Новые пилотируемые космические корабли. Строительство станции на Южном полюсе

Темы передачи: проекты новых пилотируемых космических кораблей, строительство американской научной станции на Южном полюсе, а также короткие научные новости.

Лилия Шукаева: Сотрудники НАСА - Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства - уже давно планировали заменить космические челноки - "шаттлы" - кораблями нового поколения. Однако пока этого сделать не удалось, и оставшиеся три "шаттла" - "Атлантис", "Дискавери" и "Эндевор" - в течение ближайших 10, а то и 20 лет будут нести основную нагрузку американской космической программы.

Но нет худа без добра. В проектах нового поколения космических кораблей, которые будут утверждены к концу этого десятилетия, можно будет использовать усовершенствованные двигатели, которых не было раньше, и более жаропрочные материалы, способные лучше выдерживать высокие температуры, возникающие при возвращении в атмосферу.

Главная трудность, связанная с теперешними космическими челноками, говорит директор Института перспективных космических транспортных систем доктор Вай Шии, это их дороговизна, так что мы не можем построить их много. В кратковременной перспективе НАСА планирует добавить к космическим челнокам сравнительно простые аппараты, которые смогут доставлять на Международную Космическую станцию астронавтов, но не грузы. В более долговременной перспективе рассматриваются разные варианты, включая "космические лифты". Гипотетические варианты ограничиваются только размахом воображения, по крайней мере, до начала реальных испытаний.

Если бы космические челноки удавалось запускать более часто, как это предполагалось вначале, в 70-х годах, когда планировалось по запуску каждую неделю, то они уже давно выработали бы свой 100-полетный ресурс. После катастрофы "Челленджера" в 1986-м году в исследовании, проведенном НАСА и Министерством обороны, рекомендовалось спроектировать "Челнок-2", который должен был бы в 2001-2002-м годах сменить теперешние космические челноки. Однако, 20-летние усилия спроектировать какую-то им замену пока закончились ничем, если не считать объявленного в ноябре прошлого года руководителем НАСА Шоном О'Кифи намерения истратить 2,5 миллиарда долларов в течение ближайших четырех лет на разработку небольшого космического аппарата - Орбитального космолета - для доставки людей на космическую станцию и для возвращения их на Землю, начиная примерно с 2010-го года.

Остальные денежные средства, первоначально выделенные на разработку новых космических кораблей, сейчас решено потратить на обновление и совершенствование имеющихся космических челноков, чтобы они продолжали летать хотя бы до 2015-го года. Поскольку сотрудникам НАСА не удалось запускать челноки не только с недельным, как это планировалось вначале, но и с двухнедельным интервалом, они до сих пор не израсходовали свой ресурс. Больше всех летал челнок "Дискавери". Он сделал 30 полетов, так что до исчерпания его расчетной долговечности остается еще 70 запусков.

Что касается "Орбитального космолета", то он будет представлять собой небольшой челнок, запускаемый ракетой ВВС США "Титан-4" или "Дельта-5". "Фактически такой челнок будет просто верхней ступенью, - говорит доктор Барри Дэвидсон, профессор аэрокосмической технологии из Сиракузского университета. - И он, конечно, не сможет заменить теперешние челноки. Фактически это будет временная замена, нужная до тех пор, пока появятся полноценные космические корабли нового поколения".

Орбитальные космолеты смогут доставлять на околоземные орбиты порядка 10 астронавтов за рейс и заменят российский "Союз" в качестве спасательной капсулы для экипажа Международной Космической Станции. Но их грузоподъемность будет невелика, так что они практически не смогут участвовать в серьезных космических строительных проектах или даже в научных экспериментах, какие проводились, например, на борту "Колумбии". Ведь "шаттлы" способны доставлять 25 тонн полезной нагрузки на орбиты выше 150 километров над Землей.

Полноценные космические корабли нового поколения, которые вряд ли начнут летать в космос раньше 2020-го года, будут существенно отличаться от теперешних космических челноков. В частности, они скорее всего будут стартовать со взлетной полосы, а не с пусковой площадки, поскольку НАСА стремится по мере возможности упростить эксплуатацию космических аппаратов. Одна из главных целей НАСА - всемерно удешевить космические полеты, снизить стоимость доставки 1 килограмма груза на околоземную орбиту с теперешних 20 тысяч до 200 долларов и добиться большей безопасности. Ключевым фактором при решении этих задач будет разработка новых реактивных двигателей так называемого прямоточного типа. Материнский летательный аппарат - "матка" с таким двигателем будет разгонять орбитальный корабль в верхних слоях атмосферы до "10 махов", как говорят авиационные инженеры, то есть, до 10-кратной скорости звука, после чего собственные ракетные двигатели корабля выведут его на космическую орбиту. А аппарат "матка" в это время вернется на аэродром.

