Полеты к планетам солнечной системы

Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.astronaut.ru/bookcase/books/spaceage/text/11.htm
Дата изменения: Sun Jun 2 13:05:21 2013
Дата индексирования: Fri Feb 28 19:56:48 2014
Кодировка: Windows-1251
Поисковые слова: п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п р п р п п р п п р п


Введение
Полеты в Cолнечной системе в 2001 г.
Общество 2000 г.
Начало полетов в Солнечной системе
Эволюция профилей гелионавтических полетов
Некоторые проблемы, варианты и решения, связанные с осуществлением первых межпланетных полетов
Национальные цели 1970 - 1985 гг.
Выбор двигательных систем для продолжительных пилотируемых полетов в пределах Cолнечной системы
Эволюция космических полетов к 2001 г.
Перспективы в 2001 г.
Постскриптум
ЛИТЕРАТУРА




Представим, что сейчас конец 2000 г., для этого перенесемся на 35 лет вперед. Тогда мы сможем описать полеты к планетам солнечной системы, которые будут осуществлены к тому времени, а также оглянуться назад и проанализировать развитие космической техники за последние три с половиной десятилетия, открывшее эпоху межпланетных перелетов, так восхищающих нас на рубеже двух тысячелетий. Достигнуты большие успехи в исследовании солнечной системы и ее эволюции, а также получено огромное количество информации о небесных телах, входящих в эту систему. Это была эпоха повсеместных открытий, и если мы включим исследование Луны, то это будет повторением первых тридцати с лишним лет первой эпохи открытий.
В XV в. в Португалии принц Генри-навигатор покровительствовал искусству мореплавания и навигации. В результате португальские мореплаватели в 1488 г. открыли мыс Доброй Надежды. Христофор Колумб во время первого своего путешествия в 1492 г. открыл Багамские острова. Васко де Гама в 1497 г. достиг берегов Индии, а Кабрал в 1500 г. - берегов Бразилии. Понсе де Леон посетил полуостров Флорида в 1513 г. И наконец, экспедиция Магеллана совершила кругосветное путешествие в 1519 - 1521 гг., через 33 года после открытия мыса Доброй Надежды. Тем не менее оставались неограниченные возможности географических открытий, которые совершались в течение всех последующих столетий. Результаты этих открытий стали использоваться только начиная с 1521 г. И в наше время, в 2000 г., нам еще предстоит совершить множество открытий при освоении солнечной системы, и мы тоже едва начали использовать новые миры, которые включены нами в сферу деятельности человека.



Сегодня, в конце 2000 г., межпланетные полеты по трассам от Меркурия до Сатурна осуществляются комфортабельными пилотируемыми летательными аппаратами относительно сложной конструкции с современными силовыми установками. Автоматические зонды приблизились к Солнцу на расстояние до 0,15 а.е. (фиг.1). Тяжелые и самые совершенные автоматические зонды достигли планеты Плутон (фиг.2) и прокладывают трассу к обширным и неисследованным районам, расположенным за этой планетой и в межзвездном пространстве. При осуществлении всех этих полетов к дальним планетам производилось непрерывное управление движением и регулирование условий на борту как пилотируемых, так и беспилотных аппаратов не только с помощью значительно расширенной (по сравнению с 1966 г.) сети наземных станций слежения за дальним космосом, но и также начиная с 1988 г. с помощью широкой сети установок, созданных на Луне (фиг.3). Кроме того, была создана сеть автоматических релейных спутников в околоземном и долунном пространстве, практически превратившая весь район между Землей и Луной в гигантскую антенную систему, способную управлять движением космических кораблей в солнечной системе и даже за ее пределами. Фиг.1. Перспективный солнечный зонд, предназначенный для очень близкого подхода к Солнцу.
