Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2004 № 04
Перевел с английского Виктор ВЕБЕР
ПАТЕНТНОЕ БЮРО
ТРИДЦАТЬ ВТОРОЙ
Таков порядковый номер Всероссийского конкурса «Космос», который в начале этого года традиционно состоялся в подмосковном Королеве.
На финал съехалось более 250 школьников из 40 городов России, Белоруссии, Украины, Казахстана. Как и на предыдущих конкурсах, ребята соревновались в запусках ракет, демонстрировали свои модели, приборы и автоматы. Но главное — это защита авторских проектов по ракетно-космической технике, энергетике, космической медицине и биологии, экологии, астрономии, электронике и автоматике.
Эксперты Патентного бюро побывали на конкурсе и сегодня предлагают на ваш суд наиболее интересные исследовательские и технические работы.
УКРОЩЕНИЕ НЕМЕЗИДЫ
Астероиды могли бы практически вечно кружиться вокруг Солнца. Но стоит каким-либо возмущениям сбить их с орбиты, и они падают на ту или иную планету.
Уже подмечено: количество астероидов, приближающихся к Земле, возрастает, а с ним возрастает и вероятность столкновения с нашей планетой. Вот почему Александр Журавлев из Объединения космического моделирования Центра технического творчества учащейся молодежи города Курска предлагает для решения проблемы катастрофического столкновения астероида с Землей космический аппарат, способный сесть на астероид и с помощью энергетической установки изменить его орбиту, чтобы затем привести на орбиту Луны и использовать как источник минерального сырья. А запасы ценных химических элементов в астероидах немалые, если учесть их габариты. Так, астероид Психея имеет поперечник 250 км, Джулия — 115 км, Калиона — 177 км, а Немезида — около 200 км.
По имени последнего астероида и назвал Александр Журавлев свой проект. Космический комплекс «Укрощение Немезиды» он предполагает по частям собирать на геостационарной орбите высотой 36 800 км, откуда он с помощью химических маршевых двигателей в расчетное время отправится к астероиду.
Комплекс состоит из базового модуля, на котором закреплены атомная и солнечная энергетические установки, система радиосвязи и ориентации в космическом пространстве, система причаливания и закрепления на астероиде, спасательный модуль.
В базовом модуле расположены системы жизнеобеспечения экипажа, состоящего из командира корабля и трех инженеров, обслуживающих энергетические, буровые, двигательные установки и мощный лазер. Здесь же расположен комплекс агрегатов для бурения, дробления и подачи материала астероида в зону магнитного разгона, а также установлены баки с топливом и окислителем. Отсеки экипажа снабжены комбинированной защитой от радиации, противометеоритной и противопожарной защитами.
Солнечные батареи площадью 250 м2, мощностью 90 кВт обеспечивают зарядку резервных батарей аккумуляторов и работу приборов связи, ориентации, вычислительных комплексов. Ядерная энергетическая установка с реактором на тепловых нейтронах задумана как резервная. Его высота 3,55, а диаметр 3,12 м обеспечивают паротурбинный цикл с двумя турбинами мощностью 1000 кВт.
Солнечная энергетическая установка состоит из приемного зеркала диаметром 50 м, обеспечивающим постоянную мощность 500 кВт. В фокусе солнечной установки расположен теплообменник, через который аргон направляется в турбинный отсек, а после охлаждения на внешних теплообменниках излучающего типа — в лазер. Затем он направляется в модуль теплообменника ядерной установки и далее в солнечную печь. Рабочее вещество нагревается до 650 К и вновь направляется в турбину.
Турбина находится в основном модуле, тепловая мощность турбины около 1000 кВт. Часть мощности турбины через редуктор может отбираться для работы буровой установки. Сама же буровая установка стационарного типа оснащена рабочим инструментом с алмазной коронкой, которая позволяет бурить любые материалы тела астероида. После бурения материал подается в валковую дробилку, а затем сортируется и в виде рабочего вещества подается в активную зону шнековыми транспортерами, а на конечном этапе — роторной катапультой.
Лазерный импульс попадает в рабочую зону электромагнитного ускорителя, где превращает вещество в плазму. Она разгоняется электромагнитом. Скорость истечения плазмы достигает 80 км/с.
