Текст книги "Журнал «Вокруг Света» №10 за 2008 год"
Автор книги: Вокруг Света Журнал
сообщить о нарушении
Текущая страница: 1 (всего у книги 12 страниц)
Разгневанный океан
По числу жертв и разрушений цунами занимают далеко не первое место среди стихийных катастроф на нашей планете. Но случаются они довольно часто. Согласно статистике, небольшие цунами происходят раза четыре в год, а сильнейшие из них, высотой более 8 метров, – раз в десятилетие. Фото вверху KPA/COLLECTION FOTO; ALAMY/PHOTAS
Воскресным утром 1 ноября 1755 года жители Лиссабона готовились к празднованию Дня Всех Святых. Многие уже находились в соборах, слушая проповеди, другие только спешили туда. Внезапно откуда-то из-под земли раздался глухой рокот. Дома заходили ходуном, в церквях с потолков обрывались огромные люстры и падали прямо на прихожан, сыпались штукатурка и камни. В поисках спасения люди бросились на улицу искать открытое пространство: кто-то ринулся к полям, но большинство – к гавани, чтобы уплыть на лодках. Чудом выживший очевидец, оказавшийся вместе со всеми на набережной, преподобный Чарлз Дэви, впоследствии рассказывал, что, когда подземные толчки утихли, наступили полное безветрие и тишина. Через несколько минут на горизонте со стороны океана появилась стена воды, мгновенно выросшая до величины горы. Она ударилась о набережную с огромной силой, накрыв людей. Преподобный ухватился за лежащую на земле большую балку, и это спасло ему жизнь, так как вода отступила так же внезапно, как и накатила. Как был весь мокрый, он вернулся в город и оттуда увидел картину чудовищного разрушения: нижняя часть Лиссабона была затоплена, а в гавани, словно щепки, крутились корабли, некоторые с порванными снастями или перевернутые вверх днищем.
Это было одно из самых разрушительных цунами на памяти людей, в паре с землетрясением уничтожившее прекраснейший город Европы, а то, что пощадила водная стихия, уничтожил начавшийся пожар.
26 декабря 2004 года. Землетрясение магнитудой 9, гипоцентр которого находился в Индийском океане к западу от Суматры, спровоцировало цунами высотой 10—20 метров – в зависимости от места, где оно обрушилось на берег. Удару стихии подверглись западная часть Индонезии, Таиланд, Шри-Ланка, Мальдивы и Индия. Погибли более 200 тысяч человек, разрушено бесчисленное количество прибрежных курортных сооружений. Фото: FOTOLINK
Опасность цунами для людей – в его внезапности, вот почему во многих случаях трагедия происходит по схожему сценарию. Сначала землетрясение разрушает дома и гонит горожан на улицу, потом наступает затишье и следом идет цунами. Те, кому посчастливилось избежать первой волны, начинают возвращаться к домам, думая, что самое страшное позади, и тут их накрывает вторая, а затем и третья волны. И эти повторные цунами губят гораздо больше жизней, ибо вода быстро заполняет побережье, опустошенное после первого натиска, и так же быстро отступает, увлекая беззащитных людей, которым не за что даже ухватиться.
На территории России самое катастрофическое цунами произошло в ночь с 4 на 5 ноября 1952 года на дальневосточном острове Парамушир, где расположен город Северо-Курильск. Примерно в 4 утра начались сильнейшие подземные толчки, от которых стали рушиться жилища. Полураздетые люди выбегали кто куда, но через полчаса, когда землетрясение прекратилось и настала полная тишина, они вернулись в дома. Лишь немногие оставались на улице и потому заметили приближающийся водяной вал. Они бросились к сопкам и оттуда увидели, как исчезает в волнах их город. Выждав немного, уцелевшие спустились вниз осматривать разрушения и разыскивать родных, но не прошло и получаса, как океан разразился еще более высокой волной, чем была первая, – около 15 метров. Не имея на пути препятствий, второе цунами растеклось по местности и смыло не только оставшихся людей, обломки строений, но и многотонные тракторы, станки, машины. Капитан одного буксира, стоявшего на рейде Северо-Курильска, рассказывал, что в ту ночь моряки ничего не заметили, а рано утром удивились большому количеству мусора, мебели, плававших вокруг в воде. Когда утренний туман рассеялся – города на берегу не было.