Расстояние зонда от Солнца определяется по температуре испарения вещества теплозащитного экрана, обращенного к Солнцу. Оборудование зонда размещено в тени экрана. Зонд имеет термоэлектрический генератор энергии, поверхности охлаждения излучением, расположенные в тени теплозащитного экрана, и оборудован плазменными датчиками, датчиками частиц и рентгеновских лучей. Фиг.2. Автоматический зонд для исследования планеты Плутон.
Электропитание зонда обеспечивается термоионным радиоизотопным генератором. Зонд оборудован двумя излучающими лазерными устройствами для освещения поверхности с двумя оптическими датчиками. Остальное оборудование состоит из счетчиков космического излучения, датчиков поля, плазмы и частиц Фиг.3. Станция связи с дальним космосом и радиотелескоп на Луне в 1985-1988 гг.
Был предпринят полет к астероиду Икар (который приближается к Солнцу на расстояние до 0,169 а.е., или примерно на 47% расстояния до Меркурия, и далее проходит за орбиту Марса, достигая в афелии 1,68 а.е.), где была установлена автоматическая научная станция. Наши гелионавты, так называют людей, управляющих большими межпланетными кораблями, побывали в самых разных областях солнечной системы, от выжженных солнцем побережий планеты Меркурий до ледяных скал Титана, спутника Сатурна. Они пересекли, и это обошлось не без жертв, широкий пояс астероидов между Марсом и Юпитером и прошли через головы комет. Благодаря мужеству первооткрывателей, знаниям наших гелионавтов и достижениям инженеров, ученых и техников астрофизики работают на научной станции по исследованию физики Солнца, созданной на Меркурии (фиг.4), биологи экспериментируют на Марсе (фиг.5), используя в качестве базы хорошо оборудованную станцию для научных исследований и технического снабжения, организованную на спутнике Марса Фобосе; планетологи начали исследования на Венере, а группа ученых, находящихся в настоящее время на исследовательских станциях на Каллисто и Титане, изучает две самые пленительные планеты солнечной системы - Юпитер и Сатурн (фиг.6). Фиг.4. Станция для исследования Солнца на северном полюсе Меркурия (1988 г.).
Спускаемый аппарат и гусеничный транспортер защищены экранами, хорошо отражающими солнечные лучи. Фиг.5. Астробиологическая исследовательская база на Марсе (1992 г.).
Показаны три объемных элемента, снабжаемые электрической энергией от ядерного генератора, который частично виден на заднем плане. Земля вверху слева от Солнца. Фиг.6. Создание научно-исследовательской станции на Титане для изучения Сатурна (1995 г.).
Как известно, мы уже начали использовать некоторые из сделанных открытий. Прошло уже три года с тех пор, как была организована добыча и обработка металлической руды на Меркурии. На Марсе только что начаты работы по осуществлению долгосрочной программы внедрения в приполярных районах северного и южного полушарий планеты специально созданных для марсианских условий культур, выведенных в результате двадцатилетних биологических и сельскохозяйственных экспериментов на Земле, Луне и самом Марсе. Эти растения пригодны для употребления их в пищу человеком. Вначале эти культуры будут потребляться расширяющейся исследовательской базой на Марсе, а через 50 лет предполагается начать экспорт пищевых продуктов с Марса на Землю.
