«Техника-молодежи» 1961 №12, с.12-13
Безопасность космических трасс
| О |
Стограммовый камешек, мчащийся со скоростью 70 км в секунду, имеет такую же энергию, как двенадцатитонный самолет, летящий со скоростью 720 км в час. При встречных курсах скорость сближения космического корабля и метеоров составляет несколько десятков киломитров в секунду. Вес метеоров может достигать нескольких сот граммов и более. Скорость пуль и снарядов в десятки раз меньше. Значит, их энергия меньше энергии метеоров той же «весовой категории» в сотни и тысячи раз. В этом легко убедиться, умножив массы на квадраты скоростей.
На Землю ежесуточно «выпадает» несколько тысяч тонн космического вещества. Но у нас над головой самый надежный «зонтик»—атмосфера. Космический корабль лишен ее. Зато и вероятность встречи с метеорами для корабля гораздо меньше. Притяжение Земли может «вылавливать» метеоры с расстояний в десятки тысяч километров от ее поверхности. «Сачок» для ловли метеоров v корабля примерно в 1015 —1016 раз меньше. Стало быть, за десять лет космонавты встретят несколько миллиграммов космической пыли и метеоров. Гомеопатическая доза! Это — в среднем...
Итальянец Скнапарелли (в свое время открывший каналы на Марсе) обнаружил сходство орбит комет и некоторых метеоров. В 1868 году он объяснил это тем, что твердые осколки ядер комет постепенно растягиваются вдоль орбит, и получаются метеоритные потоки.
Несколько позже русский ученый Бредихин выдвинул гипотезу об извержении метеоров из кометных ядер. Наблюдения подтвердили гипотезу о связи комет и метеоритов.
Известно несколько метеорных потоков, вращающихся вокруг Солнца: Аквариды, Тауриды. Персеиды, Леониды... Нам важно вот что: потоки метеоров вращаются по орбитам, параметры которых можно определить достаточно точно.
В районе метеорного потока средние цифры о плотности космического вещества непригодны.
Советский ученый Маковецкий предположил, что притяжение планет может «фокусировать» метеорные потоки в некоторой области пространства, имеющей форму веретена, вытянутого вдоль направления движения метеоров (см. «Техника — молодежи» №1 за 1961 год). Вот в таком «веретене» и получается самая высокая концентрация космических «снарядов»: их столкновения с кораблем должны в среднем происходить ежечасно. Две «средние» цифры — одна для солнечной системы в целом, другая — для метеорного потока, сфокусированного по Маковецкому, но как они различны!
В мае 1958 года американский спутник «Эксплорер», возможно, был поврежден метеорами. 6 мая телеметрическая система спутника передала сообщения о первых столкновениях с метеорами, затем с интервалом в пять суток замолчали оба передатчика. Земля проходила тогда через поток майских Акварид.
что же предпринять?
Катастрофы случаются не только в научно-фантастических рассказах. Пусть встреча космического корабля с метеором происходит в среднем раз в несколько лет — ученые обязаны задуматься над этим...
Но все метеорные потоки невозможно изучить с Земли и ее спутников. А спорадические метеоры — одинокие холодные камни, несущиеся по неведомым путям? Кто скажет, у какой планеты встретятся космонавты с одним из них?
Что же предпринять для защиты от непосредственной метеорной угрозы? Двойные стенки? Броня? Самая прочная броня не выдержит той огромной разрушительной силы, которой обладает метеор весом в несколько граммов. Допустим, что в будущем создадут броню, выдерживающую огромные механические нагрузки. Но даже этого мало — ведь большая часть энергии метеора при ударе мгновенно обращается в тепло. Колоссальный жар, сконцентрированный на маленьком участке обшивки, моментально превратит в пар самый тугоплавкий металл.
Вот если сделать броню еще и сверхтеплопроводной... Тогда тепло в одно мгновение распространится по всей обшивке, ненамного повысив ее температуру. Но это — пока фантастика.
Броня ближайшего будущего будет выполнять более скромную задачу: защищать экипаж и аппаратуру от осколков весом в десятки миллиграммов. Создатели этой брони, может быть, назовут ее так: «Особая космическая». Но она вряд ли будет стальной...
От метеоров весом в десятки граммов есть пока только одни надежный способ защиты — бегство, своевременное маневрирование. Для этого нужно видеть метеоры на расстоянии сотен километров от корабля: скорости-то огромны. Легко сказать — видеть! А как?.. При влете в земную атмосферу метеор нагревается сам, нагревает воздух. «Упала звезда», — говорим мы тогда. В космосе метеор не увидишь невооруженным глазом —— уж слишком он мал.
Хорошо мчаться на автомашине по асфальтированному шоссе! Спокойно! Встречные машины идут по левой стороне шоссе. Столкновение исключено. Метеоры ие подчиняются правилам уличного движения. Чтобы маневрировать, капитану космического корабля необходимо знать не только расстояния до метеоров, но и их скорости относительно корабля. И даются на это считанные секунды, даже доли секунды. Иначе будет поздно. Неповоротливый телескоп сверхфантастнческой мощности здесь не поможет. Вероятно, понадобится радиолокатор...
