Если вы думаете, что созданные или проектируемые землянами летательные аппараты годятся лишь для нашей планеты, то глубоко ошибаетесь. Ныне конструкторы думают и даже делают самолеты, воздушные шары и дирижабли и для других планет. И вот что у них получается.
Полеты над красной планетой
Добывать данные о строении Марса должны не только планетоходы, но и планетолеты, полагают исследователи России и США. Например, по первоначальному плану Российского космического агентства в 1996 году была предусмотрена доставка на Марс и аэростата, сделанного во Франции.
Он состоит из двух оболочек, объемом около 4 тыс. м каждая. По прибытии на место одна из них — герметизированная — будет автоматически накачана гелием. Другую же — негерметичную — наполнит марсианский воздух, состоящий в основном из углекислого газа. Поэтому, естественно, она, став тяжелее первой, расположится ниже гондолы с приборами, выполняя роль своеобразной балластной камеры.
Ночные часы аэростат проведет на поверхности планеты, так как создаваемой гелием подъемной силы не хватает, чтобы его приподнять. С восходом же солнца газ в «балласте» разогревается, объем его увеличится, и он частично выйдет наружу. Масса «балласта» уменьшится, и когда, согласно расчету, разница температур внутри и вне его достигнет 30 °С, подъемная сила верхнего баллона окажется достаточной, чтобы вся конструкция взмыла вверх.
Специалисты полагают, что за световой день аэростат, увлекаемый силой ветра, пролетит около 500 км. Наступившая ночь заставит его снова опуститься на поверхность планеты. Так что научная аппаратура в гондоле-контей-нере, прикрепленной к верхней оболочке, будет проводить обследования не только атмосферы, но и различных точек поверхности Марса. Такие взлетно-посадочные циклы продолжатся 10—15 суток.
Американцы же полагают, что для обследования красной планеты с воздуха лучше использовать не аэростатический, а аэродинамический летательный аппарат. По сведениям зарубежной печати, эксперты рассматривают три варианта самолета для Марса: крейсерские с гидразиновым либо с электрическим двигателем и посадочный. Все они будут иметь одну и ту же базовую конфигурацию, напоминающую планер.
Как же самолеты будут доставлены на Марс? Три «шаттла» выведут на околоземную орбиту по одному контейнеру и двухступенчатому межорбитальному буксиру. В каждом контейнере — 4 самолета, компактно уложенные и упакованные в персональные капсулы, и спутник связи, предназначенный для ретрансляции передаваемой на Землю информаций. Первая ступень буксира, сработав, выведет контейнер на дорогу к Марсу. Прибыв к месту назначения, он с помощью второй ступени будет переведен на орбиту красной планеты с перицентром 500 км и периодом обращения четверо марсианских суток. В верхней точке орбиты, апоцентре, отделится связной спутник, который, оперируя собственными гид-разиновыми двигателями, займет стационарную эллиптическую орбиту с периодом обращения 1,5 суток. Это необходимо для того, чтобы он практически постоянно висел над районом десантирования.
Срабатывает тормозной двигатель контейнера, и четыре капсулы, одна за другой выходя из него, начинают свой путь с орбиты вниз. Войдя в атмосферу под углом 15°, они сначала затормаживаются за счет собственных аэродинамических качеств, а потом на высоте 9,5 км над каждой раскроется тормозной парашют.
На высоте 7,5 км скорость снизится до 60 м/с, да и плотность атмосферы уже достаточна, чтобы капсула раскрылась и расправивший крылья самолет мог отправиться в самостоятельное путешествие. Выполнившая же свою задачу оболочка упадет на поверхность Марса. Крейсерская скорость самолета любого типа— 60—100 м/с, полезная нагрузка — 40—100 кг, продолжительность и максимальная дальность полета — до 31 часа и 10 тыс. км соответственно.
Дюжина, по мнению экспертов, как раз то оптимальное число самолетов, которое необходимо для объективного сравнения полученных данных и выявления каких-либо закономерностей. Мы уж не говорим о повышении надежности выполнения всего эксперимента — есть надежда, что хоть часть аппаратов не будет изломана марсианскими бурями и свою задачу выполнит.
...Таковы планы исследования красной планеты. Что из них исполнится, смогут ли страны-участницы преодолеть как финансовые, так и технические затруднения, станут ли координировать свои усилия или каждая пойдет своим путем — все это мы узнаем в ближайшее время.
Дирижабль для Венеры
Если на Марсе лучше всего использовать аэропланы, то для Венеры, как показывают расчеты, больше подойдут долговременная летающая лаборатория и исследовательские зонды, наделенные некоторыми свойствами... глубоководного батискафа.
