Техника - молодёжи 1990-12, страница 33

Инженерная фантастика

дальнего космоса, межзвездные зонды, перспективные парусники XXI века.

Поскольку есть 4-й критерий «альфа», почему бы не быть и 5-му—«омеге»? Обозначим этой греческой буквой коэффициент отражения парусом светового потока—чем и выше, тем больше тяга. Эта величина зависит от степени деградации покрытия паруса в условиях космоса—воздействия глубокого вакуума, электромагнитных излучений, корпускулярных потоков, метеорной эрозии.

И, наконец, 6-й критерий, прозаический, но порой определяющий — стоимость космического аппарата.

Таким образом, «теоретическая нить Ариадны», придерживаясь которой можно в первом приближении оценивать проекты, представляет собой цепочку из шести звеньев, по которой составляется «визитная карточка» парусника.

ИЗИТНАЯ КАРТОЧКА КОСМИЧЕСКОГО ПАРУСНИКА

Тип формообразования СП Площадь СП S [м² 1 Масса КЛАСП М [кг J Показатель парусности

- S/M [м²/кг] Коэффициент отражении светового потока СЮ Стоимость КЛАСП

Однако при дальнейшем детальном рассмотрении аппаратов необходимо выявлять более тонкие особенности.

Представим себе, что КЛАСП выведен на высокую околоземную орбиту в сложенном состоянии. Теперь ему надо раскрыть парус, на геоцентрических орбитах набрать скорость вплоть до 2-й космической, а затем перейти на гелиоцентрическую орбиту и совершить перелет к Луне и далее к Марсу—именно так проложена трасса космической регаты. Главной проблемой будет выбор принципа управления огромным по площади, обладающим сложными инерционными характеристиками солнечным парусом.

Достаточно жесткие и прочные твердотельные и пленочные каркасные паруса типа «зонт» (см. рис. «Генеалогическое дерево...») можно ориентировать в пространстве, используя традиционные в космонавтике способы и устройства (например, реактивный двигатель). Однако за это придется платить уменьшением а: масса каждого такого паруса намного, иногда более чем на порядок, превышает массу равного по площади бескаркасного СП. Согласитесь, это немаловажно: чем продолжительнее перелет, тем сильнее деградирует парус — со всеми негативными последствиями.

Шансы «баллонов» и «парашютов», как гонщиков по предложенной трассе, тоже невелики—хотя бы потому, что, управляя ими, придется изменять парусность по принципу «сложил — расправил». А такой прием для охрупчиваю-щейся под действием солнечной и космической радиации пленки весьма нежелателен: с одной стороны, происходит как бы «сшивка» полимерных молекул материала СП, а с другой—деструкция (разрывы) атомных связей. Правда, помимо «пульсирования», можно использовать иной (применимый, кстати, для всех СП) принцип управления: программное изменение коэффициента отражения и. Но, во-первых, этот способ не дает выгодного набора скорости за фиксированное время, а во-вторых, требует чрезвычайно строгого контроля теплового баланса паруса.

Многолонжеронный пневмо-каркасный СП обладает многими достоинствами. Однако с точки зрения технологии изготовления весьма капризен, во всяком случае, пока.

Исследуя роторные (вращаю-^щиеся в полете) системы, в которых жесткость СП обеспечивается центробежными усилиями, можно прийти к выводу, что длительно управлять парусом типа «компактное поле» довольно сложно. Действительно, представьте себе огромный пленочный маховик, эдакую «космическую медузу», которая в силу гироскопического эффекта стремится сохранить неизменным в пространстве направление своей оси вращения. Попытки развернуть СП обязательно приведут к неравномерному на-гружению материала паруса, а

ведь его толщина составляет всего-то 2—5 мкм.

От этого недостатка избавлены лопастные системы, у которых плоскость вращения СП может оставаться неизменной, а управление осуществляется поворотом лопастей (примерно как у вертолета, когда изменением угла атаки регулируется подъемная сила). Заметим, что инерционные характеристики лопастной системы в отличие от СП типа «компактное поле» остаются практически неизменными.

Но как раскрыть лопасть до многокилометровой длины (напомним, на околоземную орбиту она попадает в сложенном виде), как ею управлять, не вызывая перекосов и вообще сколько лопастей предпочтительнее для КЛАСП? Предлагаем следующие рассуждения.

Расправить свернутые в рулон лопасти поможет Солнце. В самом деле, если мы сориентируем их в пространстве наподобие пропеллера, световое давление начнет раскручивать КЛАСП. Лопасти под действием центробежных сил будут потихоньку удлиняться до полного своего раскрытия. Заметим, что в таком случае мы избегаем очень неприятного эффекта, характерного для неплоских (например, раскрывающихся по типу «гармошки») парусов. В их складках возникают нежелательные переотражения светового потока и одновременно ухудшается сброс тепла с теневой стороны паруса. Возникает вероятность локального перегрева космической «парусины» на 70—100° С. А тогда, во-первых, в месте перегрева парус может расплавиться, и образуется, фигурально выражаясь, дырка. Во-вторых, поскольку парус вращается и на него действуют центробежные усилия, то даже небольшие разрывы могут оказаться роковыми, особенно при прохождении зоны радиационных поясов. В них на поверхность СП «садится» мощнейший (киловольты!) электростатический заряд, а поскольку одноименные заряды взаимно отталкиваются, контур дырки становится концентратором разрывающих усилий. Электростатический заряд необходимо нейтрализовал^, например, инжектируя на СП заряды противоположного знака. Причем следует учесть, что для равномерного размазывания заряда по

31