Сканировал и обработал Юрий Аболонко (Смоленск)
НОВОЕ В ЖИЗНИ, НАУКЕ, ТЕХНИКЕ
ПОДПИСНАЯ НАУЧНО-ПОПУЛЯРНАЯ СЕРИЯ
КОСМОНАВТИКА, АСТРОНОМИЯ
6/1989
Издается ежемесячно с 1971 г.
ББК 39.6
М 69
Редактор ВИРКО И. Г.
СОДЕРЖАНИЕ
| Введение | 3 |
| Новейшие технологии – основа прогресса | 4 |
| Космонавтика – донор научно-технического прогресса в некосмические отрасли.
| 8 |
| Экономический эффект использования космической технологии | 11 |
| Применение достижений космонавтики в промышленности и сельском хозяйстве | 14 |
| Применение достижений космонавтики на транспорте | 37 |
| Заключение | 50 |
| Финиш космического марафона (окончание) | 53 |
| Новости астрономии | 62 |
Михайлов В. П.
| М 69 |
15 к.
ISBN 5-07-000277-5
В брошюре рассказывается, как технические достижения в космонавтике (устройства, агрегаты, технологии и т. п.) внедряются в земную технику и как это сказывается на развитии народного хозяйства страны.
Брошюра рассчитана на широкий круг читателей, интересующихся актуальными проблемами космической техники.
3500000000ББК 39.6
ISBN 5-07-000277-S© Издательство «Знание», 1989 г.
ВВЕДЕНИЕ
Выступая перед трудящимися г. Ленинска, Генеральный секретарь ЦК КПСС М. С. Горбачев сказал: «...нам надо думать всем вместе – как сделать отдачу от космоса более весомой как для науки, так и всего народного хозяйства. Сегодня это практическая задача, которая стоит перед нами во весь рост. Надо смелее переходить от экспериментов и опытных работ к планомерному и широкомасштабному применению имеющихся возможностей в интересах социально-экономического развития страны. Мы ждем от Академии наук СССР, Государственного комитета по науке и технике СССР, Главкосмоса СССР, всех заинтересованных министерств и ведомств продуманных перспективных предложений по расширению использования достижений космической техники в народном хозяйстве»*.
* Правда. – 1987. – 14 мая.
Одно из таких перспективных предложений – повторное интенсивное и планомерное использование идей, технических, технологических и организационных принципов, полученных в рамках осуществления космических программ, непосредственно в земных отраслях народного хозяйства.
В брошюре хотелось бы выделить четыре аспекта практического использования ракетно-космических достижений для нужд народного хозяйства. Два из них – дистанционное исследование Земли из космоса и применение прикладных спутников (метеорологических, связных, навигационных, спасательных и др.) – хорошо известны читателям. Третье направление – космическое производство, как и четвертое – использование достижений ракетно-космической техники в земных отраслях народного хозяйства, – являются промышленными направлениями использования достижений космонавтики. Эти направления еще недостаточно полно освещены как в отечественной, так и в зарубежной литературе. Не сложилась еще и терминология в этой области.
Что же конкретно получили от ракетно-космической техники земные отрасли народного хозяйства? Как протекает их взаимодействие? Ответам на эти вопросы и посвящена настоящая брошюра.
НОВЕЙШИЕ ТЕХНОЛОГИИ – ОСНОВА ПРОГРЕССА
Отличительная черта развития общества в последние десятилетия состоит в том, что эффективность общественного производства, его экономические показатели определяются совокупностью новейших технологий, которыми владеет государство. Крупные национальные программы создания новейших технологий – предмет первостепенной заботы практически всех промышленно развитых стран.
Какое значение уделяется разработке новейших технологий в передовых странах, сколько интеллектуальных сил и материальных средств тратится на это, видно из следующего. Страны Западной Европы приняли и осуществляют долгосрочную программу разработки новейших технологий под названием «Эврика». Япония разрабатывает программу получения новейших технологий «Технополис». Основная цель программы – развитие электроники, вычислительной техники, робототехники, информатики. Страны – члены СЭВ разрабатывают Комплексную программу научно-технического прогресса. Согласно этой программе до 2000 г. предусматриваются исследования в области электронизации народного хозяйства, комплексной автоматизации, атомной энергетики, новых материалов и в биотехнологии.
К таким крупным технологическим программам можно отнести и национальные программы ряда государств по освоению и исследованию космического пространства. При их осуществлении «рождаются» и активно используются практически только новейшие технологии. Часть из них пригодна для повторного использования в земных отраслях народного хозяйства. Можно выделить три вида повторного использования технологий ракетно-космической техники и космонавтики в других отраслях (или передачи их непосредственно на коммерческий рынок).
I. Прямое использование. Технология, созданная в рамках космической программы, не предназначалась в момент разработки к использованию в земных отраслях, но потом с успехом была применена там без какой-либо доработки (например, некоторые пластики, краски, датчики, программы ЭВМ и др.).
II. Двойное использование. Технология разрабатывалась для одновременного применения в космонавтике и в земных отраслях промышленности (как это делалось – видно из дальнейшего текста).
III Косвенное использование. Технологии в земных отраслях возникли и были разработаны под влиянием идей, разработок, достижений космонавтики. Так, достижения в использовании криогенных жидкостей в космонавтике позволили создать медицинскую аппаратуру для глубокого охлаждения тканей и др.
Несмотря на то что с момента выхода первых теоретических работ по космонавтике, содержащих ее «собственные» идеи и технологии, прошло около восьмидесяти лет, интенсивный процесс передачи ее достижений в земные отрасли экономики начался сравнительно недавно – около двух десятилетий назад. До этого космонавтика длительное время – пока она не накопила собственные знания и технологии, пока она не оформилась в самостоятельную отрасль – «сидела» частично на дотации других наук и технических дисциплин. В настоящее время космонавтика, как известно, относится к классу комплексных научно-технических отраслей. Подобные отрасли (сюда следует отнести ядерную технику, вычислительную технику и некоторые другие) революционизируют на данном этапе процесс совершенствования науки и техники. Их классификация, предложенная советскими учеными (например, Б. М. Кедровым), отражает сложность и многогранность окружающего нас мира. Сами науки и отдельные технические дисциплины находятся в динамическом, а не в статическом состоянии. Две тенденции дают о себе знать: первая – тяготение отдельных наук и дисциплин к синтезу с другими, вторая – к сохранению суверенитета каждой наукой. Подобный динамический процесс наблюдается между космонавтикой и другими некосмическими областями науки и техники. Взаимодействие космонавтики и некосмических наук и отраслей техники происходит в два этапа:
1. Получение космонавтикой всей суммы знаний, накопленных человечеством за весь путь его развития, и передача передовых (для своей науки или области техники) суммы знаний, технологий космонавтике (назовем этот процесс «туда»);
2. Получение в процессе развития некой суммы «собственных» знаний и приемов, технологий и передача их в некосмическую науку и технику (процесс «обратно»).
Процесс «обратно» начал развиваться интенсивно с 60-х годов XX в. и был вызван запуском в СССР первого ИСЗ (вспомним хотя бы вызванную им волну реформ в системах высшего образования и организации науки в разных странах).
Об огромном потенциале научных знаний и технологий, получаемых в космической промышленности, говорят следующие факты. По космической программе только в одной из стран – США – работает ряд крупных государственных организаций (НАСА, министерство обороны и др.) и около
В СССР в ряде случаев эффективно используются некоторые достижения космонавтики в традиционных областях народного хозяйства. Советские ученые считают, что при оценке любого нового космического технологического процесса должна определяться и экономическая эффективность его использования для нужд народного хозяйства. «Мы всегда стремимся, – заявил академик Б. Е. Патон, – на различных производствах применять в земных условиях те технологии, которые хорошо зарекомендовали себя в космосе: ведь там используются наиболее интересные прогрессивные решения».
Однако использование их в масштабах страны могло бы быть значительно шире по сравнению с тем, что мы имеем на сегодняшний день.
«Занимаясь разработкой уникальных систем и отдельных агрегатов, – считает академик В. П. Мишин, – доведением их показателей до космических стандартов, конструктор, как правило, не делает небольшого, но логического шага – анализа их народнохозяйственного значения. Достижения космической индустрии должны стать достоянием всей промышленности».
Советские ученые понимают, что, идя этим путем, путем заимствования достижений космонавтики в традиционных отраслях народного хозяйства, можно добиться значительного научно-технического прогресса страны. Для этого, очевидно, необходимы разработка единой государственной программы повторного внедрения достижений ракетно-космической техники в земные отрасли экономики и образование государственного органа, координирующего и отвечающего за это в масштабе страны. Иностранный опыт, в частности США и Франции, показателен для нас в этом плане.
В использовании достижений космонавтики в традиционных земных областях народного хозяйства наиболее совершенных организационных форм к настоящему времени добились США. Причин здесь несколько. Одна из них – недостаточное (по мнению руководителей НАСА) субсидирование космических программ и поиски в связи с этим дополнительных материальных ресурсов.
Другая причина – большие материальные затраты на освоение космоса и стремление возвратить в народное хозяйство часть произведенных затрат. Так, бывший президент США Дж. Картер в 1972 г. заявил, что его страна потратила на космические нужды около 100 млрд. долл. (более поздними данными по США не располагаем. – В. М.). Если допустить, что в последующие пятнадцать лет затраты США на ракетно-космическую науку и технику осуществлялись на таком же уровне, то к настоящему времени затраты составят не менее 200 млрд. долл. Допустимо считать, что другие страны все вместе на ракетно-космические исследования тратят в полтора раза больше, чём США. Тогда затраты на космические нужды человечества к настоящему-времени можно оценить в 500 млрд. долл. Сумма, конечно, значительна. В связи с этим понятен интерес хотя бы к частичной компенсации затрат.
Имеется еще ряд причин. Все они привели к появлению новой взаимосвязи между отраслями народного хозяйства, выраженной термином spin-off (спин-офф). Он означает процесс повторного использования достижений космонавтики в земных отраслях народного хозяйства. Этот англоязычный термин в настоящее время известен в кругах специалистов многих стран.
В русском языке наиболее полно этот процесс, с нашей точки зрения, можно выразить как донорство в технике и, следовательно, термином «донорство космонавтики».
Наиболее удачное толкование термина «спин-офф» дал А. Фамер, издатель журнала «Космическое обозрение», выходящего в Англии: «Спин-офф» – термин, обычно используемый для того, чтобы описать, охарактеризовать машинное и приборное оборудование (технику, технические приемы, технологии или предпринимательство), разработанное или полученное или осуществленное сначала для космонавтики и впоследствии со временем нашедшее применение в земных отраслях народного хозяйства». В более узком смысле этот термин означает материальную выгоду от использования достижений космонавтики в земных отраслях народного хозяйства.
КОСМОНАВТИКА – ДОНОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА В НЕКОСМИЧЕСКИЕ ОТРАСЛИ. ОРГАНИЗАЦИЯ ПЕРЕДАЧИ ДОСТИЖЕНИЙ ДЛЯ ПОВТОРНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
Каждая отрасль народного хозяйства, а их в экономически развитом государстве насчитывается более двух сотен, одновременно и передает свои идеи и «технологии другим отраслям и берет от них лучшее. Неравномерность уровня совершенствования – одна из основных причин взаимодействия отраслей народного хозяйства, наук и технических дисциплин. Совместно с другими отраслями, находящимися на переднем фронте знаний – ядерной физикой, вычислительной техникой, биоинженерией и др., космонавтика, приобретшая большую степень совершенства, стала мощным средством научно-технического прогресса. Ее влияние постоянно ощущают другие отрасли народного хозяйства, науки, технические дисциплины. Все они заинтересованы в заимствовании знаний, технологий, накопленных в космонавтике, для совершенства продукции, изделий и услуг, причем без проведения длительных и дорогих НИОКР.
Космонавтика обладает основными признаками технического донора. Она – науко- и затратоемкая отрасль. Программа развития космонавтики обычно общегосударственная, длительное время действующая и оказывающая стимулирующее влияние на экономику страны. Она направлена на поиски принципиально новых научно-технических решений и технологий, проведения большого объема НИОКР, в то время как серийное производство на уровне получения конечной продукции существенно ограниченно.
В реализации космической программы участвуют не только крупные фирмы, которые не все могут сделать на наивысшем научно-техническом уровне из-за широкой номенклатуры производимой ими продукции, но и средние и мелкие, которые, как правило, узкоспециализированы на решение той или иной проблемы с целью получения наилучшего возможного решения. Выполнив заказ по космической программе, они незамедлительно переносят полученные достижения на производство «земной» продукции, на выпуск товаров и услуг, увеличивая этим темпы научно-технического прогресса.
Большое внимание в развитых странах уделяется осуществлению передачи достижений космонавтики в земные отрасли техники. Считают, что космическая технология, возникшая в ходе исполнения программ, важное национальное достояние, которое не должно уйти «в песок». Ее необходимо многократно использовать для получения новых земных технологий, продуктов и услуг.
Однако превращение возможности в конкретные дела требует определенных организационных усилий по «проталкиванию» космических технологий в земные отрасли. С этой целью, например, в рамках НАСА еще в 1962 г. было создано подразделение под названием «Отделение по перемещению космической технологии в земные секторы экономики». Тем самым аэрокосмическая организация, какой является НАСА, взялась заниматься сугубо земными делами; как показал двадцатипятилетний опыт, такая ориентация оправдала себя.
НАСА, как известно, специально не разрабатывает технологии для земных отраслей. Но ее специалистам вменено в обязанность при разработке космических технологий в каждом случае прорабатывать вопрос о возможности ее использования в земных отраслях и о том, что для этого надо сделать конкретно.
Для «проталкивания» космических технологий используется несколько способов. Они направлены на индуцирование у представителей деловых кругов заинтересованности в применении космической технологии в своем производстве. Заслуживает внимания деятельность так называемых инспекторов внедрения космической технологии. Большая роль отводится печатным информационным изданиям. Не последнюю роль играют и экономические рычаги. Как правило, космическая технология передается безвозмездно или продается за символическую цену – 1 цент.
Инспектор внедрения – новая специальность, рожденная полетами в космос. Он – кадровый сотрудник НАСА. Инспектор придается или вводится в состав разработчиков космической технологии (для нужд НАСА) еще до начала или в самом начале работ. Он непосредственный разработчик новой технологии на ранних стадиях ее создания и активный внедритель этой технологии в земные отрасли после. Его задача – в процессе разработки основное усилие уделять поиску потенциальных земных отраслей, где разрабатываемая технология может найти применение. Он определяет, что надо для этого сделать, где и с какого этапа необходимо ввести дополнительное ответвление в работах для получения новых качеств, свойств и каких именно. Возможно и такое: в процессе создания новой технологии разработчики приходят к выводу, что она по каким-либо причинам не представляет интереса для космической программы, и прекращают работу. И в этом случае инспектор продолжает усилия по поиску путей ее доработки с целью использования в земных отраслях. Он извещает заинтересованные фирмы о наличии потенциально полезной для них технологии, «уговаривает» фирмы взяться за ее внедрение и осуществляет всю необходимую работу по передаче документации.