Как известно, температура у поверхности Венеры достигает 500 °С, а давление 100 атм. Кроме того, поверхность планеты покрыта плотнейшим облачным покровом, обрекающим Венеру на вечные сумерки. И наконец, в атмосфере планеты кроме огромного количества углекислого газа (до 98%) есть смеси соляной и фтористой кислот. Все это делает сколько-нибудь длительное пребывание исследовательских аппаратов поверхности Венеры весьма проблематично. Как же тогда исследовать ее поверхность? «А примерно так же, как мы ныне изучаем поверхность океанского дна», — предполагают ученые. И далее развивают свою мысль следующим образом.
Плотную атмосферу Венеры из врага можно превратить в союзника. На высоте примерно 50 км плотность и температура венерианской атмосферы вполне сравнимы с земной. Здесь, наверное, и имеет смысл разместить постоянно действующую научную базу. Она может представлять собой нечто вроде гигантского аэростата, а еще лучше — дирижабля, могущего избирательно перемещаться в тот или иной район планеты, зависать над избранной точкой.
Причем для заполнения оболочки такого дирижабля вовсе не надо везти с Земли, скажем, традиционный гелий. Как показывают расчеты, вес этого газа составит примерно 9% от массы всего аппарата, а вот баллоны, в которых он содержится под давлением 300— 350 атм., будут весить столько же, сколько и сам аппарат целиком. Иное дело, если мы возьмем с Земли баллоны низкого давления, заполненные аммиаком или даже обыкновенной водой. Весить они будут куда меньше, а на месте, под действием высоких венерианских температур, такие жидкости без каких-либо дополнительных затрат энергии превратятся в пар, который и послужит рабочим телом для аэростата.
Понятное дело, аэростат, заполненный водяным паром, существенно тяжелее дирижабля, оболочка которого заполнена гелием. Но этот избыток с лихвой компенсируется отсутствием массивных баллонов высокого давления. И в итоге «водяной» аэростат будет брать на борт большую полезную нагрузку, чем гелиевый. Не забывайте, летать ему ведь придется в условиях Венеры, а не Земли.
С борта такой летающей долговременной лаборатории непосредственно на поверхность планеты можно будет время от времени запускать исследовательские зонды, напоминающие собой земные глубоководные батискафы. Только на Земле такие аппараты бывают полыми внутри или, в крайнем случае, заполняются легкой жидкостью (например, керосином). На Венере же, согласно прикидкам кандидата технических наук Г. Москаленко, логичнее использовать двухкомпонентное рабочее тело, например смесь паров воды и паров аммиака или метилового спирта.
Чтобы вы поняли, в чем тут выигрыш, давайте подробнее рассмотрим условия «аэростатического плавания» в атмосфере Земли и в атмосфере Венеры. В земной атмосфере количество рабочего тела, необходимое для уравновешивания аэростата, должно быть тем больше, чем выше мы хотим подняться. Дополнительно даже приходится сбрасывать балласт. А на Венере все наоборот: чем на большей высоте должен зависнуть аппарат, тем меньшее количество рабочего тела должно быть в его оболочке — таковы соотношения давления, плотности, температуры газов на разных высотах.
Теперь представим себе, что в летательном аппарате используется два разных газа, два рабочих тела — основное и вспомогательное. Основной газ обеспечивает подъем аппарата до некоторой максимальной высоты. Но еще до того, как эта высота будет достигнута, вспомогательное рабочее тёло, рабочие характеристики которого выбраны как раз с таким расчетом, начнет переходить из газообразного состояния в жидкое, превращаясь в балласт. Аппарат начнет снижаться.
Причем если конденсат собрать в баллон и не дать ему превращаться в газ по мере снижения и повышения температуры, то можно осуществить спуск до самой поверхности. А когда нужно будет подняться, достаточно будет выпустить жидкость из баллона, где она содержалась под давлением. Она тотчас станет превращаться в газ — не забывайте, за бортом около 500° жары, — и исследовательский зонд снова взмоет вверх.
Понятное дело, процесс этот можно сделать и плавно регулируемым; тогда зонд сможет зависать на любой заранее заданной высоте. И все это совершенно бесплатно: никакого расхода балласта или рабочего газа не предвидится.
Более того, Москаленко предлагает весьма остроумную идею, как при спуске попутно запастись электроэнергией. Для этого достаточно выставить наружу, в набегающий поток газа, крыльчатку. Она станет вращаться, электрогенератор будет вырабатывать электрический ток. Запасая энергию в аккумуляторах, ее можно затем использовать, скажем, для подсветки ландшафтов Венеры с помощью прожекторов или фотовспышек. Ведь на поверхности, как мы уже говорили, царит вечный полумрак.
