Как велико расстояние в пятьсот миллионов километров? Такое огромное число просто не укладывается в голове. Оно слишком велико, и люди обычно восклицают: «Это астрономическое число!» Так оно и есть. 500000000 километров – это путь будущего космического корабля от Земли до Марса в одну сторону.
Астрономическое число
А ведь Марс – наш сосед, одна из самых близких планет.
Как же человеку покорять далёкие планеты, если они разбросаны в космосе в пять, в десять, в двадцать раз дальше от нас, нежели Марс?
Чтобы в разумный срок преодолеть необозримое пространство, разделяющее планеты, надо обязательно летать с неслыханными скоростями.
И чем дальше от Земли находится цель – планета, тем больше должна быть быстрота движения звездолёта.
Дальше Марса за таинственным поясом астероидов, за этой бесконечной лавиной гигантских скалистых глыб и обломков самой разной величины, солидно, не спеша, движется яркий Юпитер – планета-великан. Вот первая важнейшая цель для учёных – космонавтов после облёта Венеры и отважной высадки на поверхность Марса. Но «дорога» от Земли до Юпитера уже больше одного миллиарда километров…
Какой нужен корабль?
Межпланетный транспорт – это ракета. А ракетный корабль так уж действует, что если заставить его двигатели выбрасывать струю газов с большей скоростью, то экономнее будет тратиться горючее. Меньше топлива – легче корабль. Его проще построить, и, следовательно, удастся гораздо раньше осуществить межпланетное путешествие.
Обычная химическая ракета для вторжения в царство «многослойного» Юпитера (у него двенадцать детей – лун) явно не годится, потому что при сгорании самого лучшего жидкого топлива энергии освобождается мало. Мы ведь не сможем, например, взять с собой в полёт сто тысяч тонн водорода и кислорода!
Лучше работают атомные ракетные двигатели, с помощью которых, вероятно, будут совершены первые полёты людей на Марс. В атомной ракете ничего не горит – тепло рождается в результате расщепления атомов металла урана. В раскаленном реакторе – двигателе нагревается чистый водород, и, поскольку этот газ самый лёгкий, он вырывается наружу втрое быстрее, чем более тяжёлые газы химической ракеты. Однако для полёта к Юпитеру и эта скорость «рабочего вещества» недостаточна. Нужна скорость выброса газов из двигателя ещё в несколько раз больше!
Очень важно для космонавтов, чтобы в путешествии на сверхдальние расстояния ракетные двигатели работали непрерывно. А химические и атомные ракеты на это не способны. Для того чтобы корабль смог побороть огромное по своей силе земное притяжение, химические двигатели разгоняют его за десяток минут, атомные за полчаса. И за это короткое время исчезает большая часть рабочего вещества… Дальше облегчённый корабль движется уже «бесплатно», по инерции, вплоть до подлёта к другой планете. Ясно, что он никакой «неслыханной скорости» при этом дать не может. Только достигается так называемая «вторая космическая скорость», без которой ракета вообще не ушла бы от Земли. Но даже эта скорость держится недолго, так как корабль, удаляясь от родной планеты, полтора миллиона километров вынужден «плыть» против «течения» (даже на этом расстоянии Земля ещё заметно тянет в свою сторону!). Вот и оказывается средняя межпланетная скорость ниже первой космической…
Как сообщает английский журнал «Флайт», изобретён электрореактивный двигатель, который не только со сказочной скоростью выбрасывает газ, но ещё будет работать непрерывно в продолжение всего полёта. Правда, мощность новейшего двигателя навсегда останется немножко малой, однако, как говорится, «капля камень точит». Слабенький электрический ракетный двигатель секунда за секундой, месяц за месяцем мало-помалу разгонит корабль, пока не будет получена поистине фантастическая скорость. А рабочее вещество на электролёте «тает» так медленно, что его хватит для рейсов к самым далёким планетам.
Электрический пулемёт
Сейчас настала пора нам разложить чертежи и вникнуть в суть этой чудодействующей реактивной машины. Во-первых, она должна что-то выбрасывать назад, чтобы двигать корабль вперёд. Изобретатели решили, что рабочим веществом всего лучше взять металл цезий. Это изумительный металл. Если зажать кусок цезия в кулаке, то он быстро расплавится, закапает как воск! Вот ценное качество: не надо очень высокой температуры, чтобы в двигателе превратить брусок металла в газ!
