Вилли Лей - Ракеты и полеты в космос
Несомненно, что космический корабль, который выйдет на временную орбиту вокруг Земли и будет двигаться по ней, скажем, в течение 24 часов, встретится с метеоритными частицами, имеющими размеры самой мелкой пыли. Будет ли при этом обшивка корабля пробита ими, зависит от ее прочности и толщины. Так, например, известно, что лист дюралюминия толщиной 1 мм сможет быть пробит любым метеоритом 12-й или большей величины. Но если обшивка корабля будет изготовлена из стали толщиной 3 мм, то, для того чтобы пробить ее, потребуется метеорит 5-й величины (диаметр 1, 12 мм).Сталь толщиной 12, 7 мм пробьет только метеорит нулевой величины (диаметром 5,2 мм).
Однако нет никакой необходимости делать обшивку космических ракет столь тяжелой. Профессор Уиппл в своей лекции в Американском астрономическом обществе в сентябре 1946 года предложил следующее оригинальное решение этой задачи.
«Когда метеорит сталкивается с листом металла одинаковой с ним толщины, происходит взрыв, при котором метеорит и соответствующее количество металла обшивки испаряются и ионизируются. Это приводит к необходимости создания своеобразного «метеорного амортизатора» из листового металла толщиной в 1 мм. Такой «амортизатор» ослабляет пробивную силу метеорита в несколько раз большего, чем метеорит 8-й величины».
До сих пор мы говорили о десятитонном спутнике, который представляет собой космический корабль, способный на некоторое время выйти на орбиту вокруг Земли. Создание же десятитонного корабля-спутника явится вступлением к запуску в космос стотонного спутника, или обитаемой межпланетной станции.
Глава двенадцатая. Космический корабль
В недалеком будущем, возможно уже в следующем десятилетии, будет созвана международная конференция по космическим полетам. Она будет отличаться от всех других подобных конференций тем, что большинство ее делегатов будут составлять юристы разных стран. Основной проблемой этой конференции явится вопрос о границе, отделяющей космическое пространство от земной атмосферы. Весьма вероятно, что этой границей будет выбрана высота в 250 км.
Узаконенная граница космического пространства необходима, поскольку представители различных наук все еще не могут прийти по этому вопросу к единому мнению. Минимальное значение той высоты, где начинается космическое пространство, предлагается врачами. Отдел астромедицины принял для обозначения этой высоты специальный термин - «пространственно-эквивалентная высота». В численном выражении она составляет около 18000 м. Причина выбора такой сравнительно малой величины, по убеждению медиков, заключается в следующем: для большинства людей пребывание на высоте первых 3000 м не требует никаких специальных мер предосторожности. Более того, для них высота может быть свободно увеличена до 4500 м. Но некоторые люди начинают испытывать признаки так называемой горной болезни уже на высоте 3000 м. Поэтому военно-воздушные силы США используют для дыхания на высоте 2400 м и выше дополнительный кислород. Этим обеспечивается большая безопасность летного состава.
На высоте 7600 м человек еще может дышать при условии, что он достаточно натренирован и привык к низкому давлению, а также что давление снижется постепенно. Человек, внезапно попавший в условия, соответствующие высоте 7600 м над уровнем моря, теряет сознание через 3—4 минуты (этот отрезок времени назван «временем полезного сознания»), в течение которых он может сознательно выполнить какие-то действия. При увеличении высоты еще на 1500 м «время полезного сознания» сокращается до одной минуты. На высоте 15000 м оно колеблется между 10 и 18 секундами в зависимости от предварительной тренировки и опыта. Далее, на этих высотах к фактору потери сознания присоединяется еще один, пожалуй, не менее серьезный фактор. Известно, что, будучи поднята на высокую гору, вода кипит при пониженной температуре; вообще говоря, точка кипений всякой жидкости падает по мере снижения атмосферного давления. На высоте около 18000 м это давление понижается так, что жидкость, содержащаяся в теле человека (кровь, лимфа и т.д. ), начинает закипать при температуре 36,6°С. Смерть наступает через несколько минут. Принято считать, что поскольку человек, находящийся на высоте 18 000 м, умрет по той же причине и в тот же промежуток времени, что и на расстоянии 180 000 км от Земли, постольку высота в 18 000 м и является с медицинской точки зрения «пространственно -эквивалентной высотой».