Таким образом, включая и выключая плазменный двигатель, экипаж изменяет орбиту астероида, предотвращая тем самым столкновение его с Землей. В особом режиме, когда угроза неотвратима, можно взорвать ядерный реактор, разбив астероид на мелкие кусочки.
МОДУЛЬ ОТДЫХА И РАЗВЛЕЧЕНИЙ
5 июля 2002 года агентство ИТАР-ТАСС при содействии Росавиакосмоса провело пресс-конференцию по проблеме пилотируемого полета на Марс. Ведущие специалисты отрасли сообщили, что при нынешних темпах развития ракетно-космической техники человечество уже к концу следующего десятилетия сможет совершить экспедицию к Красной планете.
Зачем нам Марс? Результаты исследований, проведенных с помощью автоматических аппаратов, позволяют предположить, что в древности на Марсе была плотная атмосфера и большие водоемы.
Примерно 3,5 млрд. лет назад планета потерпела экологическую катастрофу. Моря исчезли, атмосфера тоже. Изучение механизма катастрофы на Марсе, возможно, позволит предсказать будущее нашей Земли. Кроме того, эксперты считают, что со временем на Марсе можно будет восстановить атмосферу и сделать планету пригодной для жизни человека, создать таким образом «запасной дом» для землян. Актуальным остается и поиск жизни на Марсе. Так что лететь к Марсу стоит. Только выдержат ли такой полет люди?
Поскольку в таких экспедициях придется решать большие научные задачи, экипаж будет состоять из 10–12 человек. Медики считают, что в столь большом коллективе при длительном полете к Марсу стрессовых ситуаций не избежать. А значит, необходимо поддерживать космонавтов в хорошей физической и психологической форме.
Вот почему Юлия Пильтяй из Международной космической школы Байконура предлагает концепцию модуля отдыха и развлечений — специальный технический комплекс, необходимый, чтобы космонавты оставались бодры и веселы в течение всего полета.
Свою работу Юля начала с изучения публикаций, связанных с длительными космическими полетами, провела анализ существующих космических модулей. В конце концов, она выбрала для усовершенствования служебный модуль МКС «Звезда».
Его размеры вполне устраивали — диаметр 4 м, длина 12 м, масса 20 т. В него входили: двигатели сближения, причаливания и стыковки, система ориентации и стабилизаторы, системы энергоснабжения, жизнеобеспечения и еще целый ряд систем и агрегатов.
Немного перекомпоновав эти системы, Юлия нашла дополнительные объемы для размещения внутри установки имитации силы тяжести, музыкального и видеоцентра, живого уголка, оранжереи и бани.
Для имитации силы тяжести Юлия выбрала центробежную силу, которая образуется при вращении цилиндра относительно вертикальной оси симметрии. Задавшись исходным диаметром в 3,6 и высотой около 1 м, она определила прежде всего частоту его вращения. Для получения силы тяжести, равной земной, этот цилиндр необходимо вращать с угловой скоростью, равной 2,4 оборота в секунду.
Что такое музыкальный центр, понятно каждому, но использовать его предполагается в сочетании с видеопрограммами и с банком… земных запахов.
Например: на экране воспроизводится изображение смешанного леса средней полосы России, при этом из музыкального центра доносится трель соловья, стрекот кузнечиков, журчание ручейка, а воздух насыщается запахом хвои и грибов. Запахи можно хранить в небольших контейнерах вроде освежителей воздуха.
Оранжерею Юля предполагает разместить в помещении каюты. Выращивать в космической оранжерее проще всего редис, капусту и пшеницу — растения, которые уже выращивали в космосе. Там же, в каюте, расположится живой уголок, своего рода ферма по разведению перепелов и улиток. Предполагается поселить в живом уголке таких неприхотливых животных, как черепаха, ящерица, а из насекомых — майского жука.
В космосе баня так же необходима, как на Земле. А чтобы она не отличалась от земной, нужны будут специфические запахи березового веника, сосновой смолы, еловой хвои.
В готовом виде модуль отдыха и развлечений будет выводить на околоземную орбиту ракета-носитель типа «Протон». Там ее состыкуют с основным марсианским космическим кораблем, и космический буксир выведет весь комплекс на траекторию полета. После завершения экспедиции модуль прилетит к Земле в составе космического корабля и останется на орбите Земли ждать новых пассажиров.
