background image
C
M
Y
K
вторник
k
59, 4 июня 2013 г.
Выпуск 91
СИСТЕМНЫЙ ВЗГЛЯД
Как известно, Луна не имеет атмосферы. Это
создат благоприятные условия для использо
вания таких уникальных взлтно посадочных
транспортных систем, как тросовые.
Кроме того,
масса Луны на два порядка меньше земной, что
также делает е привлекательной для использо
вания тросовой системы. Это связано с тем, что
приращение ускорения силы тяжести
g по изме
нению длины
r троса линейно зависит от массы
небесного тела
М, а приращение скорости
V
от корня квадратного из
М. Значит, чем меньше
масса
М, тем меньше разрывное усилие в тросе
при той же скорости
V.
Так, для Земли и Луны, массы которых разли
чаются на два порядка, а корни из них примерно
на один порядок, скорости при одних и тех же
длинах троса
r различаются в девять раз, а раз
рывное напряжение в
85 раз. Это дат основа
ние утверждать, что одна и та же скорость троса
достигается при разрывном напряжении в нм,
примерно в десять раз меньшем, чем в околозем
ном тросе. Естественно, что при этом удаление
данного элемента лунного троса от центра масс
системы существенно увеличивается.
Вс это означает, что при одном и том же
материале (возьмм, например, кевлар) длина
троса на низких околоземных орбитах может быть
не больше
~ 1000 км, а на окололунных и более
10 000 км.
Рассмотрим лунную транспортную систему на
основе кевларового троса. Он обладает следую
щими свойствами: предел прочности
2,8 кН/
мм
2
; погонная масса троса диаметром
1 мм
1,132 кг/км; длина орбитального саморазрыва
150 10
3
км.
Следовательно, на Луне такой трос площадью
поперечного сечения
1 мм
2
способен поднять груз
до
1,5 т (на Земле не более 280 кг). Тросы
площадью сечения
10 мм
2
и
100 мм
2
способны
поднять с Луны соответственно грузы
15 т и 150 т.
Лунная тросовая транспортная система вклю
чает в себя следующие элементы (рис. 1):
трос; катушку (их может быть две) для сматыва
ния и наматывания троса; захватывающее уст
ройство на конце троса (или тросов).
Катушка движется по круговой окололунной
орбите и приводится в действие электродвигате
лем; источником энергии могут служить Солнце
или ядерные энергоустановки. Все эти системы
размещены в корпусе катушки и могут управлять
ся человеком. По существу это специализирован
ная орбитальная станция лунная орбитальная
тросовая станция (ЛОТС).
Космические карусели
Тросовые взлтно посадочные системы для Луны
В общем случае захватывающие
устройства (ЗУ) размещаются на
нижнем и верхнем концах троса и
предназначены для операций с
грузами по захвату их с поверх
ности Луны, посадке на эту повер
хность, ловле грузов от Земли
или других небесных тел и по выб
росу их к Земле или в дальний
космос. В этом случае ЛОТС имеет
две катушки с тросами: одну
для спуска грузов на Луну и подъ
ма с не, другую для вывода
грузов на орбиты полта к Земле и
в дальний космос и для прима
грузов, летящих от них.
Захватывающее устройство (ЗУ) представляет
собой комплекс технических средств для поиска
мишени груза, сближения с ней на малой скорости
(




100 м/с), механического сцепления с мишенью и
доставки на тросе груза к ЛОТС. Для этого ЗУ обору
довано реактивными двигателями (РД) ориентации
и стабилизации, маршевым РД для торможения
перед мишенью. Кроме того, ЗУ может иметь не
большую катушку с электроприводом для быстрого
выбора слабины нижней части троса после захва
та груза или посадки его на поверхность Луны.
Длина троса этой катушки
~ 1 км, его масса ~ 10 кг,
масса катушки ~
10 кг, всего 20 кг.
