Антон Первушин - Битва за звезды-2. Космическое противостояние (часть II)
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).
По пути в космос и обратно или в промежутках между рейсами ОТС будет получать такое количество дешевой энергии, которое обеспечит как собственные потребности в ней, так и потребности человечества в целом. Кроме описанного источника энергии — энергии космического груза, есть по меньшей мере еще три источника: солнечная энергия, получаемая через солнечные панели, токи ионосферы и энергия вращения Земли вокруг своей оси. Получаемую энергию ОТС будет либо аккумулировать в своих бесконечных лентах, либо передавать ее на Землю.
По оценке Анатолия Юницкого, общая масса ОТС составит 1,6 миллиона тонн (40 тонн на погонный метр), грузоподъемность — 200 миллионов тонн (5 тонн на метр), пассажировместимость — 200 миллионов человек Расчетное число выходов ОТС в космос за пятидесятилетний срок службы — 10 тысяч рейсов.
Изобретатель указывает, что для выполнения транспортной работы ОТС с помощью, например, космических кораблей многократного использования, подобных «Спейс шаттлу», их общий стартовый вес должен быть равен 100 триллионам тонн. При работе этих кораблей в атмосферу должно быть выброшено 60 триллионов тонн продуктов сгорания твердого топлива, содержащих свыше 6 триллионов тонн газообразного хлористого водорода. Очевидно, что даже в тысячи раз меньший выброс был бы гибельным для всего живого на планете. Поэтому ракетная транспортная схема в данном случае неприемлема.
В свою очередь геосинхронный космический лифт Юрия Арцутанова будет иметь пропускную способность на уровне современной железной дороги, то есть порядка 10 тысяч тонн в сутки. Поэтому для обеспечения такой же пропускной способности, как у ОТС, понадобится 2 тысячи лифтов общей длиной 100 миллионов километров и общей массой в триллионы тонн. Лифты должны быть изготовлены из уникальных по своим прочностным характеристикам материалов, которые еще не получены даже в лабораторных условиях.
Следовательно, и эта транспортная схема неконкурентоспособна по сравнению с ОТС.
Проект космического лифта НАСА
Понятно, что потребность в таком циклопическом сооружении, как ОТС, возникнет еще очень нескоро, если вообще возникнет. А вот о сокращении затрат на космическую транспортировку следует думать уже сегодня, и в этом смысле космический лифт выглядит гораздо предпочтительнее традиционных систем вывода грузов на орбиту.
В августе 2000 года инженер НАСА Дэвид Смитерман опубликовал проект гигантского транспортного устройства, сооружение которого станет возможно уже в ближайшие полвека. В основании космического лифта Смитермана будет находиться гигантская, высотой более 50 километров, наземная башня, к верхнему концу которой крепятся несколько высокопрочных тросов, длиной около 35 000 километров каждый. Другим концом тросы прикреплены к небольшому астероиду, находящемуся на геостационарной орбите. По тросам будут перемещаться платформы с электромагнитными двигателями, перевозящие пассажиров и грузы.
Башню лифта планируется разместить в экваториальных широтах, где практически не бывает ураганов и торнадо, способных ей серьезно навредить, а кроме того, там проще работать с объектами, выведенными на стационарную орбиту, — они будут всегда находиться в зените. В качестве материала для тросов будут использованы разрабатываемые сейчас волокна из чистого углерода со стенками толщиной в один атом; по прочности они в сотни раз превосходят сталь.
Согласно оценке экспертов НАСА, стоимость вывода на орбиту одного килограмма груза посредством этого лифта не превысит 1,5 доллара.
Дэвид Смитерман, разумеется, допускает, что 50 лет, отведенные им на строительство космического лифта, — весьма оптимистичный срок. Однако если богатейшие страны мира проявят хоть какой-то интерес к этому проекту, то не исключено, что мы успеем увидеть хотя бы начало грандиознейшей стройки XXI века…
Глава 22 МЕЖЗВЕЗДНЫЕ ЭКСПЕДИЦИИ
Строительство такого колоссального сооружения, как космический лифт, требует соответствующих задач. Это может быть или проект крупномасштабного освоения Луны, или строительство космической колонии по образцу О'Нейла, или подготовка межзвездной экспедиции. Проработанных проектов таких экспедиций немного, ведь мы еще не изучили ближайшие планеты — тем не менее они есть. Ниже мы о них и поговорим.
