Техника - молодёжи 1962-06, страница 6

Луну «вытянуться» своей большой осью по направлению действия земной силы тяжести.

Совершенно очевидно, что на нашем спутнике-гантели можно установить антенну, луч которой всегда будет точно направлен на Землю.

А что будет, если стержень гантели при запуске не удалось точно направить на Землю? В этом случае на гантель действуют силы, стремящиеся повернуть ее в нужное положение. Но, дойдя до нужного положения, гантель с разгона отклонится в противоположную сторону и будет качаться, как маятник. Эти колебания практически будут длиться бесконечно долго: в космосе нет сил трения, из-за которых колебания могут затухнуть.

Как же в таком случае остановить нашу гантель? Чтобы ответить на этот вопрос, вспомним, что Луну, возможно, остановило внутреннее трение от приливов, вызванных в веществе Луны Землей. Но можно ли создать подобное трение в гантели? Оказывается, можно. Для этого надо снабдить гантель сосудом с вязкой жидкостью, в котором двигается поршень, связанный с самой гантелью. Энергия колебаний гантели израсходуется на трение и нагрев жидкости, и колебания прекратятся.

Есть и другое решение. Можно затормозить гантель, используя взаимодействие магнитного поля Земли с токами в'специальной аппаратуре спутника подобно тому, как якорь электрической машины можно затормозить магнитным полем статора.

Силы, ориентирующие гантель, невелики. Чтобы они были больше, нужно увеличить массу обеих половин гантели и длину соединяющего их стержня. Уже при массе гантелн порядка нескольких тонн и длине стержня около 100 м гантель будет достаточно устойчива и не будет заметно отклоняться от ударов мелких метеоритных частиц. Стержень может быть очень тонким, так как растягивающие его силы измеряются граммами.

Описанный способ можно применять только в спутнике Земли — ведь отличительным признаком Земли, используемым в этом способе ориентации, является ее «начальственное» положение по отношению к гантели. Для искусственного спутника Луны непосредственным «начальством» была бы Луна, и антенна ориентировалась бы на Луну. По этой же причине антенна искусственной планеты ориентировалась бы не на Землю, а на Солнце.

«ВАНЬКА-ВСТАНЬКА» НА ЛУНЕ

Для наведения антенны с Луны на Землю можно использовать свет Земли. Чтобы Солнце не отвлекло фотоэлементы и антенну на себя, нужно применить такую тактику: высадить станцию в период новолуния на ночную половину Луны. Тогда в небе Луиы Солнца не будет, и Земля будет самым крупным источником света, тем более, что она в новолуние имеет фазу «полноземелия». Фотоэлектрический «глаз» наводит антенну на Землю: затем это положение фиксируется намертво, и фотоэлементы отключаются навсегда. Через некоторое время на Луне восходит Солнце, но оно уже не может отвлечь систему на себя. Антенна оказывается навсегда наведенной на Землю: вёдь поскольку Луна всегда обращена к Земле одной стороной, Земля в небе Луны оказывается всегда в одном месте.

Довольно просто навести антенну и по радиосигналам Землн, прибегая к той же тактике, чтобы устранить отвлекающее влияние радиоизлучения Солнца.

Но есть еще одно н, пожалуй, самое простое решение. Оно основано на том, что с какой-либо определенной точки Луны Земля видна всегда в одном и том же направлении. В частности, если высадиться в центре видимой части Луны, то мы увидим Землю точно в зените лунного неба. Но ведь в зенит навести антенну можно очень просто: достаточно снабдить ее противовесом! Ни фотоэлементов, ни моторов, ни источников питания к ним — просто и надежно! Конструктивно лунная автоматическая станция должна напоминать собой популярную игрушку «Ванька-встанька», «головой» которой является антенна. На рис. 5 показана прилунившаяся станция в виде шара, нижняя половина которого наполнена тяжелыми блоками — передатчиком, телекамерами и др., а верхняя, полегче, — Содержит антенну. Такой шар сам установится антенной в зенит, на Землю.