Эффективно справиться со сложным процессом передачи технологии в земные отрасли инспектору помогают развернутые в стране специальные внедренческие агентства НАСА. Их работу направляет Центр по научной и технической информации. Центр и агентства координируют действия инспекторов на местах. Ими издается и распространяется различная литература – рефераты, обзоры, резюме, проспекты. Они подготавливают и высылают более 80 тыс. различных справок в год по различным аспектам внедрения.
В результате предпринятых со стороны НАСА мер у потенциального использователя повторной технологии складывается уверенность в успешном осуществлении нововведения в конкретных условиях своего предприятия. Заинтересованность предпринимателей – успех использования космической технологии в земных отраслях.
ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Специалисты-экономисты стараются рассчитать экономический эффект от внедрения космической технологии в земные отрасли техники. Рассчитать его на практике не всегда легко, а в иных случаях даже невозможно. Трудности – в определении составляющих затрат и дохода. Эффект определяется как отношение дополнительных затрат на приспособление космических технологий для земных нужд (или, в случае прямой замены технологий, просто на затраты) к получаемой выгоде. Поясним это на примерах.
Специалисты Страсбургского университета провели исследования эффективности передачи космической технологии в Западной Европе за 1964 – 1975 гг. Они выявили 251 случай использования космической технологии в других земных отраслях. Из них в 171 случае мог быть рассчитан эффект, в 80 – нет. Расчеты показали, что полученная прибыль в 2,7 раза превысила стоимость контрактов. В процентном отношении прибыль составили:
– продажа полученной новой продукции, если она полностью или частично заменяла существующую, улучшение качества и ассортимента продукции – 22%;
– увеличение количества продаваемой продукции – 26%;
– совершенствование технологии и организации – 17%;
– повышение квалификации персонала и сохранение производственных коллективов – 35%.
В другом случае для определения эффекта были изучены четыре программы НАСА. Специалисты пришли к выводу, что за период 14 – 20 лет только эти четыре программы «возвратили» в экономику США более 7 млрд. долл., т. е. около двух годовых бюджетов НАСА. Вот эти программы:
1. Интегральные схемы. Разработанные для использования на ИСЗ, для связи в космосе и для других космических целей, они в настоящее время получили массовое применение. Улучшенная технология, вернувшись «обратно», дала доход за 1963 – 1982 гг. в сумме свыше 5 млрд. долл. (годовой эффект в среднем составил свыше 250 млн. долл.).
2. Газовые турбины. Они сначала применялись в основном в двигательных установках реактивных самолетов, потом начали повторно использоваться на электростанциях. За счет уменьшения сжигаемого топлива на единицу мощности эти турбины позволили сэкономить только за 1969 – 1982 гг. около 1,11 млрд. долл.
3. Космическая изоляция. Использование ее в криогенной технике дало экономию в народном хозяйстве США за 1960–1983 гг. в сумме 1,05 млрд. долл.
4. Математические программы. Разработанные для конструирования космических кораблей, эти программы НАСА стали использоваться для расчета прочности грузовых железнодорожных вагонов, автомашин, мостов, высотных зданий и других сложных конструкций. Считается, что за время использования программы в народном хозяйстве (с 1971 по 1984 г.) получена прибыль 701 млн. долл.
Кроме однозначно подсчитанных эффектов от нововведений космических достижений, имеются такие, определить которые сравнительно нелегко и даже невозможно (в ряде случаев эффективность не имеет ценностного выражения).
В качестве примера нововведений, ценностную эффективность которых определить трудно, упомянем новое покрытие – обогащенная цинком краска. Эта краска длительное время не изменяет свои свойства и не разрушается. К тому же она не токсична и допускает как окраску внутри помещений, так и снаружи с использованием высокопроизводительных методов ее нанесения (распыление). По прикидкам американских специалистов, если все, что красится в стране, красить только этой краской, то в течение года можно получить экономию около 2 млрд. долл.
Что касается нововведений, не имеющих ценностных выражений (т. е. не выражаемых, например, в долларах), то в качестве примера отметим разработанные способы взятия анализа крови без разрушения ткани (кожи) человека, методы восстановления текста уникальных книг и др.
Использование исчислимых в ценностном выражении нововведений показало, что их эффективность крайне высока. Общий экономический эффект можно представить по данным Исследовательского института Среднего Запада (США). Его специалисты считают, что затраты на космические исследования дают в течение 18 лет после их реализации благодаря внедрению открытий, изобретений, технических решений, созданию новых товаров и услуг и т. д. в различных отраслях народного хозяйства более чем семикратный выигрыш. Другие эксперты считают, что каждый доллар, вкладываемый в космические исследования и разработки, дает через десять лет «а земле 23 доллара. Некоторые американские специалисты утверждают, что затраты на лунную программу «Аполлон» стоимостью около 24 млрд. долл. окупились путем использования идей и технологий, полученных в процессе осуществления проекта, в земной науке и технике на 70 – 80%, т. е. программа вернула около 20 млрд. долл. Если это утверждение обоснованно, а в его достоверности нет оснований сомневаться, то эффект использования достижений космонавтики в земных отраслях только одной страны безусловно впечатляющий.
За некоторым исключением нет точных цифр, показывающих, сколько затратила каждая страна, ведущая ракетно-космические исследования, на осуществление своих космических программ. Про США мы уже говорили. Франция за 25 лет работы по ракетно-космической тематике израсходовала около 50 млрд. франков, Италия с 1979 по 1988 г. истратила 3250 млрд. лир, Австралия – 500 млн. долл.
Как мы видим, затраты на космические программы ряда стран существенны. Возвращение даже части затраченных средств – насущная, экономически оправданная задача, мотив все более расширяющихся усилий, направленных на повторное использование достижений космонавтики в земных отраслях народного хозяйства.
ПРИМЕНЕНИЕ ДОСТИЖЕНИЙ КОСМОНАВТИКИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ И СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Энергетика. Такие достижения ракетно-космической науки и техники, как технология создания крупных пространственных конструкций в космосе, модульных орбитальных станций, приемы и навыки работы в космосе, рабочий инструмент, технология доставки на орбиты крупных «неделимых» нагрузок и др., будут использоваться при создании солнечных электростанций, передающих электроэнергию на Землю, космических отражателей солнечного и лунного света, предназначенных для освещения поверхности Земли отраженным светом, и других проектов, имеющих глобальное научно-хозяйственное значение для человечества.
Часть космических технологий уже нашла практическое использование в земной энергетике, другая находится в разных стадиях внедрения.
Наиболее впечатляющие перспективы связаны с возможностью удаления с поверхности Земли опасных отходов промышленности. Прежде всего радиоактивных отходов АЭС, и не куда-нибудь, а прямо... в дальнее космическое пространство или даже на Солнце. В настоящее время в мире насчитывается около 370 энергетических реакторов АЭС общей мощностью свыше 250 млн. кВт. Считают, что при выработке каждых 1,25 млн. кВт ∙ ч электроэнергии образуется один килограмм радиоактивных отходов или, по другим данным, 1 ГВт мощности АЭС приводит к появлению 1 т радиоактивных отходов.
Сколько же радиоактивных отходов АЭС образуется за год?
В 1980 г. при работе 233 атомных станций общей мощностью 133 МВт высокорадиоактивные отходы составили
Так, при захоронении отходов АЭС «Пакш» в Венгрии специалисты перебрали около 50 различных географических точек возможного места их захоронения и остановились на холмистом лесном уголке местности в области Баранья. Там планировалось закопать не наиболее радиоактивные отходы – выгоревшие топливные элементы (они возвращаются в Советский Союз), а значительно менее радиоактивные, но побывавшие в зоне реактора. Отходы были герметически закупорены, залиты бетоном. Хранилище рассчитывалось на сейсмостойкость в восемь баллов по шкале Рихтера, учитывались требования МАГАТЭ к захоронению отходов.
Однако жители близлежащих деревень воспрепятствовали захоронению. Специалисты ужесточили требования к хранилищу, признав гипотетическую возможность более сильного землетрясения в этом районе в ближайшие 600 лет, однако и это решение не устранило все противоречия между специалистами и жителями.
Эксперты ФРГ оценили: для их страны масса радиоактивных отходов через 20 лет составит 30 – 50 т в год без учета масс защитных сооружений и контейнеров. Ими и была выдвинута идея использовать в качестве возможного места захоронения Солнце, межзвездное пространство, космические окрестности Земли, Луна (предлагалось складывать отходы в одном из кратеров). Дороже всего доставка отходов на Солнце, но этот вариант обеспечивает практически полную гарантию, что отходы будут полностью уничтожены и не дадут о себе знать больше никогда. Это важно для дальнейшей деятельности человека в космосе: будущих космических полетов, устройства городов в космосе и на космических телах и т. д.
Конечно, этот проект использования ракетно-космической технологии для нужд такой земной отрасли народного хозяйства, как атомная энергетика, нуждается в уточнении и доработке. Предстоит решить вопросы безопасности запуска, надлежащей упаковки и транспортировки отходов, а также проблемы тепловой и радиационной защиты контейнеров с отходами на космических кораблях. Очевидно, нужны более дешевые и мощные ракеты-носители. Во всяком случае, использование космической технологии для гарантированного удаления радиоактивных отходов с поверхности Земли дает человечеству надежду.
Наибольшие практические результаты в энергетике, связанные с применением достижений, полученных в рамках космических НИОКР, относятся к использованию газовых турбин (вместо паровых) на земных электростанциях. Как уже упоминалось, их применение позволило в США за счет уменьшения удельного расхода топлива на единицу вырабатываемой электроэнергии сэкономить за 13 – 14 лет сумму в 1,11 млрд. долл.
Другие успехи в области использования космических технологий связаны с повторным применением в земных условиях дистанционного манипулятора космического корабля «Спейс Шаттл». Канадская фирма «Спа аэроспейс» применяла его в опасных для жизни и здоровья людей условиях работы, в частности, для обслуживания АЭС, для перегрузки радиоактивных отходов и в горной промышленности. Дистанционный манипулятор успешно используется фирмой «Инко» в шахтах Канады и Индонезии, при работах на морских глубинах.
Делались попытки использовать этот манипулятор для замены топливных элементов на ядерных электростанциях. Подобные работы по заданию канадской фирмы «Онтарио Гидра» выполняет также фирма «Спа аэроспейс». Кроме того, разрабатывается дистанционная система универсального назначения, в основу которой положена конструкция манипулятора. В случае удачного решения дистанционный манипулятор с системой управления на расстоянии найдет еще более широкое применение в земных условиях.
Свои «космические» достижения в области аэродинамики, материаловедения, электрических силовых систем, организации разработок НАСА решила использовать для создания надежных, конкурентоспособных и экономичных ветровых электростанций. Они предназначались преимущественно для обслуживания относительно малых промышленных, научных и гражданских объектов, подача к которым электропитания от общегосударственных систем снабжения нерациональна из-за больших расстояний или технических трудностей.
Работа, проводимая НАСА в этом направлении, оказалась столь успешной, что уже в августе 1975 г. первая ветровая электростанция нового типа была построена в штате Огайо. Электростанция выполнена в виде двухлопастного ротора диаметром около 39 м, устанавливаемого на основании высотой 30 м.
Станция снабжает электроэнергией около 60 средних по размерам частных домов-вилл. При скорости ветра 13 км/ч генератор автоматически включается, при скорости 29 км/ч он производит около 200 кВт (максимум). При скорости 29 – 56 км/ч шаг лопасти ротора автоматически (подобно самолетной) изменяется, и выход сохраняется на постоянном уровне в те же 200 кВт, а при скорости ветра свыше 56 км/ч генератор автоматически выключается.
Работа ветростанции нового типа оказалась весьма успешной. Специалисты считают, что к 2000 г. подобные станции, вероятно, смогут производить от 5 до 10% всей необходимой стране электроэнергии.
В области ветроэнергетики определенных успехов ученые добились и в других странах – ФРГ, Дании, Швеции. Западногерманские специалисты считают, что в их стране доля ветровой энергии к началу будущего века может достигнуть 2,5 – 3%. Это дает возможность сэкономить 12 млн. т каменного угля в год, защитить от загрязнения окружающую среду.
Повторное применение достижений космонавтики в области земной энергетики осуществляется не только на уровне глобальных решений, но и на более мелком, «прозаическом» уровне, отчего они не становятся менее ценными. Так, принципы защиты электрооборудования ракеты-носителя «Сатурн-5» от пиковых перегрузок (они могут возникнуть при технических неполадках или в процессе предпусковых операций вследствие ошибочных действий операторов) были успешно использованы для электрозащиты промышленных и гражданских сооружений, Это дало большой экономический эффект. Кроме того, увеличилась надежность работы электрооборудования. Срок службы электролампочек, например, удлинился на 300%, реле, измерительных приборов, переключателей, предохранителей – на 150 – 200%.
Большой вклад ракетно-космическая техника внесла в работы по «земному» использованию солнечной энергии.
С 1973 г. под руководством специалистов НАСА создавалась опытная установка с целью получения энергии непосредственно от солнечных лучей для обогрева (или охлаждения) одноэтажного здания конторского типа. По величине площади
Основным элементом системы были солнечные коллекторы – аккумуляторы тепла (заполненные водой трубы общей площадью 6000 м2). Нагретая солнцем вода подавалась по трубопроводу непосредственно в здание, если система функционировала в режиме отопления, или на вход адсорбционного холодильника – если надо было охлаждать помещения.
По планам американских специалистов предполагалось создать солнечные отопительные системы не только для служебных помещений, но и для жилых (частных). Работы по этому направлению проводились до рубежа 70 – 80-х годов и закончились успешно.
Солнечные нагревательные системы для промышленных и гражданских помещений способствуют более рациональному использованию природных ресурсов Земли и сохранению чистоты окружающей среды.
Строительство и строительные материалы. Наблюдая за воздействием на грунт струи реактивного двигателя стартующей ракеты, ученые пришли к идее, что такую струю, обладающую высокой температурой и большой скоростью истечения, можно использовать для размывки и выдувания грунта. Испытания показали высокую эффективность такого применения реактивного эффекта, и оно было рекомендовано в строительстве и угледобывающей промышленности.
При воздействии газовой струи на грунт в последнем возникает ударная волна. Это натолкнуло на мысль использовать реактивный двигатель для исследований динамических процессов в грунте и в других средах. В этом случае ударная нагрузка на грунт «растянута» по времени. Кроме того, воздействие нагрузки можно варьировать. Обычно применяемые в исследованиях взрывные процессы, а также ударные (типа падающей с высоты «бабы») такой возможности не давали.
