Страница 119 из 120
Необходимо также сказать несколько слов об устройстве электрического ракетного двигателя. Напомним, что мощность любого ракетного двигателя в конце концов определяется температурой газа, вытекающего через сопло, и массой этого газа. Жидкостные ракетные двигатели, как об этом уже говорилось, имеют в этом отношении определенные ограничения (трудности с увеличением забираемого с Земли количества топлива и окислителя, большой расход тепла при температуре порядка 3000 К и выше на диссоциацию газа[376] и некоторые другие). Источником энергии электрического ракетного двигателя является бортовое устройство, вырабатывающее электрическую энергию (электрический генератор). До тех пор пока это устройство остается небольшим по своей мощности (солнечные или аккумуляторные батареи, современные топливные элементы), электрический ракетный двигатель, естественно, также имеет малую мощность, хотя в случае применения солнечных батарей может работать весьма долго. Такие установки используются для коррекции траектории и ориентации космических аппаратов, питания бортовых приборов и т. д. Важно заметить, что такие установки при малой силе тяги (в тысячи раз меньшей веса ракеты, почему они и не в состоянии вывести аппарат на орбиту искусственного спутника Земли)1 могут иметь огромную скорость истечения рабочего тела из сопла (10—100 км/с).
Если же на борту космического летательного аппарата находилась бы ядерно-энергетическая установка достаточно большой мощности, то ее функции в сочетании с жидкостным ракетным двигателем могли бы быть расширены.
Электрические ракетные двигатели разделяются на электротермические, электростатические (ионные) и электромагнитные (плазменные). Мы кратко остановимся только на одном из них — электротермическом; его схема показана на представленном рис. 62. Рабочее тело с малой молекулярной массой (например, водород, Н2, аммиак N2H4) подается через патрубок 1 в камеру нагрева 2, переходящую в сопло. Камера нагрева и сопло выполняются из какого-либо жаростойкого материала, например вольфрама. В качестве нагревательного элемента служит жаростойкая (например, вольфрамовая) проволока 3, ток к которой подается от бортового генератора.
Специалисты считают также, что в дальнейшем развитии космонавтики важнейшее место займут долговременные орбитальные станции, использование которых является, как известно, одним из направлений космических исследований в СССР. Именно на этом пути могут быть сделаны новые исторические шаги в космонавтике.
Специалисты США, по крайней мере в настоящее время, особое внимание уделяют созданию и запуску крылатых летательных космических аппаратов многоразового использования. Вполне возможно, что на этом пути исследования космоса будут получены результаты большого значения.
Мы приводим выдержку из статьи А. П. Александрова: «Выход людей за пределы атмосферы нашей планеты — одно из потрясающих событий нашего времени, связанное с именем замечательного советского ученого, Главного конструктора ракетно-космических систем, дважды Героя Социалистического Труда, академика Сергея Павловича Королева. Деятельность С. П. Королева и значение ее невозможно переоценить.
Мне не пришлось непосредственно работать с Сергеем Павловичем, но по ряду вопросов мы с ним встречались. Мы обсуждали различные виды ракетного топлива, возможность применения ядерных двигателей в ракетной технике. Нам обоим были интересны довольно многочисленные проблемы. Чтобы поговорить по этим вопросам, я приехал в организацию, которой руководил Сергей Павлович. Сначала он показал мне множество разработок, проведенных его организацией, а затем пригласил в свой кабинет. Там были развешаны чертежи, по которым он мне рассказал о планах проникновения в космическое пространство, познакомил с расчетами и траекториями различных полетов— к Луне, облет Луны, на Венеру, к Марсу. Мне казалось, что я попал в какую-то совершенно фантастическую ситуацию. Надо сознаться, что хотя я не впервые увидел сложные технические новинки и проекты, но все увиденное там произвело на меня глубочайшее впечатление. Как будто я попал в невероятный фантастический мир. Даже не верилось, что можно в столь короткие сроки и человеческими силами решить подобные задачи.
Рис. 63. Схема радиорелейной связи с использованием спутника связи с ретранслятором.
