Антон Первушин - Битва за звезды-2. Космическое противостояние (часть II)
Американские инженеры Пензо и Майер предложили использовать тросы при облете астероидов. По их идее с пролетающего космического аппарата выстреливается гарпун, который внедряется в поверхность астероида. Заякоренный таким образом аппарат разворачивается, обрезает трос и уносит дальше, оставляя гарпун небесному телу на память о своем визите…
Лунные лифты
Первый проект лунного лифта был предложен еще до Юрия Арцутанова. Поборник идеи всестороннего использования «внешних ресурсов» Фридрих Цандер в одной из своих работ описывает трос, протянутый с поверхности Луны в сторону Земли за коллинеарную точку либрации (она находится на одной прямой с центрами масс этих небесных тел, и равнодействующая гравитационных и центробежных сил в ней равна нулю) на расстояние более 60 тысяч километров и удерживаемый от падения на поверхность Луны притяжением Земли. К сожалению, выбрав для расчетов характеристики стали, производимой в то время, автор пришел к выводу о нереальности этого проекта и «похоронил» его.
Возвращение к этой теме породило несколько довольно своеобразных проектов. Например, Юрий Арцутанов предложил идею лунного несинхронного лифта. Он образуется связкой двух тел, которая вращается вокруг своего центра масс и движется по орбите так, что в точке максимального приближения к Луне нижнее тело зависает над ее поверхностью (совпадают линейные скорости) и может принять груз.
Более оригинальной, но и более сложной конструкцией является так называемый космический «эскалатор», который удобно использовать в окололунном пространстве. Космический эскалатор состоит сразу 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 так далее.
Общепланетное транспортное средство
На примере тросовых связок мы имели возможность лишний раз убедиться, какое количество вариантов технической системы способна предложить конструкторская мысль, когда базовая идея уже сформулирована. При всей фантастичности концепции космического лифта (и космического ожерелья как производной первого порядка от проекта Арцутанова) человеческая фантазия оказалась способна породить еще более невероятную конструкцию.
Речь идет о проекте, получившем название «Общепланетное транспортное средство» (ОТС). Его выдвинул и обосновал инженер Анатолий Юницкий из Гомеля.
В своей статье, опубликованной журналом «Техника молодежи» в 1982 году, Юницкий утверждает, что если когда-нибудь продукт, получаемый за счет космической промышленности, составит хотя бы один процент от общего товаропроизводства Земли, у человечества появится потребность в принципиально новом транспортном средстве, способном обеспечить перевозки на трассе «Земля — космос — Земля» до 10 миллиардов тонн в год. Ни одна из известных транспортных схем не сможет обеспечить столь фантастический объем перевозок. Заглядывая далеко в будущее, Юницкий предлагает свое решение этой глобальной проблемы.
ОТС представляет собой замкнутое колесо поперечным диаметром порядка 10 метров, которое покоится на специальной эстакаде, установленной вдоль экватора. Высота эстакады в зависимости от рельефа колеблется в пределах от нескольких десятков до нескольких сотен метров. На океанских просторах, а они составляют 76 % от длины экваториальной линии, эстакада размещена на плавучих опорах, заякоренных на две.
Процесс старта ОТС выглядит следующим образом. Известно, что после подачи электрической энергии на обмотку линейного электродвигателя возникает бегущее магнитное поле.
В герметичном канале, расположенном по оси корпуса OTС, находится бесконечная лента, имеющая магнитную подвеску и являющаяся своеобразным ротором двигателя. В нее наводится ток, который будет взаимодействовать с породившим его магнитным полем, и лента, не испытывающая никакого сопротивления (она размещена в вакууме), придет в движение.
Точнее, во вращение вокруг Земли. При достижении первой космической скорости лента станет невесомой. При дальнейшем разгоне ее центробежная сила через магнитную подвеску станет оказывать на корпус ОТС всевозрастающую вертикальную подъемную силу, пока не уравновесит каждый его погонный метр (транспортное средство как бы станет невесомым — чем не антигравитационный корабль?).
