ТРОС В РОЛИ ДИНАМО
Наверное, стоит на время прервать рассказ о заокеанских экспериментах, чтобы напомнить об одной работе российских ученых. В 1990 году доктор физико-математических наук Владимир Белецкий и кандидат физико-математических наук Евгений Левин опубликовали статью, в которой подробно описали возможные применения тросовых систем. Среди прочего речь там шла и о том, что с помощью электропроводящих тросов в космосе можно осуществлять в высшей степени интересные эксперименты по получению электроэнергии.
Как же они будут происходить? Скажем, астронавты откроют люк грузового отсека орбитального космолета. В нем находится лебедка и приемная штанга длиной около 10 м. Субспутник на тросе выпустят вверх. Из него в разные стороны выдвинут электрические датчики «Можно ли пропускать по такому тросу постоянный ток? — продолжали исследователи рассуждения. — Казалось бы, нет. Цепь не замкнута. Но ведь он движется в проводящей ионосферной плазме. Ток, текущий по тросу, может замыкаться через окружающую среду. Для этого на концах троса должны быть установлены специальные контактные устройства».
Прервем цитату, чтобы отметить прозорливость наших исследователей. Все именно так и происходило на самом деле 25 февраля 1996 года, когда челнок «Колумбия» после выхода на орбиту выпустил из своего грузового отсека спутник.
По мере того, как оба искусственных тела расходились друг от друга, между ними возникал электрический потенциал. Дело в том. что когда два тела находятся на разных высотах в ионосфере Земли, то на них в единицу времени падают неравные потоки заряженных частиц ионосферной плазмы и поверхности тел заряжаются по-разному.
В эксперименте удалось получить силу тока 0,5 ампера при напряжении 3500 вольт. Вероятно, эти результаты удалось бы еще улучшить, но, как уже сказано, оборвался трос длиной около 20 км, связывающий челнок и спутник, и эксперимент пришлось прервать. Тем не менее и достигнутого хватило для того, чтобы убедить заказчика провести серию дальнейших опытов. «Тот факт, что измеренная сила тока оказалась втрое больше расчетной, сулит хорошие перспективы применения данного метода для получения энергии на околоземной орбите даже тогда, когда космический аппарат находится в тени планеты и его солнечные батареи работать не могут», — заявил ведущий научный специалист проекта из Центра космических полетов им. Дж. Маршалла Ноби Стоун.
ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ XXI ВЕКА?..
После полета «Колумбии» в космос отправилась ракета-носитель «Титан-4», имевшая на борту в качестве секретной полезной нагрузки уже два спутника. 20 июня 1996 года они отделились от спутника-носителя и вышли на круговую орбиту с высотой 967 км и наклонением 63,4 градуса. В течение 4 минут две концевые массы, соединенные тросом, оказались разведенными на расстояние 3,98 км.
Конечно, это не 20 км, но все-таки… «Трос очень тонкий, и мы хотим знать, сколько недель, месяцев или лет он сможет простоять», — признался начальник отделения малых спутников в NRO полковник Майкл Рустан. И пояснил, что авария с тросом на «Колумбии» далеко не первое происшествие такого рода. По заказу NASA в 1993 и 1994 годах на вторых ступенях ракеты-носителя «Дельта» в космос были доставлены две тросовые системы для испытания их прочности. И если в первом случае результат оказался более или менее удовлетворительным, то во втором — трос, развернутый на длину около 20 км, порвался уже через 5 дней. «Возможно, в результате столкновения с микрометеоритом», — сделали заключение эксперты.
СВЯЗАННЫЕ ОДНОЙ НИТЬЮ...
В заключение заметим, что В. Белецкий и Е. Левин в упомянутой выше работе рассчитали условия, при которых можно не опасаться за целостность тросов и лент, используемых в космосе.
Стальная проволока, если ее подвесить над поверхностью Земли, разрывается уже при длине 20–50 км, писали ученые, углеродные волокна — 100–140 км, волокна кевлара — около 200 км, кварцевая нить — 280 км. Так говорит сопромат. На самом деле и 280 км — не предел.
Дело в том, что ускорение микротяжести неодинаково по всей длине. На низких орбитах, например, микротяжесть на конце троса длиной в 20 км составляет 0,9 % от земной тяжести, на конце 100-километрового троса всего лишь 4.5 %. Поэтому его максимальное натяжение намного меньше полного веса троса. И стало быть, его разрывная длина может быть существенно больше. Так, для стальной проволоки она получается равной 300–500 км, для углеродных волокон — 700–800 км, для кевлара — около 1000 км и для кварца 1200 км.
