Текст книги "Путешествия в космос"

Автор книги: Михаил Васильев

сообщить о нарушении

Текущая страница: 8 (всего у книги 16 страниц)

ОТОПЛЕНИЕ СОЛНЦЕМ

А каково будет общее влияние всего потока солнечной радиации? Не произойдет ли с космическим кораблем во время его полета нечто подобное тому, что произошло с Икаром, подлетевшим слишком близко к Солнцу, – не раскалят ли лучи Солнца космический корабль, как жестяную коробку с консервами, брошенную в костер? Не случится ли обратное: холод мирового пространства проникнет сквозь стенки корабля и морозным дыханием своим убьет в нем все живое?

На этот вопрос можно ответить сразу: пассажиры космического корабля смогут в широких пределах обеспечить у себя в помещениях именно ту температуру, которая им больше всего понравится. И заботы об обогреве корабля возьмет на себя как раз наше Солнце. Обогревает же оно нашу Землю – гигантский космический корабль, построенный самой природой.

Положите на солнце блестящую отполированную или покрытую тонким слоем хрома или никеля металлическую пластинку и рядом такую же металлическую, но покрытую черной матовой краской. Через 5 минут потрогайте поверхности пластинок: блестящая будет попрежнему холодной, а покрытая черной краской заметно нагреется лучами Солнца. Блестящая пластинка отражала бóльшую часть падающих на нее лучей и поэтому не согрелась. Черная матовая, наоборот, бóльшую, часть лучей поглощала, и пластинка согрелась.

Если бы мы могли изготовить абсолютно черный шарик, то есть такой, который поглощал бы все падающие на него лучи, поместили этот шарик в космическом пространстве где-то рядом с Землей и придали ему быстрое вращение вокруг оси, его температура была бы равна 3° тепла. Абсолютно черный цилиндр с длиной, равной пяти радиусам, расположенный боковой поверхностью к солнечным лучам, на орбите Земли имел бы температуру свыше 12°.

При приближении к Солнцу температура этих тел быстро увеличивалась бы. На орбите Венеры шарик нагрелся бы до 52°, цилиндр – до 64°, на орбите Меркурия температура их достигла бы соответственно 171° и 187°. Зато на орбите Марса их температуры упали бы до минус 49° и минус 41°. Но это же трескучий мороз! Как жить и работать при такой температуре в космическом пространстве?! Солнце явно не справляется со своей обязанностью обогревать космических путешественников.

…Вот величественно движется в космическом пространстве гигантский корабль, взявший курс с Земли к далекому Плутону – в царство льда, мрака и холода.

Почти в 40 раз дальше нашей Земли расположен он от Солнца и в 1600 раз меньше тепла получает от него на единицу своей площади. Уже на Уране, находящемся в два раза ближе Плутона к Солнцу, температура на освещенной стороне падает до минус 183°. На поверхности Плутона можно ожидать температур ниже минус 210°. Там путешественников могут встретить скалы и горы из твердой углекислоты, реки из жидкого азота и кислорода, стремительно бегущие по глубоким руслам, прорытым в этих скалах, небесно-голубого цвета кислородно-азотные облака, плывущие в водородно-гелиевой атмосфере.

Но, по всей вероятности, на Плутоне нет этих сжижающихся только при очень низких температурах газов в таких количествах, чтобы они могли образовать атмосферу. По всей вероятности, Плутон – это мертвая холодная планета, поверхность которой покрыта толстым слоем кислородно-азотного льда. В прозрачных ледяных глыбах и скалах, дробясь, отражается подобное крупной звезде Солнце, бессильное на таком расстоянии растопить эти вечные льды.

Космический корабль несется к крайним границам нашей солнечной системы со скоростью, значительно превосходящей освобождающую скорость. Свыше 100 километров в секунду пролетает он в пространстве. Но и при такой скорости перелет на Плутон займет свыше 2 лет…

^{Батареи термоэлементов, скрытые в этом оригинальном абажуре, вырабатывают электрический ток, питающий лампы радиоприемника.}

В конструкции корабля все тщательно продумано для того, чтобы обеспечить экипажу сносные температурные условия. Корпус корабля покрыт черной матовой краской, рассчитанной на то, чтобы поглощать большую часть солнечных лучей.

