Страница:
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
Проект космического лифта НАСА
Глава 22 МЕЖЗВЕЗДНЫЕ ЭКСПЕДИЦИИ
Проект «Orion»: истоки и итоги
Проект «Daedalus»
Проект «Ноев ковчег», или НАСА на пути к звездам
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/с?).
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.
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.
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/с?).
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…
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.
В то время, когда в США лихорадочными темпами разрабатывался проект «Меркурий», создатели «Ориона» строили планы дальних экспедиций к планетам Солнечной системы и к звездам.
«Наш девиз был таков, — вспоминает Фриман Дайсон, участвовавший в проекте. — Марс — к 1965 году, Сатурн — к 1970!»
«Орион» был космическим кораблем, словно бы взятым из фантастического романа. Его полезная масса могла измеряться тысячами тонн. Полторы сотни человек могли с удобствами расположиться в его комфортабельных каютах.
«Орион» был бы построен подобно линейному кораблю, без мучительных поисков способов снижения веса.
Оставалось неясным, как такой корабль сумеет приземлиться на планету, но Тейлор полагал, что со временем удастся разработать надежный ракетоплан многоразового использования.
Программа развития проекта «Орион» была рассчитана на 12 лет, расчетная стоимость — 24 миллиарда долларов, что было сопоставимо с запланированными расходами на программу «Аполлон».
Однако времена изменились. Молодое космическое агентство НАСА с первых дней существования отказалось рассматривать проекты ракет с ядерными двигателями, отложив эту тему на потом. ВВС также не проявили интереса к «Ориону», поскольку не видели, каким способом этот огромный космический корабль можно использовать в военных целях.
Окончательно программа «Орион» была закрыта в конце 1959 года, когда Управление перспективных исследований отказалось от дальнейшего финансирования проекта.
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.
В то время, когда в США лихорадочными темпами разрабатывался проект «Меркурий», создатели «Ориона» строили планы дальних экспедиций к планетам Солнечной системы и к звездам.
«Наш девиз был таков, — вспоминает Фриман Дайсон, участвовавший в проекте. — Марс — к 1965 году, Сатурн — к 1970!»
«Орион» был космическим кораблем, словно бы взятым из фантастического романа. Его полезная масса могла измеряться тысячами тонн. Полторы сотни человек могли с удобствами расположиться в его комфортабельных каютах.
«Орион» был бы построен подобно линейному кораблю, без мучительных поисков способов снижения веса.
Оставалось неясным, как такой корабль сумеет приземлиться на планету, но Тейлор полагал, что со временем удастся разработать надежный ракетоплан многоразового использования.
Программа развития проекта «Орион» была рассчитана на 12 лет, расчетная стоимость — 24 миллиарда долларов, что было сопоставимо с запланированными расходами на программу «Аполлон».
Однако времена изменились. Молодое космическое агентство НАСА с первых дней существования отказалось рассматривать проекты ракет с ядерными двигателями, отложив эту тему на потом. ВВС также не проявили интереса к «Ориону», поскольку не видели, каким способом этот огромный космический корабль можно использовать в военных целях.
Окончательно программа «Орион» была закрыта в конце 1959 года, когда Управление перспективных исследований отказалось от дальнейшего финансирования проекта.
Проект «Daedalus»
Следующую попытку создать космический корабль, способный обеспечить межзвездный перелет, предприняли члены «Британского межпланетного общества».
Проект, получивший название «Дедал» («Daedalus»), был выдвинут на рассмотрение Общества ее членом Аланом Бондом в 1972 году.
В те времена активно муссировалась тема контакта с инопланетными цивилизациями при помощи межзвездной связи, активным сторонником этой идеи выступал знаменитый астрофизик Карл Саган. В пику ему Алан Бонд утверждал, что уже сегодня земляне располагают достаточными технологиями, с помощью которых можно долететь до ближайших звезд и вступить в непосредственный контакт с нашими «братьями по разуму». Его аргументы нашли поддержку среди членов «Британского межпланетного общества», что привело к организации семинаров по проблемам создания межзвездного корабля. Первое заседание «Межзвездной секции» состоялось 10 января 1973 года в Лондоне.
Выступая на этом заседании, Алан Бонд сообщил присутствующим, что, несмотря на большое количество публикаций, посвященных теме межзвездных перелетов, никто еще не рассматривал этот вопрос в комплексе, чтобы оценить хотя бы теоретически возможность организации такого перелета с использованием современных технологий. Например, необходимо установить массовые характеристики корабля, изучить возможные схемы двигательной установки, разобраться с межзвездной навигацией.
По его мнению, целью экспедиции должна стать звезда Бернарда (в то время это была единственная звезда, у которой была обнаружена планетная система), находящаяся на расстоянии 5,9 световых лет от Солнца; продолжительность экспедиции — от 30 до 40 лет; старт — не позднее 2000 года; максимальная скорость корабля — 15 % от световой. На основании этих исходных данных Бонд предлагал начать работу.