При этом груз, с выставленной вверх мишенью,
устанавливается заранее на взлтно посадочную
полосу на специальную тележку, оборудован
ную колсами, или магнитную подушку. При
этом груз может с помощью реактивного двигате
ля, электромотора или электрически тормозиться
при спуске на Луну.
Захватывающее устройство имеет локацион
ную систему определения расстояния до мишени
и их относительной скорости. С помощью реак
тивных двигателей ЗУ корректирует свою ско
рость так, чтобы попасть в маяк, установлен
ный на мишени. За несколько секунд до встречи с
мишенью он включает РД и практически останав
ливается (относительная скорость




100 м/с) в
мишени. В это время осуществляется зацепление
ЗУ с мишенью (например, так же, как это делается
на авианосцах при посадке самолта на
палубу и его старте с не). После зацепле
ния включаются катушки ЛОТС и ЗУ, кото
рые выбирают слабину троса, натягива
ют его и формируют вертикальную силу
отрыва груза от поверхности Луны и
транспортировки его к ЛОТС.
При посадке же, наоборот, катушки раз
матывают трос, ЗУ расцепляется с грузом
после его посадки на тележку. Далее груз
тормозится и останавливается в конце
взлтно посадочной полосы.
Захватывающее устройство имеет высо
томер, который, во первых, с помощью
троса или РД обеспечивает его движение
на требуемой высоте перед мишенью, а во
вторых, после отрыва груза от Луны, обес
печивает, опять же с помощью троса или
РД, безударное о поверхность Луны дви
жение груза в начале его подъма.
Видно, что ЗУ сложное техническое
устройство: практически это корабль на тро
се, решающий главную задачу захват или
спуск груза на поверхность. Помимо этого,
такое же ЗУ используется для поимки
движущихся к Луне грузов от Земли или из
дальнего космоса. Для этого грузы перед
встречей с верхним ЗУ выставляют мишень с мая
ком, оно выдвигается на тросе на высоту, на кото
рой его скорость минимально отличается от скоро
сти пребывающего груза. Здесь захватывающее
устройств делает манвр и сцепляется с грузом.
Учитывая основное достоинство лунной транс
портной системы способность формировать
большие скорости ЗУ на базе современных тро
сов, эта система может быть использована для
экономичного выведения грузов и КА с Земли не
только на Луну
(рис. 2), но и в дальний космос.
Для этого с Земли по энергоэкономичной эллип
тической орбите запускается груз к Луне, где он
ловится верхним ЗУ, после этого увеличивает
ся длина троса до требуемой и в нужный момент
отпускается в свободное плавание к наме
ченной цели со скоростью более
5 км/с
. Таким
образом, ЛОТС способна сделать Луну перева
лочным пунктом экономичного транспортирова
ния грузов в дальний космос.
Основные характеристики тросовых систем с
различной высотой движения по круговой около
лунной орбите их центра масс рассчитаны и све
дены в таблицы. Из результатов расчтов следу
ет, что трос площадью сечения
1 мм
2
может быть
использован для подъма с Луны грузов массой
до
1,5 т при высоте полта центра масс системы
более
10 000 км. При длине 10 000 км масса тро
са не превысит
~ 12 т, а объм 8 м
3
, что техничес
ки вполне реализуемо.
Доставляемый на орбиту груз может быть от
правлен на том же тросе, поврнутом от Луны, на
большие высоты, где может быть отпущен, при
обретя большую скорость. Так, если груз достав
ляется с Луны к станции на высоту
500 км, а затем
выбрасывается на тросе на высоте
10 000 км, то
скорость груза составит более
8 км/с.
Трос площадью сечения
10 мм
2
способен под
нять с Луны груз массой до
15 т. Это наиболее
вероятный груз ближайших 40 лет, поэтому такой
трос наиболее актуален для использования. Мас
са его при длине
10 000 км составит порядка
100 т. Столько же будет весить катушка с редук
торами, электромоторами и источниками энер
гий, то есть суммарно трос с катушкой будет
иметь массу
~ 200 т. С учтом массы малой ка
тушки с тросом длиной
500 км для операций с
грузами на Луне, хранилищ с топливом для
ЗУ (или пороховых ракет), системы обеспечения
космонавтов масса тросовой станции составит
около
500 т.