1 — оконечный пункт линии; 2 — промежуточный пункт; 3 — земная станция радиосвязи со спутником; 4 — искусственный спутник Земли.
Мы долго разговаривали, обсуждали разные варианты использования — в космосе, на Земле, под водой и т. д. — той техники, которая у нас уже имелась. Сергей Павлович подробно рассказывал о том, как решаются те или другие задачи. После этой встречи у меня сложилось впечатление о Сергее Павловиче как о богато одаренном человеке, целеустремленном, требовательном к строгости научных рассуждений, к собственным разработкам. После этого мы не раз встречались, вместе рассматривали различные задачи, и каждый раз меня поражала глубина, с которой он подходил к их решению. К тому времени в ракетной технике образовалось много направлений, их создали и возглавляли замечательные конструкторы, очень квалифицированные люди. Тем не менее Сергей Павлович выделялся даже среди этих выдающихся конструкторов.
Весьма полезным для развития ракетно-космической техники оказалось сотрудничество Сергея Павловича с Мстиславом Всеволодовичем Келдышем. Келдыш был увлечен той деятельностью, которую развивал Королев, он очень быстро направил в эту сферу внимание многих великолепных математиков, механиков и других специалистов. Именно он первый стал применять в ракетной технике вычислительные машины, которые до этого в их зачаточном состоянии применялись только в области ядерной физики. Участие Келдыша в этих разработках позволило решить, по сути дела, все задачи механики, которые ставились в этих сложных условиях. К Королеву и Келдышу примыкал еще Игорь Васильевич Курчатов. Этот знаменитый триумвират, или „три К“, как мы их называли, представлял собой творческое содружество, сыгравшее огромную роль в укреплении могущества нашей Родины»[377].
Последний вопрос, на котором мы остановимся, будет касаться реальной пользы, приносимой космонавтикой уже в настоящее время. Конечно, не надо забывать, что использование космонавтики в интересах мирной деятельности людей делает только еще свои первые шаги, но тем интереснее и значимее уже достигнутые результаты.
Остановимся прежде всего на связи. Именно в этой области космонавтика хорошо помогает практике. На рис. 63 показана схема радиорелейной связи с использованием так называемого стационарного искусственного спутника Земли. Небесная механика позволяет так рассчитать орбиту спутника, что спутник будет все время находиться над одной и той же точкой Земли[378]. Именно такой стационарный спутник (4) представлен на рис. 63. Можно, конечно, сооружая радиорелейную линию связи, обойтись и без спутника. Как известно, радиорелейная линия служит для того, чтобы передавать в пределах своего расположения огромную информацию в виде телефонно-телеграфных сообщений, радиосообщений, телевизионных программ. Проволочной связи между промежуточными пунктами 2 (см. рис. 63), конечно, нет, но каждый из них снабжается ретрансляционными устройствами и должен находиться на расстоянии, во всяком случае не большем 100 км от своего ближайшего соседа. При больших длинах радиорелейных линий это дело дорогое. Как видно из последнего рисунка, спутник делает возможным «замещение» большого числа промежуточных пунктов 2 и позволяет фактически намного увеличить, например, дальность передачи телевизионных программ.
В Советском Союзе широкое распространение получили наземные ретрансляционные станции «Орбита», которые принимают телевизионные программы, например из Москвы, через спутники связи, усиливают их и делают возможным принимать их непосредственно домашними телевизорами в самых отдаленных районах СССР. Искусственные спутники Земли имеют очень большое значение для метеорологии, предсказания погоды. Со спутников делаются фотографии облачности, развития циклонов и т. д.
376
Диссоциация — распад частиц газа (молекул), происходящий при повышении температуры, как правило, с большим потреблением тепла.
377
Из истории советской космонавтики: Сб. памяти акад. С. П. Королева. М., 1983, с. 6–7.
378
Естественно, в пределах «жизни» искусственного спутника Земли, т. е. до тех пор, пока спутник, постепенно снижаясь, не попадет в плотные слои атмосферы Земли и не сгорит там.