Проект «Orion»: истоки и итоги
В то время, когда космическая гонка только начиналась, в США начал разрабатываться проект космического корабля, способного доставить экспедицию из 60 человек к любой из планет Солнечной системы или даже к ближайшим звездам. Этот проект назывался «Орион» («Orion»).
Основой проекта была ядерно-импульсная ракета взрывного типа. Схема ее движения выглядела так. Космический корабль снабжается мощной стальной плитой, устанавливаемой за кормой. Взрывные устройства (ядерные бомбы) мощностью порядка одной килотонны должны выбрасываться специальным устройством из корабля назад через определенные интервалы времени и взрываться в 60 метрах от плиты.
Проект «Орион» был рожден в 1958 году фирмой «Дженерал Атомикс» («General Atomics»). Эта компания, расположенная в Сан-Диего, была основана американским атомщиком Фредериком Хоффманом с целью создания и эксплуатации коммерческих атомных реакторов. Одним из соучредителей фирмы и соавтором проекта «Орион» был Теодор Тейлор — легенда Лос-Аламосского проекта. Именно Тейлору принадлежит идея отказаться от взрывной камеры, которая не выдержит взрыва, заменив ее обычным стальным щитом.
Согласно его расчетам, такая схема могла обеспечить колоссальный удельный импульс и скорость истечения от 100 до 10 000 км/с. Понятно, что энергия взрыва, направленная в плиту-толкатель, вызовет огромное ускорение, которое не выдержит никакой живой организм. Для этого между кораблем и плитой предполагалось установить амортизатор, смягчающий удар и способный аккумулировать энергию импульса с постепенной «передачей» его кораблю.
Было построено несколько рабочих моделей корабля «Орион» толкателя. Их испытывали на устойчивость к воздействию ударной волны и высоких температур с использованием обычной взрывчатки. Большая часть моделей разрушилась, но уже в ноябре 1959 года удалось запустить одну из них на 100-метровую высоту, что доказало возможность устойчивого полета при использовании импульсного двигателя.
Эти эксперименты также показали, что щит-толкатель должен быть толстым в середине, сужаясь к краям, подобно двояковыпуклой линзе.
Главной проблемой была долговечность щита-толкателя.
Вряд ли какой-нибудь материал способен выдержать воздействие температур в несколько десятков тысяч Кельвинов.
Проблему решили, придумав устройство, разбрызгивающее на поверхность щита графитовую смазку. Путем эксперимента удалось установить, что алюминий или сталь способны выдержать кратковременные тепловые нагрузки.
Авторы проекта быстро поняли, что без помощи государства им не обойтись. Тогда в апреле 1958 года они обратились к Управлению перспективных исследований министерства обороны США. В июле Управление дало свое согласие на финансирование проекта с бюджетом в 1 миллион долларов в год. Проект проходил под обозначением Заказ № 6 с темой «Изучение ядерно-импульсных двигателей для космических аппаратов».
Тейлор и его коллеги были убеждены, что подход Вернера фон Брауна к решению проблемы космического полета ошибочен: ракеты на химическом топливе очень дороги, величина полезных грузов ограничена, потому они не могут обеспечить межпланетных или межзвездных перелетов. Создатели «Ориона» хотели получить дешевый и максимально простой по устройству космический корабль, который мог бы развивать скорости, близкие к световым.
Площадку для первого опытного образца космического корабля «Орион» планировалось построить на полигоне Джекесс-Флэтс (Невада). Стартовый комплекс собирались оборудовать восемью башнями высотой 76 метров.
Согласно расчетам масса корабля на взлете должна была составить около 10 000 тонн; при этом большая часть этой массы — полезный груз. Атомные заряды мощностью в килотонны первоначально должны были взрываться со скоростью один заряд в секунду. Затем, когда высота и скорость возрастут, частоту взрывов можно было уменьшить. При взлете корабль должен был лететь строго вертикально, чтобы минимизировать площадь радиоактивного загрязнения.