Движение между Землей и Меркурием, Землей и Марсом, а также от Земли к Юпитеру стало настолько оживленным, что потребовалось создание орбитальной станции снабжения и спасения. Эта станция была создана на Венере и успешно работает вот уже восемь лет. Много людей обязаны ей спасением своих жизней. Район планеты Венера особенно удобен для создания гелиоастронавтической "сторожевой" станции, поскольку элементы орбиты этой планеты дополняют элементы орбиты Земли при осуществлении полетов к Меркурию, Марсу, Юпитеру и другим дальним планетам. Например, синодический период Земли относительно Марса в среднем равен 780 суткам, т.е. полет по трассе Земля - Марс или Марс - Земля возможен примерно через каждые 780 суток. Средний синодический период Венеры относительно Марса равен 337 суткам. Полет к Юпитеру с Земли может быть осуществлен примерно через каждые 1,1 года. Полеты от Венеры к Юпитеру и наоборот возможны через 234 суток. В случае аварийной ситуации перелет от Венеры до Меркурия может быть осуществлен гораздо быстрее, хотя такая возможность из-за различия в угловых скоростях этих планет предоставляется гораздо реже, чем возможность полета с Земли. Гравитационное поле Венеры чаще всего можно использовать для уменьшения затрат энергии на перелет по трассе Земля - Меркурий - Земля, реже - при полетах между Землей и Марсом и только иногда, притом с применением активного маневра, - при возвращении на Землю с Юпитера. Фиг. 7. Лунный космический порт для обслуживания межпланетных полетов (1988 г.).
Запуск межпланетного корабля осуществляется с помощью ракет-носителей на твердом топливе, расположенных вокруг нижней цилиндрической ступени, которая, так же как и центральная ступень космического корабля, имеет импульсную ядерную установку. На заднем плане видна большая антенна лунной сети станций слежения за дальним космосом.
Земные орбитальные и лунные космодромы могут в настоящее время обслуживать, т.е. обеспечивать посадку и старт, двадцать четыре межпланетных корабля ежегодно (фиг.7). Это, возможно, не так уж и много, если сравнить с масштабами обслуживания гиперзвукового и суборбитального транспорта в авиации, а также околоземных орбитальных полетов и перелетов между Землей и Луной. Однако это означает, что каждый месяц с таких космодромов могут стартовать или совершать посадку два тяжелых межпланетных аппарата. Не только значительные технические достижения практически во всех областях космической техники, но главным образом прогресс в области разработки импульсных ядерных и термоядерных двигателей наконец-то обеспечили те огромные энергетические возможности, которые необходимы для осуществления межпланетных полетов. Применение таких силовых установок позволило получить требуемые отношения масс космических систем, организовать службы межпланетных сообщений челночного типа, использовать межпланетные корабли для выполнения многих задач и снизить до разумных пределов требования к материально-техническому снабжению орбитальных аппаратов с Земли. Хотя космические корабли с импульсными ядерными и термоядерными силовыми установками не стали первооткрывателями эры межпланетных путешествий, тем не менее благодаря им стали экономически возможными длительные полеты в пределах солнечной системы и началось бурное развитие гелионавтики (фиг.8), напоминающее революцию в воздушном транспорте в 1950 - 1960 гг., вызванную созданием реактивного двигателя. Фиг.8. Количество межпланетных летательных аппаратов, обслуживаемых ежегодно околоземными и лунными станциями (старт и посадка).
Однако ныне существующий объем транспортных операций в пределах солнечной системы - не только следствие технического прогресса и связанных с ним достижений, как бы впечатляющи они не были. Он является, скорее, воплощением чаяний народов и фактически отражает состояние умов большинства человечества. Поэтому прежде, чем перейти к анализу достижений в области космической техники и космических полетов, сделанных за прошедшие 35 лет, бросим беглый взгляд на мир 2001 г.



Мы оставили за собой век со столь критическими поворотными моментами, подобных которым немного было в истории человечества. Этот век стал свидетелем конечной фазы длительного процесса развития общества, в результате которого сельскохозяйственный, феодальный и статический социальный уклад был преобразован в индустриальную, научно-техническую социально изменчивую динамическую систему. На этой стадии изменения следовали одно за другим с беспрецедентными скоростью и широтой охвата; глубокие конфликты, которые постепенно накапливались на протяжении предшествующих трех столетий, были разрешены со стремительностью и безжалостностью взрыва.