Что же касается инженера, то для него пространство, начинающееся на высоте 18000 м, не является космическим. На этой высоте еще могут летать самолеты даже с воздушно-реактивными двигателями - турбореактивными или прямоточными. И хотя кабина любого самолета, предназначенного для полетов на высоте более 15 000 м, должна строиться как кабина космического корабля, однако сам летательный аппарат может сохранять вид самолета. С точки зрения авиационного инженера космическое пространство начинается либо на высоте, где перестают работать воздушно-реактивные двигатели (на 6000—9000 м выше медицинской «пространственно-эквивалентной высоты»), либо на высоте, на которой даже при очень высоких скоростях полета несущие плоскости уже не создают достаточной подъемной силы. Мы пока не знаем точных значений этой высоты, но ориентировочно можно считать ее равной 36 000 м.
Характерно, что для физика даже эта высота не является границей космоса. В некоторых отношениях он только здесь и начинает по-настоящему интересоваться атмосферой, а границу переносит на высоту 160—200 км, вызывая возражения со стороны радиоспециалистов, которые наблюдают отражение радиоволн определенной длины от более высоких слоев атмосферы F1 (на высоте 240 км)и F2 (на высоте 480 км). Мнение радистов разделяют и специалисты, изучающие явления, связанные с полярными сияниями, которые упорно включаются этой отраслью науки в рубрику атмосферных явлений.
Сказанное выше позволяет сделать вывод, что прийти к какому-то единому мнению научным путем невозможно. Однако проведенная недавно с этой целью дискуссия имела положительное значение уже хотя бы потому, что поставила перед инженерами, проектирующими космические корабли, целый ряд конкретных задач и требований.
Космический корабль должен иметь полностью герметичную, а не герметизированную кабину и приводиться в движение не зависящим от атмосферного воздуха двигателем. Он должен иметь крылья, необходимые при посадке. Стенки его корпуса должны предохраняться метеорным амортизатором там, где, согласно конструкции, нет нужды в двойной стенке, например в отсеке топливных баков, где сама стенка бака служит внутренней обшивкой и где метеорным амортизатором является корпус корабля. В жилом отсеке обшивка корабля должна иметь такую толщину, чтобы под воздействием космических лучей не создавалось слишком интенсивного вторичного излучения.
В настоящее время на базе ВВС Рэндольф уже создан опытный образец полностью герметичной и достаточно массивной кабины. При испытаниях с человеком внешний воздух в нее совершенно не поступает, а имеющийся внутри - постоянно очищается, охлаждается и восстанавливается путем удаления из него углекислого газа и других примесей. Свежий кислород подается из источника, находящегося внутри кабины. Опыты, проведенные на добровольцах, показали, что человек может оставаться в герметической кабине в течение 24 часов, то есть именно то время, которое экипаж проведет в кабине первого космического корабля, вышедшего на орбиту вокруг Земли.
Выход космического корабля на орбиту вокруг Земли и посадка его после нескольких полных оборотов будет огромным научно-техническим достижением. Одновременно это явится прекрасным испытанием реакций пилота и надежности оборудования. Но все это будет иметь сравнительно небольшую научную ценность, ибо к тому времени большинство научных проблем, связанных с движением тела по орбите, не очень удаленной от Земли, будет решено с помощью автоматических искусственных спутников. Тем не менее этот эксперимент должен обязательно предшествовать первому полету корабля с экипажем.
Рассмотрим теперь проблему, связанную с возвращением пилотируемого космического корабля в атмосферу и его приземлением. Находясь на постоянной орбите, корабль будет двигаться по ней вокруг Земли до тех пор, пока какая-то сила не будет приложена для вывода его с орбиты. Для этого нужно, чтобы пилот включил ракетный двигатель корабля, используя специально предусмотренное на этот случай резервное топливо. Если бы снижение и посадку нужно было совершить в определенное время, тогда пришлось бы разворачивать корабль так, чтобы его хвостовая часть оказалась впереди. Но это не обязательно, поскольку угол наклона продольной оси корабля при обращении вокруг Земли остается постоянным. В силу этого во время каждого оборота на каком-то участке орбиты ракетный двигатель будет направлен по ходу движения корабля, то есть окажется «впереди» (рис. 66). Здесь-то и должен быть включен двигатель.
