане, которую реализовал уже известный к тому времени конструктор кораблей на подводных крыльях Р. Е. Алексеев. Недовольный низкими скоростями передвижения по воде, он решил целиком вынести корпус этого и не самолета, и не судна в воздух. Испытания подобного устройства были проведены более тридцати лет назад. Но впоследствии эту систему не развивали, хотя время от времени интерес к ней вновь пробуждается в разных странах.

Другой вариант движения вблизи земной поверхности – искусственное создание «воздушной подушки». Ее получают под днищем транспортных средств при помощи мощного вентилятора. Приподнятый сжатым воздухом, корабль может скользить над рекой или болотом, встречая совсем небольшое сопротивление воздуха. Если сверху на него поставить еще один пропеллер, то такое судно способно развить скорость свыше ста километров в час. К этой идее, кстати, приложил руку теоретик космонавтики К. Э. Циолковский, а проверял ее в двадцатых годах на железной дороге инженер А. Л. Чижевский, известный как основоположник гелиобиологии.

Возникла же она, полагают, еще в начале XVIII века и потом два столетия созревала. В пятидесятых годах нашего столетия глайдеры – суда на воздушной подушке – регулярно курсировали через пролив Ла-Манш, беря на борт 250 пассажиров и 30 автомашин.

В какой-то из датских сказок подданные обращались к королю с просьбой о таком корабле, «чтоб и по воде и по суше плавал». Не напоминают ли глайдеры эти корабли? Во всяком случае на одном из них удалось пройти около двух тысяч километров по высокогорным гималайским рекам, преодолевая немыслимые для других видов транспорта препятствия.

Когда стремление человека подняться на как можно большие высоты было в какой-то степени удовлетворено, его мысли обратились к глубинам океана. Возможно, это определялось практической пользой, но первопроходцами все же в большей степени руководят любознательность и огромное желание преодолеть неизведанные трудности.

Такими препятствиями, к слову, могут быть и невежество, и консерватизм окружающих. Изобретателю батискафа специалисты говорили, что его предложения не осуществимы. Тем не менее аппарат для погружения на большие глубины был построен, испытан, а в дальнейшем усовершенствован до такой степени, что на нем удалось погрузиться до отметки почти в 11 километров – ко дну самой глубокой в мире Марианской впадины.

А вот совсем недавний пример. Для съемок уникального фильма о гибели суперлайнера «Титаник» были привлечены глубоководные аппараты российского производства «Мир-1» и «Мир-2». С их помощью удалось подробно заснять детали лежащего на четырехкилометровой глубине затонувшего в 1912 году судна.

Настойчивость исследователей была вознаграждена тем, что им удалось обнаружить совершенно неизвестный мир. А главное в том, что они наконец положили начало широкомасштабному изучению морских глубин. Не зря ведь считают ученые, что мы лучше знаем космос, чем океан. Теперь с ним связывают надежды на открытие и разработку месторождений полезных ископаемых, создание морских плантаций и, конечно, способов передвижения под водой.

Хотя подводные лодки строятся и используются уже давно (в основном, увы, для военных целей), о них как о средстве грузового и пассажирского транспорта особенно не задумывались. Но если нас ждет впереди широкое освоение океанских глубин, то «переквалификации» подводным лодкам не миновать.

Во всяком случае, пока ведутся предварительные, или, как сейчас говорят, пилотные, работы по новым подводным устройствам. Около двух лет назад состоялись, к примеру, испытания необычной лодки, напоминающей очертаниями маленький самолет с короткими, как бы обрубленными крыльями. Расположены они так, что при движении в воде создают направленную вниз тягу. Водитель этой лодки может маневрировать на своей машине так же, как летчик на самолете.

Будем надеяться, что, когда дело дойдет до массовых погружений в пучину океана, разработки такого типа окажутся весьма кстати. Ими уже занимаются компании по производству аппаратов для глубинных погружений, предназначенных в том числе для изучения океанских загрязнителей.