Принцип реактивного воздействия на грунт нашел воплощение в так называемой грунтовой ракете для бурения земных скважин. Идея такой ракеты была высказана в 1946 г. в СССР инженером М. И. Циферовым. Получен патент на нее. Ракета представляет собой корпус цилиндрической формы, заполненный твердым ракетным топливом (возможны и жидкостные грунтовые ракеты). В носовой части корпуса находится запальное устройство и рабочая камера с несколькими соплами. Сопла расположены по высоте на трех ярусах. Один из них призваны «размывать» грунт, другие – расширять скважину и «выдувать» грунт наверх. Ракета устанавливается на пусковой установке вертикально, соплами вниз. Вырываясь из сопел, раскаленная газовая струя размывает грунт, прокладывая путь снаряду. Твердотопливный двигатель ракеты работает 5 – 10 с, развивая мощность до 100 тыс. лошадиных сил. Этой мощности достаточно для проходки скважин диаметром 250 – 1000 мм и глубиной до 20 м.
Грунтовые ракеты используются в строительстве, в сельском хозяйстве, в геологии. Они будут полезны железнодорожникам и метростроевцам для проходки туннелей.
Достижения в области космического материаловедения находят применение в строительстве перекрытий больших общественных и спортивных сооружений. Так, в частности, для этого используется разработанный в рамках космической программы США строительный материал из прозрачной резиновой ткани. Такая ткань была получена в 1967 г. как побочный продукт разработки материала для скафандров астронавтов, участвующих в работах по программе «Аполлон – Сатурн». Повышенные требования к материалам скафандров (прочность, негорючесть, легкость, гибкость) «сформулировали» технические условия на материал, «подсказав» направление работ по его созданию.
По контракту с НАСА фирма-разработчик соткала из полученной пряжи листовой материал, покрыв его тефлоном и специальным светоотражательным составом. Позже фирма сумела сделать пряжу более толстой, снабдив сотканную из нее ткань более толстым покрытием. Используя этот тканый материал, другие фирмы создали надувные пространственные конструкции и разработали технологию их изготовления и монтажа.
Подобные конструкции нашли широкое применение в строительстве. Например, в Детройте из такого материала была построена крыша стадиона, вмещающего 80 тыс. зрителей. Эта крыша, имеющая опоры только по периметру, – самая большая в мире, построенная на основе резиновых материалов.
Другое «космическое» достижение, нашедшее повторное применение при сооружении гражданских и промышленных объектов – создание эффективных изоляционных материалов. Наиболее характерный пример – изоляция для аляскинского нефтепровода. Сырую нефть, перекачиваемую на расстояние 1500 км, требуется все время подогревать, иначе она становится настолько вязкой, что не «проталкивается» через трубопровод.
Правда, добываемая сырая нефть – «теплая». Сохранив это тепло, можно было бы обойтись и без дополнительного подогрева. Здесь-то и пригодились изоляционные материалы, созданные в США в рамках космической программы.
Изоляционное покрытие нефтепровода на Аляске успешно эксплуатируется. Оно не только сохраняет тепло транспортируемой нефти, но и передает его опорам трубопровода. Тем самым исключается осадка опор и как следствие возможная авария трубопровода из-за его разрыва от силовых напряжений. Исследования, проведенные в рамках космических программ, были успешно применены и для транспортировки сжиженного природного газа – в частности, для перекачки газа с судна-перевозчика в береговые хранилища. Сжиженный газ хранится и транспортируется при 127 градусах ниже нуля. Проблема его перекачки по трубопроводу заключается в том, что разница в температуре сжиженного газа и «теплого» трубопровода приводит к температурным напряжениям и к возможному разрыву трубопровода. Подготовка трубопровода осуществляется малой постоянной протечкой криогенной жидкости через него. Объем жидкости должен быть довольно точно рассчитан и жестко контролироваться. Именно в этом сущность технологии. Одна из чикагских фирм заимствовала опыт ракетно-космической техники в этой области, доработала технологию применительно к конкретному природному газу, сконструировала трубопроводы и хранилища, которые успешно эксплуатируются.
В рамках космической программы для теплозащиты поверхности кораблей, используемых по программе «Спейс Шаттл», была создана универсальная металлическая изоляционная панель. Нынче она с успехом применяется как элемент тепловой защиты разнообразных конструкций в земных условиях. Основное ее преимущество по сравнению с традиционной керамической плиткой, также применяемой для этой цели, – большая температурная устойчивость. Изоляционная панель из титана работает в диапазоне температур от 370 до 1480°С; она также защищает поверхность от соударений с микрочастицами и от эрозии. Ее использование (по сравнению с керамической облицовкой) не ведет к увеличению веса космического корабля.
Панель имеет базовую первичную конструкцию, на которую наращиваются путем механической сборки дополнительные элементы. Этим создается оптимальная по весу панель на каждый ожидаемый интервал рабочей температуры.
Интересно конструктивное исполнение панели. Каждая ее деталь точечно прикрепляется в определенных узлах к первичной конструкции, что позволяет избежать термических напряжений. Кроме того, предусмотрены зазоры для теплового расширения элементов конструкции, а также для того, чтобы избежать вибрации.
Изоляционные панели применяются в различных теплоэнергетических объектах и являются одним из ярких примеров использования достижений космонавтики в традиционных областях техники.
Еще один пример: разработка и создание пенопластика повышенного качества. Разработанный в НАСА как изоляционный материал для космических кораблей, он нашел весьма широкое повторное применение: для покрытия детских игровых площадок, обивки сидений вертолетов и автомобилей, покрытий футбольных полей, изготовления матрацев для лежачих больных и новорожденных и др.
Первоначальное предназначение пластика – использование в качестве мягкой обивки кресел экипажа и пассажиров. Под тяжестью сидящего в кресле человека пластик «растекается» и принимает форму тела. Он полностью восстанавливается в объеме после 90%-ного сжатия; существенно поглощает ударные нагрузки; он моется водой и мылом без изменения свойств и товарного вида; выдерживает нагревание до 200 – 250°С без изменения физических свойств и т. д.
Еще один изоляционный материал, разрабатывавшийся в рамках космической программы США для защиты космических кораблей от интенсивной солнечной радиации, получил второе применение в земных условиях. В настоящее время он широко используется как отражательный и изоляционный материал в виде пленки, монтируемой на стеклах, в витринах магазинов и выставочных комплексах, в окнах школ, контор, заводов и больниц. Пленка полностью прозрачна, пропускает более 75% инфракрасного излучения, легко моется.
Безусловно, приведенные примеры далеко не исчерпывают весь спектр повторного использования ракетно-космических технологий в области строительства и создания новых строительных материалов.
Противопожарная техника. Только в США пожары на промышленных и бытовых объектах уносят ежегодно около 12 тыс. жизней. Материальный ущерб составляет 2,84 млрд. долл. – около 1% национального совокупного продукта страны, что соизмеримо, как отметили представители НАСА, с расходами на гражданскую космическую программу США.
Применение достижений космической науки и техники для борьбы с земными пожарами происходит в трех направлениях:
1. Дистанционное обнаружение пожаров со спутников Земли и информация о степени их распространения.
2. Создание специальных ракет, которые запускаются в очаги пожаров, или использование струи реактивного двигателя для «сдува» пламени с очага пожара. Так, например, в Италии для борьбы с лесными пожарами, особенно в труднодоступных местах (горы, болота и т. д.), создаются ракеты для запуска в очаг пожара со специально оборудованного самолета. Ракета содержит пенообразующие компоненты для подавления огня. Применение противопожарных ракет поможет оперативной борьбе с огнем в труднодоступных районах и особенно в начальной фазе пожара для гашения незначительных по размерам очагов (типа забытых туристами костров) без посадки самолета или вертолета в районе пожара или без десантирования пожарных.
3. Создание технических средств для тушения пожаров внутри строений, самих строений или транспортных средств различного назначения, а также экипировка пожарных для безопасной работы в непосредственной близости к очагу пожара. В рамках этого направления заимствовано значительное количество космических достижений. Среди них – индикаторы сигнализации возгораний в помещениях, мощные пенообразующие компоненты, гибкие трубопроводы, насосы для подачи воды (с большим расходом), скафандры и т. д.
На заре космонавтики пионеры ракетно-космической техники обращались к опыту противопожарной техники и изучали ее успехи по крайней мере в двух областях: их интересовали, во-первых, высокопроизводительные пожарные насосы с точки зрения возможности их применения в реактивной двигательной установке для подачи больших масс топлива в камеру сгорания и, во-вторых, опыт создания пожарных скафандров с целью использования в высотном и космическом скафандростроении. В 70 – 80-е годы пришла очередь космонавтики делиться своими успехами. Использование космической технологии было осуществлено в США при создании так называемой установки для обеспечения дыхания – технической системы для работы оператора непосредственно в очаге пожара, в задымленных и загазованных помещениях. Ее элементы – баллон с воздухом, лицевая маска, шланги – фиксировались с помощью ремней на пожарном.
Работы начались в 1.969 г. Они предусматривали создание более надежной, компактной и удобной системы по сравнению с существующей в эксплуатации в то время. Окончательно установка была создана одной из нью-йоркских фирм, специализирующейся по созданию пожарного оборудования, на основе технологий, полученных из НАСА.
Прежняя установка была громоздкой (она тоже фиксировалась непосредственно на операторе), значительно стесняла подвижность и иоле зрения пожарного. Вновь созданная установка легче на 40% по сравнению с существующей, фиксируется на спине человека (а не на плече, как было ранее), а маска уже не мешает обзору.
В этой установке для пожарных заимствован опыт в области разработки автономных систем жизнеобеспечения космонавтов, высаживаемых на Лупу, конструкционные материалы, разработанные в рамках осуществления космической программы, и опыт твердотопливного двигателестроения. Так, корпус воздушного баллона был изготовлен из стеклянной фибры, спирально намотанной на алюминиевый цилиндр. Подобная технология применяется при изготовлении корпусов ТТРД. Установки прошли испытания в пожарных депо Нью-Йорка, Хьюстона и Лос-Анджелеса. Они получили положительные отзывы. Ими впервые были снабжены как штатными пожарные депо Бостона.
Другое техническое новшество в противопожарном деле, полученное на основе достижений космонавтики, – спасательная самотормозящая лебедка для спуска человека через оконный проем с любого этажа высотного здания. В связи с пожарами в высотных гостиницах, где часто очаг возгорания мешает воспользоваться лифтом или лестничным маршем, такая лебедка крайне нужна. Ее «космический» прототип – лебедка для спуска на землю операторов стартовой команды в случае аварийной ситуации, которая может возникнуть при монтаже ракеты-носителя или при его подготовке к пуску.
Спасательная лебедка позволяет человеку спуститься с любого этажа здания через оконный проем (в том числе с верхних этажей высотных зданий) без чьей-либо помощи и с большой безопасностью. Человек массой 60 кг спускается со скоростью около 0,62 м/с, скорость спуска меньших или больших по массе людей отличается незначительно (скорость спуска человека на парашюте около 4 м/с). Лебедка допускает ее немедленное повторное использование.
Функции спасательной лебедки в ряде случаев успешно выполняет матерчатый рукав значительной длины. В пашей стране его «спасательные» свойства привлекли внимание НИИ противопожарной обороны. Рукав развертывается между окном (площадкой и т. д.) здания и землей. «Ныряя» в него, за считанные минуты могут безопасно спуститься на землю несколько десятков человек. Такой матерчатый рукав первоначально также предназначался для спасения операторов башни обслуживания ракеты-носителя в случае аварийной ситуации при подготовке ее к пуску. Эта же идея используется к при эвакуации пассажиров с самолета (находящегося на земле) в случае бедствия на его борту – взрыва, пожара и т. д.
Идею и технологию защиты спускающегося космического корабля от высоких температур советские специалисты использовали для защиты несущих конструкций зданий при пожаре. В пекле пожара несущая металлическая конструкция обычно выдерживает 10 – 15 мин. После этого конструкция теряет несущее свойство, что приводит обычно к разрушению всего здания. За это время подчас не удается организовать эффективную борьбу с огнем и эвакуацию людей и ценностей. Для повышения устойчивости железобетонной (или металлической) конструкции на нее наносят теплозащитный слой. При воздействии на него огня он расширяется, образует защитный газовый экран, тем самым препятствуя нагреву конструкции. Такая «броня» позволяет ей выдержать в огне 45 – 50 мин и способствует более эффективной борьбе с пожаром.
Другой интересный пример использования достижений космонавтики для решения проблем борьбы с пожарами – создание ручного прожектора для освещения в сильно задымленном или загазованном помещении.
В 1969 г. в НАСА разработана и принята программа по разработке и производству агрегата, дающего сравнительно сильную и устойчивую электродугу (такая дуга необходима для производства опытов в испытательной камере по определению параметров окружающей среды вокруг летящего космического корабля).
Технология создания такого агрегата в НАСА была с успехом заимствована для конструирования мощного портативного переносного прожектора, очень полезного для пожарных, полицейских, аварийных партий, а также для бытового применения.
В настоящее время известны и другие заимствования ракетно-космических технологий в противопожарном деле.
Медицинская техника. В земной медицине нашло применение наибольшее число достижений ракетно-космической техники. Успехи космонавтики позволили осуществить миниатюризацию «земных» диагностических приборов и лечебного оборудования, внесли в них «ракетно-космическую» надежность, изящество форм и конструктивных решений, аккуратность исполнения.
Один из типичных примеров прямого использования достижений космической медицины – применение медицинского инструмента и аптечек, входящих в комплект оборудования космических кораблей, для комплектования земных и морских экспедиций. Известно, что советский врач Ю. А. Сенкевич взял с собой на тростниковую лодку «Тигрис» набор приборов, инструментов и медикаментов, аналогичный разработанному для космических полетов. Другой пример – болгарский прибор «Плевен-87», при помощи которого летом 1988 г. в условиях космического полета определялись психофизиологические реакции советских и болгарских космонавтов, может быть использован для тестирования представителей земных профессий: операторов атомных электростанций, врачей-хирургов, летчиков, водителей транспортных средств, спортсменов.
Примеры косвенного влияния космической медицины на земную требуют подробного описания. Космическая медицина значительно расширила паши представления о том, что такое здоровый человек, о границах нормы и патологии, а также об общих закономерностях адаптации организма к условиям окружающей среды. Наблюдения за воздействием невесомости на космонавтов в ходе многомесячных полетов убедили медиков в том, что организм человека обладает более мощными адаптационными возможностями, чем считали ранее. Таким образом, результаты космической медицины помогают совершенствовать теорию и практику земной медицины.
Как и в различных областях народного хозяйства, достижения космической медицины и техники в земной медицине используются чаще всего косвенно. Они играют роль ускорителя передачи информации, без которого процесс проходил бы гораздо медленнее.
Существует обширная литература, описывающая использование отдельных достижений космической медицины в земной клинике. Остановимся на некоторых, наиболее характерных. Так, в результате внедрения достижений космонавтики в повседневную практику стало возможным определение на расстоянии активности сердца и кровяного давления. Сердечные болезни в наше время считаются убийцей № 1; как установили американские специалисты, 54% летальных исходов в США падают на сердечные заболевания. Получение истинной картины работы сердца позволяет врачам оперативно принимать правильные решения. Используя достижения космонавтики, медики разработали систему дистанционного определения активности сердца. Передвижная (на шасси автомобиля) рентгеновская камера передает картину активности сердца на компьютер. По пульсации сердца на экране компьютера определяется частота биения сердца. Используя эту систему, можно установить также наличие тромбов в сердечной полости, определить (за несколько десятков секунд) пораженные участки сердца и другие дефекты кровеносной системы. Эти операции осуществляются на месте. В связи с этим отпадает необходимость транспортировки пациента для диагностики.