И сейчас, в 2000 г., мы рассматриваем двадцатый век как время окончательного рождения новой эры - эры, мечта о которой веками вынашивалась в умах и сердцах великих людей многих национальностей. Двадцатый век - это пропасть, разделяющая конец старой и начало новой эры с совершенно другими представлениями о ценностях, взглядах и эталонах. Час рождения, будь то жизни или эры, - это час правды, когда страдание, сомнение и страх бросают вызов и их бешеному натиску противостоит исключительный подъем сил сопротивления и мужества. Казалось, мир раскололся при этом безжалостном столкновении старого и нового. Великие символы космической эры - ракетная техника, ядерная техника и электроника - родились в темные дни второй мировой войны. С тех пор война не нарушала мира, но ракеты и ядерные бомбы все еще оставались на вооружении, а радарные установки продолжали вслушиваться в пространство в ожидании сигнала смерти из вражеского мира "другого лагеря". Прошлое было уже потеряно, будущее еще не одержало победы, и человечество содрогалось в лихорадочном ознобе враждебности, ненависти и страха смерти, вызванном непрерывным рядом войн и противоборством двух противоположных по строю обществ.
Таков был мир.
Все эти годы небольшая группа людей многих национальностей, поставленная лицом к лицу с враждебной действительностью мира, не отказывалась от мечты о замене ракет космическими кораблями, об использовании ядерной энергии для полетов к другим мирам и применении радиоволн для передачи волнующих сообщений об открытиях в дальнем космосе. Все их предложения казались вначале непрактичными, непоследовательными и бесполезными. Но теперь-то мы знаем, что они были построены на прочном фундаменте далеко идущих логических выводов и реальных надежд. В известном смысле они основывались на лучших устремлениях человека - его желании построить не только более безопасный и удобный, но и более великий мир с неограниченно растущими запросами и возможностями применения вновь высвободившихся сил. Результаты этого предприятия превзошли все ожидания. Космос стал реальной необходимостью для человека, и нет пути назад, к прошлому, и не будет никогда.
В начале космической эпохи еще продолжалась холодная война между Соединенными Штатами и Советским Союзом. Но космос огромен, а человек мал, и по мере продвижения человека все дальше в глубь космоса соперничество становилось все более бессмысленным. Великие и благородные цели, открывшиеся перед человечеством, помогли найти путь от враждебности к сотрудничеству. Изучая огромное пространство, окружающее его планету, человек может избавиться от ужасного паралича ненависти и страха.
Терапевтическое действие благородных целей известно каждому психологу. Улучшение системы образования, борьба с болезнями, создание лучших условий жизни - все это действительно благородные цели. Но освоение космоса - цель более значительная хотя бы потому, что при ее осуществлении достижение других целей становится действительно стоящим предприятием. Ибо что хорошего в том, что люди станут лучше, но не будут иметь возможности проявлять свои лучшие качества? Освоение космоса предоставляет такую возможность. Действительно, войны и противоречия XX в. показали, к чему может привести прогресс в науке, технике, медицине, образовании, материальном благосостоянии, если перед человечеством не поставлены более значительные цели, которые будут осуществляться новым поколением. Великими целями прошлой эры была борьба с голодом, болезнями, неграмотностью, рабским трудом и плохими условиями жизни. Теперь эта цель в основном выполнена. Новая эра ставит перед человечеством другие великие цели, и одна из них - освоение космоса. Космическая деятельность, будь то исследование или освоение, стала символом некой позиции дружественной рациональности, которая только и может сохранить мир, если народы и нации примут ее за основу при общении друг с другом.
