Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2000 № 05
В 1987 году озоновая дыра накрыла южную часть Австралии. И медики впервые отметили у жителей этих районов рост заболеваний кожи и сетчатки глаз. Причину удалось установить довольно быстро. Оказалось, что во всем виновато Солнце. Из-за сниженного содержания озона в верхних слоях атмосферы губительные ультрафиолетовые лучи свободно проходят сквозь нее. И вредно влияют на организм.
Была установлена также и причина исчезновения озона — техногенное загрязнение атмосферы фреонами, оксидами азота и хлором. Но до сих пор оставалось загадкой: почему в зимний период дыра уменьшается в размерах и приобретает круглую форму, а летом, наоборот, расширяется, расползаясь в сторону экватора.
А ничего непонятного тут нет, все можно объяснить буквально на пальцах — считают Сергей Рахманов, Вадим Пешков и Максим Сапунов, школьники из Самары. И видавшие виды ученые члены Экспертного совета конкурса удивились простоте их эксперимента. Кстати, и вы сможете провести его на своей кухне.
Возьмите белый плоский сосуд (рис. 8) диметром 400 мм и высотой 150 мм с вертикальными стенками. В его центре установите другой цилиндрический сосуд без дна высотой 80…100 мм и диаметром 120 мм — это будет перегородка.
Рис. 8. Установка для наблюдения за развитием озоновой дыры.
Приготовьте чистую воду и воду, подкрашенную чернилами или гуашью. Установите большой сосуд на вращающемся диске. Одновременно в кольцевое пространство залейте чистую воду, а в центральную часть — воду подкрашенную. Приведите сосуды во вращение и быстро уберите внутреннюю перегородку.
Удивительно, но ничего не произойдет. Темное пятно так и останется круглым в течение длительного времени. Но стоит только коснуться поверхности чистой воды палочкой, как очертания круга начнут размываться. Сначала образуются несколько маленьких вихрей. Затем они начнут укрупняться, наконец, схлопнутся, образуя два мощных вихря (рис. 9).
Рис. 9. Фазы развития озоновой дыры.
Точно так же происходит и в атмосфере. Зимой, когда температура у поверхности материка и на высотах 15…45 км почти одинаковая, атмосферный воздух и вместе с ним озон вращаются относительно полюса по окружности. Но стоит только пригреть солнышку, как разница в температурах становится ощутимой и появляются атмосферные вихри — точь-в-точь такие, что продемонстрировали самарские школьники.
ПАРОВОДЯНАЯ РАКЕТА
Создание больших орбитальных станций, поселений, осуществление полетов на ближайшие планеты уже в ближайшие десятилетия потребуют вывода в околоземное пространство огромного количества тяжелых и громоздких грузов. Расчеты показывают, что применение стартовых ускорителей, работающих на твердом топливе, нанесет атмосфере Земли непредсказуемые последствия. Прежде всего речь идет о выхлопных газах, а также техногенных выбросах, которые связаны с производством топлива и выплавкой тугоплавких материалов для двигателей. Проблема может зайти в тупик, если…
Впрочем, на этот счет у Азамата Тилова есть свое мнение. Уже в ближайшем будущем, считает член Кабардино-Балкарского республиканского центра научно-технического творчества учащихся, — от твердотопливных ускорителей можно отказаться полностью. И заменитель есть — экологически безвредный, легкодоступный, дешевый. Это — обыкновенная вода (рис. 10).
Рис. 10. Так представляет запуск пароводяной ракеты Азамат Тилов.
Но разве это топливо? Оказывается, да, если внимательно познакомиться с проектом Азамата. Мы лучше поймем его, если внимательно разберемся в сути работы… паровой турбины.
Как известна nap для нее вырабатывает отдельный блок — парогенератор. Нагретый до 540 °C пар направляется на лопатки и заставляет турбину вращаться. Но турбина — это уже другой агрегат. Отметин для себя главное: в одном узле вода перегревается, в другом — совершает работу.
А теперь такая вот выкладка. Турбина К-1200 на Костромской ГРЭС расходует 1600 кг пара в секунду, нагретого до 540 °C, и развивает кинетическую энергию, превышающую 1200 МВт. Сравним, развиваемая энергия каждого из шести двигателей ракеты-носителя космического аппарата «Восток» в два раза больше. Выходит, если увеличить секундный расход пара до 18 т, можно получить пароводяной двигатель, ни в чем не уступающий двигателю «Востока».
