Чем живут корабли?

Космические аппараты бороздят просторы вселенной. На околоземной орбите - спутники и орбитальные станции. В дальнем космосе - беспилотные аппараты и зонды. Одной из основных задач любого космического объекта является его постоянная ориентация на Солнце. Ведь энергетика аппарата строится на основе солнечных батарей. Без них не живут космические корабли и их экипажи. Становится понятным, что стабильная ориентация космического корабля на наше дневное светило, оптимальное расположение батарей по отношению к Солнцу по-прежнему остаются одними из фундаментальных проблем современной космонавтики.

Известно, что для выведения на околоземную орбиту одного килограмма полезного груза жидкостной ракетой требуется порядка 30 килограммов ракетного топлива. В корабле не должно быть ничего лишнего. Ответ на вопрос, где брать энергию для обеспечения жизнедеятельности космического аппарата, поддержания связи с Землей, был найден сразу. В космосе безбрежное море солнечных лучей, источник практически неисчерпаемой энергии. Только за одну минуту Солнце посылает на Землю столько энергии, сколько за полтора года вырабатывают все электростанции мира. Существующие сегодня преобразователи солнечной энергии в электрическую, которыми оснащается большинство космических аппаратов, работают на принципе фотоэффекта, происходящего в кремниевых пластинах при освещении их солнечными лучами.

- Вопрос энергообеспечения рукотворных космических объектов традиционно решается путем установки на этих аппаратах так называемых гироскопов, - рассказывает Владимир Шкилев. - Твердое тело, сродни детской игрушке - юле, вращается вокруг своей оси со скоростью в десятки тысяч оборотов в секунду внутри вакуумной камеры. При этом ось вращения гироскопа должна иметь возможность свободно поворачиваться в пространстве. Основное свойство гироскопа с тремя степенями свободы состоит в том, что его ось устойчиво сохраняет приданое ей первоначальное направление. Например, на Солнце. Если же сила солнечного потока действует на гироскоп "не в фокусе", то он, под влиянием этой силы, отклоняется и принимает заданное положение, а батареи не прерывают процесс подзарядки.

Владимир Дмитриевич разъясняет, что достижение этого эффекта не самопроизвольно, а происходит путем регулирования скорости вращения отдельных гироскопов. Эту операцию выполняет сложнейшая система электронного блока управления. Между тем нет гарантии, что космические излучения не повредят электронику, подверженную воздействию ряда космических факторов. Скажем, проблемы создают мощные вспышки на Солнце. Нет нужды говорить о том, что при длительных межпланетных полетах опасность многократно возрастает. При выходе из строя бортовых систем управления и самих солнечных батарей над кораблем нависает смертельная угроза, вплоть до вымерзания экипажа.

Наш кормчий - Солнце

- В нашем изобретении электроника - лишнее звено. Ее попросту нет. Конструкция космического аппарата такова, что он сам ориентирован на Солнце. Без участия управляющей системы и человека. Подобно тому, как шляпка подсолнечника идет за Солнцем, а единственным "гироскопом" является наша звезда, так и космический аппарат разворачивается в сторону Солнца. Сама конструкция космического объекта обладает свойством гироскопа, а Солнце служит "системой управления", - подчеркивает Владимир Шкилев. - Форма аппарата может быть любой, но оптимально подходит конструкция в виде бублика.

Собеседник отмечает, что солнечный поток, попадая на какую-то часть поверхности "бублика", заставляет станцию скорректировать ориентацию на Солнце, развернуть батареи навстречу светилу. Такая конструкция наиболее перспективна для дальних космических полетов. Ее легко раскрутить в пространстве и, следовательно, создать искусственную гравитацию. По искусственной силе тяжести проектов немало, но все они, в общем-то, сводятся к использованию вращательного движения.

В невесомость по лестнице

Совместив искусственную гравитацию с надежной ориентацией объекта на Солнце, человечество сможет приступить к созданию поселений в открытом космосе. Представим себе большой космический "бублик", вращающийся с такой скоростью, чтобы внутри него была создана земная тяжесть. В нем размещены лаборатории и жилые отсеки. В центре "бублика" - достаточно просторная капсула, которая соединяется с "бубликом" спицами. Спицы, конечно, не от велосипедного колеса - их диаметр достигает нескольких метров. А внутри спиц - лестницы.

И тогда, отправившись по такой лестнице к центральной капсуле, вы вдруг почувствуете, как на глазах теряете в весе. А добравшись до капсулы, окажетесь в невесомости. Тут-то и расположена лаборатория для всех исследований, связанных с невесомостью.

Вселение во Вселенную

- Разработанная нами схема ориентации на Солнце, несомненно, будет востребована и при монтаже городов будущего в открытом космосе, - размышляет Владимир Шкилев. - В пространстве есть области, где межпланетарное взаимодействие находится в состоянии устойчивого равновесия. Есть такие точки и между Землей и Луной. Здесь и будут создаваться поселения людей в не столь уж отдаленном будущем.

Что до гелиоэнергетики, то конструкция городов-"бубликов" обеспечит потребности их обитателей. Уже создана очень тонкая пленка медно-индиевого селенида - сульфида кадмия. Это легкий и дешевый преобразователь солнечной энергии в электрическую. Только с одного квадратного метра такой, практически невесомой батареи можно снять до 250 ватт электроэнергии. Специалисты заявляют, что в ближайшие годы будут разработаны новые преобразователи солнечной энергии на базе полукристаллического кремния с многократно более высоким кпд. Ученые утверждают, что уже в нынешнем веке космические электростанции будут давать энергию не только поселенцам городов в космосе, но и удовлетворять не менее 20% мировых потребностей землян в электроэнергии.

- Основываясь на базовой системе предложенной модели космического аппарата, мы с соавторами видим пути ее перестройки. Ведь наш космический объект может не только ориентировать его на Солнце, но и выстраивать абсолютный курс к любой далекой звезде, излучающей самый слабый световой импульс, - говорит Владимир Дмитриевич. - А ведь день, когда земляне, как Колумбы, отправятся в бездны космоса к далеким звездным островам, непременно настанет. И наука позволяет мечтать об этом уже сегодня.

Нас же радует то, что Молдова вносит свою лепту в приближение этого дня и заявляет о себе как об интеллектуально-технологической космической стране. По пророчеству Юрия Гагарина, "в освоении вселенной все возрастающую роль будет играть сотрудничество ученых больших и малых государств, вооружающих человечество новейшей техникой и технологиями".