Во-вторых, ракетный двигатель обязан разгонять рабочее вещество до самой большой скорости. И если применить для этого электрическую энергию, то надо ещё сделать так, чтобы атомы газа были заряжены. У цезия и тут замечательные достоинства. Атом любого вещества содержит сверхплотное ядро, вокруг которого по орбитам несутся электроны (частички электричества). Так вот, в атоме цезия на внешней орбите движется один-единственный электрон, и он слабо связан притяжением с ядром. Поэтому его легко выбить из атома.
Нужно ещё добавить, что атомное ядро всегда заряжено положительными зарядами (+), а электроны – отрицательными (-). И все эти заряды уравновешены друг другом, так что атом в целом не заряжен – на электрический сигнал со стороны он не отзывается. Но только стоит лишить атом одного электрона, как он сразу становится положительно заряженным (в ядре теперь больше зарядов, чем во всех электронах). А заряженный атом уже подчиняется внешним электромагнитным силам – его просто разгонять в специальном ускорителе.
Представьте склад брусков цезия на электрическом межпланетном корабле. Отсюда твёрдый металл пойдёт в камеру – испаритель. Потом образовавшийся голубовато-зелёный газ попадает в соседнюю камеру и столкнётся там со множеством платиновых пластинок, раскалённых добела. Любой раскалённый металл выбрасывает наружу электроны, тем более цезий, атомы которого легче всего теряют свой внешний электрон. Вот и получается заряженный электричеством газообразный цезий: ему дорога в ускоритель.
Электрический ракетный двигатель – это прямая труба, вдоль которой установлены сильные электромагниты. Она непрерывно выбрасывает бесчисленное количество невидимых атомных «пуль» со скоростью до ста километров в секунду (в десять раз быстрее струи раскалённого водорода атомной ракеты!)
Но вот с какой помехой пришлось встретиться изобретателям. Как только заряженный электричеством металлический пар окажется снаружи корабля, сразу же вокруг него образуется электрическое поле. Оно будет тормозить новые порции вылетающего газообразного цезия. Произойдёт, примерно, то же самое, если мы выхлопную трубу моторной лодки опустим в воду. Вода в сотни раз плотнее воздуха – и она сильно тормозила бы выхлопной газ, мешала бы вырваться наружу. От этого намного уменьшилась бы полезная мощность мотора, лодка поплыла бы медленнее.
Вот и в космосе надо сделать так, чтобы позади «выхлопной» трубы не было «воды». Для этого необходимо ещё в самом ускорителе превратить заряженные частички цезия в незаряженные атомы – «пули».
В том же журнале «Флайт» указано, что изобретатели пристроили в конце трубы своего опытного двигателя особую камеру, в которой рождаются миллионы миллионов свободных электронов. Проносясь с невероятной скоростью через камеру, частицы цезия тем не менее успевают каждая захватить по одному электрону – заряды исчезают на лету…
Добро пожаловать, атомы, в открытый космос!
Ракета – гибрид
Но откуда на корабле взять электрическую энергию, да ещё в большом количестве? Выручит космонавтов сравнительно лёгкая и надёжная атомная электростанция.
Если экспедицию будут готовить на Юпитер, то мощность станции нужна около 60 000 киловатт (такую силу имеет Волховская ГЭС – первенец ленинского плана электрификации нашей страны). Самой громоздкой частью такой космической АЭС – не удивляйтесь – будет…радиатор для охлаждения газа гелия. Ведь любая тепловая машина отлично работает только тогда, когда с одной её стороны жара (камера сгорания или атомный реактор), а с другой – холод (радиатор). Этот плоский «холодильник» придётся в продолжение всей экспедиции держать ребром к Солнцу, чтобы он не нагревался, лучше рассеивал бы тепло…
А как нашему электролёту превысить вторую космическую скорость, чтобы направится к главной планете Солнечной системы? Ведь электрический корабль, состыкованный из отдельных частей на орбите, на высоте около 500 километров, не может сразу порвать свои путы земного тяготения. Это запросто сделают и химическая, и атомная ракеты, но не корабль с малой силой тяги. Пользуясь только электрическими двигателями, ему надо три месяца «раскручивать» спираль около Земли, чтобы день за днём с «круговой скорости» искусственного спутника перейти, наконец, на желанную «скорость убегания».