Столетиями человек заменял ампутированные конечности протезами. При этом для крепления применялись ремни или пояса, неудобные в практике. Космические и медицинские эксперты в 1967 г. начали поиск конструктивного решения крепления протеза непосредственно к культе, а также исследовали возможность надевать или; снимать протез простым нажатием кнопки.
На решение этой проблемы медиков натолкнул старт ракеты-носителя «Сатурн-5». Как известно, эта ракета-носитель, находясь на стартовом столе, удерживалась механическими захватами. «Сатурн-5» соединен с «землей» многими пневмо-, гидро- и электроцепями. По достижении определенной тяги двигательной установки механические захваты отводятся, и ракета-носитель, масса которой значительна (около 3 тыс. т), начинает свободный полет. Нечто подобное по идее было решено осуществить применительно к пациентам с ампутированными конечностями.
Необходимо было решить проблему вживания сверхчистого углерода, употребляемого в качестве облицовочного материала в соплах реактивных двигателей и в тепловых экранах, непосредственно в ткань человека. Аналог такого решения в природе был: выход зуба или ногтя из биологической ткани.
Сначала, как вспоминает руководитель Центра ампутации Лос-Анджелесского госпиталя доктор В. Мунч, проблемы, связанные с использованием углерода при ампутациях, обсуждались только врачами на ряде конференций. Выступления врачей привлекли специалистов НАСА, особенно специалистов Космического центра им. Кеннеди, которые предложили свою помощь в решении этой проблемы. Была разработана полномасштабная модель прикрепления протеза, сходная по принципу с работой механизма освобождения ракеты-носителя «Сатурн-5» и имеющая специальный ударопоглощающий амортизатор. Нержавеющий стальной штифт вживлялся в кость ампутированной конечности и скреплялся с углеродистой манжетой в месте его выхода из биологической ткани. Протез ноги прикреплялся к штифту в необходимом положении при помощи приспособления, известного под названием «цилиндрическая замковая цапфа», примененного в ракетно-космическом комплексе «Аполлон – Сатурн».
Для облегчения жизни инвалидов, испытывающих затруднения в движении, включая людей с парализованный руками и ногами, удалось разработать специальные комнаты-гостиные, оборудование которых (для открытия дверей или окон, смены каналов телевизора или положений кровати и т. д.) управлялось голосом, а также создать инвалидные коляски, действующие по этому же принципу. При этом использованы приборы и системы, «взятые» у космонавтов.
«Космический» материал – титан также нашел применение в земной медицине. В частности, американские и английские специалисты, работающие совместно, изготавливают из этого металла искусственное сердце человека. В США два титановых сердца уже имплантированы, в Англии ведутся работы по осуществлению подобной операции. В СССР на базе предприятия «Орелремстанок» и областной стоматологической поликлиники открыт центр по производству зубных титановых протезов. По мнению врачей, титановые коронки но биологическим свойствам, химической стойкости, косметическому эффекту оказались не хуже протезов из чистого золота высокой пробы. По износостойкости они превосходят золотые, а стоимость их намного ниже.
Имеются и другие случаи (или пока попытки) применения достижений космонавтики в земной медицине.
Сельское хозяйство. Типичный пример – создание в США нового, более прочного плуга, этого самого древнего механизма земледелия. Плуг рассчитан по методикам, созданным для определения прочности космических кораблей.
В СССР разработан способ распыления растворов пестицидов с помощью реактивного двигателя. Применение самолетов сельхозавиации имеет определенные недостатки: неравномерность опрыскивания и пропуски площадей, большие потерн пестицидов, зависимость от метеоусловий, высокая себестоимость. К тому же сельхозавиация – убыточная отрасль (до 5 млн. руб. в год). Для уменьшения затрат на сельхозработы, повышения их качества был предложен и испытан наземный самоходный аэрозольный генератор большой мощности. В качестве распыляющего устройства использован отработавший моторесурс авиационный турбореактивный двигатель. С его помощью раствор пестицида, подаваемый в специальный насадок, испарялся и выдувался. При выходе из насадка пестицид конденсировался в виде тумана. Туман распространялся с воздушным потоком на 7 – 8 км, охватывая большие территории. Опыты были успешными. Считается, что такой метод эффективен для борьбы со вспышками размножения массового вредителя.
Таким же способом, используя струю реактивного двигателя, можно осуществлять и другие виды сельхозработ – производить сушку зерна или даже ... тушить возгорание зерна в элеваторах. В случае самовозгорания к очагу пожара, находящемуся порой у самого дна башни элеватора, на глубине 20 – 30 м. очень трудно подступиться. Приходится заливать очаг пожара сверху, что приводит, как правило, к взрыву образовавшихся продуктов гниения зерна, потере большой массы зерна и даже к человеческим жертвам. Другой путь – преднамеренное разрушение элеватора, чтобы освободить подступы к очагу пожара – ведет к большим экономическим потерям. Но даже эти меры порой не дают положительного результата, и элеваторы горят педелями. Так было, например, на элеваторах Нечерноземной зоны в 1987 – 1988 гг.
Для тушения пожара в элеваторах предложено использовать ракету, работающую на углекислом газе. По конструкции она сходна с грунтовой ракетой, о которой упоминалось ранее. К хвостовой части «зерновой» ракеты подводится шланг от баллонов с углекислым газом. Зарываясь в зерно, ракета доставляет шланг, через который затем нагнетается углекислый газ, к очагу пожара.
Подобными методами можно бороться с возгоранием и других сыпучих грузов – штабелей каменного угля (на шахтах или в трюмах кораблей), древесных опилок, накапливающихся на деревообрабатывающих заводах, бытовых отходов.
Большие возможности – сегодня пока более теоретически, чем практически, – использования достижений космонавтики в сельском хозяйстве сулит совпадение основных задач космического и земного растениеводства: увеличение интенсивности земледелия, раскрытие потенциальных возможностей растительных организмов.
Импульс к развитию космического растениеводства дали идеи К. Э. Циолковского, Ф. А. Цандера и других пионеров ракетно-космической техники, высказанные ими в связи с созданием на космических кораблях автономной системы жизнеобеспечения. Такая система, как известно, предназначена для поддержания в замкнутом объеме космического корабля заданного химического состава и физических параметров газовой среды, удовлетворения потребностей экипажа в пище, в воде, удаления отходов жизнедеятельности космонавтов.
Специалисты Института агрохимии и почвоведения АН СССР считают, что достижения космического растениеводства, его технология, техническое оснащение, несомненно, будут использованы в теории и практике земного растениеводства и земледелия. В земных условиях можно будет осуществить высокий выход полезной продукции при минимуме материальных ресурсов и посевных площадей, оптимизировать условия среды выращивания каждого конкретного вида растений, добиться независимости в получении урожая от климатических изменений. Космический опыт позволит применять технологии с замкнутым циклом и с вторичным использованием отходов. Он ласт возможность увеличивать посевные площади путем размещения посевов в несколько этажей, их «монтажа» на бросовых, не пригодных для традиционного земледелия землях (пустыни, солончаки и т. д.).
Особенно перспективно использование достижений космического растениеводства в парниковых и тепличных хозяйствах. Имеется в виду круглогодичное выращивание овощей и некоторых видов культур, нерайонированных в данной местности (например, тропических лекарственных растении, требующих особых условий среды, и ряда технических культур – хлопка, табака, хмеля и др.). В тепличном хозяйстве будут применяться «космические» приборы – датчики, анализаторы, ЭВМ для автоматического управления системами. Космические же строительные и монтажные конструкции, обладающие малой материалоемкостью, обеспечат более эффективное расходование световой энергии, отвод излишков тепла, закрепление и поддержание стеблей растений, оптимальный полив и др.
Несомненно, дальнейшее развитие космонавтики и, в частности, пилотируемых полетов увеличит вклад космических технологий в развитие земного растениеводства и земледелия.
Горнодобывающая промышленность. В горнодобывающей промышленности повторное использование достижений космонавтики осуществляется по нескольким направлениям.
Для развития наземных методов исследования грунта и ископаемых оказались очень полезными приборы и методы исследования лунного грунта. Ученые Горного института Кольского филиала АН СССР широко используют методику и инструменты, созданные ими для анализа образцов лунного грунта, для изучения образцов пород, доставленных из различных районов Кольского полуострова и Урала. Технология комплексных исследований лунного реголита привела к качественному сдвигу в теоретическом и инструментальном исследовании образцов земных пород.
Многие идеи, разработки и достижения ракетно-космической техники пристально изучаются специалистами горнодобывающей промышленности. Некоторые топкие методы экспресс-анализа воздушной атмосферы в шахтах, на рудниках и карьерах могут быть заимствованы из богатого арсенала способов анализа атмосферы жилых и рабочих помещений космических кораблей и орбитальных станций. Для локализации пожаров в шахтах предлагается использовать парашюты, которые находятся в упакованном виде в вентиляционном канале шахты. При пожаре они автоматически раскрываются, перекрывая доступ воздуха к очагу пожара. О дистанционных манипуляторах, нашедших применение в шахтах Канады и Индонезии, уже упоминалось.
Опыт эксплуатации рудодобывающих карьеров показал, что достижения реактивной техники могут найти широкое применение для транспортировки, разрушения, обрушивания, оттаивания, механизации погрузки сопровождающих пород и т. д. Здесь могут быть использованы специально созданные или отработавшие свой срок в авиакосмической промышленности реактивные двигатели. После модернизации, связанной с переводом их на другое топливо (авиационный керосин слишком дорог), они могут быть использованы не только в горнодобывающей, но и в металлургической, химической, нефтегазовой промышленности.
Советских ученых и инженеров заинтересовала возможность создания установки для транспортировки вскрышных пород открытых карьеров в отвал. В 1957 г. было получено авторское свидетельство на метод транспортировки (метания) пород в отвал и на конструкцию установки, в которой использовалась энергия отработанных газов авиационного турбореактивного двигателя. Установка работала следующим образом: в лоток подавалась порода, которая попадала в коническую изогнутую его часть. Сюда же била струя реактивного двигателя, увлекавшая породу через коническую часть и выбрасывавшая ее на необходимое расстояние в сторону. Установка способна переместить куски породы диаметром 0.2 м на расстояние в десятки метров. Ее производительность до 2000 м3 в час. Правда, пылила она немилосердно, поэтому реактивную транспортную систему для перемещения породы пришлось заключить в трубопровод значительного диаметра. Располагая реактивные двигатели по длине нитки, оказалось возможным «метать» породу на еще большие расстояния – до километра.
Реактивный двигатель находит также применение для измельчения и дробления руд в процессе их обогащения – в так называемых газоструйных мельницах. В 1964 г. такая мельница была создана в пашей стране.
В открытых карьерах, как известно, «застаивается» пыль и газы – от работы автотранспорта и экскаваторов, после взрывов. В осенне-зимний период карьеры часто простаивают из-за туманов которые «скатываются» внутрь карьера. Для борьбы с этими явлениями в начале 60-х годов была создана и испытана промышленная установка для проветривания атмосферы карьера воздушно-водяными струями. Она была выполнена на базе железнодорожной платформы, оборудованной турбореактивным двигателем и цистерной с водой. Вода подавалась к соплу реактивного двигателя под давлением и вводилась в струю двигателя при помощи вспомогательных насадок. Образующаяся воздушно-водяная струя в состоянии очистить и «прогнать» в течение часа значительную массу воздуха – около 700 млн. м3. Для «проветривания» районов массовых взрывов требуется всего 20 – 40 мин работы установки (независимо от мощности взрывов).
Бытовая техника и рабочая одежда. В последние десятилетия достижения ракетно-космической техники получили большое распространение в быту. Успехи в создании космических скафандров широко используются при разработке промышленных и пожарных скафандров и при разработке образцов повседневной рабочей одежды.
Сравнительно широкое распространение в США получила водоохлаждаемая рабочая одежда. Шлем и жакет, изготовленные из прорезиненной ткани, содержат в своей конструкции резиновые трубки, расположенные соответствующим образом, и водяной резервуар с насосом. По трубкам циркулирует охлажденная вода, отбирая избыточное тепло тела. Охлаждение воды возможно несколькими способами – путем подключения резервуара к бортовой сети транспортного средства, производящей холод, к водопроводной сети здания или помещения в резервуар кубиков льда из домашнего холодильника.
Шлем и жакет могут использоваться и как индивидуальные нагревательные приборы. Это расширяет сферу их использования. Они не дискомфортны, их можно носить поверх другой рабочей одежды. Водоохлаждаемая одежда находит применение у людей разных профессий – монтажников, маляров, шоферов, трактористов, летчиков и т. д., работающих в жарких районах или в помещениях с повышенной (пониженной) температурой.
В проекте «Аполлон» лунный модуль служил одновременно домом и рабочим местом для астронавтов. Чтобы сохранять температуру внутри модуля, близкую к комнатной (а днем на Луне весьма «жарко»), в его конструкции было предусмотрено изоляционное покрытие, обладающее свойством эффективно отражать солнечные лучи. Оно обеспечивало и радиационную защиту. В процессе поиска пригодного для этой цели материала специалисты остановили свой выбор на уже существующем покрытии для отражения теплового излучения, используемом в промышленности и быту. Однако характеристики этого покрытия не удовлетворяли специалистов ракетно-космической техники. Они обратились к фирме-изготовителю с предложением резко улучшить его отражающие свойства и помогли фирме в научных, технологических и финансовых вопросах.
Улучшенное покрытие в виде тонких алюминизируемых листов было успешно использовано при создании лунного модуля, а позже применено для защиты от солнечных лучей космических кораблей по программе «Спейс Шаттл». Покрытие может выдерживать температуру до 1800 градусов по Фаренгейту.
Модифицированное покрытие широко используется и в ряде образцов земной продукции. Например, оно нашло применение в домашних отопительных печах и каминах; им облицовывается поверхность топки и газоходов. Покрытие эффективно отражает тепло открытого пламени, нагретого воздуха в помещение, тем самым повышая к. п. д. печей и каминов.
Эти же работы предопределили появление новой коммерческой продукции в виде алюминизированного водоотталкивающего одеяла, защищающего человека от тепла и холода, радиоактивной пыли и т. д., а также изоляционного материала, применяемого в сельском хозяйстве, спорте, строительстве.
Одеяло изготавливается в виде отдельных листов площадью 2,6 м2 (2,15 × 1,22 м). Оно весит всего 57 граммов и складывается настолько компактно, что помещается в кармане костюма. Обернутое вокруг человека, оно отражает внутрь более 80% тепла. Это более чем достаточно для поддержания относительного теплового комфорта длительное время даже при минусовых температурах. Помещенное между обычными одеялами, оно позволяет защитить спящего от потери тепла в течение ночи, что важно для полярников, геологов и т. д.