В удерживаемое на эстакаде транспортное средство с предварительно раскрученной до скорости 16 км/с верхней лентой, имеющей массу 9 тонн на метр, и точно такой же, но лежащей неподвижно нижней лентой размещают груз и пассажиров. Это делается в основном внутри, а частично и снаружи корпуса ОТС, но так, чтобы нагрузка в целом была равномерно распределена по его длине. После освобождения от захватов, удерживающих ОТС на эстакаде, его диаметр под действием подъемной силы начнет медленно расти, а каждый его погонный метр — подниматься над Землей. Поскольку форма окружности отвечает минимуму энергии, то транспортное средство, до этого копировавшее профиль эстакады, примет после подъема форму идеального кольца.
Хотя после подъема с эстакады ОТС будет отдано на волю воздушных потоков, они не окажут на его работу никакого влияния. Расчеты показывают, что ни на что не опирающееся транспортное средство обладает уникальной изгибной жесткостью и устойчивостью, недоступной статическим конструкциям и обусловленной движением бесконечной ленты.
Например, дополнительная нагрузка в 100 тысяч тонн, приложенная к участку ОТС длиной в 1 километр, изогнет его относительно идеальной окружности всего на 20 сантиметров.
Анализ показывает, что поднявшееся транспортное средство будет находиться в равновесии только в том случае, если его общая кинетическая энергия будет равна энергии тела такой же массы, движущегося с первой космической скоростью.
Если общая энергия будет большей, диаметр кольца начнет увеличиваться, меньшей — уменьшаться. Тогда для подъема ОТС необходимо иметь либо первоначальный избыток кинетической энергии (ленту разгоняют на Земле до более высокой скорости), либо в процессе подъема нужно уменьшать массу транспортного средства путем сброса балласта.
Предпочтительнее всего их сочетание. В качестве балласта наиболее целесообразно использовать экологически чистые вещества: воду или предварительно сжиженный воздух.
Общий расход балласта при подъеме на высоту 30 километров — порядка 10-100 килограммов на погонный метр кольца.
Растяжение корпуса ОТС по мере увеличения его диаметра будет сравнительно невелико: длина кольца будет увеличиваться на 1,57 % для каждых 100 километров подъема над Землей. Удлинение корпуса компенсируют путем перемещения друг относительно друга его блоков, концы которых телескопически входят друг в друга и связаны между собой, например, гидроцилиндрами. Бесконечные ленты линейных электродвигателей будут удлиняться за счет их упругого растяжения.
Скорость подъема ОТС на любом из участков пути может быть задана в широких пределах: от скорости пешехода до скорости самолета. Атмосферный участок транспортное средство проходит на минимальных скоростях.
После выхода из плотных слоев атмосферы включают обратимый привод верхней бесконечной ленты на генераторный режим. Лента начнет тормозиться, а двигатель — вырабатывать электрический ток. Эту энергию переключают на двигатель второй ленты, включенный на прямой режим.
Нижняя лента, имеющая ту же массу, что и верхняя, до этого неподвижная относительно корпуса, начинает вращаться в обратную сторону. Так обеспечивается в процессе вывода неизменность кинетической энергии вращающихся вокруг планеты элементов ОТС. В противном случае кольцо может сесть обратно на Землю.
Корпус транспортного средства и все, что к нему прикреплено — груз, линейные электродвигатели и тому подобное, — подчиняясь закону сохранения момента количества движения системы, придет во вращение. Он начнет крутиться в ту же сторону, что и верхняя бесконечная лента, пока не достигнет окружной скорости, равной первой космической. Радиальная скорость упадет до нуля. После этого на высоте 400–600 километров выгружают груз и пассажиров, сразу оказавшихся у места назначения — космического ожерелья Земли, находящегося на этой же высоте.
Посадка ОТС на Землю осуществляется в обратном порядке.
Таким способом ОТС будет выведено в ближний космос за один или два часа, если перегрузки в нем будут приняты на уровне современных аэробусов в момент их взлета (ускорение порядка 1–2 м/с²).
В процессе транспортного цикла не понадобится подвод энергии извне. ОТС обойдется первоначальным запасом кинетической энергии, которая с верхней бесконечной ленты в процессе взлета будет перераспределена на корпус, а при посадке опять отдана ленте. К ней, кстати, присоединится и энергия космического груза, доставляемого на Землю. Например, доставка тонны груза с Луны даст такое же количество энергии, что и тонна нефти (лунный груз по отношению к Земле обладает кинетической и потенциальной энергией, которая утилизируется ОТС и преобразуется в электрическую форму).