Следующий докладчик, Тони Мартин, сообщил Обществу о результатах сравнительного анализа различных перспективных двигателей. Этот анализ показал, что в проекте могут быть использованы либо космический прямоточный, либо ядерно-импульсный двигатели. Поскольку мы еще очень мало знаем о плотности водорода в межзвездной среде, имеет смысл остановить выбор на ядерно-импульсном двигателе с термоядерными зарядами в качестве толкателей. Чтобы сделать систему более эффективной, взрывы должны происходить в магнитном поле. Это не только делало бы выпуск импульса более направленным, но и уменьшало бы воздействие на экран-толкатель. Для пилотируемого космического корабля лучше всего подходят заряды на основе дейтериятрития или дейтерия — гелия-3. Последний имеет наиболее низкую нейтронную производительность. Корабль с таким двигателем легко мог бы достигнуть скорости в 104 км/с, что является минимальным требованием для экспедиции к звезде Бернарда.
За Мартином выступал Г. Джеймс Стронг. Он обсуждал проблемы межзвездной навигации. При этом он показал, что все функции по управлению кораблем могут быть переданы совершенному автопилоту, человеческое присутствие в рубке необходимо только при коррекциях, когда необходимо определить оптимальные траектории по выходу или входу в Солнечную систему.
Доктор Паркинсон добавил к списку возможных двигательных установок солнечный парус, который разгоняется до нужной скорости под воздействием лазеров, установленных в космосе.
На заседании рассматривались и вопросы поддержания связи с Землей. Было понятно, что для обеспечения такой связи потребуется энергоустановка мощностью в несколько сотен мегаватт и большая антенна, которую должен будет нести корабль.
Обговорив основные детали проекта, Общество приступило к работе. Основные технические решения были найдены за четыре года.
Например, определились с топливом. Поскольку гелий3 является достаточно редким на Земле элементом, было решено, что сначала построенный корабль отправится к Юпитеру, чтобы добыть из его атмосферы необходимое количество гелия-3.
Конструктивно корабль состоял из двух частей, одна из которых была резервуаром для топлива и могла быть сброшена после того, как баки опустеют. В носовой части корабля расположили жилой модуль на 18 астронавтов. 50-тонный бериллиевый диск должен был защищать модуль от столкновения с микрометеоритами, которые на таких скоростях представляют серьезную опасность. Для астрономических наблюдений в модуле имелись два 5-метровых телескопа и два 20-метровых радиотелескопа. Для текущего ремонта требовалось создать команду роботов.
Корабль собирается на околоземной орбите и стартует.
Первая ступень работает в течение двух лет, разгоняя корабль до промежуточной скорости. После этого ступень сбрасывается и включается двигатель второй ступени, работающий в течении 1,8 лет, прежде чем будет достигнута крейсерская скорость и начнется 47-летний полет к звезде Бернарда.
Проект «Дедал» продолжает жить и развивается. По сегодняшней осторожной оценке, он может быть реализован уже в середине XXI века.
Проект, получивший название «Дедал» («Daedalus»), был выдвинут на рассмотрение Общества ее членом Аланом Бондом в 1972 году.
В те времена активно муссировалась тема контакта с инопланетными цивилизациями при помощи межзвездной связи, активным сторонником этой идеи выступал знаменитый астрофизик Карл Саган. В пику ему Алан Бонд утверждал, что уже сегодня земляне располагают достаточными технологиями, с помощью которых можно долететь до ближайших звезд и вступить в непосредственный контакт с нашими «братьями по разуму». Его аргументы нашли поддержку среди членов «Британского межпланетного общества», что привело к организации семинаров по проблемам создания межзвездного корабля. Первое заседание «Межзвездной секции» состоялось 10 января 1973 года в Лондоне.
Выступая на этом заседании, Алан Бонд сообщил присутствующим, что, несмотря на большое количество публикаций, посвященных теме межзвездных перелетов, никто еще не рассматривал этот вопрос в комплексе, чтобы оценить хотя бы теоретически возможность организации такого перелета с использованием современных технологий. Например, необходимо установить массовые характеристики корабля, изучить возможные схемы двигательной установки, разобраться с межзвездной навигацией.
По его мнению, целью экспедиции должна стать звезда Бернарда (в то время это была единственная звезда, у которой была обнаружена планетная система), находящаяся на расстоянии 5,9 световых лет от Солнца; продолжительность экспедиции — от 30 до 40 лет; старт — не позднее 2000 года; максимальная скорость корабля — 15 % от световой. На основании этих исходных данных Бонд предлагал начать работу.
Следующий докладчик, Тони Мартин, сообщил Обществу о результатах сравнительного анализа различных перспективных двигателей. Этот анализ показал, что в проекте могут быть использованы либо космический прямоточный, либо ядерно-импульсный двигатели. Поскольку мы еще очень мало знаем о плотности водорода в межзвездной среде, имеет смысл остановить выбор на ядерно-импульсном двигателе с термоядерными зарядами в качестве толкателей. Чтобы сделать систему более эффективной, взрывы должны происходить в магнитном поле. Это не только делало бы выпуск импульса более направленным, но и уменьшало бы воздействие на экран-толкатель. Для пилотируемого космического корабля лучше всего подходят заряды на основе дейтериятрития или дейтерия — гелия-3. Последний имеет наиболее низкую нейтронную производительность. Корабль с таким двигателем легко мог бы достигнуть скорости в 104 км/с, что является минимальным требованием для экспедиции к звезде Бернарда.