В 1976 г. фирма-изготовитель подарила «космические» одеяла американскому Красному кресту для распространения их в ряде штатов, испытывавших суровую зиму. Одеяла раздавались людям, чья жизнь находилась под угрозой в связи с холодами или нехваткой топлива, и помогли им выжить.
Алюминизированный водоотталкивающий материал,, идущий на изготовление «космических» одеял, стал применяться для производства одежды, палаток, спальных: мешков, спасательных плотов и др. Этот материал обладает еще одним важным свойством – он отражает радиоволны. Это качество способствует быстрому и надежному обнаружению (при помощи самолетных и вертолетных радиолокационных станций) людей и технических средств в случае аварии, потери ориентации и т. д. Палатка, изготовленная с применением этого материала и окрашенная в оранжевый цвет, обнаруживается с высоты 6000 м при помощи авиационного радара. Этот материал применяется в сельском хозяйстве – для укрытия посевов и земли, охотно используется рыболовами, охотниками, спортивными болельщиками и лицами, не имеющими крова и проводящими большую часть времени на открытом воздухе.
Специалистов, далеких от ракетно-космической техники, удивил тот факт, что. несмотря на колебания температуры на поверхности Луны от +150 до –150°С, температура внутри лунного модуля, как уже говорилось, все время оставалась в пределах комнатной. Энергия на поддержание ее была весьма незначительной.
Возникла идея применить те же подходы и те же методы расчета теплового баланса к проектированию жилых домов.
Первые так называемые одноваттные индивидуальные дома, созданные в 70-е годы по «космическому» принципу, показали удивительные результаты в области затрат на их обогрев. Строительство таких домов было увеличено. В 1982 г. их уже насчитывалось более 600. При их проектировании производится поэлементный расчет конструкций всего дома на теплопроводность, на баланс тепловой энергии, создаются наиболее энергосберегающие узлы и конструкции, определяется оптимальная изоляция дома и т. д. Расчеты и проектирование ведутся с помощью ЭВМ. В конструкции (особенно в степных панелях) широко используется материал «космических» одеял – алюминизированные листы.
Представители фирмы-разработчика и изготовителя одноваттных домов утверждают, что их расчеты настолько надежны, а конструкция дома так оптимизирована по критерию «стоимость дома – затраты на отопление», что они в состоянии дать домовладельцам гарантию того, что расход энергии на отопление при любой погоде не будет превосходить одного киловатта в час. т. е. всего 1 – 3 цента в час. что по меркам США очень мало.
Повторное использование достижений космонавтики в быту настолько широко, что невозможно перечислить все случаи такого использования. Применение их иногда крайне неожиданно. Прибор, созданный для регистрации колебаний грунта на Луне и обладающий высокой чувствительностью, с успехом применяется для охраны как частных домов, так и служебных помещений. Он реагирует на шаги человека и дает сигнал тревоги на пульт, установленный в кабинете, спальне или в другом каком-либо месте. В результате удалось сократить расходы на охрану территорий и помещений, увеличить надежность защиты от несанкционированного проникновения.
Интересен и другой факт заимствования ракетно-космической технологии. При осуществлении космических программ возникла потребность в стирке парашютов, применяемых для приземления космических кораблей или для приводнения отработанных твердотопливных ускорителей с целью их последующего использования. Парашюты сложны по конструкции, имеют значительные размеры, дороги. Для их стирки в НАСА была создана специальная стиральная машина, при работе которой применялась «ракетная» моющая жидкость. Ранее эта жидкость использовалась для мойки внутренних поверхностей твердотопливных ускорителей ракет с целью их повторного использования.
На основе этой машины и моющей жидкости создана технология для мытья сложных и больших пространственных конструкций типа матерчатых шатров и тентов цирковых зданий, театров, торговых центров, складских помещений, других всевозможных сооружений с мягкой тканевой кровлей, парусов морских кораблей и т. д.
Космические технологии нашли применение в создании «голосовых» замков, срабатывающих только на тембр голоса хозяина, приборов для получения сверхчистой питьевой воды, кухонного разогревателя пищи, антиинфекционной вентиляции жилых помещений и др. Выдвигаются крайне оригинальные идеи. Так появились проекты устройства космических кладбищ. Предлагается запускать космические корабли с телами умерших на различные орбиты вокруг Земли (например, на орбиту комет). Периодически корабли-кладбища будут подходить на близкое расстояние к Земле, и возможно будет наладить посещение этих кладбищ родственниками... и туристами.
Однако наиболее впечатляющим будет создание домашнего холодильника на новом физическом принципе. У него не будет каких-либо вращающихся частей (кроме дверей, если их не заменят на другую конструкцию, например типа выдвигаемых ящиков). Принцип работы холодильника основан на магнитокалорическом эффекте: если в сильном магнитном поле вращать рабочее тело и попеременно то намагничивать, то размагничивать его, то при быстром размагничивании тело понижает свою температуру. Холодильная машина по этому принципу уже разработана. Она предназначена для охлаждения датчиков ИК-излучения, командных процессоров, опор подшипников гироскопа и других систем и агрегатов на борту космического корабля. Созданные по этому принципу бытовые холодильники будут меньше по габаритам и массе, проще по конструкции, обладать более высоким к. п. д. Замена существующих бытовых холодильников на работающие по новому принципу даст громадную экономию электроэнергии.
ПРИМЕНЕНИЕ ДОСТИЖЕНИЙ КОСМОНАВТИКИ НА ТРАНСПОРТЕ
Авиастроение. На начальном этапе развития космонавтики авиастроение было тем фундаментом, на котором основывались ее первые практические достижения. Но уже с 70-х годов космонавтика начинает поставлять идеи для дальнейшего развития самолетостроения. Основные направления – повышение безопасности, экономичности пассажирских перевозок, снижение шума и загрязнения окружающей среды, уменьшение перегрузок аэропортов, улучшение процессов взлета и посадки, совершенствование посадочных полос, модернизация реактивных двигателей и самих самолетов и др.
Наиболее впечатляющее достижение – испытание в СССР первого в мире самолета (Ту-155), способного использовать криогенное топливо (жидкий водород и сжиженный природный газ). Совершенствованием реактивных двигателей, использующих криогенное топливо, специалисты ракетно-космической отрасли занимались многие годы. Создатели Ту-155 творчески осмыслили накопленный космонавтикой опыт, освоив технику безопасности при работе с жидким водородом, вакуумплотную сварку, новые материалы, технологию заправки компонентами криогенного топлива и т. д. Эксплуатация нового самолета сулит немало выгод, среди них – снижение экологического воздействия на атмосферу Земли. Ведь только гражданскими самолетами нашей страны ежедневно сжигается около 1 млн. т химического топлива. Воздействие на атмосферу немалое.
Возможно мы станем свидетелями осуществления в авиации и других смелых проектов, возникших «попутно» при создании космических транспортных средств. Так, фирма МВВ (ФРГ) вынашивает идею о создании транспортно-космического корабля для Западной Европы. Его первая ступень – самостоятельная конструкция в виде пассажирского гиперзвукового аэробуса для полета в пределах земной атмосферы на высоте до 30 км. В повседневной «космической» жизни первая ступень – разгонщик самолетного типа. Стартуя с аэродрома, он доставляет на высоту 40 – 50 км вторую (космическую) ступень. Используя собственные двигатели, она выходит на орбиту, а разгонщик садится на аэродром. Такое двойное использование первой ступени позволит достигнуть большей экономичности и эффективности при полетах как в земной атмосфере, так и в космосе.
Типичный пример влияния достижений космонавтики на увеличение пропускной способности аэропортов – проведение исследований (по методикам НАСА) турбулентности воздушного потока за самолетом во время его взлета и посадки. Большие самолеты – пассажирские, грузовые, реактивные – создают кильватерные струи воздуха. Они очень опасны для попадающих в них самолетов (особенно легкомоторных), и тем более при заходе на посадку в районе крупных аэропортов. По этой причине авиаслужбы должны «держать» восьмикилометровые (не меньше) расстояния между идущими вслед друг другу на посадку самолетами, Такое требование ограничивает пропускную способность крупных аэропортов. Американские ученые исследовали характеристики кильватерных струй воздуха, используя приборы, первоначально разработанные НАСА. Была получена необходимая информация о том, с какого расстояния за идущим впереди самолетом можно начать безопасную посадку следующего самолета. Эта информация способствовала увеличению пропускной способности аэропортов и, главное, повышению безопасности полетов.
С повторным использованием достижений космонавтики связаны и определенные успехи в области применения гибкого крыла в авиации. В последнее время получили широкое распространение планеры с гибким крылом. Успехи фирм, производящих такие планеры в США, во многом опираются на достижения НАСА в этой области. При разработке НАСА первых проектов пилотируемых полетов гибкое крыло привлекло внимание специалистов как возможное средство приземления космического корабля. Преимущество крыла над парашютом в этом случае заключается в том, что при помощи крыла можно планировать на большие расстояния. Это необходимо для посадки корабля в расчетной точке, например на суше, а не в океане.
Патент на гибкое управляемое матерчатое крыло V-образной формы был выдан в 1951 г. Крыло разрабатывалось в НАСА, несмотря на то что в вопросах посадки космического корабля решено было остаться верным парашюту. Испытание конструкции крыла в аэродинамической трубе, разработка усовершенствованных его конструкций привели к широкому использованию гибкого крыла на практике.
Параллельно НАСА разрабатывалось так называемое крыло со сверхкритическим профилем.
Сверхкритическое крыло активно препятствует созданию ударной волны на передней его кромке и способствует разрушению в случае ее образования. Хорошо известно, что при приближении скорости самолета к звуковому барьеру крыло генерирует ударную волну – «хлопок», который мы слышим на земле. Ударная волна способствует увеличению сопротивления движению самолета, увеличению расхода топлива.
Проведенное НАСА испытание показало, что осуществление этой идеи даст возможность увеличить дальность полета самолета (при том же запасе топлива) примерно на 15% и как следствие снизить стоимость полетов.
Успехи в создании и использовании систем управления я приборного оборудования космических ракет и кораблей позволили выработать новую концепцию в управлении самолетами и применить ее на практике. Так, согласно программе работ НАСА в области усовершенствования авиации были, в частности, проведены исследования работоспособности перспективной системы управления самолетом, получившей название «полет с проводами». Ее отличие от систем, применяемых до этого, – использование ЭВМ и замена механического привода органов управления самолета на электронно-механический, наподобие применяемого в космических ракетах и кораблях.
Интересно отметить, что компьютер для системы управления самолетом по проводам первоначально был использован на борту космического корабля «Аполлон-15», совершившего полет к Луне. Специалисты НАСА успешно приспособили его и всю связанную с ним систему для использования в авиации.
Применение подобной системы улучшает управление самолетом на всех режимах полета и, следовательно, обеспечивает большую безопасность полета. Кроме того, ее использование позволяет уменьшить аэродинамические нагрузки и вес конструкции. Тяжелые системы металлических тяг, воздушные и гидравлические трубопроводы, которые обычно передают управляющие усилия, заменяются легкими электропроводами. Уменьшение веса системы управления способствует увеличению полезной нагрузки и экономии топлива.
Американские специалисты осуществили исследовательскую программу по управлению полетом легкомоторных самолетов из кабины, расположенной не на самолете, а на земле. Пилот на борту испытательного самолета отсутствовал. Преимущество подобного новшества очевидно – отсутствие риска для жизни летчика при испытаниях новых самолетов. При разработке и испытании различных авиационных узлов и систем стало возможно использовать летающие стенды – более простые и менее масштабные модели самолетов. Такие испытания из кабины составляют по стоимости только половину затрат на полномасштабные пилотируемые полеты. Компьютер для управления полетом и другие необходимые приборы были успешно заимствованы из ракетно-космических разработок НАСА.
Снижение расхода топлива – одна из проблем гражданской авиации, в значительной степени влияющая на рентабельность перевозок. Ученые НАСА разработали перспективный турбовинтовой двигатель для магистральных самолетов, который оказался более экономичным и менее шумным (да и вибрация меньше) при больших скоростях полета. Особое внимание было уделено работам по созданию экономичной двигательной установки для вертикального взлета и посадки самолета Е черте города и перегруженных аэропортов (воздушное такси). Решение проблемы пошло по пути использования изменяющего наклон авиационного силового ротора вертолетного (большого) размера. После взлета ротор устанавливается в положение обычного турбовинтового самолета. Конструкторы считают, что скорость самолета с подобным двигателем достигнет около 650 км/ч, взлет и посадка возможны с крыши зданий или огороженных городских площадок, что существенно улучшит транспортную обстановку в крупных городах.
Определенный прогресс был достигнут в проблеме снижения шума авиационных двигателей и уменьшения загрязнения окружающей среды авиатранспортом. Оказалось, что двигатели, применяемые на самолетах при их незначительной модификации и оптимальной эксплуатации (по критерию шума) могут уменьшить, как показали испытания, на 75% зону, где шум от самолета превышает допустимую норму. НАСА совместно с Федеральной авиационной администрацией разрабатывают так называемую двухрежимную процедуру приземления самолетов. При этом удалось добиться 67%-ного уменьшения «зоны озвучивания».
Еще одна важная проблема современной реактивной авиации – снижение уровня загрязнения от работы авиадвигателей. В 70-е годы НАСА выполнила исследования по определению воздействия отработанных газов авиадвигателей на разрушение естественной атмосферы Земли, особенно на концентрацию озона.
Для этой цели НАСА, используя достижения в разработке аппаратуры и методики испытаний окружающей среды вокруг космического корабля, провела дооборудование самолета «Боинг-747» соответствующими компьютерами и приборами. Во время полета они фиксируют данные не только о состоянии параметров окружающей среды около, но и внутри самолета, а также состояние метеоусловий в районе пролета, точную высоту, место нахождения, скорость полета самолета и текущее время. В экспериментах оперативно контролировались четыре параметра окружающей среды (степень загрязнения пылью, количество окиси углерода, озона и паров воды) в зависимости от скорости, высоты полета и т. д. По мере совершенствования методики исследований и накопленного опыта американские специалисты перешли на одновременный контроль десяти различных. параметров окружающей среды. Количество отборов проб по времени автоматически увеличивалось по мере увеличения высоты полета. Обработка на ЭВМ полученных данных позволила установить определенные закономерности загрязнения среды на больших высотах и наметить пути его уменьшения.
Имеются и другие примеры использования технологий ракетно-космической техники в авиации.
Автомобилестроение. В этой отрасли использование достижений ракетно-космической техники в настоящее время получило самое широкое развитие в экономически развитых странах. На основе космических технологий были успешно проведены работы, направленные на уменьшение потребления топлива и загрязнения окружающей среды. В частности, был создан автодвигатель, сберегающий топливо и в меньшей степени загрязняющий воздух. Разработано устройство, снижающее содержание окислов азота в выхлопных газах, а также портативный анализатор для проверки токсичности отработанных газов. Был создан высокоточный прибор для регулирования зажигания. Его применение привело к снижению расхода топлива и уменьшению токсичности выхлопа.