К сожалению, в небе Луны Земля не абсолютно неподвижна. Она совершает довольно замысловатое кажу

щееся движение в пределах круга диаметром в 16°. Значит. ширина радиолуча должна быть не меньше 16". Кроме того, если станция «прилунится» «е в центре видимого диска Луны, то Земля будет не точно в зените. Следовательно, нужно предусмотреть в ширине радиолуча запас на неточность высадки. Расширив радиолуч до 25°, мы даем станции право ошибиться при высадке на 100 км в любую сторону от центра. Но даже при этом получается выигрыш в энергии по сравнению с ненаправленной антенной в 75 раз.

То, что станция должна высаживаться вблизи центра, несколько ограничивает область применения «Ваньки-встаньки». Но центр диска является самой привлекательной точкой высадки хотя бы потому, что если даже станция сядет в глубокое ущелье, то лунные горы не закроют Землю, ибо она находится в зените. А ведь если станция прилунится где-либо вдали от центра, то Земля очутится невысоко над горизонтом и может оказаться заэкранированной горами, а тогда не поможет никакая система наведения.

Ясно, что в любом случае надо высаживать. станцию поближе к центру диска.

РАДИОПЕРЕДАЧА С МАРСА

Навести антенну с Марса на Землю очень трудно. Во-первых, с Марса Земля видна всего лишь как яркая звезда. Во-вторых, в отличне от Луны Марс не обращен к Земле одной стороной — он вращается вокруг своей оси независимо от Земли. Поэтому Земля в небе Марса восходит и заходит, как и все прочие светила.

В таких условиях антенну с Марса непосредственно на Землю можно нацелить только с помощью мощных радиосигналов Земли.

Однако есть косвенный способ наведения. Раз в два года с небольшим, во время так называемого противостояния, Земля оказывается в непосредственной близости от прямой Марс—Солице (положение 1 — 1 на рисунке 4). На небе Марса Земля в это время находится рядом с Солнцем, восходит и заходит вместе с ним. Если антенна с помощью фотоэлектрической системы будет наведена на Солнце, то она попутно окажется направленной и на Землю. Антенна сопровождает Солнце и Землю в их суточном движении по небу Марса, провожая их до заката. Затем необходимо отклонить антенну на восток, где она должна ждать нового восхода Солнца.

При таком косвенном наведении Земля в конце концов выйдет из радиолуча, направленного на Солнце (положение 2—2 на рисунке 4). Но если ширина луча составляет 30°. то он сможет попадать иа Землю примерно в течение 40 суток. Этого может оказаться вполне достаточно, чтобы автоматическая станция, высадившаяся на Марс, выполнила свои задачи.

Подобный способ можно применить почти на любом небесном теле, расположенном от Солнца дальше, чем Земля: на Марсе, Юпитере. Сатурне и их спутниках, на многих астероидах и искусственных планетах.

СОЛНЕЧНЫЙ ФЛЮГЕР

Представим себе искусственную планету где-ииоудь в районе орбиты Сатурна, снабженную солнечным «флюгером» — легким конусом из тончайшей фольги или бумаги, натянутой на каркас (рис. 6) Подобно общеизвестному метеорологическому флюгеру, ориентирующемуся острием навстречу ветру, солнечный флюгер под действием давления световых лучей без каких-либо источников питания будет ориентироваться на Солнце.

С орбиты Сатурна Земля всегда видиа рядом с Солнцем (как Меркурий — с орбиты Земли). Она удаляется от Солнца самое большее на 6°. Значит, если ширина радиолуча равна 12° н он направлен на Солнце, этот луч попадет и на Землю.

Несмотря на то, что на орбите Сатурна давление солнечных лучей составляет всего лишь около 0,001 миллиграмма на квадратный метр, флюгер площадью в 100 м² и с длиной плеча в 20 м способен менее чем за сутки развернуть антенной к Солнцу компактную станцию весом в одну тонну.

Мы рассмотрели несколько способов наведения антенны из космоса на Землю. Нет нужды говорить, что все эти способы пригодны и для наведения фото-, кино- и те лекамер, а также для ряда систем космической аппара туры.

4