Прямоточный двигатель в принципе по конструкции проще обычного турбореактивного, потому что в нем нет ни компрессора, ни приводящей его газовой турбины, а сжатие горючей смеси происходит полностью за счет скоростного напора. А главным преимуществом "прямоточки" перед ракетными двигателями является то, что для сжигания топлива в ней используется кислород из земной атмосферы. Так, например, "шаттлам" приходится брать с собой для ракетных двигателей 635 тонн жидкого кислорода. Вместо этого, в летательном аппарате с прямоточным двигателем можно значительно увеличить полезную нагрузку.

К сожалению, гиперзвуковая прямоточная технология пока еще недостаточно разработана. Но уже в этом году намечено провести испытания экспериментального непилотируемого аппарата 4-метровой длины с прямоточным двигателем. Этот аппарат, названный "ИКС- 43", должен будет достичь расчетной 10-кратной скорости звука. Кстати, аналогичные испытания, которые проводились в 2001-м году, закончились неудачно.

Другое важное новшество связано с разработкой более совершенных жаропрочных покрытий, в частности, прокладок из волокнистого кремния, зажатых между пластинами из никелевого сплава и способных выдерживать нагрев до более чем 1100 градусов Цельсия. Металлический слой сможет лучше выдерживать удары космических обломков, чем керамические плитки, покрывающие сейчас поверхность космических челноков, и его будет легче поддерживать в работоспособном состоянии.

К сожалению, не все эффектные инженерные концепции удается претворить в реальную жизнь. Напомним, что еще в 80-х годах конструкторы НАСА пытались создать так называемый Национальный Аэрокосмический Самолет. Этот самолет с прямоточным двигателем должен был взлетать с обычного аэродрома и выходить на околоземную орбиту. Инженерам тогда пришлось признать, что проект нереален.

В 1996-м году аэрокосмическая компания "Локхид-Мартин" заключила контракт на постройку летательного аппарата "ИКС-33", по форме напоминавшего тупоносый наконечник стрелы. "ИКС-33", который должен был впервые полететь в 1999-м году, также был задуман как одноступенчатый летательный аппарат. Проектировщики собирались его снабдить двигателем нового типа, заменить алюминий в конструкции топливных баков композитным материалом из сверхпрочных углеродных волокон и покрыть корпус металлическими теплоизоляционными плитками. Предполагалось, что после завершения испытаний экспериментальной модели "Локхид-Мартин" построит полноразмерный корабль - "Венче-стар" и будет проводить все коммерческие запуски по поручению НАСА и других организаций.

Осуществление проекта, однако, натолкнулось на трудности. Топливный бак из углеродных волокон треснул, изготовители не могли уложиться в бюджет, и, израсходовав свыше миллиарда долларов, руководители НАСА в 2001-м году отказались от своего замысла. "ИКС-33" так и не поднялся в воздух.

Вместо него НАСА провозгласило новую инициативу под названием "Космический запуск". В рамках этой почти 5-миллиардной 5-летней программы НАСА заключило три контракта на проектирование новых космических кораблей с "Боингом", "Локхид-Мартином" и инженерами компаний "Орбитал Сайенс" и "Нортроп-Грумман". Предварительные исследования показали, что весьма перспективным топливом для главных двигателей будущих кораблей может стать авиационный керосин.

В ноябре прошлого года НАСА опять изменило планы, отказавшись от идеи использовать керосин и отложив решение о замене космических челноков. Упомянутые три группы проектировщиков продолжают работать над своими проектами, но масштабы этих проектов "стали теперь скромнее", пояснила Джун Малоун, представительница Центра космических полетов НАСА в Хантсвилле, штат Алабама.

Консультант по аэрокосмическим проблемам Джон Пайк напомнил, что концепция летательного аппарата многоразового использования, разгоняемого ракетой, начала обсуждаться с 60-х годов, еще до того, как НАСА приняло решение о постройке космических челноков. Но только теперь, спустя более 40 лет, нужная технология готова, и для постройки подобного аппарата практически не требуется никаких исследований.