О чем еще говорят эти цифры?
Прежде всего о том, что температура пара во много раз ниже температуры сгорания твердого топлива. Значит, снижаются требования к жаростойкости материалов. Упрощается и сама конструкция двигателя и «топливного» бака. Ведь на старте тепловая энергия берется из наземного источника. Она поднимает температуру в баке до критической, а чтобы жидкость не перешла в парообразное состояние, давление в баке поднимается до 200 атм. В момент старта внешний источник отключается и остается на космодроме. Ракета включает свои двигатели и, выпуская мощнейшие струи пара — ведь вода при сбрасывании давления мгновенно переходит в пар, устремляется в космос.
КОСМИЧЕСКИЙ МУСОР
Мусор, как мы знаем, бывает бытовой, промышленный… А теперь вот еще появился и космический. Сегодня в околоземном пространстве скопилось свыше 8000 крупных обломков космической техники размером более 100 мм, частиц размером от 10 до 100 мм насчитывается более 70 000, но еще более — 3,5 млн! — мелких частиц размером менее 10 мм. По подсчетам ученых, примерно через 200 лет в космосе начнется цепная реакция саморазмножения. Это понятно, ведь сталкивающиеся на больших скоростях частицы начнут разрушаться. При этом количество мелких фрагментов начнет резко возрастать.
И через 100–200 лет наступит опасное их насыщение. И тогда в облаках частиц будет мутнеть оптика, быстро стареть солнечные батареи, покрываться эрозией поверхности космических аппаратов и станций.
Есть ли выход?
Александр Капралов, член Международной космической школы Байконура, видит два пути решения проблемы. Первый из них — создание космических мусорщиков, специальных аппаратов, которые бы уже в ближайшие годы мощными лазерными лучами разрушали бы крупные фрагменты на мелкие, сжигали их в атмосфере или затапливали в Мировом океане (рис. 11). Работы таким мусорщикам хватит не на один год, так что производство их будет вполне рентабельным. Второе решение, по мнению Александра, видится в подписании особого документа всеми космическими странами. Суть его в более ответственном отношении к космическим запускам. Ведь, как говорится, болезнь легче предупредить, чем лечить.
Рис. 11. Уничтожение космического мусора при помощи мощного лазера.
ОБРАЩЕНИЕ К КОСМИЧЕСКИМ СТРАНАМ
Одним из вредных последствий освоения космоса стало засорение околоземного пространства фрагментами искусственного происхождения, которые представляют реальную опасность для действующих и вновь выводимых космических аппаратов. Освоение космоса продолжается, растет также и его загрязненность. В дальнейшем это может привести к серьезному ухудшению условий функционирования космических станций. Реальная угроза повреждения аппаратов вынудит выводить их на другие орбиты, что связано со значительными энергозатратами. Возрастет стоимость создания космических станций, поскольку возникнет необходимость оснащать их дополнительными средствами защиты. Произойдет усиление помех при астрономических наблюдениях и астронавигации. Возникнет необходимость проведения крайне дорогостоящих мероприятий по очистке космоса.
Только принятие ряда профилактических мер может воспрепятствовать росту количества мусора в космосе.
Предлагаем следующий комплекс мер:
1. Принять международное соглашение о недопустимости преднамеренных действий, способных привести к росту орбитальной группировки космического мусора.
2. Обязать страны-участницы договора не оставлять свои отработавшие спутники на орбите, а сжигать их в плотных слоях атмосферы либо выводить на обозначенные международными договорами орбиты «засорения».
3. Создать международный фонд для приема платежей за загрязнение космического пространства, а также организации, способные взыскивать ущерб с государств, виновных в засорении космоса.
Полагаем, что эти меры будут стимулировать государства, использующие космическое пространство, к совершенствованию своих ракетных систем и повышению их надежности.
Ни одна из мер, принятая в отдельности, не позволит полностью решить проблему космического мусора. Однако при грамотном подходе можно добиться хороших результатов В новом тясячелетии мы должны отучиться рассматривать космос лишь как полигон для испытания оружия и ракет, как препятствие на пути к далеким мирам.