За Мартином выступал Г. Джеймс Стронг. Он обсуждал проблемы межзвездной навигации. При этом он показал, что все функции по управлению кораблем могут быть переданы совершенному автопилоту, человеческое присутствие в рубке необходимо только при коррекциях, когда необходимо определить оптимальные траектории по выходу или входу в Солнечную систему.
На заседании рассматривались и вопросы поддержания связи с Землей. Было понятно, что для обеспечения такой связи потребуется энергоустановка мощностью в несколько сотен мегаватт и большая антенна, которую должен будет нести корабль.
Обговорив основные детали проекта, Общество приступило к работе. Основные технические решения были найдены за четыре года.
Например, определились с топливом. Поскольку гелий3 является достаточно редким на Земле элементом, было решено, что сначала построенный корабль отправится к Юпитеру, чтобы добыть из его атмосферы необходимое количество гелия-3.
Конструктивно корабль состоял из двух частей, одна из которых была резервуаром для топлива и могла быть сброшена после того, как баки опустеют. В носовой части корабля расположили жилой модуль на 18 астронавтов. 50-тонный бериллиевый диск должен был защищать модуль от столкновения с микрометеоритами, которые на таких скоростях представляют серьезную опасность. Для астрономических наблюдений в модуле имелись два 5-метровых телескопа и два 20-метровых радиотелескопа. Для текущего ремонта требовалось создать команду роботов.
Корабль собирается на околоземной орбите и стартует.
Первая ступень работает в течение двух лет, разгоняя корабль до промежуточной скорости. После этого ступень сбрасывается и включается двигатель второй ступени, работающий в течении 1,8 лет, прежде чем будет достигнута крейсерская скорость и начнется 47-летний полет к звезде Бернарда.
Проект «Дедал» продолжает жить и развивается. По сегодняшней осторожной оценке, он может быть реализован уже в середине XXI века.
Проект «Ноев ковчег», или НАСА на пути к звездам
На ежегодной встрече членов Американской ассоциации развития науки, проходившей в феврале 2002 года, представитель НАСА заявил, что это агентство собирается отправить за пределы Солнечной системы «корабль поколений» с экипажем из 180 человек.
В своем сенсационном докладе ученый Джеффри Лэндис описал подробности проекта, который условно можно назвать «Ноев ковчег». Согласно проекту 180 дееспособных добровольцев смогут отправиться в космос без возможности возвращения.
Предположительное время путешествия — 200 лет. За это время должно смениться около десяти поколений. Путешественники будут сами производить еду, когда закончатся запасы продовольствия: для этого на корабле планируется оборудовать оранжереи и фермы. Корабль будет иметь размеры маленького города и сможет перевозить около миллиона тонн груза. Системы очистки воздуха и жизнеобеспечения будут черпать энергию из ядерного генератора.
По мнению Джона Мура, демографа из Калифорнийского Университета, оптимальная численность населения корабля — от 150 до 180 человек. Когда образуются пары, каждый ребенок нового поколения сможет выбирать себе партнера в среднем из 10 человек. Приблизительно через 50 лет на корабле сложится свой социум, традиции, история и культура.
Как утверждает Сара Томсон, профессор лингвистики из Мичиганского Университета, в стартовую группу допустимо набирать людей с разнообразным этническим и генетическим составом, однако все они должны говорить на английском, потому что «английский — это язык интернационального общения».
В своем сенсационном докладе ученый Джеффри Лэндис описал подробности проекта, который условно можно назвать «Ноев ковчег». Согласно проекту 180 дееспособных добровольцев смогут отправиться в космос без возможности возвращения.
Предположительное время путешествия — 200 лет. За это время должно смениться около десяти поколений. Путешественники будут сами производить еду, когда закончатся запасы продовольствия: для этого на корабле планируется оборудовать оранжереи и фермы. Корабль будет иметь размеры маленького города и сможет перевозить около миллиона тонн груза. Системы очистки воздуха и жизнеобеспечения будут черпать энергию из ядерного генератора.
По мнению Джона Мура, демографа из Калифорнийского Университета, оптимальная численность населения корабля — от 150 до 180 человек. Когда образуются пары, каждый ребенок нового поколения сможет выбирать себе партнера в среднем из 10 человек. Приблизительно через 50 лет на корабле сложится свой социум, традиции, история и культура.
Как утверждает Сара Томсон, профессор лингвистики из Мичиганского Университета, в стартовую группу допустимо набирать людей с разнообразным этническим и генетическим составом, однако все они должны говорить на английском, потому что «английский — это язык интернационального общения».