Но самым простым и дешевым средством доступа к космическому пространству может стать так называемый "космический лифт". Его идея, высказанная сначала в научной фантастике, очень проста. Сначала на экваториальную геосинхронную орбиту на высоту 36 тысяч км над Землей запускается большой спутник. Такой спутник будет постоянно висеть над одной и той же точкой земной поверхности. Затем со спутника спустят вниз кабель, доходящий до Земли, и по этому кабелю пустят лифт, который будет ходить вверх и вниз.

Доктор Брэдли Эдвардс, возглавляющий техническую службу фирмы "Хай-Лифт Системс", базирующейся в Сиэттле и разрабатывающей такого рода проекты, заявил, что вся требуемая технология уже имеется. Дело только за кабелем. А нужные для его создания материалы высочайшей весовой прочности, состоящие, например, из эпоксидных смол и углеродных нитей, видимо, появятся уже в ближайшие годы. На эскизную разработку концепции "космического лифта" НАСА выделило 570 тыс. долларов. "Мы надеемся построить первый экспериментальный образец такого лифта и ввести его в эксплуатацию примерно в течение 15 лет", - сказал доктор Эдвардс.

Александр Сиротин: Американские полярники - исследователи Южного полюса - недавно распрощались со своим старым спартанским жильем и переселились в новое здание, похожее на обычный недорогой мотель. Казалось бы, не ахти какое строительное достижение, если не знать, что "мотель" построен на самом Южном полюсе. Огромное отапливаемое здание высоко поднято на 36 колоннах, чтобы его не засыпала никакая антарктическая пурга.

Речь идет о южно-полярной станции Амундсена-Скотта в Антарктиде. В начале марта астрономы, химики, технические работники, повара, строители перенесли оборудование и личные вещи в новое здание, расположенное в 100 метрах от старого. Когда через 4 года новая станция будет закончена полностью, старое куполообразное здание разрежут на части и отправят морским путем сборщикам алюминиевого металлолома.

Сотрудники антарктической станции Амундсена-Скотта убеждены, что старое здание отжило свой век. Геодезический купол, кстати, аналогичный тому, какой был когда-то построен на американской выставке в Сокольниках - был рассчитан на 33 человека. Но научные исследования, проводимые на Южном полюсе, приобрели такое важное значение, что Национальный Научный Фонд США выделил 133 миллиона долларов на строительство новой станции, в которой разместятся 200 ученых и вспомогательных работников. В новом здании предусмотрены жилые комнаты, столовая и даже киноконцертный зал.

Но не все старожилы легко расстаются с прошлым. "Геодезический купол - это чудо-конструкция, - говорит Шейн Клауссон, наладчик компьютерной системы. - Жить и работать в таком далеком от привычных представлений причудливом здании - это будто участвовать в каком-то научно-фантастическом триллере".

Шейн Клауссон - один из 20 полярников, решивших остаться пока в старом помещении. Новую обживают 40 других сотрудников. Если раньше полярники не имели выбора, то теперь они могут переселиться из одного здания в другое.

"Посмотрим, - говорит тот же Клауссон, - что значит перенести полярную антарктическую зиму с сознанием, что всегда можно перебраться в новое, более современное здание". А полярная зима в Антарктиде длится больше 8 месяцев - с середины февраля по конец октября.

В отличие от Клауссона его начальник - менеджер компьютерной системы Эндрю Логен - с удовольствие переехал в новое здание, где он получил отдельную комнату с окном. Он провел на станции уже три зимы, но только четвертую впервые сможет наблюдать через окно.

"Не могу дождаться, - говорит он, - когда я смогу из теплой комнаты, даже не вставая с кровати, увидеть в ночном небе южное полярное сияние. Это неописуемое зрелище, при виде которого возникает такое чувство восторга, какое трудно представить себе людям, видевшим полярное сияние только на фотографиях".

Моника Гербекс, ответственная за рабочее расписание, торопит сотрудников с приведением в порядок тех частей нового помещения, которые еще не закончены. Работы в этом, может быть, самом удивительном здании на планете, не прекращаются ни на один день. И от каждого сотрудника станции требуется изобретательность в преодолении трудностей.