Расстояния и другие миры всегда оказывали магическое влияние на человека, заставляя его преодолевать даже самые сильные страхи, порождаемые суевериями его времени, и отправляться в неизвестное. Дело не в том, каким образом этот стимул рационализируется, устанавливая причинную связь с помощью некоторых очевидных для данного времени критериев, а в том, что это эмоциональное по своей природе влияние сохраняется и глубоко укореняется в человеке, превращаясь в навязчивую идею проникновения в тайны природы и преобразования их в систему человеческих знаний. Вероятно, эта неугасимая жажда знаний и разум составляют третью основную движущую силу человечества. В то время как две другие силы - борьба с голодом и стремление к воспроизводству характерны для всего живого на Земле, жажда знаний присуща только человеку, который наделен разумом, а разум всегда должен питаться неизвестным, иначе он погибнет. В конце концов неизвестное предпочтительнее принуждения или уничтожения индивидуальности. Преодоление установленных границ известного мира, умственно или физически, знаменует путь человечества к зрелости и является одной из немногих основных причин страшных кризисов и истинного длительного счастья. Человек вошел в космос как существо с земным представлением о мире, его окружающем. Теперь его мироощущение стало преобразовываться с учетом космических масштабов; он уже по-иному, более широко и зрело, смотрит на свою маленькую планету и на проблемы жизни на ней.
Почему я так подробно остановился на этих основных аспектах космических путешествий. Не стали ли они для каждого из нас теперь, в 2000 г., самоочевидными? Да, это так, но важно иногда напоминать себе о том, что эти вопросы не были столь очевидными сорок или пятьдесят лет назад; что они неоднократно проверялись и доказывались и тогда и теперь; поэтому сейчас, когда мы можем подробно проанализировать прошлое, они стали для нас самоочевидными.
Помните дружбу между американскими и русскими космонавтами в начале 60-х годов? Помните ли, как мы начали готовить к совместным космическим полетам представителей разных национальностей Европы и японцев, как Советский Союз приступил к аналогичным интернациональным тренировкам космонавтов в 70-х годах, и как (кажется, это было в 1976 г.) группа космонавтов, состоящая из русского, поляка и чеха, рисковала своими жизнями, спасая команду космонавтов в составе американца, англичанина и итальянца, потерпевшую аварию при посадке их лунного "Хоппера" недалеко от Советской лунной станции? Или как в 1978 г. американо-немецко-японский экипаж на одном из старомодных, но для того времени совершенно новых лунных космических кораблей с двигателем на кислородо-водородном топливе изменил направление своего полета, чтобы, выполнив великолепную серию маневров, прийти на помощь и спасти жизнь русско-румынской команде космонавтов, корабль которых, потерпев аварию, остался на орбите искусственного спутника Луны? Можем ли мы, новое и более удачливое поколение, по-настоящему оценить то влияние, которое оказали поступки этих мужественных людей на человечество?
Мы научились не только выручать из беды и помогать друг другу. Прогресс космонавтики вызвал столь же большое чувство удовлетворения, сколь большое чувство тревоги вызывало увеличение запасов ядерного оружия. Спутники, запущенные во многих странах, достигли такого количества, что фактически начали образовывать некую конструкцию над поверхностью нашей планеты. Лесоводство, обнаружение заболеваний растений, наблюдения за погодой, связь, управление движением воздушного и морского транспорта - все эти заботы глобальных масштабов почти незаметно поддерживали и укрепляли сотрудничество между нациями.
Это были годы формирования новых отношений между странами, когда было принято прогрессивное международное законодательство об использовании космических объектов и взаимной помощи в космическом пространстве и на Луне.
Однако члены "ядерного клуба" продолжали производство ядерных бомб и ядерного оружия. Ход событий достиг знаменательного этапа, когда появилась возможность осуществления экономически выгодного межпланетного полета, для которого требуется ядерный двигатель. "Открытие" солнечной системы вызвало в конце концов "сток энергии", позволивший дать выход накопленной энергии и поднять престиж каждой и всех наций. Вы помните, что Китай стал одним из основных членов содружества "космических стран" во второй половине 70-х годов, когда он начал понимать важность космической деятельности для поднятия престижа страны. К настоящему времени космические исследования, проводимые в Китае, сравнимы по объему с исследованиями, проводимыми США и Советским Союзом.