Конечно, очень жалко терять столько времени на «раскрутку» – в общей сложности полгода, потому что этот же манёвр пришлось повторить и у Юпитера. Не правда ли, сама собой напрашивается мысль: надо как-то подтолкнуть корабль в начале полёта, да посильнее. Лучшим «стартером» здесь будет атомный ракетный двигатель. Но он, увы, не может работать без большого количества водорода, а это дополнительный груз. Вот и получается, что атомный электролёт с десятью космонавтами на борту должен весить не менее двух тысяч тонн! Зато экспедиция покинет окрестности Земли на час! Далее быстрота движения будет возрастать очень медленно, но через девять месяцев, на середине пути к Юпитеру, наивысшая скорость электролёта достигнет 150 000 километров в час! Больше ускорять нельзя – ведь космонавтам нужно прибыть к цели с малой скоростью, чтобы перевести свой корабль на орбиту одного из спутников Юпитера. На середине пути электролёт развернут, и он будет направлен дальше задней частью вперёд: двигатели теперь будут девять месяцев тормозить движение. Так экспедиция сможет преодолеть всё расстояние между Землёй и Юпитером за полтора года. Столько же времени понадобиться и на обратный путь. Три года в космосе!
Планета загадок
Исполинский Юпитер – планета, на которой жизнь человека почти невозможна. Космонавты способны защитить себя от жары, холода, пустоты пространства, от микрометеоритов и радиации, бороться с ядовитыми газами. Для того изобретены самые разные защитные оболочки. Но никто не может противостоять силе тяжести. А на поверхности Юпитера все предметы весят в два с половиной раза больше, чем на Земле. Если бы даже люди, одетые в специальные скафандры, и могли совершить кратковременную экскурсию на эту планету, то как они вернутся домой? Ведь для этого ракету, улетающую с Юпитера, надо ускорить до 61 километров в секунду!
Значит, изучать загадочную планету самим космонавтам, по-видимому, удастся только с корабля, движущегося по орбите спутника. А тайны Юпитера, скрытые мощной атмосферой, придётся разгадывать, направляя автоматические аппараты в глубины чужого мира.
Но, может быть, Юпитер совсем не имеет суши и вопрос о высадке на него человека вообще излишний? Астрономы пока слишком мало знают о строение колоссальной планеты, диаметр которой в 11 раз превышает земной. Поэтому мнения расходятся. Одни учёные считают, что Юпитер обладает каменным ядром и что эта сердцевина его покрыта спрессованным льдом, содержащим весь кислород планеты, а выше – атмосфера из водорода, гелия, метана и аммиака. Другие учёные предлагают свои догадки, согласно которым Юпитер почти целиком состоит из водорода и гелия, так что нечего и думать о существовании на нём суши…
Величайшая планета излучает в окружающее пространство в три раза больше энергии, чем она получает от Солнца. Юпитер выбрасывает из своих недр столько тепла в секунду, сколько можно получить при взрыве одного миллиарда тонн динамита!
Откуда берётся эта чудовищная энергия? Может быть, Юпитер не самая большая планета, а самая маленькая тёмная звезда, вторая звезда Солнечной системы? Неужели Солнце – тоже двойная звезда, как и большинство самосветящихся газовых великанов нашей Галактики? Ответить нам могут космические путешествия будущего. А пока мы довольствуемся смелыми догадками, теоретическими расчётами. Вот один из них.
Если Юпитер излучает в двадцать раз больше тепла, чем Земля получает от Солнца, то для этого, оказывается, вполне достаточно сжатия планеты на полмиллиметра в год. А уменьшение размеров Юпитера можно объяснить постепенным уплотнением водорода, испытывающего на глубине давление в десятки миллионов атмосфер. Итак, из газообразного водород неуклонно превращается в жидкое, а ближе к центру планеты – и в твёрдое состояние. Таким образом, на средних глубинах водород может играть роль изолятора и в «ядре» Юпитера – роль металлического проводника электрического тока. Не это ли является причиной того, что быстро вращающаяся планета, состоящая из самых лёгких химических элементов, вдруг обладает мощным магнитным полем?
База подальше от планеты
Золотистый Юпитер имеет двенадцать лун, в том числе четыре больших, на которых недавно открыты атмосферы. Ближе к планете – это Ио и Европа, очень похожие по своей величине, массе и плотности на нашу Луну. На их поверхности космонавты, вероятно, увидят горные цепи и огромные кратеры.