Большинство жителей Советского Союза так никогда и не узнали бы об этой катастрофе, унесшей жизни более 2000 человек, – завесу тайны приоткрыли лишь в начале 1990-х годов.
Слово «цунами» пришло в наш лексикон из Японии и дословно означает «большая волна в гавани». Обычные морские волны, которые мы видим у берега, порождаются ветром, а в основе цунами задействован иной механизм. Оно представляет собой возмущение водной массы, вызванное кратковременным, но мощным событием – подводным землетрясением, извержением подводного вулкана, подводными оползнями и мутьевыми потоками, обвалом скал и ледников, падением в воду метеоритов, подводным взрывом.
Селение Джафна на одноименном полуострове Шри-Ланки – вообще место неспокойное. Здесь то и дело происходят столкновения между правительственными войсками и «Тиграми освобождения Тамил Илама». Но в этих разрушениях виновна стихия: цунами 2004 года унесло в Джафне полторы тысячи жизней. Фото: LIFE/VOSTOCK PHOTO
Примерно 85% цунами имеют сейсмическую природу. При землетрясении блок земной коры сдвигается в вертикальном направлении – вверх или вниз, при этом он действует как поршень, перемещая лежащую на нем водную толщу. Чаще всего подъем или опускание составляют какие-нибудь первые десятки сантиметров, но учитывая гигантскую площадь блоков и многокилометровую глубину океана, масса возмущаемой ими воды просто огромна. Одно землетрясение может вызвать от трех до девяти волн, начинающихся на глубине несколько километров и имеющих ширину десятки километров. Эти огромные волны бегут в океане со средней скоростью 700—800 км/ч – как современный реактивный авиалайнер. При приближении к берегу бег их замедляется, но резко увеличивается высота: чем мельче склон, тем выше и круче образуется передний фронт. В результате на берег выносится бурлящая стена, сметающая все на своем пути. Другой причиной роста волны могут быть узкие заливы и проливы, где вся прибывшая вода не вмещается в узких берегах и выплескивается на них. По-видимому, так случилось с Северо-Курильском, который расположен на берегу узкого Второго Курильского пролива, разделяющего острова Парамушир и Шумшу.
Океанские волны-цунами, порожденные подземными толчками, способны пробегать гигантские расстояния. Зародившись в Тихом океане , они могут его пересечь, пройти Индийский океан и достичь Атлантического. Волны могут пробежать весь Тихий океан и, отразившись от противоположного берега, двинуться в обратном направлении. Так, цунами, возникшее при землетрясении на восточном побережье острова Хонсю в 1986 году, обрушилось на Гавайские острова в центре Тихого океана, достигло американского побережья и, отразившись от него, направилось к берегам Новой Зеландии и Австралии .
Крупнейшее катастрофическое цунами последних лет, вызванное землетрясением, произошло 26 декабря 2004 года. Его эпицентр находился в Индийском океане у острова Суматра. Подземный толчок спровоцировал океанскую волну, которая обрушилась на побережье нескольких стран Юго-Восточной Азии, достигнув местами 30 метров высоты. Погибли или до сих пор считаются пропавшими без вести почти 300 тысяч человек.
После этой катастрофы цунами меньшей силы неоднократно тревожили океанические острова и побережья в Тихом и Индийском океанах. 2 апреля 2007 года десятиметровый вал смыл две прибрежные деревни и затопил города Таро и Гизо на Соломоновых островах . Очаг землетрясения находился примерно в 300 километрах к востоку от них на десятиметровой глубине под дном Тихого океана.
Цунами обрушивается на берега ШриЛанки в 2004 году. Спутниковая съемка. Фото: FOTOBANK.COM/SIPA PRESS
Хрестоматийным примером вулканического извержения, ставшего причиной цунами, считается извержение Кракатау в Индонезии в 1883 году. Чудовищный взрыв, сотрясший океаническое дно, породил волну высотой 40 метров, отголоски которой были зарегистрированы приборами в проливе Ла-Манш между Англией и Францией . Цунами полностью разрушило города Марак, Аньер, Тьяринган, и лишь ничтожная часть их населения пережила катастрофу.