Потребность в ядерном двигателе для межпланетных космических полетов привела к пересмотру договора о запрещении ядерных испытаний и к разработке импульсного ядерного двигателя. Первые варианты таких двигателей, которые использовали энергию деления ядер, быстро устарели и были вытеснены новыми системами, использующими более эффективную энергию синтеза ядер. В наше время в США, СССР и Китае значительная часть производственных мощностей промышленности, занятой изготовлением ядерных бомб, используется для выпуска зарядов для импульсных ядерных двигателей межпланетных летательных аппаратов. Я считаю, что действительно невозможно получить более реальную и практическую выгоду от достижений космического века, чем та, которая уже имеется.
Спутники военного назначения и обитаемые лаборатории с военным персоналом используются и по сей день. Но они никогда не рассматривались как источник реальной угрозы, каким можно считать наземные вооруженные силы. С практической и моральной точек зрения оружие в такой форме есть не что иное, как анахронизм в космосе, хотя с технической и физической точек зрения космос, конечно, представляет собой достаточно грозный потенциал для военных действий против Земли. За последние десятилетия военные установки в космосе превратились или продолжали действовать как системы, выполняющие функции управления, наблюдения, инспекции и контроля, и теперь никто на Земле не рассматривает их как угрозу. Это в свою очередь привело к постепенному ослаблению некоторых ограничений, связанных с контролем вооружения в тех случаях, когда военные разработки были связаны с невоенными космическими разработками и программами, как это имело место, например, при создании импульсных ядерных двигателей. Резолюция Генеральной ассамблеи ООН, принятая единогласно в октябре 1963 г., выразила желание всех государств, представленных на ассамблее, запретить размещение оружия массового уничтожения в космосе. В середине 70-х годов Китай присоединился к этой резолюции Хотя упомянутая резолюция не столь обязательна, как решения многих представительных совещаний по разоружению, проходивших в XX в., она, по-видимому, принадлежит к тем соглашениям, которые никогда не нарушатся.



В первой половине 60-х годов был введен новый принцип принятия решений в области астронавтики - определение единой национальной цели в освоении космоса. Это позволило избежать распыления национальных средств, выделяемых на освоение космоса, одновременно на большое количество мелких целей, а следовательно, чрезмерного раздувания расходов, требуемых для выполнения такой космической программы, либо дробления бюджета на столь многочисленные статьи, что только немногие из поставленных целей могли быть достигнуты, а возможно, и ни одна из них. Кроме того, подобное частичное дублирование и размельчение задач создало бы серьезную угрозу эффективности использования ресурсов. Решение объявить высадку человека на Луну к 1968 г. национальной целью привело к принятию первой основной космической программы, проекта "Аполлон", которая стала впоследствии основой более значительных задач, чем только высадка двух человек на поверхность Луны. Техническая база, созданная при выполнении программы "Аполлон", ускорила разработку обширной программы космических исследований на околоземной орбите, она послужила основой программы дальнейшего исследования Луны как с окололунной орбиты, так и путем высадки на ее поверхность, и привела в конечном итоге к принятию обоснованного решения о размерах и типе постоянной научной лунной базы. Созданная по программе "Аполлон" ракета-носитель "Сатурн-5" позволила осуществить программу исследований планет автоматическими зондами. Эта ракета-носитель оказалась достаточно мощной, чтобы допустить увеличение веса автоматического зонда "Вояджер" , как того требовали результаты измерений, выполненных космическим летательным аппаратом "Маринер-4", которые показали, что атмосфера Марса более разрежена, чем это предполагалось ранее. Мощности этой ракеты хватило даже для вывода автоматических зондов - разведчиков дальнего космоса - весом выше 6 г на гелиоцентрическую параболическую орбиту, сообщив им вторую космическую скорость. Программа "Аполлон" и следующая за ней программа "Приложения проекта "Аполлон"" явились фундаментом очередной программы пилотируемых межпланетных полетов.
В 1965 г. члены Национальной академии наук после тщательного изучения рекомендовали правительству ряд научных пробле