Техника - молодёжи 1990-10, страница 7

лезную работу в бортовой электросистеме, а Амперова сила тормозит орбитальное движение. Электричество на борту вырабатывается из механической энергии орбитального движения.

Геомагнитная индукция относительно невелика. Зато скорость движения — космическая, да и длина троса немалая. Произведение этих трех величин дает очень большие значения ЭДС индукции. Так, в тросе длиной 20 км на низкой орбите индуцируется около 4 кВ! При вполне реальном токе в 10 А мощность тросового генератора достигнет 40 Квт. Огромная прибавка в бортовом электропитании!

Выгодно комбинировать режимы тяги и генерации. При входе в тень Земли солнечные батареи перестают вырабатывать энергию. В этот период можно включить тросовый генератор. На освещенной стороне можно переключиться в режим тяги и восполнить потери энергии орбитального движения в тени. КПД перевода механической энергии в электрическую и обратно при та-

«Космический эскалатор» состоит из нескольких вертикальных связок. Груз сначала доставляется на нижнее тело первой, подымается вдоль троса, затем в момент сближения перемещается на нижнее тело второй, подымается вдоль ее троса и т. п.

ких операциях оценивается очень высоко — 90—95%.

Не менее важно и то, что, пропуская по тросу ток, можно постепенно изменить все элементы орбиты без затрат химического топлива.

Чем больше ток в тросе, тем больше сила тяги или мощность генерации. Однако есть предел ее роста, определяется он не столько электрическими характеристиками системы, сколько ее динамическими свойствами. Оказывается, если ток превосходит некоторое критическое значение, система начинает сильно раскачиваться Амперовыми силами. Наступает электромагнитный флаттер Последствия его опасны: раскачавшийся трос ослабляется, и движение становится неуправляемым. Так что не стоит переступать эту черту.

ВЫСОТНАЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ТРУБА

Идея Дж. Коломбо о зондировании атмосферы с помощью привязного спутника за последнее время также заметно обогатилась.

На рисунке 2 показано расположение элементов тросовой системы при зондировании. Орбитальный самолет движется на высоте около 220 км грузовым отсеком вниз. Через приемную штангу трос уходит от него к шаровому зонду до высоты около 120 км. Сопротивление воздуха отклоняет трос с зондом назад. Ориентация последнего обеспечивается парой аэродинамических стабилизаторов

Зачем вообще нужно зондирование? Дело в том, что атмосфера на высотах 50—150 км недоступна для непосредственного исследования. Для самолетов эти слои слишком разрежены, для спутников — слишком плотны. Метеорологические ракеты могут находиться в них считанные минуты. А полет привязного зонда длится много часов.

Только с помощью зонда в натурных условиях можно изучать аэродинамические характеристики перспективных моделей спускаемых космических аппаратов. Недаром поэтому описанную систему называют еще высотной аэродинамической трубой.

Ну, и само собой разумеется, с низколетающего привязного зонда можно получать снимки земной поверхности с лучшим разрешением. Можно делать стереоскопические снимки, когда одно изображение получается с зонда, а другое — с орбитального самолета.

Во всех случаях возникает естественное желание «зарыться» поглубже п атмосферу. Но и здесь природа установила естественный предел. Непреодолимый барьер находится на высоте около 110 км. При погружении ниже этого уровня система начинает сильно раскачиваться аэродинамическими силами. На этот раз мы имеем дело с аэродинамическим флаттером, который не менее опасен, чем электромагнитный.

Привязной атмосферный зонд будет, вероятно, испытан во время второго полета американского орбитального самолета с тросом за бортом.

КОСМИЧЕСКИЕ ПРАЩИ

Чем так привлекателен «космический лифт» Ю. Арцутанова? Да тем, что не надо жечь и выбрасывать в пространство огромные количества топлива. Сел — и поехал в космос. На электровозе подходящей конструкции.

Оказывается, не только грандиозный «земной лифт» позволяет перемещать тела в космическом пространстве без шума и гари, но и тросы относительно скромной длины. С их помощью можно образовывать временные связки спутников и изменять их орбиты, пере

давая без потерь энергию и момент количества движения от одного космического аппарата к другому.

Представим, что орбитальный самолет доставил грузы на станцию и собирается возвращаться. В традиционном варианте после расстыковки он должен сжечь и выбросить в пространство изрядное количество топлива. Затратить энергию, чтобы уменьшить ту энергию, которая такой дорогой ценой досталась при запуске! Мягко говоря, нерационально.

Рассмотрим теперь тросовый вариант. После расстыковки орбитальный самолет остается связанным со станцией. Трос разматывается. Орбитальный самолет под действием микротяжести уходит вниз, а станция — вверх от общего центра масс. Образуется вертикальная связка, как на рисунке 2. Этот процесс не требует затрат энергии. Наоборот, притормаживая развертывание, можно заставить микротяжесть совершить еще и полезную работу.

Если теперь эту связку расцепить, то точка расцепки станет для орбитального самолета апогеем (высшей точкой) его новой орбиты, а для станции — перигеем (низшей точкой) новой орбиты (р и с. 3, пунктиром показана орбита на момент расстыковки). В результате этого маневра, на который не было затрачено ни грамма топлива, орбитальный самолет пойдет на посадку, а станция будет переведена на более высокую орбиту, что очень важно, поскольку станция постепенно теряет высоту из-за аэродинамического торможения.

Через полвитка после расцепки разность высот двух аппаратов, образовавших ранее связку, составит от 7 до 14 длин троса. При длине троса 50 км это будет 350—700 км! (Минимальное значение получается при расцепке в состоянии вертикального равновесия.)

Как же удается убить двух зайцев, да еще и без выстрелов? Все по законам механики. Отобрали лишнюю энергию у орбитального самолета и отдали ее станции. А бескорыстным посредником в этом обмене был трос.

Можно пойти дальше. Не заставлять орбитальный самолет добираться до орбиты станции, а спустить со станции ему навстречу привязной стыковочный узел. После стыковки орбитальный самолет образует со станцией вертикальную связку. Дальше есть два варианта. Либо самолет подтягивается к станции для разгрузки, а затем спускается обратно на тросе и отстыковывается. Либо он оставляет груз на стыковочном узле, который затем поднимается на станцию. В обоих случаях экономится много топлива.

Спутник, доставляемый на орбиту в грузовом отсеке орбитального самолета, может быть затем запущен на более высокую орбиту с помощью троса. В свою очередь, орбитальный самолет при запуске может не сбрасывать, а спускать на тросе отработанный топливный бак, отбирая часть его энергии. И так далее...

5