Стартовать же и возвращаться такие аппараты будут на «летающие острова», свободно плавающие в верхних слоях венерианской атмосферы, на высоте примерно 50 км, где условия примерно такие же, как и на нашей планете.
Гигантская круглая платформа (несколько сотен метров в поперечнике) будет сооружена из прочных и легких пластмассовых конструкций. Ее покрывает слой почвы, на котором произрастают земные растения. Домики поселка разбросаны среди садов и парков. Основные жилые помещения— в толще платформы.
К краям платформы крепится огромная сферическая оболочка, ограничивающая воздушное пространство острова. Она прозрачна, и сквозь нее видно белесое небо Венеры, вечно покрытое толщей облаков. Оболочка сделана из нескольких слоев синтетической пленки. Между ними циркулируют газовые составы, содержащие вещества-индикаторы. Они сигнализируют о возможных проколах оболочки, могут содержать и герметики.
От краев платформы за оболочку уходят площадки аэродромов. Отсюда стартуют к черным глубинам Венеры телеуправляемые аппараты, исследующие ее поверхность, сюда прилетают гости с соседних островов, «приземляются» спускаемые аппараты космических кораблей.
Мощные пропеллеры способны перемещать остров по воле его обитателей.
Выдуйте ... космический корабль
И наконец, еще об одном, казалось бы, совсем фантастическом проекте, разработанном юными техниками под руководством Николая Хлебникова.
Началось все лет двадцать тому назад. Николай Хлебников работал тогда в Казахстане, в городе Лисаковске, на станции юных техников. И готовился с ребятами к очередному, тогда еще всесоюзному конкурсу «Космос». Строили модель космического корабля пофантастичней.
В общем, ребята работали, лишь один хитровал — Иван Варфоломеев — затеял мыльные пузыри пускать.
— Ваня, — сказал ему руководитель ласково. — Ты что — маленький? Займись-ка делом...
— А я делом и занимаюсь, — ответил тот. И развил такую идею.
Лишь в неспокойной земной атмосфере мыльные пузыри живут недолго. А вот в космосе, в условиях невесомости и абсолютного покоя, такой пузырь будет куда более долговечен. В особенности если вместо обычного мыла и воды использовать для его изготовления специальный пластик, твердеющий после выдувания в условиях космического пространства.
Тут уж всеобщая мысль заработала. И за несколько минут в результате спонтанного мозгового штурма ребята накидали с десяток идей по доработке первоначального предложения. Вот хотя бы некоторые из них.
Если внутри первого шара выдуть еще второй и третий, то получится многослойная конструкция, которой, вероятно, будут не страшны даже микрометеориты: несколько слоев подряд пробить не так-то просто.
Если перед тем, как надувать оболочку, ее заготовку поместить внутри какого-то объема (скажем, куба, грани которого сделаны из проволоки или иного материала), то и шар получится уже не круглым, а кубичным. Аналогично можно получить оболочку в виде параллелепипеда, цилиндра, конуса и т.д.
Если сделать необходимое количество отдельных модулей, «врезав» в их стенки переходные люки, тамбуры и т.д., можно затем собрать их в соответствующую конструкцию: хотите — орбитальную станцию, хотите — космический корабль...
Если отправиться на таком корабле, скажем, к Марсу, то можно продолжить возведение подобных конструкций и на самой планете. Купола, надежно прикрепленные, приклеенные к почве, сделанные из прочного пластика, способного противостоять марсианским бурям, послужат первым прибежищем для марсианских колонистов.
— В общем, размечтались мы, расфантазировались, — вспоминал Хлебников. — Разрисовали все покрасивее, сделали даже модель «пузырчатого» корабля, представили на конкурс. И тут нас словно холодной водой облили. «Не занимайтесь надувательством, — сказали нам. — Где это вы видели такую пластмассу?..» И отвергли наш проект как беспочвенный...
Честно сказать, не понимаю членов того жюри. И зря. Ребячью идею стоило поддержать даже и в том случае, если бы в ней действительно было маловато здравого смысла. Помните, что говорили великие: только из сумасшедших идей получается что-то стоящее. А тут... В общем, отбили людям руки, охоту заниматься данным проектом дальше.
Правда, упорный Хлебников как-то при случае поинтересовался у химиков: можно ли создать пластик, удовлетворяющий предъявляемым требованиям. «В принципе химия все может, — сказали они. — Только заявок на подобные разработки пока не поступало...» Таким образом, круг замкнулся. Идея не может быть реализована, потому что нет пластика. А пластика нет, поскольку его никто не заказывал...