Водородное топливо успешно внедряется в автомобильный транспорт. Около десяти лет по Москве ездят два «водородных» автомобиля – РАФ и «Волга». Их двигатели могут работать как на водороде, так и на бензине или на бензоводородной смеси. Добавление даже незначительных количеств водорода в топливо резко снижает токсичность отработанных газов за счет более полного сгорания бензина.
В области безопасности эксплуатации автомобилей были разработаны и внедрены методы неразрушающего контроля для испытания прочности шин с использованием инфракрасной лучевой камеры. Исследования устойчивости движения возвращаемого с орбиты крылатого космического корабля привели к. разработке рекомендаций и методов повышения устойчивости движения автомобиля при предельных скоростях на дороге, покрытой льдом, снегом, грязью и т. д.
Разработки новых огнестойких материалов, пластмасс, красок, смазки трущихся деталей для космических кораблей были использованы для повышения пожаробезопасности автомобиля.
Перечень нововведений для автомобилестроения, в основе которых лежит повторное применение достижений космонавтики, обширен. Так, для колес транспортной тележки, перемещающейся по поверхности Луны с инструментом и оборудованием во время экспедиции космического корабля «Аполлон-14», была разработана специальная авторезина, имеющая повышенный коэффициент сцепления и устойчивость к механическому разрушению от воздействия высоких и низких температур. Резина обладала такими ценными качествами, как повышенная однородность и механическая прочность. Эти качества привлекли внимание специалистов автомобилестроения. Химический состав «лунной» резины и технология изготовления шин были успешно использованы для создания «зимней» автомобильной резины. Шины из такой резины хорошо обеспечивают сцепление с ледяным или снежным, покровом. Отпадает необходимость в металлических шипах. Это упростило технологию изготовления автомашин, снизило расход металла и стоимость (затраты на металлическую ошиновку обычно повышают стоимость шины примерно на 25%).
Технология НАСА, связанная с аэродинамикой летательных аппаратов, была с успехом применена для улучшения внешних аэродинамических форм грузовиков с целью снижения расходуемого топлива. Проведенные исследовательские работы дали интересные результаты. Изменение внешней формы малых грузовиков привело к снижению их аэродинамического сопротивления на 50%. На больших скоростях это эквивалентно уменьшению расхода топлива на 15 – 20%.
Путь экономии топлива за счет аэродинамического «облагораживания» крайне выгоден. По мнению американских специалистов, в результате улучшения внешних форм грузовых автомобилей можно реально снизить (для всех видов автоперевозок) расход топлива из 5%. Это даст колоссальную экономию топлива и снизит загрязнение окружающей среды.
Другое полезное нововведение, появившееся в автомобильной технике на основе повторного использования достижений космонавтики, это система оперативной диагностики автомобильных двигателей. Ее прототипом: служила система, разработанная по контракту НАСА с целью контроля внутренней среды на орбитальной станции и ее технического состояния. Она – составная часть (подсистема) автоматической системы управления и контроля за всей станцией. Конструктивные элементы подсистемы и технологии поиска неисправностей с успехом применены в центрах по обслуживанию автомобилей.
За 25 минут работы система может выполнить операции по определению технической неисправности всего автомобиля, сравнивая состояние или работу каждого узла с эталонным. Система находит применение на авторемонтных станциях, информируя не только о том, какой узел вышел из строя, но и о причине выхода и о том, что надо сделать. После ремонта система дает возможность убедиться, что в машине отсутствуют дефекты и она готова к эксплуатации. Другое применение системы – использование ее в торговых центрах по продаже автомобилей с целью убедить покупателя, что продаваемая ему конкретная машина не имеет скрытых технических дефектов, незаметных невооруженным глазом. Применение системы способствовало увеличению продажи автомобилей.
Интересно также заимствование технологии визуального определения движущегося объекта. По программе пилотируемых полетов в США был разработан прибор со светоарматурой типа «мигалки». Он предназначался для подачи световых прерывистых сигналов, в частности, для облегчения визуального поиска спускаемых космических аппаратов. Разработанная для этой цели светосистема оказалась достаточно эффективной и. как известно, широко применяется в практике космических полетов.
Конструкция и принципы работы системы были успешно использованы в автомобилях для подачи предупредительных сигналов при экстренных перевозках, при перевозке негабаритных, опасных и ядовитых грузов. Светосистемой с успехом могут быть оборудованы пожарные и полицейские машины, машины сопровождения, аэродромные автомашины, автомашины-уборщики и некоторые другие типы транспортных средств.
Фонари-мигалки устанавливались на телескопической мачте на крыше транспортного средства. В рабочем положении они выдвигались над Крышей на высоту 0,5 – 2 м. Обладая повышенной светоотдачей, они стали эффективным средством предупреждения аварийных ситуаций на дорогах.
Космическая техника используется в автомобиле строении и для прецизионного определения дальности автопробега. «Луноход-1 и -2» (СССР) и лунная пассажирская платформа (США) были оборудованы измерительными системами пройденного пути, позволяющими с высокой точностью определять пройденное расстояние. Созданные в рамках космической программы, они дают возможность определять расстояние с точностью до 1 см на каждый километр пути. Такая точность измерения необходима в ряде случаев в земной практике: при определении фактических длин созданных дорог, трасс трубопроводов, линий электропередач и т. д., при разбивке на местности спортивных трасс, дорожек стадионов и пр.
Точная система определения пробега относительно легко устанавливается на любом автомобиле и включает датчики определения угла поворота автоколеса и систему отсчета данных на панели, установленной в кабине. Она позволяет быстро и с малыми затратами определить длину наземных трасс.
Также интересно предложение о создании навигационной и информационной автомобильной космической системы. При эксплуатации автотранспорта на дальних расстояниях требуется оперативно получать достаточно точные данные о местонахождении автомобиля и о его техническом состоянии на линии. Шведские специалисты выдвинули предложение о создании глобальной автомобильной навигационной и информационной системы для автотранспорта через систему ИСЗ, подобной применяемой на морском флоте. Она позволит резко улучшить оперативное управление работой автотранспорта. Такая система не будет превышать более 1% стоимости автомобиля, и затраты на нее окупятся за короткое время.
Ракетно-космическая технология на автотранспорте используется для спасения человеческих жизней. Все знают, как тяжело подчас вызволить человека из деформированного в результате аварии автомобиля. На основе разработок, связанных с космическими программами, за рубежом специально для этих целей был создан газовый резак, представляющий собой твердотопливный реактивный двигатель. Это переносной портативный аппарат в виде цилиндра диаметром 6,2 см, длиной 45 см, весом 3 кг. Резак развивает температуру пламени до 5000°, эффективно режет не только обшивку, но и стальную плиту толщиной 6 мм, развивая скорость резания до 0,3 м/мин, а также балки и другие металлические конструкции. Время его работы 3 мин, но его хватает, чтобы разрезать автомобиль на две части. Реактивный резак можно применять и при авиационных и железнодорожных катастрофах.
Ведущие автомобильные фирмы при создании перспективных образцов автомобилей, в том числе и автомобилей XXI века, планируют шире внедрять и использовать достижения аэрокосмической технологии. В этом отношении характерна выставка, проведенная в Токио в 1987 г. В модели автомобиля японской компании «Субара» не предусматриваются зеркала заднего хода. Их заменяют встроенные в задний бампер видеокамеры, подающие цветное изображение на компьютерный дисплей, расположенный над рулем. Корпорация «Тоёта» в одной из моделей использовала газотурбинный двигатель, компания «Исудзу» создала автомобиль, оснащенный полностью керамическим мотором, та же «Тоёта» представила машину с компьютерной системой, благодаря которой автомобиль, пользуясь показаниями встроенного электронного радара, самостоятельно держит дистанцию, тормозит и останавливается перед препятствием. Обтекаемая каплевидная форма, моторы с микропроцессорами и компьютерным контролем, другие принадлежности космических технологий закладываются в большинство концептуальных образцов автомобилей будущего.
Судостроение и водный транспорт. Несомненно, наиболее известные результаты использования достижений космонавтики в этой отрасли основываются на применении космических навигационных систем, систем связи, поиска и спасения при кораблекрушениях. Однако, помимо их, в морском деле применяются и другие, менее «видные» достижения: различные материалы, математические методы расчета, краски и лаки, методики испытания, методы сварки, опыт «сколачивания» экипажей судов и их обучения и т. д. В частности, достижения НАСА в разработке вопросов движения тел на больших скоростях – теория, методики, приборы – были успешно использованы для улучшения работы подводного крыла морских и речных кораблей и устранения дискомфорта при его работе.
Основное преимущество новых подводных крыльев – плавное скольжение в воде. Подводное крыло является главным «поставщиком» вибраций, ибо при его работе на больших скоростях корпус судна практически «выключен» из работы (он поднят над поверхностью воды силами, действующими на крыло).
Специалисты США провели обширное исследование качества работы крыла, в процессе которого было изучено влияние ряда факторов: вибрация самого крыла, вибрация корпуса и пассажирских кают, физиологическая реакция человека на тряску и др. Частью исследовательской программы стали разработки новых приборов и методики записи анализов.
В результате была создана конструкция нового подводного крыла с автоматическим изменением угла атаки в зависимости от изменения условий движения крыла в воде. Новое крыло было испытано в море в 1975 г. Судно с крыльями новой конструкции прошло расстояние 260 морских миль за 6 ч 11 мин, показав хорошие мореходные качества. Ранее это расстояние быстроходные суда преодолевали за 12 ч, а обычные суда тратят на это целые сутки. Уменьшилась дискомфортность плавания.
Другой характерный пример использования космических технологий в судостроении и на морском флоте – создание спасательного плота улучшенных характеристик. Уникальный по своим мореходным качествам спасательный плот, с помощью которого в течение пяти лет удалось спасти свыше 230 человек, был создан на основе разработок НАСА по программе «Аполлон – Сатурн». Как известно, согласно этой программе астронавты при возвращении из космоса покидали командный модуль корабля (вместе с компактно упакованным плотом) и приводнялись в океане.
«Космический» плот нашел непосредственное применение и для земных нужд: отдыха на воде, водного туризма, спасения и т. д. Однако прежде чем он получил коммерческую реализацию, над его конструкцией пришлось еще поработать. Плот, как показали испытания, был подвержен опрокидыванию, особенно под действием струи вертолетного винта (во время снятия астронавтов с воды), сильных порывов ветра и волнения моря. В Космическом центре им. Джонсона был разработан способ стабилизации остойчивости плота, уменьшающий вероятность его опрокидывания.
После завершения программы «Аполлон – Сатурн» НАСА «охладело» к плоту. Работу продолжил изобретатель Дж. Гивенс. Он разработал улучшенную систему противодействия опрокидыванию – балластную камеру, находящуюся в нижней части плота. Запатентовав свое изобретение, он добился получения лицензии для использования технологии НАСА в своей работе. Доработки открыли широкий путь спасательному плоту на коммерческий рынок.
Плот Гивенса имеет массу 30 кг и состоит из корпуса, тентового верха и балластной камеры. Специальный клапан балластной системы позволяет большому количеству воды за короткое время войти в балластную камеру, в результате чего центр тяжести плота сохраняется постоянным. Система стабилизации автоматически реагирует на волнения моря и изменение нагрузки (плот выдерживает от 6 до 20 человек).
Конструкция плота исключает опрокидывание при волнении умеренной силы. Даже будучи перевернутым, он автоматически восстанавливается в рабочее положение. При помощи резервуара сжатого воздуха плот приводится в рабочее состояние за 12 с. Плот хорошо заметен с воздуха. Специальное покрытие тента, также разработанное в рамках ракетно-космической программы, позволяет обнаруживать плот авиационными бортовыми локаторами со значительной высоты.
Железнодорожный транспорт. Работы по использованию достижений ракетной техники развивались по трем направлениям: осуществление движения железнодорожных локомотивов (при помощи двигателей, применяемых в аэрокосмической технике), расчистка путей и стрелок от снега, льда, грязи и некоторые погрузочно-разгрузочные работы.
Прямое использование реактивных двигателей для движения железнодорожных локомотивов оказалось бесперспективным (из-за малого к. п. д. реактивного двигателя на тех скоростях, которые обычно развивают локомотивы). Поэтому пошли по пути применения турбореактивных двигателей, передающих вращение на колеса локомотива. В создание этого класса реактивных двигателей большой вклад внесли аэрокосмические специалисты. В основном используются хорошо зарекомендовавшие себя штатные авиационные реактивные: двигатели, снятые с эксплуатации. После ремонта и некоторой модернизации они успешно эксплуатируются на железнодорожном транспорте (моторесурс около
В СССР в середине 60-х годов проходили испытания опытные газотурбинные локомотивы. Примерно в то же время в США началась эксплуатация первых газотурбовозов.
Работы в этом направлении продолжаются и в настоящее время. В перспективе перевод железнодорожных локомотивов на природный газ. При этом экономится 2 – 3 млн. т дефицитного дизельного топлива, снижается себестоимость перевозок, улучшается экологическая ситуация. В рамках этих исследований проводятся проработки по внедрению на железнодорожном транспорте реактивных двигателей, использующих сжиженное кислород-водородное топливо.
Другая область, где нашла применение ракетно-космическая техника, – расчистка путей от снега, льда, грязи, очистка и осушка маневровых стрелок. Реактивные «очистители» созданы на ряде отечественных и зарубежных предприятий. Их применение сулит немалые выгоды. Кроме железнодорожных путей и стрелок, реактивные снегоочистительные установки успешно используются для очистки и осушения взлетно-посадочных полос аэродромов, автомобильных и пешеходных дорог, дренажных канав, сточных колодцев. Тепловые машины реактивного действия для этих целей изготавливались на минском заводе «Ударник».
В последние два с половиной десятилетия на ряде отечественных предприятий были созданы так называемые реактивные разгрузчики и очистители грузовых вагонов. В их разработку большой вклад внес инженер Г. Г. Дробышев. В октябре 1968 г. реактивное устройство для очистки вагонов впервые демонстрировалось на ВДНХ.
Реактивная установка вагоноочистителя имеет два сопла: одно «дует» сверху в дно грузового вагона (открытого типа), другое – сбоку на его грузовые люки. Состав проходит под верхним соплом, струя из которого выдувает остатки грузов на обочину железнодорожного пути. При обратном ходе состава включается нижнее боковое сопло, «зачищая» вагон снизу, при этом автоматически (от действия струи) закрываются люки вагонов.
Такого рода реактивные установки для разогрева и выдувания остатков грузов успешно действовали на некоторых станциях БАМа в холодную зиму 1986 – 1987 гг.
Аналогичная технология используется и для разгрузки смерзшегося угля из пульманов. Газовые струи реактивного двигателя одновременно по всей ширине :вагона режут массу смерзшегося угля на отдельные куски. Вагон разгружается за 2 – 3 мин.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Мы рассказали лишь о некоторых аспектах земного применения достижений ракетно-космической техники и космонавтики в земных отраслях экономики. На самом деле процесс этот значительно шире, и мы точно не знаем, насколько глубоко космические технологии внедрены в земные отрасли для каждого конкретного случая, в каждой конкретной отрасли.