Большие волны, возникающие при обрушении в воду больших каменных или ледяных глыб, также относят к цунами. Одно из самых разрушительных событий такого рода случилось 9 июля 1958 года на Аляске. После землетрясения (которое само по себе не стало прямой причиной цунами) в бухту Литуйя с высоты 900 метров обрушилась часть ледника объемом около 300 миллионов кубометров. На противоположной стороне бухты возник волновой заплеск высотой 600 метров. Огромная волна прокатилась по заливу, сдирая со склонов деревья. В это время в бухте, в 10 километрах от центра катастрофы, находились три корабля. Один из них волна перебросила через остров над верхушками двенадцатиметровых деревьев и скалами.
Можно ли заранее узнать о возникновении цунами и предупредить людей? Для тех, что вызваны землетрясениями, прогноз возможен, потому что скорость сейсмической волны намного превышает скорость морской. И зафиксировав сильный толчок магнитудой выше 7, сейсмологи уже ставят вопрос о возможности цунами. Но придет к берегу оно не сразу. Выигрыш во времени может составлять минуты и даже часы – все зависит от удаленности эпицентра землетрясения. Если он оказался на суше, то цунами вообще не стоит опасаться. Иногда и сильные землетрясения на дне акваторий не порождают цунами. Только реальная фиксация волны, а именно локального повышения уровня океана или моря, служит неоспоримым подтверждением цунами, но, к сожалению, большинство мареографических пунктов, где проводят такие измерения, расположены у побережий, что сильно уменьшает время, отведенное на предупреждение населения об опасности.
Первым в мире был организован Тихоокеанский центр предупреждения цунами – в 1948 году после катастрофы, произошедшей двумя годами ранее на Гавайских островах.
Японская система предупреждения действует с 1952 года, она опирается на очень густую сеть сейсмических станций. Особую опасность для этой страны представляют цунами, возникающие на ее западных побережьях, при землетрясениях в Японском море. Так, в мае 1983 года там погибло несколько десятков человек. Дело в том, что время подачи предупреждающего сигнала – 13 минут, а первые волны подошли к берегу через 9 минут после толчка, в некоторых районах – через 3 минуты. Чтобы избежать жертв в будущем, в Японии создали локальные системы, где возможность цунами оценивают по сейсмическим данным в одной-единственной точке. В случае неблагоприятного прогноза в цунамиопасном районе автоматически отключают подачу газа и электричества, теле– и радиопрограммы транслируют предупреждающий текст, включают уличные сирены и начинают эвакуацию населения.
В СССР службу предупреждения начали создавать после северокурильской трагедии 1952 года. Ведь сейсмичность этого района – одна из самых высоких в мире. Вдоль Курило-Камчатской островной дуги расположен крайне активный пояс землетрясений, а также цепь действующих вулканов длиной около 2000 километров. К сожалению, в 1990-х годах эту службу ликвидировали, и теперь единственным преимуществом перед опасностью цунами служит малая заселенность дальневосточного побережья.
Владимир Сывороткин
Анатомия спутника
Представьте, что вам предложили снарядить космическую экспедицию. Какие устройства, системы, запасы понадобятся вдалеке от Земли? Сразу вспоминаются двигатели, топливо, скафандры, кислород. Немного подумав, можно вспомнить о солнечных батареях и системе связи... Дальше в голову приходят разве что боевые фазеры из сериала «Звездный путь». Между тем современные космические аппараты, особенно пилотируемые, оснащены множеством систем, без которых невозможна их успешная работа, но широкой публике о них почти ничего неизвестно.
Вакуум, невесомость, жесткое излучение, удары микрометеоритов, отсутствие опоры и выделенных направлений в пространстве – все это факторы космического полета, практически не встречающиеся на Земле. Чтобы совладать с ними, космические аппараты оснащают множеством приспособлений, о которых в обыденной жизни никто и не задумывается. Водителю, например, обычно не надо заботиться об удержании автомобиля в горизонтальном положении, а для поворота достаточно покрутить баранку. В космосе же перед любым маневром приходится проверять ориентацию аппарата по трем осям, а повороты выполняются двигателями – ведь нет дороги, от которой можно оттолкнуться колесами. Или вот, например, двигательная установка – ее упрощенно представляют баками с топливом и камерой сгорания, из которой вырываются языки пламени. Между тем в ее состав входит множество приспособлений, без которых двигатель в космосе не заработает, а то и вовсе взорвется. Все это делает космическую технику неожиданно сложной по сравнению с земными аналогами.