Жизнь на полярной станции наполнена сильными эмоциями. Это место - самая отдаленная обитель на планете. Связь с Большой Землей возможна лишь 10 часов в сутки, когда спутник скользит вдоль горизонта. Станция покоится на ледяной пластине толщиной более трех километров, которая дрейфует в сторону Южной Америки со скоростью около 3 см в сутки. Из окон видна бескрайняя равнина, покрытая снегом и льдом. Летом солнце крутится над головой 24 часа в сутки. Кристаллики льда носятся в ясном голубом небе словно бриллиантовая россыпь. А зимой солнце полностью исчезает на 4 месяца. Температура опускается ниже 70 градусов мороза по Цельсию. На Северном полюсе строительство больших зданий невозможно - их не выдержит дрейфующий лед.

Находясь в такой экзотической обстановке, антарктические полярники никогда не забывают, что они живут прямо на земной оси, вокруг которой вращается наша планета, и что именно здесь сходятся линии земной долготы. Так что полярники могут тремя-четырьмя прыжками как бы обежать вокруг земного шара, во всяком случае пересечь все земные меридианы. Во время долгой полярной ночи зимовщики собираются в клубе, сидят в жаркой, под 90 градусов Цельсия сауне, а оттуда нагишом, лишь в утепленных резиновых сапогах, выбегают на снег, пробегают вокруг географического Южного полюса, и назад. У полярников очень развито чувство товарищества. Оказавшись вместе в столь изолированных условиях, они должны полагаться друг на друга, и это рождает особые связи. Многие из работников полярной станции говорят, что нигде больше они не жили такой полной жизнью.

Чтобы снаружи попасть в старую куполообразную станцию, надо сначала сойти вниз по крутому склону из плотно утрамбованного снега и войти в темный портал, в котором даже намека нет на то, что скрывается за ним. Затем вы попадаете в длинный, покрытый ледяной коркой туннель, который ведет в покрытую куполом полость высотой чуть более 15 метров и представляющую собой не что иное, как тускло освещенную раковину. Кругом страшный холод. Ледовые сталактиты свисают с потолка. Под куполом теснятся три отдельных небольших дома.

Новая станция встает изо льда, как сверкающий космический корабль. На 36 колоннах стоят два корпуса, соединенные переходом. По окончании всех строительных работ общая отапливаемая площадь станции будет более 6 тысяч квадратных метров. Это включает офисные помещения, лаборатории, больницу, кухню, гимнастический зал с волейбольной площадкой и жилой отсек с окнами почти в каждой комнате.

В отличие от старого здания, в новом имеется общая столовая, тоже с окнами. Живущим в тепле и комфорте за метровой толщины теплоизоляцией и особыми дверями, похожими на двери промышленных холодильников, новым поколениям полярников гораздо реже придется выходить на мороз.

Как говорит Уилльям Брукс, архитектор фирмы "Ферраро Чой энд Ассошиейтс", находящейся в Гонолулу и проектировавшей новый комплекс, новая станция вознесена на трехметровую высоту над землёй и ее не будет заносить снегом, как это случалось в прошлом со старыми помещениями станции, построенными в конце 50-х годов. Поскольку, поясняет архитектор, на Южном полюсе климат никогда не смягчается и лед не тает, снег постоянно накапливается. За 20 лет любое строение здесь оказывается под 6-метровым слоем снега и льда.

Чтобы решить эту проблему, фасад новой станции, принимающий на себя главную ветровую нагрузку ветров, выполнен в виде клина, как крыло самолёта. Ветер будет загонять снег под здание, формируя за ним 300-метровый хвост, наподобие хвоста за кометой. Когда снежные сугробы сплошной стеной окружат здание, его можно будет как бы поддомкратить вверх на целый этаж. Колонны сконструированы с таким расчетом, чтобы их можно было телескопически выдвигать, поднимая здание. В течение 45 лет здание станции таким образом станет в два раза выше.

За строительство новой станции ответственны два человека. Первый - это Джерри Марти, которого Национальный Научный Фонд назначил менеджером по снабжению станции Амундсена-Скотта строительными материалами и оборудованием. Заказы на 18 тысяч тонн груза сделаны на два года вперед. Сначала грузы доставляются морским путем за 16 тысяч километров из Калифорнии на полярную станцию МакМардо - главную американскую береговую базу в Антарктиде, расположенную на расстоянии 1400 километров от Южного полюса. Отсюда они перебрасываются грузовыми самолетами на полюс. Каждый самолет перевозит за рейс около 12 тонн груза. Когда самолет приземляется на станции, полярники часто встречают груз прямо с инструментами в руках, чтобы немедленно пустить в ход только что доставленные стройматериалы.