Он оборудован внутри мощной теплоизоляцией, которая может быть снята со стороны, обращенной к Солнцу и обогреваемой его лучами, и, наоборот, усилена на теневой стороне корабля, излучающей его тепло в космическое пространство. В начале пути капитан корабля держал корабль обращенным к нашему светилу торцевой частью, но по мере удаления от Солнца он поворачивает его боком, все большую поверхность подвергая действию солнечных лучей. Но, наконец, за орбитой Марса и этого становится недостаточно. Температура внутри корабля снижается ниже допустимой. Можно, конечно, осуществлять внутренний обогрев корабля топливом, взятым с Земли. Мощная теплоизоляция позволит обойтись сравнительно небольшим расходом этого топлива. Но слишком драгоценная вещь каждый килограмм топлива здесь, в космических пространствах, на расстоянии миллионов и миллиардов километров от Земли. Оно еще может пригодиться для работы двигателей при посадке или в случае, если надо будет уйти от какого-нибудь слишком приблизившегося астероида, влияние притяжения которого может изменить траекторию корабля. Топливо безусловно надо беречь..

Командир корабля отдает распоряжение, и рядом с кораблем в пространстве появляются огромные, обращенные к Солнцу плоскости. С одной стороны – с той, которой они обращены к Солнцу, – эти плоскости покрашены той же матовой густочерной краской, что и весь корабль, – Другая их сторона сверкает полированным металлом. Одна сторона этих гигантских парусов обогревается Солнцем, другая охлаждается морозом космического пространства. Разница температур на них превосходит 300–150° – в зависимости от расстояния от Солнца.

Эта разность температур и используется для получения электрической энергии с помощью термоэлементов.

Ученые заметили, что если взять две проволочки из разных металлов и спаять их концы, а затем один из спаев охлаждать, а другой нагревать, то есть создать между спаями разность температур, то по проволочкам пойдет ток.

Это явление уже давно применяется для точного измерения температур. Сравнительно недавно оно нашло и другое практическое применение. Наша промышленность начала выпускать красивые металлические абажуры для керосиновых ламп. В этих абажурах заключены сотни крохотных термоэлементиков, вырабатывающих электрический ток благодаря разнице температур газов горения лампы и окружающего воздуха.

Этот ток невелик, но он уже может использоваться для работы, например радиоприемника. Для этой цели и предназначаются такие «абажуры», используемые в тех сельских местностях, где еще нет электростанций.

Вот такие же батарейки соединенных друг с другом термоэлементов работают в гелиоэлектростанциях, созданных экипажем космического корабля. А вырабатываемая ими электроэнергия – превращенные лучи Солнца – используется для обогрева и освещения корабля и для других нужд. И не страшным становится для астронавтов холод космического пространства!

Возможно, что на походных гелиоэлектростанциях космического корабля будут работать не термоэлементы, а фотоэлементы, непосредственно превращающие энергию солнечных лучей в электрический ток.

Устройство фотоэлементов может быть даже проще, чем термоэлементов. Это просто тонкие медные пластинки, покрытые еще более тонким – не более 0,1 миллиметра – слоем закиси меди. К этому слою прижимается тонкая проволочная сетка. Под влиянием солнечных лучей электроны будут переходить из слоя закиси меди в медь. Между сеткой, лежащей на слое закиси меди, и медной пластинкой возникнет разность потенциалов, а если соединить их проводником, то пойдет электрический ток.

Может быть, из таких вот фотоэлементов, а не из термоэлементов, будут состоять походные электростанции космического корабля.

^{Если нагреть один из спаев и охладить другой, гальванометр покажет прохождение тока.}

ОРАНЖЕРЕЯ В КОСМОСЕ

^{Схема работы простейшего фотоэлемента. Под действием солнечных лучей начинается переход электронов из слоя закиси меди 1 в чистую медь 2. Если теперь замкнуть цепь между сеткой 3 и медью, в ней обнаружится электрический ток.}

Для поддержания жизнедеятельности своего организма человек должен потреблять в сутки, при условии, что он занимается физическим трудом, около 140 граммов сухого белка, примерно такое же количество жиров, около 400 граммов углеводов, несколько граммов минеральных солей и витаминов. Кроме того, за сутки человек потребляет от 2 до 5 литров воды. Таким образом, суточная норма воды и пищи для каждого члена экипажа космического корабля составляет не менее 3–4 килограммов. К этому надо прибавить еще необходимый для дыхания человека кислород, затраты которого также составят, видимо, около 1 килограмма в сутки.