Следующие два спутника даже больше планеты Меркурий. Это Ганимед и Каллисто. Оба они обладают вдвое меньшей плотностью, нежели Ио и Европа. Может быть, эти луны – гигантские шары из льда, окруженные метановой атмосферой? Каллисто, например, кажется издали голубовато-серым с темным экватором и светлыми пятнами полюсов…
Посетить все эти небесные тела будет очень трудно. Орбиты главных лун Юпитера расположены одна от другой на расстоянии всего 250-810 тысяч километров, и каждая из лун имеет небольшую силу притяжения. И тем не менее для перелетов между спутниками Юпитера кораблям необходимо тратить почти столько же энергии, сколько ее требуется для экспедиции с Земли на Марс!
В чем тут суть, понять легко, если помнить о близком присутствии властного Юпитера. Например, ракету, улетающую с Ио на Землю, обязательно нужно разогнать до скорости 27 километров в секунду, хотя для борьбы с притяжением самого спутника требуется скорость только 2,5 километра в секунду, то есть немногим больше, чем для отлета с нашей Луны.
Поэтому космонавтам будущего выгоднее пользоваться опорными базами и научными станциями на спутниках подальше от Юпитера. Ведь скорость «улетания» с Европы на Землю 2+20, с Танимеда 3+4, а с поверхности следующего спутника Каллисто – только 2+12 километров в секунду (второе слагаемое – это добавка скорости для преодоления тяготения планеты).
Тяжелые межпланетные корабли не могут совершать посадку на крупные небесные тела. При сближении с лунами Юпитера электролеты должны сами превращаться во временные спутники этих лун. И высадка возможна только с помощью специальных химических десантных ракет, которые будут выполнять роль местного транспорта.
Если исследователи найдут замороженные газы на Ганимеде или Каллисто, то удастся дешево доставлять на корабли-спутники нужное количество аммиака. Это рабочее вещество для атомных ракетных двигателей хуже водорода, но оно даровое, его не надо везти на расстояние в миллиард километров от нашей планеты. Такой газ пригодился бы для полетов кораблей между спутниками Юпитера и для энергичного «старта» при возвращении экспедиции на Землю.
Кольца Сатурна
Как только человек достигнет крупнейшей планеты в семье Солнца, он не остановится. Начнется подготовка к еще более дерзкому путешествию, какие бы преграды ни стояли на пути. Следующая цель – планета Сатурн, радиус орбиты которой почти вдвое превосходит радиус орбиты Юпитера.
Сатурн прежде всего привлекает взор наблюдателя своими великолепными кольцами, и перед таким изумительным зрелищем сама планета как бы отступает на второй план. Каково происхождение гигантских колец, точно никто не знает. Астроном Ром вычислил , что если какая-либо луна приблизится к своей планете на расстояние в два с половиной радиуса планеты, то она распадется на куски. И вот какое совпадение: все кольца Сатурна находятся именно в этой «опасной зоне», тогда как все его спутники – вне рокового расстояния! Может быть, и в самом деле кольца Сатурна – обломки луны либо нескольких лун, сблизившихся с планетой в далеком прошлом и потерпевших крушение при действии титанических правильных сил? За миллиарды лет крупные обломки лун могли сталкиваться друг с другом, они дробились все больше, пока не образовались тонкие кольца из камней, пыли и кристалликов льда…
А самая огромная планета мало чем отличается от Юпитера, разве только своей меньшей величиной. По предложениям ученого Вильда, ядро желтоватого Сатурна состоит из горных пород, над которыми лежит слой льда толщиной 13000 километров. Еще выше – слой водородно-метановой атмосферы в 25000 километров.
Может ли человек побывать на поверхности Сатурна? На первый взгляд это кажется совершенно невероятным. Вообразите себе колоссальную ядовитую атмосферу, сквозь которую никогда не проникает солнечный свет. Вечный мрак на ледяной суше! С погружением в глубину атмосферы давление будет постоянно возрастать, и поэтому нечего думать о выходе в мягком скафандре из десантного аппарата наружу. А скорость в 37 километров в секунду, которая необходима, чтобы космонавты могли покинуть планету-великан и вернуться домой?
С баллонами над головой
И все же человек может посетить Сатурн! Ведь очень большая скорость «освобождения» еще указывает на то, что сила тяжести на поверхности планеты невыносимо велика. Притяжение зависит не только от массы небесного тела, но еще и от его радиуса. Из-за малой плотности Сатурна (только одна восьмая доля плотности Земли) сила тяжести на границе его атмосферы оказывается такой же, как у нас на уровне моря!