Для того чтобы полностью выяснить значение космических технологий для земных отраслей экономики, необходимо в рамках каждой земной отрасли провести специальные разработки, направленные на определение целесообразности и возможности применения достижений космонавтики в этой конкретной отрасли. Важно, чтобы этот процесс координировался в масштабах страны, чтобы специалисты разных отраслей знали, что предлагается для использования на коммерческом рынке или для повторного использования в промышленности. При разработке технологий в космонавтике необходимо параллельно (и еще более тщательно) прорабатывать вопрос о возможности и целесообразности использования их в земных отраслях, а в случае положительного решения ставить в известность «земных» специалистов и привлекать их к работам. Не обойтись и без общегосударственного банка данных по предлагаемым и внедренным в земные отрасли экономики космическим технологиям.
Достижения космической индустрии должны стать достоянием всей промышленности, всего народа.
Финиш космического марафона (окончание)
Наступило 26 ноября 1988 г. – день старта космического корабля «Союз ТМ-7» с советско-французским экипажем.
В этот день на Байконур прилетел Президент Французской Республики Франсуа Миттеран. Вместе с ним прибыли член Политбюро ЦК КПСС, министр иностранных дел СССР Э. А. Шеварднадзе, другие официальные лица.
Такого количества гостей, как в этот раз, космодрому принимать еще не доводилось. А ведь здесь уже находились прилетевшие для освещения подготовки и старта советско-французского экипажа представители средств массовой информации не только СССР и Франции, но и Великобритании, Венгрии, ГДР, Египта, Испании, Китая, Нидерландов, США, Финляндии, Чехословакии, Швейцарии, Югославии и Японии. На пресс-конференции, которую провел Ф. Миттеран в монтажно-испытательном корпусе ракетно-космического комплекса «Союз», присутствовало более 300 человек.
День старта, как и предыдущие дни, был пасмурным. Сплошная пелена облаков висела над землей на высоте 500 – 600 м. Примерно такие же условия видимости были здесь и при другом недавнем старте 15 ноября. Тогда могучая ракета-носитель «Энергия» с прикрепленным сбоку орбитальным кораблем «Буран» быстро исчезла в таких же низких тучах, не позволив как следует насладиться грандиозным зрелищем. Правда, тогда еще был сильный шквальный ветер, а сейчас почти полный штиль. Но главное, когда гости уже заполнили смотровые площадки на наблюдательном пункте, небо как раз над стартовой позицией стало проясняться.
Расчетное время старта – 18 ч 49 мин 35 с. Это по Москве. А на Байконуре два часа разница, и здесь уже ночь.
Ослепительная вспышка озаряет степь. Бледнеют до этого казавшиеся яркими лучи прожекторов.
– Есть контакт подъема!
Ракета-носитель, освободившись от стартового устройства, начинает свой стремительный бег на орбиту. Огненной стрелой удаляющаяся ракета пронзает черноту ночи. Постепенно стрела превращается в точку, мерцающую, словно одна из далеких звезд на ночном небе...
Двое суток автономного полета корабля «Союз ТМ-7» прошли, как говорят специалисты, штатно, т. е. без каких-либо отклонений от программы. Александр Волков и Жан-Лу Кретьен, имея опыт работы в космосе, спокойно восприняли переход в невесомость. А новичка Сергея Крикалева эти необычные условия тоже не очень беспокоили. Так что весь экипаж сразу же вошел в колею рабочих космических будней.
28 ноября в 20 ч 15 мин 40 с корабль «Союз ТМ-7» состыковался с орбитальным комплексом «Мир». Как и все прибывающие к «Океанам» корабли, он причалил со стороны модуля «Квант». Стоявший у этого причала более двух месяцев автоматический грузовик «Прогресс-38» освободил его еще 23 ноября в 15 ч 12 мин 46 с. В тот же день в 21 ч 26 мин 00 с была включена двигательная установка грузового корабля на торможение, и он прекратил свое существование над южной частью Тихого океана. После проверки герметичности стыка в 21 ч 52 мин космонавты открыли люки, и «Донбассы» перешли в помещение модуля, а затем в рабочий отсек орбитального комплекса.
Встречи в космосе всегда бывают очень теплыми. Долгожители сердечно радуются прибытию новых людей, которые еще совсем недавно ходили по земле, дышали земным воздухом и, кажется, привезли с собой на орбиту запахи родной планеты.
Первым в объятия «Океанов» попал Жан-Лу Кретьен, за ним – Сергей Крикалев и Александр Волков. Все космонавты усаживаются за столом, и командир орбитального комплекса Владимир Титов докладывает руководителям СССР и Франции о том, что они приступили к выполнению программы совместных работ. Из ЦУПа на орбиту передают приветственные телеграммы от М. С. Горбачева и Ф. Миттерана. Космонавты сердечно благодарят за теплые слова и добрые пожелания.
У Владимира Титова и Мусы Манарова в этот день завершились 343-и сутки полета. Валерий Поляков хотя и проработал в космосе значительно меньше их, но три месяца на орбите – срок тоже немалый даже и по нынешним понятиям.
– Они крепкие люди! – так высказался Жан-Лу Кретьен о наших космических долгожителях. – Честно говоря, я не ожидал, что увижу их в такой прекрасной форме. Я думал, что они очень устали, а они активно работают, улыбаются, много шутят... В какой-то степени завидую им. ведь они совершили замечательный подвиг, побили рекорд пребывания в космосе. А живут тут, как на своей даче, трудятся спокойно, уверенно, непринужденно...
Слова Кретьена подтверждают и данные регулярных медицинских обследований, и результаты постоянного медицинского контроля, который проводит непосредственно на станции врач-космонавт Валерий Поляков. Каких-либо качественно новых изменений в организме Титова и Манарова, которые угрожали бы чем-то непредвиденным, медики не отмечают.
Проблемы сохранения работоспособности человека в непривычных условиях невесомости сейчас интересуют ученых разных стран. И не случайно в проекте «Арагац» значительное внимание уделено медико-биологическим исследованиям.
Миллионы лет эволюции приспособили организм человека к работе в условиях земного тяготения. Невесомость – это новая для нас среда обитания. И нужно до конца понять, как эта среда влияет на организм человека, как меняет привычные стереотипы поведения.
Исследование адаптации организма к условиям невесомости среди прочих задач проводилось и в первом полете Жан-Лу Кретьена. Этим вопросам (и только этим) посвящались эксперименты, которыми занимался второй французский космонавт Патрик Бодри на борту американского орбитального корабля «Дискавери» в июне 1985 г.
Советско-французский проект «Арагац» предусматривает проведение медико-биологических экспериментов, которые логически продолжают исследования, начатые на борту орбитальной станции «Салют» в 1982 – 1984 гг.*
* Об экспериментах «Физали», «Эхограф», «Минилаб», «Виминаль» и «Цирцея», входящих в проект «Арагац», см. статью С. А. Никитина в предыдущем выпуске.
Центральным местом проекта «Арагац» стал выход французского и советского космонавтов в открытый космос. Он состоялся 9 декабря 1988 г. Функции каждого из шести космонавтов, находящихся на борту орбитального комплекса, были определены заранее.. Главными действующими лицами в этот день стали Жан-Лу Кретьен и Александр Волков. Обоим им предстояло впервые встретиться с открытым космосом. Муса Манаров занял рабочее кресло в спускаемом аппарате корабля «Союз ТМ-6». Это на тот случай, если вдруг после возвращения Кретьена и Волкова в переходный отсек по каким-либо причинам не удастся герметично закрыть люк. Тогда они не смогут вернуться на станцию, и им придется уйти в пристыкованный к переходному отсеку корабль «Союз ТМ-6» к Манарову.
Остальные трое космонавтов находятся в рабочем отсеке орбитального комплекса. Владимир Титов принял на себя общее руководство связью космонавтов с Землей. На Валерия Полякова возложен постоянный медицинский контроль за работающими в открытом космосе товарищами. А место Сергея Крикалева – у пульта управления французской аппаратурой. Он же будет осуществлять видеозапись хода эксперимента.
Космонавты открыли выходной люк в 12 ч 57 мин. Первым в открытый космос вышел Кретьен. Волков из переходного отсека подает ему необходимое для работы оборудование. Жан-Лу все это закрепляет на внешней поверхности станции. Затем, уже вдвоем, космонавты переносят это оборудование на другую сторону корпуса станции, передвигаясь туда по кольцевому поручню. А там их встречает готовое рабочее место – так. называемый якорь, который специально для них установили Титов и Манаров в своем октябрьском выходе.
Главная задача сегодняшних работ в открытом космосе – провести эксперимент «Эра».
«Эра» – это аббревиатура слов «элемент раскрывающейся антенны». Так предложили назвать эксперимент советские специалисты. Французские коллеги согласились, ведь вначале предполагалась именно такая перспектива использования создаваемой ферменной конструкции. В дальнейшем разработчики создали конструкцию более общего назначения, а название осталось. Масса самой ферменной конструкции – 60 кг. Она устанавливается на 80-килограммовой крепежной платформе. А если еще учесть массы чехлов и прочих принадлежностей, то в сумме получается 230 кг. Грузовой корабль «Прогресс-38» для осуществления проекта «Арагац» доставил на орбиту около 500 кг оборудования, так что эксперимент «Эра» по всем параметрам оказался самым весомым.
Александр Волков и Жан-Лу Кретьен установили на продольные поручни крепежную платформу и жестко ее зафиксировали с помощью специальных замков. Затем подняли под углом 45° находящуюся в ней штангу. И уже к этой штанге пристыковали конструкцию, которая в сложенном состоянии напоминает вязанку хвороста (только углепластиковые «хворостинки» в этой «вязанке» идеально ровные).
Соединив электрические разъемы, космонавты отошли на предписанные им по технике безопасности места: Волков за корпус станции, а Кретьен за солнечную батарею. Крикалев с пульта управления, находящегося внутри станции, выдал команду на раскрытие ферменной конструкции. Сработали терморезаки, пережигая нити, стягивающие «вязанку»... Но «хворост» не шелохнулся.
Для изучения динамических характеристик раскрытой конструкции она снабжена электродвигателем с эксцентриком, который может задавать различные режимы вибраций. И вот сейчас специалисты предлагают потрясти не желающую раскрываться конструкцию с помощью этого электродвигателя. Но все попытки окончились безрезультатно.
Что же мешает раскрытию? Может быть, влага, попавшая в контейнер вместе с воздухом, проникла в шарниры и теперь смерзлась от космического холода?.. Гипотез высказывалось много, но ясности не было, а время шло...
– Саша, – говорит Волкову руководитель полета Валерий Рюмин, – попробуйте подковырнуть чем-нибудь. Или, может, кувалдой... Найдется у вас что-нибудь похожее в переходном отсеке?.. Только будьте осторожны. Она может раскрыться самопроизвольно.
Орбитальный комплекс «Мир» уходит из зоны связи. Напоследок ЦУП успевает сказать: если ничего не получится, отстреливайте и возвращайтесь. Время непрерывной работы в скафандре ограничено шестью часами, и предел этот уже близок.
Томительно тянутся минуты ожидания. Сейчас все в руках самих космонавтов; и никто уже не сможет им что-либо подсказать, посоветовать. А когда они снова выйдут на связь, это делать уже будет поздно. Там останутся буквально считанные минуты, за которые космонавты (если они не сделают этого раньше) должны войти в переходной отсек и закрыть за собой люк.
Орбитальный комплекс входит в зону радиовидимости корабля «Академик Сергей Королев».
– Открылась!– докладывает Волков. – Программу выполнили полностью. Конструкцию отстрелили.
– Чем вы ее? – спрашивает ЦУП.
– Ногой долбил, – отвечает Волков.
– Это ты зря, – замечает Рюмин.
– Я пяткой свинцовой.
ЦУП смог увидеть этот момент спустя полтора часа, когда с орбиты передали видеозапись. Видно было, как от ударов Волкова «вязанка» сначала вспучилась, а затем раскрылась ажурным громадным цветком. Цветок этот по форме представляет собой шестигранную призму с максимальным размером в поперечнике около 4 м при толщине более 1 м. Потом ЦУП увидел, как после окончания эксперимента конструкция отделилась и медленно удалилась, переливаясь в солнечных лучах.
Кстати, отделение крупногабаритных элементов в космосе требует предварительных баллистических расчетов. Если, например, конструкцию «Эры» отстрелить вперед по ходу движения, то, получив дополнительный импульс скорости, она перейдет на несколько более высокую орбиту, но за счет быстрого торможения скоро опустится. А это грозит столкновением с орбитальным комплексом. Чтобы подобной ситуации не возникло, отстрел был произведен назад, т. е. против хода движения. По расчетам баллистиков, самое большее через три месяца отделившаяся конструкция должна войти в плотные слои земной атмосферы.
Второй задачей работы Волкова и Кретьена за порогом орбитального комплекса была установка панели с образцами различных конструкционных материалов и покрытий, а также с датчиками для регистрации микрометеоритов. Полгода эти образцы (эксперимент так и называется «Образцы») будут подвергаться воздействию открытого космического пространства, а затем панель демонтируют и доставят на Землю.
– «Образцы» закрепили, – ответили космонавты, когда ЦУП стал уточнять объем проведенных работ.
В этом выходе так получилось, что кульминация всех работ пришлась на глухую часть витка, т. е. когда связь с Землей отсутствовала. Космонавты, хотя и с задержкой, но полностью выполнили всю намеченную программу.
Запланированные на работу в открытом космосе 4 ч 20 мин давно уже истекли. Табло в ЦУПе показывает: «Фактическое время пребывания в открытом космосе 5 ч 57 мин». И тут новый сюрприз. Уставший и, видимо, все-таки переволновавшийся Кретьен никак не может справиться с люком. И в этот тревожный момент орбитальный комплекс уходит из зоны радиовидимости.
Снова томительные минуты ожидания. А ведь скафандры работают уже на пределе основного режима.
– Все в порядке, – сообщает Волков, едва орбитальный комплекс входит в зону радиосвязи, – мы в рабочем отсеке.
ЦУП уточняет время закрытия выходного люка. 18 ч 57 мин, докладывают с орбиты. Александр Волков и Жан-Лу Кретьен находились в условиях открытого космоса ровно 6 ч.
12 декабря советско-французский экипаж выполнил другой технический эксперимент – «Амадеус»*.
* Об экспериментах «Амадеус», «Эркос», «Образцы», «Комес» и ряде других см. предыдущий выпуск.
Одновременно с выполнением экспериментов по проекту «Арагац» на борту орбитального комплекса «Мир» продолжались работы и по другим программам. Регулярно велись наблюдения с помощью международной обсерватории «Рентген». Главным объектом наблюдений здесь по-прежнему является Сверхновая в Большом Магеллановом Облаке. Ученые предпринимают попытки выделить компоненты излучения, связанные с распадом долгоживущего изотопа кобальт-56, а также с наличием релятивистской звезды, скрытой внутри расширяющейся оболочки.