Наиболее просто реализуется система при дли
не троса
100 км. Из результатов проведнных рас
чтов следует, что такая тросовая станция, двига
ясь по круговой орбите высотой
100 км, должна
компенсировать скорость ЗУ, равную
1,569 км/с.
При массе полезного груза захватывающего уст
ройства
50 кг и качестве конструкции 0,4 потребу
ется начальная масса ЗУ, равная
~ 150 кг, при
использовании кислородно водородных двигате
лей и
250 кг двигателей на кислороде и кероси
не. Проблема утечек криогенных компонентов топ
лива может быть решена путм хранения основно
го объма этих компонентов на станции с примене
нием систем изоляции и доохлаждения. В ЗУ топ
ливо заливается перед началом операции подъма
или спуска груза. При этом спуск самого ЗУ от
станции займт несколько часов, что не приведт к
заметному испарению криогенных компонентов
топлива. Масса троса составит
~ 1,5 т, объм
менее
1 м
3
, общая масса троса и катушки с приво
дами и источниками энергии не более
5 т. В
автоматическом варианте масса станции с запаса
ми топлива, причальными устройствами для тан
керов и ремонтных кораблей, средств управления
и робототехники не превысит
~ 20 т.
Е достоинства в малой массе, технической
реализуемости в ближайшие годы, дешевизне и
высокой эффективности, недостаток необхо
димость корректировать высоту станции из за
сильных аномалий гравитационного поля Луны и
ограниченности функций (спуск грузов на Луну и
подъм их с Луны) из за малой длины троса.
Базироваться станция может на высоте
~ 300 км,
чтобы не подвергаться сильному влиянию анома
лий поля тяготения Луны. На время работы она
на ЭРД спускается на высоту
100 км, проводит
операцию с грузом и возвращается на свою базо
вую орбиту. Взятый с Луны груз станция передат
грузовым кораблям Земля Луна Земля,
для спуска на Луну она же
от них принимает грузы.
Вс это происходит на ба
зовой орбите 300 км.
Более широкие воз
можности по транспорти
ровке грузов у станции,
движущейся на высоте
500 км и имеющей два
троса и две катушки,
один трос направлен к
Луне и имеет длину
500 км, другой от Луны
(длиной
5000 м). На кон
цах этих тросов есть ЗУ,
нижнее для доставки грузов на поверхность
Луны и взятия их с Луны, верхнее для отправки
грузов к Земле
(рис. 3) и в дальний космос со
скоростью порядка
5 км/с и прима грузов оттуда
примерно с такими же скоростями для переправ
ления их к Земле или на Луну.
Масса нижнего троса составит
~ 6 т, вместе с
катушкой и е аксессуарами это будет ~
15 т.
Масса верхнего троса
60 т при объме 40 м
3
.
Вместе с аксессуарами это
~ 150 т. Такая тросовая
станция может быть обитаемой и посещаемой на
время работы с грузом. Обитаемость добавит ещ
~ 50 т, запасы топлива и ЗИПа около 50 т. Таим
образом, масса станции составит примерно
250 т.
Георгий УСПЕНСКИЙ, доктор технических
наук, профессор, заместитель начальника
комплекса ЦНИИмаша
В 1986 году мы снимали в Чернобыле.
Вскоре после того, как я закончил
монтаж фильма, в Новосибирск при
ехал бизнесмен из Японии. У него были
свои дела с кем то он заключал
контракт. Меня это не касалось. Но
выяснилось интересное обстоятель
ство. Из культурного центра Хоккай
до есть такой в Новосибирске
позвонили на студию и передали
просьбу. Японский гость услышал по
телевидению о наших съмках в Чер
нобыле и выразил желание посмот
реть фильм. Он живт в префектуре
Фукусима. Будет интересно, сказал
японец, увидеть то, о чм недавно
говорил весь мир, тем более, что в
префектуре тоже есть две атомные
электростанции.