итак, радиолокатор?
Летучая мышь натыкается на тонкую проволоку, потому что она не «слышит» ее. То же самое может получиться и с радиолокатором, если только не выбрать длину электромагнитной волны достаточно короткой, короче диаметра метеоров. Тогда волны не будут огибать метеор, а отразятся от него и создадут на выходе радиолокационного приемника сигнал: «Осторожно, опасность!» Подходят, пожалуй, лишь миллиметровые радиоволны, поскольку диаметр метеора весом в несколько граммов может не превышать одного санпгметра. И если уж честно говорить, то и миллиметровые волны немного длинноваты.
Что говорят уравнения радиолокации? Справится ли обычный локатор с необычной для него задачей? Вряд ли. Судите сами. При диаметре антенны 2 м, длине волны 4 мм и мощности электромагнитного импульса 100 квт метеор диаметром около 4 см будет обнаружен не дальше, чем на расстоянии 20 км от корабля. Лишь 0,4 сек. при скорости 50 км/сек даются для определения курса метеора и выполнения маневра уклонения корабля. Маловато...
Однако дальность действия можно увеличить. И довольно простым способом. Нужно только понизить температуру радиолокационного приемника. Вам кажется это странным? Но вспомним, что тепловые шумы, мешающие обнаружению слабых сигналов, прямо пропорциональны температуре.
Квантовомеханическне генераторы и усилители, созданные у нас впервые под руководством сотрудников физического института Академии наук СССР Басова и Прохорова, могут работать при чрезвычайно низких температурах: в них нет «горячих» радиоламп. Такие усилители, возможно, через несколько лет и решат проблему: радиолокатор и метеоры. А пока вспомним, что миллиметровые волны могут оказаться слишком длинными для обнаружения маленьких, но «энергичных» метеоров.
космический фейерверк
Миллиметры. микроны, миллимикроны, ангстремы... И это еще не самые короткие из электромагнитных волн, получаемых и используемых современной физикой. Гамма-лучи, например, короче: 0,06 ангстрема (0.6·10—9 см).
400—760 миллимикрон — это свет. Все цвета радуги укладываются в этот маленький интервал, который невозможно измерить ни одной линейкой. Физики и инженеры нашли способ получать чрезвычайно яркие и узкие пучки света (см. «Техника — молодежи» № 9 за 1961 год). Среди множества применений, которые прочат им специалисты, нас интересует, конечно, локация. Да, оптическая локация.
760 миллимикрон — это ровно 760 миллионных долей миллиметра. Сильный локатор, работающий на волнах такой длины (они соответствуют красному свету), обнаружит любой самый маленький метеор. Первые оптические локаторы уже построены. Даже в условиях земной атмосферы они показали неплохие результаты. В межпланетном пространстве их эффективность возрастет во много раз из-за отсутствия частичек влаги и большой разреженности пыли, которые рассеивают, ослабляют свет у нас на Земле. Вас интересует предельная дальность действия? Она будет велика. Пока трудно сказать что-нибудь более определенное.
...Мы у иллюминатора космического корабля, летящего с субсветовой скоростью. Штурман прокладывает курс к далекой звезде, едва различаемой нами среди множества других. Но что это там, впереди? Рой зеленых точек, несущийся навстречу. Внимание! Метеорное скопление. Горит сигнальный огонь на пульте, а приборы, заранее получившие сигналы локаторов, изменяют курс корабля. Зеленые точки вдруг начинают желтеть. Вот они уже оранжевые, красные и, наконец, исчезают совсем. «Эффект Допплера, — догадываетесь вы, — ведь с изменением курса меняется относительная скорость корабля и метеоров». Маневр закончен, и локаторы снова нацелены вперед, туда, где на расстоянии в миллиарды километров скрыты тайны далеких миров.
Трудно удержаться от соблазна рассказать о самом эффективном способе борьбы с космическими снарядами. Но познакомьтесь с ним лучше сами.
Представьте себе круглое устройство, состоящее из отдельных ячеек. Каждая ячейка — мощный генератор коротких электромагнитных волн. Только не подходите близко: это опасно. Бросьте лучше мелкую монету в направлении одной из ячеек — монета моментально исчезнет. Куда? Трудно сказать... Световое давление луча каждого генератора составляет много миллионов атмосфер, эквивалентная температура — много миллиардов градусов. Попробуйте разобраться, умчалась ли монета на многие километры от гигантского светового толчка или просто распалась на атомы под действием невероятно сильного электромагнитного поля! Вы догадались, конечно, что с метеорами можно расправляться так же легко — нужны лишь несколько генераторов, лучи которых по желанию могут быть направлены сразу на множество метеоров или на один, крупный, с которым одному генератору справиться трудновато.
Пожалуй, это самый действенный способ. У него, правда, есть один недостаток: его невозможно пока применить. Ведь такие сильные генераторы электромагнитных полей пока еще созданы только писателями-фаитастами...
Но они, несомненно, будут созданы и учеными.