Пять килограммов в сутки на человека, – это 150-килограммовый месячный запас, то есть несколько тонн, если космический рейс затянется на год. А продолжительность космических рейсов в несколько лет и даже десятков лет вполне вероятна, если только мы не захотим ограничить круг исследуемых человеком планет Луной, Марсом и Венерой. В этом случае необходимые запасы для экспедиции в 10 человек составят десятки и сотни тонн! Космический корабль должен будет везти за собой целые склады продовольствия, цистерны с водой и жидким кислородом для дыхания.

Впрочем, так обстоит дело только при первом взгляде. В действительности лишь для кратковременных полетов, например на Луну и обратно, будет целесообразно брать с собой полный запас продовольствия, воды и кислорода на все время пути. При более продолжительных рейсах будет рациональнее организовать на корабле полный кругооборот всех веществ, необходимых для жизни человека.

Легче всего организовать кругооборот воды. Надо заметить, что человеческий организм выделяет воды даже больше, чем потребляет ее. Вода является одним из окончательных продуктов переработки пищевых веществ в процессе жизнедеятельности организма. Превышение выделения организмом воды по сравнению с потреблением составляет примерно 400 граммов в сутки.

Для очищения отработанной в организме воды проще всего применить обычную дистилляцию. Энергию для испарения воды дадут те же, уже описанные нами, гелиоэлектростанции.

Не больше затруднений вызовет и извлечение избытков воды из воздуха. Ведь при дыхании человек выдыхает воздух, значительно обогащенный влагой. Убедиться в этом легко, подышав на блестящую поверхность холодного зеркала – там сразу же появится крохотное пятнышко из сконденсировавшихся паров воды. В зимнее время влага человеческого дыхания образует толстые налеты инея на внутренней стороне оконных стекол.

Для удаления и извлечения избыточной влаги из воздуха весь воздух космического корабля надо будет систематически прогонять сквозь холодильник, где вода будет конденсироваться. Если обеспечить в этом холодильнике достаточно низкую температуру – ниже 78°, – в нем можно будет осуществлять очистку воздуха и от углекислого газа, который сжижается при этой температуре.

Снова расходы энергии! Теперь уже для работы холодильных устройств!

Нет, работа холодильника не потребует расходования энергии. К услугам экипажа космического корабля будет холод всего мирового пространства. Нужно будет только трубку холодильника вывести за обшивку корабля с затененной стороны и можно будет получить без труда температуру холодильного вещества минус 100, минус 150, минус 200°.

Таким образом решается вопрос с запасами воды и очисткой воздуха в космическом корабле. Сложнее обстоит дело с созданием кругооборота кислорода и продуктов питания.

Когда-то, по предположениям ученых, атмосфера Земли содержала значительно большее количество углекислого газа, чем сейчас. Очистили ее от содержания этого газа растения. Для них он является основным материалом, используемым при построении тканей – стволов, листьев. При этом, поглощая углекислый газ из воздуха, растения усваивают только одну его составную часть – углерод. А кислород возвращают обратно в атмосферу. Гигантские залежи каменного угля, имеющиеся на всех материках, – это и есть углерод, взятый растениями из воздуха.

Жизнедеятельность животных организмов, наоборот, как правило, сопровождается поглощением кислорода и выделением углекислого газа. Углекислый газ образуется и при всех процессах горения – в топках паровозов и котельных ТЭЦ, в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания ив камерах реактивных двигателей. Но зато в солнечные дни, когда яркие лучи Солнца освещают глянцевитую листву растений, в них осуществляется обратный процесс: выделяется кислород и поглощается углекислый газ. Эти два процесса уравновешивают друг друга, содержание углекислого газа в атмосфере Земли остается постоянным.

^{Схема устройства для очистки воздуха в космическом корабле от избытков углекислого газа и воды. Насос 1 качает холодильный агрегат через спиральную трубку 2, находящуюся в затененной кораблем части космического пространства. Подаваемый вентилятором 3 в шкаф холодильника воздух соприкасается с охлажденной трубкой 4 и на ней в виде инея осаждается углекислый газ и вода. Охлажденный воздух проходит через спиральную трубку 5, находящуюся на освещенной солнцем стороне космического корабля, и нагревается до комнатной температуры.}

Этот процесс можно моделировать. В колбу насыпают немного земли и проросшие семена растений, например гороха. Землю в меру увлажняют, отверстие колбы герметически закупоривают и переворачивают вниз горлышком. И этот изолированный в колбе мир ставят на подоконник.