Карлтон Уокер - второй человек, ответственный за возведение новой станции, руководит непосредственно строительным процессом. Под его началом находятся 110 строителей, которые работают в три смены круглосуточно 6 дней в неделю. Значительную часть работ приходится вести снаружи при 35-градусных морозах, которые нередки даже в разгар антарктического лета. Защитная одежда весит 16 килограммов. Питательный рацион рабочих содержит не менее 5 тысяч калорий в день, включая большое количество масла и мяса. Если что-то ломается, выйти из положения бывает трудно: ведь магазинов стройматериалов поблизости нет. Так что лучше не ошибаться - говорит Карлтон Уокер.

Когда полетел гидравлический фильтр подъемного крана, рабочие смастерили новый из трех фильтров, взятых из других строительных механизмов. Подобная изобретательность спасла положение и тогда, когда некоторые колонны под частично построенным зданием, начали погружаться в снег быстрее, чем ожидалось. Одни колонны ушли вниз на 15 сантиметров, другие на 2 сантиметра. В результате перекосов появились широкие трещины.

Изучивший эту проблему Деннис Берри, специалист по строительной механике из Анкориджа, штат Аляска, объяснил, что в одних местах, на которых стоят колонны здания, снег оказался не очень твердым, тогда как в других - сильно уплотненным, видимо, потому что именно здесь за последние 50 лет работали люди, строя площадки и взлетные полосы. Чтобы решить проблему, Карлтон Уокер и его строительная команда откопали основания колонн, подняли их и подложили под них деревянные шайбы, а потом "вывесили" и все здание.

В начале февраля шеф-повар полярной станции Жан-Эманюэль приготовил прощальный обед под старым куполом - мясо по-веллингтонски. "Это старый рецепт, сказал он, - настоящий кулинарный динозавр, но все равно он всем нравится". А на кухне новой станции повар приготовил первый обед, который состоял из бифштекса по-нью-йоркски и клешней аляскинского краба. Повар в восторге от оборудования новой кухни, которую он считает подлинным произведением искусства.

Скоро полярники увидят из окна новой столовой вид, какого не увидишь больше нигде на Земле. 21 марта солнце опустилось до горизонта, и его огненный шар трое суток крутился вдоль границы, разделяющей землю и небо. Теперь еще несколько недель прогорит закатная заря, и опустится тьма. Наступит время полярных сияний. .

Евгений Муслин: Через 50 после открытия структуры ДНК для этой знаменитой молекулы было найдено новое применение. Она стала источником энергии для молекулярных компьютерных систем. Соответствующее исследование, проделанное израильскими учеными в Институте Вейцмана, опубликовано в "Трудах Национальной академии наук США".

Будучи включены в электросеть или используя батареи, компьютеры для своей работы всегда нуждаются в энергии. Примерно год тому назад профессор Эхуд Шапиро из Вейцмановского института вызвал международную сенсацию, спроектировав программируемый молекулярный компьютер, состоящий из энзимов и молекул ДНК. Теперь эта же научная группа обеспечила такой компьютер необычайно экономным источником энергии - им стала та же молекула ДНК, через которую в компьютер вводятся исходные данные.

Чайная ложка, или всего 5 миллилитров так называемого "компьютерного супа", может содержать 15 триллионов описанных молекулярных компьютеров, способных выполнить 330 триллионов математических операций за секунду с погрешностью не более одной сотой доли процента. При этом их суммарное энергетическое потребление не превышает 25 миллионных долей ватта.

Молекулярный компьютер израильских ученых внесен в книгу мировых рекордов Гиннеса под названием "самое миниатюрное биологическое вычислительное устройство".

Датские исследователи обнаружили, что неумеренное потребление кофе во время беременности может привести к рождению мертвого ребенка. Медики из датского университета Аархус считают, что повышение риска происходит вследствие действия кофеина или же вследствие некоторых рискованных форм поведения. Дело в том, что среди женщин, злоупотребляющих кофе, пишут исследователи в "Журнале Британской Медицинской Ассоциации", больше курильщиц и любительниц алкоголя. Эти выводы основаны на изучении историй 18 тысяч беременностей с 1989-го по 1996-й год.