Трубопроводы двигателя самой мощной европейской ракеты «Ариан-5». Фото: SPL/EAST NEWS
Детали ракетного двигателя
На большинстве современных космических аппаратов стоят жидкостные ракетные двигатели. Однако в невесомости непросто обеспечить для них устойчивую подачу топлива. В отсутствие силы тяжести любая жидкость под влиянием сил поверхностного натяжения стремится принять форму шара. Обычно внутри бака образуется множество плавающих шаров. Если компоненты топлива будут поступать неравномерно, чередуясь с газом, заполняющим пустоты, горение будет неустойчивым. В лучшем случае произойдет остановка двигателя – он буквально «подавится» газовым пузырем, а в худшем – взрыв. Поэтому для запуска двигателя нужно прижать топливо к заборным устройствам, отделив жидкость от газа. Один из способов «осадить» топливо – включить вспомогательные двигатели, например, твердотопливные или работающие на сжатом газе. На короткое время они создадут ускорение, и жидкость по инерции прижмется к топливозаборнику, одновременно освободившись от пузырьков газа. Другой способ – добиться, чтобы первая порция жидкости всегда оставалась в заборнике. Для этого возле него можно поставить сетчатый экран, который за счет капиллярного эффекта будет удерживать часть топлива для запуска двигателя, а когда он заработает, остальное «осядет» по инерции, как в первом варианте.
Но есть и более радикальный способ: залить топливо в эластичные мешки, помещенные внутрь бака, после чего закачивать в баки газ. Для наддува обычно используют азот или гелий, запасая их в баллонах высокого давления. Конечно, это лишний вес, зато при небольшой мощности двигателя можно избавиться от топливных насосов – давление газа обеспечит подачу компонентов по трубопроводам в камеру сгорания. Для более мощных двигателей без насосов с электрическим, а то и с газотурбинным приводом не обойтись. В последнем случае турбину раскручивает газогенератор – маленькая камера сгорания, сжигающая основные компоненты или специальное топливо.
Маневрирование в космосе требует высокой точности, а значит, нужен регулятор, который постоянно корректирует расход топлива, обеспечивая расчетную силу тяги. При этом важно поддерживать правильное соотношение горючего и окислителя. Иначе эффективность двигателя упадет, и вдобавок один из компонентов топлива кончится раньше другого. Расход компонентов измеряют, помещая в трубопроводы небольшие крыльчатки, частота вращения которых зависит от скорости потока жидкости. А в маломощных двигателях расход жестко задается калиброванными шайбами, установленными в трубопроводах.
Для безопасности двигательную установку снабжают аварийной защитой, выключающей неисправный двигатель до того, как он взорвется. Управляет ею автоматика, поскольку в экстренных ситуациях температура и давление в камере сгорания могут меняться очень быстро. В целом двигатели и топливно-трубопроводное хозяйство – объект повышенного внимания в любом космическом аппарате. Запасом топлива во многих случаях определяется ресурс современных спутников связи и научных зондов. Часто создается парадоксальная ситуация: аппарат полностью исправен, но не может работать из-за исчерпания топлива или, например, утечки газа для наддува баков.
Свет вместо волчка
Для наблюдения Земли и небесных светил, работы солнечных батарей и радиаторов охлаждения, проведения сеансов связи и операций стыковки аппарат должен быть определенным образом сориентирован в пространстве и стабилизирован в этом положении. Наиболее очевидный способ определения ориентации – использовать звездные датчики, миниатюрные телескопы, распознающие на небе сразу несколько опорных звезд. Например, датчик летящего к Плутону зонда «Новые горизонты» (New Horizons) 10 раз в секунду фотографирует участок звездного неба, и каждый кадр сравнивается с картой, заложенной в бортовом компьютере. Если кадр и карта совпадают, значит с ориентацией все в порядке, если нет – легко вычислить отклонение от нужного положения.