Семена растений в колбе нормально прорастают, развиваются, свежая зелень лепестков заполняет все воздушное пространство колбы. Нет сомнения, что растения там для своего роста так же поглощают из воздуха углекислый газ, как и все растения на Земле. А восстанавливается он за счет жизнедеятельности бактерий, живущих в почве и питающихся опавшими листьями, отмершими частями корневой системы, веток и т. д. В колбе осуществляется полный кругооборот питательных веществ, воды и кислорода.

А почему бы такой кругооборот не осуществить на космическом корабле?

Надо будет только захватить с собой устройства, в которых можно бы было разводить растения. Для осуществления кругооборота кислорода величина этой «космической оранжереи» может быть не очень большой: всего нескольких квадратных метров листвы растений будет достаточно, учитывая повышенную интенсивность солнечных лучей в мировом пространстве, для того чтобы восстанавливать кислород, окисляемый дыханием одного человека.

Есть предположение применить для восстановления кислорода водоросли. В этом случае вместо оранжерей сопровождать корабль в пространстве будут своеобразные аквариумы, видимо, состоящие из близко расположенных друг к другу прозрачной и непрозрачной стенок, между которыми в тонкой прослойке воды будут обитать водоросли. К лучам Солнца эти аквариумы будто повернуты прозрачной стороной.

Сквозь воду будет систематически продуваться воздух. В процессе этого прохождения он и будет освобождаться от углекислоты и насыщаться кислородом.

^{В этой колбе – целый изолированный мир с полным кругооборотом всех веществ, необходимых для жизнедеятельности населяющих его растений и бактерий.}

Для полного кругооборота пищевых веществ «космические оранжереи», конечно, должны быть значительно больше по величине, но не так уже намного, как может показаться с первого взгляда.

Действительно, при интенсивном ведении сельского хозяйства в полевых условиях обыкновенная клубника дает урожай в 200 центнеров ягод с гектара – по 2 килограмма с квадратного метра. Некоторые садовые культуры, например капуста, дают урожай до 900 центнеров с гектара. Это при условии получения одного урожая в год.

Значительно больше пищевых продуктов дает человеку 1 кв. метр парника или оранжереи. Прежде всего в парниках за год выращивают не один, а несколько урожаев. Затем в лучших условиях парников растения дают большие урожаи.

Трудно сейчас сказать, как удастся приспособить наши земные растения к жизни в космическом пространстве, как они будут развиваться в условиях отсутствия тяжести, интенсивного облучения обогащенным светом Солнца, и т. д. Но, по всей вероятности, можно будет подобрать такие виды земных культурных растений, которые смогут плодоносить в этих новых условиях не менее, а более интенсивно, чем на Земле. И учитывая, во-первых, повышенную интенсивность солнечной радиации, не ослабляемой земной атмосферой, во-вторых, непрерывность этого облучения, можно рассчитывать значительно превзойти предельные для Земли цифры производительности 1 метра оранжереи. И тогда оранжерея, обеспечивающая полный кругооборот не только кислорода, но и пищевых веществ для всего экипажа корабля, будет иметь площадь всего в несколько сотен или тысяч квадратных метров.

…Пройдемте в космическую оранжерею. С помещением корабля она соединена довольно длинным коридором, стенки которого являются как бы осью, соединяющей корабль и оранжерею в одну систему, вращающуюся вокруг общего центра тяжести таким образом, что поверхность оранжереи все время остается перпендикулярна к лучам Солнца.

Издали оранжерея похожа, повидимому, на огромный противень, закрытый прозрачным пластмассовым листом. Этой прозрачной стороной она обращена к Солнцу, на ее непрозрачной задней стороне уложено несколько рядов пластмассовых сеток, между которыми находится некоторое количество почвы и за которые хорошо держатся корни растений.

Впрочем, не из этой почвы, которая по существу является просто заполнителем, получают необходимые пищевые вещества растения оранжереи, а из воды, непрерывно подаваемой на один край этого поля. С этой водой к растениям в измельченном виде попадают и все отбросы. Под влиянием центробежной силы вода медленно протекает сквозь заполнитель, омывая корни растений.

Воздуходувки и вентиляторы обеспечивают в оранжерее непрерывный ток воздуха. Пройдя фильтр из активированного угля, богатый кислородом и озоном, образовавшимся из-за влияния ультрафиолетовых лучей, не задерживаемых пластмассовым стеклом оранжереи, воздух поступает в жилые помещения корабля. А оттуда в оранжерею направляется «отработанный» воздух, богатый углекислым газом и бедный кислородом.