Гость оказался мужчиной лет пяти
десяти типично японского облика ка
ким показывают жителей Страны вос
ходящего солнца в кино и по телевиде
нию. Он постоянно кланялся, источал
приветливость и непрерывно улыбал
ся. Однако, посмотрев фильм, улыбать
ся перестал. Это, сказал японец,
очень впечатляет. У вас произошла
большая беда, и вы с ней достойно
справились. Теперь он будет ещ
больше уважать великую страну со
седа.
Он считает, что этот фильм должны
посмотреть все японцы. Во всяком слу
чае жители префектуры обязатель
но. Он приглашает приехать в свою
страну господина директора студии,
господина оператора и, конечно, гос
подина режиссра, то есть меня. Все
проблемы визы, билеты и прочее
гость берт на себя.
После этого он с чувством произнс
ещ несколько фраз. Переводчик пе
ревл:
Разумеется, ничего подобного в
Японии произойти не может. Жители
Фукусимы знают, что наши атомные
электростанции совершенно безопас
ны. Конструкторы и строители предус
мотрели все возможные и даже невоз
можные обстоятельства.
Какие именно? поинтересовал
ся я.
Например, на станцию упадт са
молт или даже метеорит. Ядерный
реактор заключн в оболочку, кото
рую ничто не может разрушить.
У вас часто бывают сильные зем
летрясения
Даже нашим детям известно
станция стоит на особых подушках,
которые гасят самые сильные колеба
ния. Школьникам вс время рассказы
вают об этом на специальных уроках.
А если кто то из персонала стан
ции не туда повернт ручку? не уни
мался я.
Во первых, такое исключено,
терпеливо отвечал гость. А если слу
чится, умная японская автоматика не
допустит нежелательных последствий.
После этого он ещ раз подтвердил
сво приглашение посетить Японию и
откланялся.
Господин режисср, то есть я, а
также мои коллеги начали собираться
в дорогу.
Несколько раз нам звонили из куль
турного центра Хоккайдо, интересо
вались вс ли нормально с докумен
тами, в порядке ли заграничные пас
порта, оформили ли мы таможенную
декларацию на груз в данном случае
таковым являлся фильм, то есть ко
робки с плнкой. В ту пору видео и,
соответственно, такая замечательная
вещь, как диски, ещ не существовали,
даже в Японии.
Сын попросил привезти ему магнито
фон Грундиг. Я выучил японское при
ветствие конниччива саске сан!. По
мню его до сих пор. Перспектива поез
УРОКИ ИСТОРИИ НАУКИ
дки становилась вс более реальной.
Оставалось узнать дату отъезда. И зво
нок раздался. На проводе Япония.
Господин коммерсант приносит из
винения. Он советовался с господином
префектом Фукусимы и тот, к сожале
нию, не считает возможным показ
фильма в префектуре. Никто не дол
жен сомневаться в абсолютной безо
пасности атомной энергетики. То, что
произошло у вас, это проблема Рос
сии, не имеющая никакого отношения
к Японии.
Мне бы очень хотелось встретить
ся теперь с господином коммерсантом
и господином префектом префектуры
Фукусима. Я надеюсь, что дома, в кото
рых они живут, не попали в зону радио
активного заражения.
Валерий НОВИКОВ,
режисср кинодокументалист,
заслуженный деятель искусств РФ
(Новосибирск, Академгородок)
Абсолютная безопасность, или несостоявшееся путешествие
Рис. 1. Лунная тросовая
транспортная система.
Рис. 3. Схема
транспортировки
грузов с Луны на
Землю.
Рис. 2. Схема выведения
грузов с Земли на Луну.