Далее, если верить модели Вильда, на ледяном щите Сатурна сила тяжести должна быть в 2,7 раза больше. Это, конечно, много, но не исключает возможности провести суточную разведку. Вот о каком опыте сообщил один из американских научных журналов. Военный летчик, испытывая двойную тяжесть тела, пробыл в центрифуге трое суток. Он приготовлял себе пищу, ел, спал, стоял, занимался гимнастикой, вел медицинский самоконтроль… Правда, свинцовая тяжесть тела постепенно привела к тому, что у человека пропал интерес к сложной умственной работе – в конце эксперимента летчик предпочитал слушать радио или просто думал.
К Сатурну полетят не скоро. Есть время для изобретения удивительных скафандров. В них люди неизбежно будут подвергаться физической перегрузке в глубинах планеты, но космонавтов можно избавить от переноски на ногах тяжелого груза. Ученые уже обсуждают проект металлического скафандра будущего, поддерживаемого плавающими в воздухе баллонами.
На Титане
Сатурн – тоже многосемейная планета, он обладает десятью лунами. И некоторые из них будут полезными базами для космонавтов. Седьмой спутник Сатурна – Титан – мог бы быть полноправной планетой, если бы не находился в цепких объятиях гиганта. Титан больше планеты Меркурий и превосходит размерами Ганимед – крупнейшую луну Юпитера.
Титан очень массивен и поэтому удерживает вокруг себя довольно плотную атмосферу. Удивительно: на нем днем небо должно быть таким же голубым, как на Земле (воздух на спутнике состоит из метана с примесью аргона, неона и аммиака). Прекрасно. В плотном воздухе можно совершать посадку десантных ракет с крыльями, а это большая экономия земного топлива. Атмосфера Титана защитит людей и аппараты от микрометеоритов и космических лучей, а самодавление воздуха улучшит самочувствие космонавтов.
Выгодно на Титане иметь научную базу потому, что сила тяжести на нем мала, как на нашей луне. И Сатурн находится далеко (на расстоянии миллиона с четвертью километров, так что его влияние на улетающий со спутника корабль слабое. Близ Титана достаточна скорость электролёта всего в 378,5 километра в секунду, чтобы начать обратный рейс к Земле.
Вероятно, космонавты найдут на огромной луне Сатурна замороженный метан. Это газ – рабочее вещество атомных ракетных двигателей – лучше аммиака. Титан может служить заправочной станцией не только для кораблей, возвращающихся на Землю, но и для полетов к самым далеким планетам.
Дальше цель – больше мощность
Сатурн плавает в мировом пространстве вдвое дальше от нас, чем Юпитер. Поэтому мощность атомных электролётов должна исчисляться уже не десятками, а сотнями тысяч киловатт. Ведь самое важное – чтобы космонавты скорее вернулись домой, чтобы полет в оба конца занял не больше времени, чем путешествие к Юпитеру.
Ключ для этого – создание надежной, мощной и очень легкой атомной электростанции на корабле. К счастью, чем больше растет мощность электрической ракеты, тем проще уменьшать вес машин на каждый киловатт мощности.
Календарные сроки экспедиций к планетам-гигантам? Если приземление первых людей на Марсе свершится, скажем, в середине восьмидесятых годов, то почему бы не верить в возможность высадки героев на Каллисто еще через десяток лет и на Титан – в начале ХХII века?
Самый большой
В то время, как англичане установили свой телескоп «Исаак Ньютон» четырёх метров в диаметре, а американцы довольствуются пятиметровым в Мон-Паломаре, в СССР отполировали зеркала громадного телескопа, диаметр которого достигает шести метров. Он самый большой в мире. Очень возможно, что советский телескоп сохранит своё первенство надолго, так как пока нигде ещё не существует аналогичных проектов. А телескоп Мон-Паломара потеряет теперь звание самого большого в мире, которое он носил в течении нескольких десятков лет.
Самый тяжёлый
Хотя мощность американских ракет постепенно возрастает, СССР по прежнему сохраняет своё первенство по общему весу объектов, выпущенных на орбиту. С октября 1957 года, когда мир услышал «бип-бип-бип» первого спутника, наша страна отправила в космос больше тысячи тонн, в то время как США всего 700.
А.Антрушин
«Хочу всё знать»