Но вот что интересно. Не так давно мне под руку попался старый выпуск журнала «Америка». Так там среди прочего рассказывалось и об идеях известного американского дизайнера, архитектора и инженера Ричарда Бакминстера Фуллера. Он не только разработал конструкцию легких и прочных «геодезических куполов» — пространственных сооружений из прямых стержней (один из таких куполов был затем использован в качестве выставочного павильона на международной выставке в московских Сокольниках), но и создал несколько вариантов... надувных конструкций!
Один из них предназначен для перекрытия пространства над городом, расположенным, скажем, за Полярным кругом. Второй вариант — летающие поселения — представляет огромные «мыльные пузыри», которые будут плавать, скажем, в плотной атмосфере Венеры, обеспечивая своим обитателям — выходцам с Земли — оптимальные условия для жизни.
Интересно, Фуллера тоже называли «беспочвенным фантазером»?
Тут уж меня совсем заело, и я стал копать дальше. Со временем обнаружил и еще один проект. Германский журнал «Хобби» рассказал своим читателям об американском проекте спасения космонавтов из корабля, потерпевшего аварию на орбите. Людей, оставшихся без скафандров, «упаковывают» опять-таки в пластиковые сферы и перевозят через безвоздушное пространство из аварийного корабля в спасательный.
Правда, в американском варианте предполагалось использовать заранее припасенные сферы диаметром около метра. Человека помещают внутрь через специальное отверстие, которое тут лее герметизируется застежкой-«молнией». Но ведь куда проще и быстрее надуть такую сферу из застывающего пластика, который будет образовывать прочную пленку сразу вокруг человека...
Наконец, выяснилось, что подобные конструкции существуют не только в чертежах и описаниях, но и проверены действительностью! Те же американцы лет пятнадцать тому назад запускали экспериментальный спутник «Эхо-1». Он представлял собой огромный шар из тонкой металлизированной пленки, отражающей лучи радара. Эксперимент прошел удачно, спутник просуществовал в космосе заданный срок, исполнив свою миссию.
К сказанному остается добавить, что одним из существенных новшеств в проекте космической станции «Альфа» может стать следующее. НАСА приостановило работу, которую вели специалисты «Боинга» над жилым модулем для этой станции, и подумывает о его замене облегченным надувным домом — так называемым «трансхабом». (Название составлено из первых слогов двух слов «транс» — транспортировка и «хабитата» — жилище.) Он может стать основной квартирой для жильцов орбитальной станции. Окончательное решение по этому поводу будет принято в 2003 году.
Вместо металлического корпуса «трансхаб» будет состоять из облегченной сердцевины, изготовленной из композитных материалов. Она будет окружена коконом из гибкой, но прочной материи — из такой ныне делают пуленепробиваемые жилеты.
Если конструкция выдержит испытания, то такие же «трансхабы» можно будет использовать в качестве жилых модулей на Луне, Марсе и других планетах Солнечной системы, полагают разработчики этой конструкции из Центра имени Джонсона в Хьюстоне. «Мы проектируем надувное космическое жилище, которое будет надежнее, дешевле и качественнее своих предшественников, — говорит руководительница проекта Донна Фендер. — Мы не проектируем оборудование специально для Марса, но думаем, что наше надувное жилище можно будет использовать без существенной переделки и на красной планете».
В грузовом отсеке космического «челнока» такой модуль будет находиться в компактном состоянии — его внешнюю оболочку обернут вокруг сердцевины. Получится этакий кокон диаметром чуть более 3 м. В космическом пространстве «трансхаб» расправится под действием поданного внутрь воздуха, раздуется до 7,5 м в диаметре. Длина кокона составит порядка 8 м.
Так в пространстве будет развернуто нечто вроде 3-этажного дома, в котором с удобствами смогут разместиться 6 человек. При весе 5 т такой модуль будет вдвое легче того, который пытались спроектировать специалисты «Боинга», используя традиционные технологии. А поскольку он будет еще и втрое объемнее, то астронавты при таком раскладе смогут получить не только комфортабельные помещения для работы и отдыха, но и собственный спортивный зал. Кроме того, появится возможность значительно усилить радиационную защиту модуля от космических излучений за счет дополнительного экрана.
Проектировщики предлагают окружить центральную часть модуля, где большую часть времени и будет находиться экипаж, водяной рубашкой толщиной 12—15 см. Она и преградит путь радиоактивным частицам, входящим в состав космического излучения, и потокам ионов, вылетающих при солнечных вспышках.
Такой щит в особенности понадобится при полете к красной планете и на самом Марсе. Ибо эта планета, в отличие от Земли, практически лишена магнитосферы, защищающей нас от вредного излучения.