Повороты космического аппарата измеряют также с помощью гироскопов – небольших, а иногда и просто миниатюрных маховиков, закрепленных в карданном подвесе и раскрученных до скорости порядка 100 000 об/мин! Такие гироскопы компактнее звездных датчиков, но не годятся для измерения поворотов более чем на 90 градусов: рамки подвеса складываются. Этого недостатка лишены лазерные гироскопы – кольцевые и волоконнооптические. В первом две испущенные лазером световые волны циркулируют навстречу друг другу по замкнутому контуру, отражаясь от зеркал. Поскольку частота волн одинакова, они, складываясь, образуют интерференционную картину. Но при изменении скорости вращения аппарата (вместе с зеркалами) частоты отраженных волн меняются из-за эффекта Доплера и интерференционные полосы начинают двигаться. Подсчитывая их, можно точно измерить, насколько изменилась угловая скорость. В волоконно-оптическом гироскопе два лазерных луча идут навстречу друг другу по кольцевому пути, и при их встрече разность фаз пропорциональна скорости вращения кольца (это так называемый эффект Саньяка). Достоинство лазерных гироскопов в отсутствии механически движущихся частей – вместо них используется свет. Такие гироскопы дешевле и легче привычных механических, хотя практически не уступают им по точности. Но лазерные гироскопы измеряют не ориентацию, а только угловые скорости. Зная их, бортовой компьютер суммирует повороты за каждую долю секунды (этот процесс называется интегрированием) и рассчитывает угловое положение аппарата. Это очень простой способ следить за ориентацией, но, конечно, такие расчетные данные всегда менее надежны, чем результаты прямых измерений, и требуют регулярной калибровки и уточнения.
Кстати, аналогичным образом следят и за изменениями поступательной скорости аппарата. Для ее прямых измерений нужен тяжелый доплеровский радар. Его ставят на Земле, и он измеряет только одну составляющую скорости. Зато не составляет проблемы на борту аппарата измерить его ускорение при помощи высокоточных акселерометров, например, пьезоэлектрических. Они представляют собой специальным образом вырезанные кварцевые пластины размером с английскую булавку, которые деформируются под действием ускорения, в результате чего на их поверхности появляется статический электрический заряд. Непрерывно измеряя его, следят за ускорением аппарата и, интегрируя его (вновь не обойтись без бортового компьютера), вычисляют изменения скорости. Правда, такие измерения не учитывают влияния на скорость аппарата гравитационного притяжения небесных тел.
Американский астронавт отрабатывает в бассейне процедуру замены гиродинов на телескопе «Хаббл». Фото: NASA
Точность маневра
Итак, ориентация аппарата определена. Если она отличается от требуемой, немедленно выдаются команды «исполнительным органам», например, микродвигателям на сжатом газе или жидком топливе. Обычно такие двигатели работают в импульсном режиме: короткий толчок, чтобы начать поворот, и тут же новый в противоположном направлении, чтобы не «проскочить» нужное положение. Теоретически достаточно иметь 8—12 таких двигателей (по две пары для каждой оси вращения), однако для надежности их ставят больше. Чем точнее требуется выдерживать ориентацию аппарата, тем чаще приходится включать двигатели, что повышает расход топлива.
Другую возможность управления ориентацией обеспечивают силовые гироскопы – гиродины. Их работа основана на законе сохранения момента импульса. Если под влиянием внешних факторов станция стала разворачиваться в определенном направлении, достаточно «подкрутить» маховик гиродина в ту же сторону, он «примет вращение на себя» и нежелательный поворот станции прекратится.
С помощью гиродинов можно не только стабилизировать спутник, но и менять его ориентацию, причем иногда даже точнее, чем с помощью ракетных двигателей. Но чтобы гиродины были эффективны, они должны обладать большим моментом инерции, что предполагает значительную массу и размеры. Для крупных спутников силовые гироскопы могут быть очень велики. Например, три силовых гироскопа американской станции «Скайлэб» весили по 110 килограммов каждый и делали около 9000 об/мин. На Международной космической станции (МКС) гиродины – это устройства размером с большую стиральную машину, каждое массой около 300 килограммов. Несмотря на тяжесть, использовать их все же выгоднее, чем постоянно снабжать станцию топливом.
Однако большой гиродин нельзя разгонять быстрее нескольких сотен или максимум тысяч оборотов в минуту. Если внешние возмущения постоянно закручивают аппарат в одну и ту же сторону, то со временем маховик выходит на предельные обороты и его приходится «разгружать», включая двигатели ориентации.
Для стабилизации аппарата достаточно трех гиродинов с взаимно перпендикулярными осями. Но обычно их ставят больше: как и всякое изделие, имеющее подвижные детали, гиродины могут ломаться. Тогда их приходится ремонтировать или заменять. В 2004 году для ремонта гиродинов, расположенных «за бортом» МКС, ее экипажу пришлось совершить несколько выходов в открытый космос. Замену отработавших свой ресурс и вышедших из строя гиродинов выполняли астронавты NASA, когда посещали на орбите телескоп «Хаббл». Очередная такая операция запланирована на конец 2008 года. Без нее космический телескоп, скорее всего, выйдет из строя в будущем году.