Советские космонавты провели ряд исследований с помощью болгарской аппаратуры. В частности, с использованием многоканального спектрометра «Спектр-256» они измеряли изменение оптических характеристик земной атмосферы в различных спектральных зонах при «восходе» и «заходе» Солнца. Работали также с астрофизическим аппаратурным комплексом «Рожен», е электронно-оптическим спектрометром «Параллакс – Загорка».
Эксперименты по исследованию оптических характеристик атмосферы Земли проводились и с помощью чехословацкого электрофотометра ЭФО-1.
С целью изучения динамики параметров цветового зрения в ходе космического полета все пятеро советских космонавтов выполняли эксперимент «Самоцвет».
В космических оранжереях «Вазон» и «Светоблок» проводились эксперименты по исследованию особенностей развития в невесомости высших растений, таких, как орхидеи, арабидопсис, а также других биологических объектов.
С помощью стационарной фотоаппаратуры была проведена серия съемок пострадавших от землетрясения районов территории Армении.
Кроме того, космонавты ежедневно занимались физическими упражнениями. Особенно большой их объем выпадал на долю Владимира Титова и Мусы Манарова, ведь после годового пребывания в невесомости им скоро предстояло возвращаться в мир тяжести. Готовился к встрече с Землей и Жан-Лу Кретьен.
Некоторые итоги своей совместной работы на орбите космонавты подвели на второй бортовой пресс-конференции, которая состоялась 18 декабря. Первая пресс-конференция была еще в самом начале их полета, и тогда они больше говорили о планах и впечатлениях. Сейчас же дело шло к финишу...
Первый вопрос адресован французскому космонавту:
– После того как вы 20 дней пробыли на орбите, можете ли вы сказать, что лучше приспособились к космосу, чем в первом полете?
– Я чувствую себя очень стабильно, – отвечает Жан-Лу Кретьен. – Это проявляется даже в ходе физических упражнений. Единственное, что я могу отметить, – это некоторое изменение веса. Я слегка поправился, но немного, всего на несколько сот граммов.
Конечно, представителей прессы интересуют возможности дальнейшего увеличения длительности полетов. Каково на этот счет мнение наших космических долгожителей?
– Мы можем с гарантией утверждать, – говорит Владимир Титов, – что в космосе можно работать и дольше года. Но увеличивать срок пребывания в невесомости надо осторожно. Сначала ученым надо будет проанализировать данные, в том числе и нашего полета. Мы же оптимистически смотрим на увеличение длительности полетов.
– Я вполне согласен с этим, – добавляет Муса Манаров. – Можно летать и дольше. Но этот срок должен быть оправдан необходимостью такого полета. Полет на Марс и обратно – такая великая цель, что поможет людям выдержать полет продолжительностью и в три года.
Интересовались журналисты и дальнейшей судьбой электрооргана, который Кретьен взял с собой в полет. На это Жан-Лу ответил, что фирма «Ямаха», изготовившая музыкальный инструмент, высказала пожелание, чтобы его вернули на Землю. Но тем не менее французский космонавт считает, что по крайней мере сейчас электроорган больше пользы принесет на орбите и поэтому оставляет его советским друзьям, которые будут работать на станции «Мир».
Наступило 21 декабря. В Москве была еще глубокая ночь, а на орбите уже кипела работа. Соответственно не «дремал» и ЦУП и все многочисленные службы, которые участвуют в управлении полетом.
– Идут наши последние минуты на станции «Мир», – говорит Владимир Титов. – Мы благодарим «Донбассов» за совместную работу и на прощание хотим пожелать ребятам удачи. До встречи на Земле!
– Мы благодарим вас за науку, – отвечает Александр Волков, принявший от Титова командование орбитальным комплексом. – Желаем вам удачной посадки. До встречи «а Земле.
Жан-Лу Кретьен теперь в одном экипаже с Титовым и Манаровым, он стал «Океаном-3». Своеобразный рекорд устанавливает Валерий Поляков, в третий раз меняя свой позывной. Он стартовал в экипаже «Протонов» (с Владимиром Ляховым и Абдул Ахадом Момандом), работал в экипаже «Океанов» и теперь продолжает полет «Донбассом-3».
В 5 ч 32 мин 54 с корабль «Союз ТМ-6» отстыковался от орбитального комплекса. Обычно у кораблей этой серии через 40 мин после расстыковки отстреливали бытовой отсек. Теперь же, памятуя о нештатной ситуации при возвращении советско-афганского экипажа, когда Ляхову и Моманду пришлось сутки летать, сидя в креслах спускаемого аппарата, без пищи и санитарно-гигиенических удобств, от этого отказались. Космонавты отделяют бытовой отсек только после того, как двигатель корабля отработает положенное время на торможение. А события на орбите чуть было не повторились...
Когда «Океаны» включили программу спуска, бортовая ЭВМ не приняла команду и дала отбой. ЦУП отложил посадку на два витка и взял тайм-аут до следующего сеанса связи.
Экспресс-анализ показал, что произошло переполнение оперативной памяти ЭВМ. Видимо, в ее работе произошло наложение двух программ.
ЦУП разработал порядок операций для обеспечения спуска с орбиты, в том числе и на случай, если придется отключить бортовую ЭВМ. Специалисты определили ситуации, когда необходимо переходить на ручное управление. Все варианты подробно обсудили с экипажем. Обговорили даже возможность переноса посадки на следующий день.
– Но мы думаем, – сказал в заключение Валерии Рюмин, – что сегодня все кончится нормально.
В ЦУПе опять напряженное ожидание. Связи с «Океанами» пока нет. Они сейчас летят над Тихим океаном, вот пересекают Южную Америку. А там, у ее берегов, в южной части Атлантического океана несет вахту корабль «Космонавт Владислав Волков». От него через спутник связи в ЦУП поступает сообщение: «Зафиксировано включение двигателя корабля «Союз ТМ-6».
Двигатель отработал заданное время и перевел космический корабль на траекторию спуска. Примерно через 8 мин после окончания работы двигателя космонавты выдали команду на отстрел бытового отсека. Спускаемый аппарат корабля и его приборно-агрегатный отсек продолжали снижаться вместе до высоты около 140 км, затем автоматика отделила их друг от друга. При выходе в плотные слои атмосферы бытовой и приборно-агрегатный отсеки сгорают, а спускаемый аппарат с экипажем, используя аэродинамическую подъемную силу своего корпуса, по относительно пологой траектории приближается к расчетной точке посадки. Он приземлился в 12 ч 57 мин 00 с в 180 км юго-восточнее Джезказгана.
Завершилась беспримерная годовая вахта советских космонавтов. Теперь мировой рекорд продолжительности космического полета, установленный Владимиром Титовым и Мусой Манаровым, равняется 365 сут 22 ч 38 мин 57 с.
Завершен и самый длительный международный пилотируемый полет. 24 сут 18 ч 07 мин 25 с вписал в. свой актив его участник французский космонавт Жан-Лу Кретьен.
НОВОСТИ АСТРОНОМИИ
ЧЕРЕЗ МИЛЛИАРД ЛЕТ...
Небесная механика, как известно, рассчитывает орбиты небесных объектов с удивительной точностью. Впрочем, что здесь удивительного?
А вот что... Синергетика утверждает, что поведение сложных систем (а таковой, безусловно, является Солнечная система) детерминировано лишь тогда, когда она динамически устойчива (что в каждом рассматриваемом случае требует доказательства). Такая устойчивость для Солнечной системы, казалось бы, абсолютно доказана самим временем ее устойчивого (для нас с вами) существования.
При возникновении Солнечной системы движение каждого ее члена (например, планеты). определялось начальными условиями (скорости, массы, вращательные моменты и пр.). Представим себе, что два небесных тела «возникли» в очень близких точках и получили почти совпадающие скорости. Небесная механика предсказывает, что они будут двигаться по практически совпадающим траекториям, ведь начальные условия одинаковы. Однако абсолютно одинаковые начальные условия существовать не могут. Поэтому, что может помешать таким «одинаковым» объектам разойтись, кроме законов ньютоновской механики?
Смысл этих натурфилософских рассуждений заключается в том, что, как предполагают некоторые американские астрономы (Массачусетсский технологический институт), Солнечная система не является, вообще говоря, полностью стабильной системой. В статье, помещенной в журнале «Science», высказывается предположение (основанное, впрочем, на машинных расчетах), что орбита такого члена Солнечной системы, как Плутон, могла быть и другой, т. е. являться непредсказуемой. Авторы гипотезы рассчитали траектории внешних планет на предстоящий почти миллиард лет. По их подсчетам, примерно через 20 млн. лет орбиту Плутона уже нельзя будет предвычислить.
Если модель американских астрономов отражает реальную ситуацию (что, вообще говоря, требует более достаточных доказательств), то это означает, что поведение всей Солнечной системы также может (или должно) быть не предсказуемым, хаотичным, поскольку хаотичность движения Плутона должна вносить «неуверенность» и в движение других планет.
В ОЖИДАНИИ СВЕ
Как известно, реликтовое излучение изотропно. Это утверждение вытекает из теории Большого взрыва и подтверждается (пока) многочисленными экспериментами по поиску анизотропии микроволнового фона.
И все же такие поиски продолжаются, ведь измерить спектр реликтового излучения удается далеко не во всем диапазоне. Так, в частности, это крайне трудно сделать в так называемом субмиллиметровом диапазоне, который еще не проверялся на «изотропность» излучения.
Группе японских и американских ученых удалось измерить спектр излучения в этом диапазоне. Результат оказался неожиданным: обнаружено превышение интенсивности излучения над тем, которое следовало бы ожидать «по теории». Эффект составил около» 10%, что, как говорится, не лезет ни в какие ворота.
Изумленные теоретики бросились срочно спасать ситуацию. По» одной из предложенных (во спасение) теорий искажение спектра обусловливается добавочной энергией, которую могли передать фотонам реликтового излучения (на ранней стадии возникновения) Вселенной) «горячие» электроны плазмы, еще не собранной в галактики. По другой теории к реликтовому излучению «добавлялось» переизлучение пыли, выбрасываемой во Вселенную взрывами Сверхновых первого поколения.
Два американских астронома из Гарвардского университета, проанализировав предложенные объяснения, считают, что они не вписываются в данные, полученные в эксперименте, – эффекты, связанные с указанными механизмами, не могут дать столь большой прибавки. Еще одна гипотеза, претендующая на объяснение экспериментальных данных, связана со сверхпроводящими струнами (мы писали об этом в одном из предыдущих выпусков). Но поскольку струны пока остаются «вещью в себе», вопрос остается; открытым.
Истина может оказаться, впрочем, очень простой – ошибка эксперимента. Выбросы ракеты, которая поднимала на высоту 300 км радиометр, охлаждаемый гелием, могли исказить данные, сам радиометр мог обледенеть во время прохождения через атмосферу и т. д. Ясно, что полученные данные требуют проверки. Группа, открывшая этот эффект, намеревается повторить эксперимент в текущем году, а последние сомнения ученые предполагают рассеять с помощью спутника СВЕ, который запланирован к запуску в этом же году.
ЗВЕЗДНЫЕ «КАЧЕЛИ»
Как известно, наше светило слегка «покачивается». Это «качание» обусловлено гравитационным воздействием окружающих его планет. Представим теперь такую ситуацию: мы наблюдаем некоторую звезду, которая движется прямо на нас (или от нас – это неважно). Скорость ее мы можем измерить по доплеровскому смещению ее спектральных линий. Если ее скорость постоянна, то это свидетельствует об отсутствии «возмутителей спокойствия», соседствующих с ней. Если же звезда окружена, как и наше Солнце, планетами, то их гравитационные поля должны как-то изменять скорость звезды.
Американские и израильские астрономы в течение семи лет исследовали звезду HD 114762, которая удалена от нас «а расстояние порядка 90 световых лет. Возраст ее около 10 млрд. лет, масса – порядка массы Солнца. Обнаружены вариации скорости, причем периодические, что еще сильнее «работает» на предположение о существовании у нее спутника. Масса гипотетической «планеты» у HD 114762 раз в 10 превышает массу Юпитера, а радиус ее «орбиты» приблизительно такой же, как у Меркурия по отношению к Солнцу.
Эти наблюдения подтверждены специалистами Женевской обсерватории, которые, кроме HD 114762, обнаружили «качания» еще у 7 звезд. Аналогичные исследования проведены в Канаде. Предполагается, что многие молодые звезды окружены газопылевыми дисками, из которых затем образуются планеты, но масса этих дисков (будущих планет) должна быть достаточно большой – в противном случае эффект «качания» был бы незаметен.
СКОЛЬКО РАЗ ИСЧЕЗАЛИ ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ!
Об одном таком массовом исчезновении споры идут уже очень давно. Имеется в виду резкое вымирание динозавров, произошедшее 6 млн. лет назад. Одна из гипотез, объясняющая это катастрофическое явление, предполагает, что оно произошло вследствие столкновения с Землей кометы или астероида. Гигантский взрыв, эквивалентный десяткам миллионов атомных бомб, сброшенных на Хиросиму, привел к последствиям, известным сегодня как «ядерная зима».
Американские исследователи из Калифорнийского университета и Ливерморской лаборатории считают, что такие столкновения космических тел с Землей происходили в ее истории еще 11 млн. лет назад, когда, по их мнению, могло исчезнуть около четверти всех видов живых организмов, и еще раньше – 38 млн. лет назад. Некоторым, хотя и косвенным, подтверждением этой гипотезы может служить несколько увеличенное содержание иридия в земных породах. Этот элемент гораздо чаще встречается в космических телах, нежели в горных породах на Земле.
Правда, надо сказать, что к такой же «ядерной зиме» и к таким же последствиям для живых организмов могли бы привести и сильные вулканические извержения, происходившие свыше 60 млн. лет назад на территории нынешней Индии.
Ну и, естественно, существуют противники обеих этих гипотез. Они объясняют массовое исчезновение видов не столь экзотическими событиями. Виновниками вымирания живых организмов они считают изменения температуры и уровня Мирового океана, которые происходили не столь катастрофично, а поэтапно.
Научно-популярное издание |
Владимир Павлович Михайлов
ДОСТИЖЕНИЯ КОСМОНАВТИКИ В ЗЕМНОЙ ТЕХНИКЕ
Гл. отраслевой редактор Л. А. Ерлыкин. Редактор И. Г. Вирко. Мл. редактор
С. С. Патрикеева. Обложка художника А. Е. Григорьева. Худож. редактор
К. А. Вечерин. Техн. редактор Н. В. Клециая. Корректор Т. Д. Вартаньян.
ИБ № 9820
Сдано в набор 23.03.89. Подписано к печати 04.05.89. Т-00992. Формат бумаги 84 × 1081/32. Бумага тип. № 2. Гарнитура литературная. Печать высокая. Усл. печ. л. 3,36. Усл. кр.-отт. 3,57. Уч.-изд. л. 3,53. Тираж 27 164 экз. Заказ 575. Цена 15 коп. Издательство «Знание». 101835, ГСП, Москва, Центр, проезд Серова, д. 4. Индекс заказа 894206.
Типография Всесоюзного общества «Знание». Москва, Центр, Новая пл., д. 3/4.