Уцепившись корнями за переплетение сеток, растения в оранжерее тянут свои стволы и ветви «вверх», к общему центру вращения корабля и оранжереи. Их листья повернуты навстречу горячим лучам Солнца.

Снабженный такой оранжереей, космический корабль сможет неопределенно долгое время пробыть в мировом пространстве, не возобновляя никаких запасов. Так же, как не возобновляет никаких запасов вечно летящая в мировом пространстве Земля.

Но, может быть, нам вовсе не следует тащить за собой в космос такое колоссальное сооружение, как оранжерея? Тем более что ее громадная поверхность представляет отличную мишень для метеоритов, может быть легко разрушена ими.

Некоторые ученые считают, что кругооборот веществ в космическом корабле можно будет обеспечить с помощью химических реакций, искусственным образом синтезируя из пищевых и других отбросов исходные питательные вещества. Возражать трудно. Да, действительно, уже достижения сегодняшней химии позволяют осуществлять синтез многих органических веществ, в том числе и таких, которые могут быть использованы для питания. Стремительное развитие химии сможет, видимо, в ближайшем будущем осуществить синтез белков и жиров в таких границах, что полный кругооборот веществ на космическом корабле можно будет обеспечить искусственно и без помощи растений. Но это станет возможно только при условии, что лаборатория, в которой пойдут эти реакции синтеза, будет обеспечена достаточными количествами энергии.

Действительно, ведь потребляя пищевые продукты, разлагая в конечном итоге сложные молекулы белков, жиров, углеводов на более простые, мы используем выделяющуюся при этом энергию, как бы «сжигаем» пищевые вещества у себя в организме. В этом отношении живой организм до какой-то степени подобен топке парового котла, в которой освобождающаяся при горении топлива энергия используется для нагревания воды и пара. Вылетающие в трубу этой топки газы и упавшая сквозь колосниковую решётку зола содержат в себе все вещества, которые входили в состав топлива. Недостает только энергии, которая в скрытом виде была заключена в молекулах топлива. И создать снова эти сложные молекулы из более простых молекул газов и золы можно, только вернув отнятую у топлива энергию.

^{Космический корабль 1, отправившийся в дальний рейс – это настоящая искусственная планетка, в которой осуществлен полный кругооборот всех веществ. Для регенерации воздуха и пищевых запасов служит оранжерея 2, связанная с основными помещениями корабля туннелем 3. Для создания искусственной тяжести как в жилых помещениях, так и в оранжерее вся система вращается вокруг общего центра тяжести, оставаясь постоянно обращенной прозрачной стенкой оранжереи перпендикулярно к лучам Солнца. Внизу схема движения питающей воды в оранжерее.}

Точно так же потребуются большие количества энергии и для обратного синтеза пищевых веществ.

Откуда взять эту энергию? От Солнца, построив для этой цели гигантскую гелиоэлектростанцию. Но разве гигантская гелиоэлектростанция, поверхность которой должна быть значительно больше поверхности оранжереи, более удобное сооружение? Ведь в экономичности использования энергии солнечных лучей для целей синтеза все известные нам инженерные способы очень уступают экономичности растений. И разве изготовленные искусственно пищевые продукты смогут так уж сразу соперничать с теми, которые будут обеспечивать нам растения?

Конечно, сейчас еще невозможно окончательно решить вопрос, какая точка зрения победит. По всей вероятности, на первых этапах будут использоваться оранжереи. А затем, по мере совершенствования синтетической химии и гелиоэнергетики, искусственные методы восстановления пищевых веществ смогут соперничать с изобретенными природой, коэффициент полезного действия синтетической лаборатории приблизится, к «коэффициенту полезного действия» крохотных и сегодня во многом еще таинственных лабораторий в зеленых клетках листа растения. Но в том, что его смогут превысить, можно очень и очень сомневаться: ведь не будут сидеть сложа руки и специалисты по космическому садоводству. Они тоже постараются вывести сорта растений, обладающих сверхвысоким «коэффициентом полезного действия».

Но это уже в очень значительной степени область догадок и предположений… Наша же задача в таких случаях лишь указать на возможные пути решения тех или иных вопросов, пути, которые в настоящее время кажутся наиболее перспективными.