Бортовое питание
Для работы электроники, которой любой спутник напичкан «под завязку», нужна энергия. Как правило, в бортовой электросети используется постоянный ток напряжением 27—30 В. Для разводки питания служит разветвленная кабельная сеть. Микроминиатюризация электроники позволяет уменьшить сечение проводов, поскольку большой силы тока современной аппаратуре не требуется, но существенно сократить их длину не удается – она зависит в основном от размеров аппарата. Для маленьких спутников – это десятки и сотни метров, а для космических кораблей и орбитальных станций – десятки и сотни километров!
На аппаратах, срок службы которых не превышает нескольких недель, в качестве источников питания применяют одноразовые химические батареи. Долгоживущие телекоммуникационные спутники или межпланетные станции обычно оснащают солнечными батареями. Каждый квадратный метр на орбите Земли получает от Солнца излучение общей мощностью 1,3 кВт. Это так называемая солнечная постоянная. Современные фотоэлементы преобразуют в электричество 15—20% этой энергии. Впервые солнечные батареи были применены на американском спутнике «Авангард-1», запущенном в феврале 1958 года. Они позволили этому малютке продуктивно жить и работать до середины 1960-х, тогда как советский «Спутник-1», имевший на борту только аккумулятор, заглох уже через несколько недель.
Сборка и настройка панелей солнечных батарей для спутника. Фото: SPL/EAST NEWS
Важно отметить, что солнечные батареи нормально работают только в связке с буферными аккумуляторами, которые подзаряжаются на солнечной стороне орбиты, а в тени – отдают энергию. Эти аккумуляторы также жизненно необходимы в случае потери ориентации на Солнце. Но они тяжелые, и поэтому за счет них нередко приходится сокращать массу аппарата. Иногда это приводит к серьезным неприятностям. Например, в 1985 году во время беспилотного полета станции «Салют-7» ее солнечные батареи из-за сбоя перестали подзаряжать аккумуляторы. Очень быстро бортовые системы выжали из них все соки, и станция отключилась. Спасти ее смог специальный «Союз», посланный к молчащему и не реагирующему на команды с Земли комплексу. Состыковавшись со станцией, космонавты Владимир Джанибеков и Виктор Савиных сообщили на Землю: «Холодно, без перчаток работать нельзя. На металлических поверхностях иней. Пахнет застоявшимся воздухом. На станции ничего не работает. Поистине космическая тишина...» Умелые действия экипажа смогли вдохнуть жизнь в «ледяной дом». А вот спасти в аналогичной ситуации один из двух спутников связи при первом запуске пары «Ямалов-100» в 1999 году не удалось.
Во внешних областях Солнечной системы, за орбитой Марса , солнечные батареи неэффективны. Питание межпланетных зондов обеспечивают радиоизотопные теплоэлектрогенераторы (РИТЭГ). Обычно это неразборные, герметичные металлические цилиндры, из которых выходит пара проводов под напряжением. Вдоль оси цилиндра размещен стержень из радиоактивного и поэтому горячего материала. Из него, как из массажной щетки-расчески, торчат термопары. Их «горячие» спаи подведены к центральному стержню, а «холодные» – к корпусу, охлаждаясь через его поверхность. Разность температур рождает электрический ток. Неиспользованное тепло можно «утилизировать» для подогрева аппаратуры. Так делалось, в частности, на советских «Луноходах» и на американских станциях «Пионер» и «Вояджер».
В качестве источника энергии в РИТЭГах применяются радиоактивные изотопы, как короткоживущие с периодом полураспада от нескольких месяцев до года (полоний-219, церий-144, кюрий-242), так и долгоживущие, которых хватает на десятки лет (плутоний-238, прометий-147, кобальт-60, стронций-90). Например, генератор уже упоминавшегося зонда «Новые горизонты» «заправлен» 11 килограммами двуокиси плутония-238 и дает выходную мощность 200—240 Вт. Корпус РИТЭГа делают очень прочным – в случае аварии он должен выдержать взрыв ракеты-носителя и вход в атмосферу Земли; кроме того, он служит экраном для защиты бортовой аппаратуры от радиоактивных излучений.
В целом РИТЭГ – вещь простая и чрезвычайно надежная, ломаться в нем просто нечему. Два его существенных минуса: страшная дороговизна, поскольку необходимые делящиеся вещества в природе не встречаются, а нарабатываются годами в ядерных реакторах, и сравнительно невысокая выходная мощность в расчете на единицу массы. Если же наряду с долгой работой нужна еще и большая мощность, то остается применить ядерный реактор. Они стояли, например, на радиолокационных спутниках морской разведки УС-А разработки ОКБ В.Н. Челомея. Но в любом случае использование радиоактивных материалов требует самых серьезных мер безопасности, особенно на случай нештатных ситуаций в процессе выведения на орбиту.
Избежать теплового удара
Почти вся потребляемая на борту энергия в конечном счете превращается в тепло. К этому добавляется нагрев солнечным излучением. На небольших спутниках, чтобы не допустить перегрева, применяют тепловые экраны, отражающие солнечный свет, а также экранно-вакуумную теплоизоляцию – многослойные пакеты из чередующихся слоев очень тонкой стеклоткани и полимерной пленки с алюминиевым, серебряным или даже золотым напылением. Снаружи на этот «слоеный пирог» надевается герметичный чехол, из которого откачивается воздух. Чтобы сделать солнечный нагрев более равномерным, спутник можно медленно поворачивать. Но таких пассивных методов хватает лишь в редких случаях, когда мощность бортовой аппаратуры мала.
На более или менее крупных космических аппаратах, чтобы избежать перегрева, необходимо активно избавляться от лишнего тепла. В условиях космоса есть лишь два способа это сделать: путем испарения жидкости и тепловым излучением с поверхности аппарата. Испарители применяют редко, ведь для них надо брать с собой запас «хладагента». Гораздо чаще используют радиаторы, помогающие «излучать» тепло в космос.
Теплоотдача излучением пропорциональна площади поверхности и, по закону Стефана – Больцмана, четвертой степени ее температуры. Чем больше и сложнее аппарат, тем труднее его охлаждать. Дело в том, что энерговыделение растет пропорционально его массе, то есть кубу размера, а площадь поверхности – пропорционально только квадрату. Допустим, от серии к серии спутник увеличился в 10 раз – первые были с коробку из-под телевизора, последующие стали величиной с автобус. Масса и энергетика выросли при этом в 1000 раз, а площадь поверхности – только в 100. Значит, с единицы площади должно уходить в 10 раз больше излучения. Чтобы обеспечить это, абсолютная температура поверхности спутника (в Кельвинах) должна стать выше в 1,8 раза (4[?]– 10). Например, вместо 293 К (20 °С) – 527 К (254 °С). Понятно, что так нагревать аппарат нельзя. Поэтому современные спутники, выйдя на орбиту, ощетиниваются не только панелями солнечных батарей и раздвижными антеннами, но и радиаторами, как правило, торчащими перпендикулярно поверхности аппарата, направленной на Солнце.
Но сам радиатор – это лишь один из элементов системы терморегулирования. Ведь к нему еще надо подвести подлежащее сбросу тепло. Наибольшее распространение получили активные жидкостные и газовые системы охлаждения замкнутого типа. Теплоноситель обтекает греющиеся блоки аппаратуры, затем поступает в радиатор на наружной поверхности аппарата, отдает тепло и снова возвращается к его источникам (примерно так же работает система охлаждения в автомобиле). В систему терморегулирования, таким образом, входят разнообразные внутренние теплообменники, газоводы и вентиляторы (в аппаратах с гермокорпусом), термомосты и тепловые платы (при негерметичной архитектуре).
На пилотируемых аппаратах тепла приходится сбрасывать особенно много, а температуру выдерживать в очень узком диапазоне – от 15 до 35 °С. Если радиаторы выйдут из строя, на борту придется резко сокращать энергопотребление. К тому же на долговременной станции от всех критических элементов оборудования требуется ремонтопригодность. Значит, должна быть возможность по частям отключать отдельные узлы и трубопроводы, сливать и заменять теплоноситель. Сложность системы терморегулирования неимоверно возрастает из-за наличия множества разнородных взаимодействующих модулей. Сейчас на каждом модуле МКС действует собственная система терморегулирования, а большие радиаторы станции, установленные на основной ферме перпендикулярно солнечным батареям, используются для работы «под большой нагрузкой» во время научных экспериментов с высоким потреблением энергии.
