«Tehnica-tineret» 1962 №5, p.2-4
A. Shibanov. inginerul
P redpolagaemye stații spațiale imagine găsite în literatura de specialitate, științifice și populare, orbitor acum scheme unicitatea și quirkiness cititori. Unul are impresia că în alegerea formei navei spațiale domnește arbitraritatea completă. În multe țări ale lumii, majoritatea proiectelor de stații interplanetare se află încă pe hârtie, așteptând cu răbdare pentru punerea lor în aplicare. Dar unele principii de bază care vor sta la baza viitoarei "arhitecturi spațiale" sunt deja clare. Iată câteva dintre ideile exprimate de diverși oameni de știință străini despre formele navei spațiale.
Pentru unele corpuri cosmice artificiale, alegerea unei forme externe adecvate nu va fi deosebit de dificilă. Aceasta va fi determinată de desemnarea însăși a navei spațiale. De exemplu, satelitul-reflectoarele se va concentra și să reflecte într-o anumită radiație electromagnetică direcție, fie că este vorba de razele undelor de lumină sau de radio sunt invizibile. Astfel de sateliți pot fi formați ca niște oglinzi parabolice gigantice ridicate la o înălțime mai mare deasupra suprafeței Pământului. Utilizarea sateliților artificiali sferice este foarte convenabil pentru a măsura rezistența straturilor superioare ale atmosferei diluate atunci când se deplasează lor într-o viteză mare, deoarece forma sferică este cel mai convenabil pentru a converti trageți.
Numărul de corpuri de spațiu artificial din apropierea Pământului crește în fiecare an. În viitorul apropiat, fără îndoială, va fi necesar să identificăm rapid sateliții individuali printre o mulțime de alte obiecte spațiu observabile. Oamenii de știință trebuie să se gândească în prealabil la un mod simplu și fiabil de "etichetare" a corpurilor cerești. Una dintre aceste posibilități este, de asemenea, legată direct de forma exterioară a navei spațiale. În cazul în care un satelit artificial, cum ar fi aceeași forță de antrenare să se rotească în jurul unei axe situată în planul său, vizibil de pe Pământ zona prin satelit scad periodic și de a crește din nou la valoarea sa maximă. Pentru observatorul terestru, un astfel de satelit va părea a fi o lanternă care clipește la distanță. Cu cât discul se rotește mai repede, cu atât mai mult clipește lanterna. Satelitul intermitent este ușor de identificat printre alte corpuri cerești.
Prezența unui bărbat pe un satelit artificial introduce modificări fundamentale în calculele designerilor. Echipajul satelitului trebuie să ofere o protecție fiabilă împotriva radiațiilor cosmice. Întregul spațiu de locuit intern al unei astfel de nave spațiale ar trebui să fie înconjurat de un strat gros de protecție împotriva radiațiilor, fără un singur spațiu, prin care să se poată rupe un flux de radiații dăunătoare. Potrivit oamenilor de știință, greutatea unei astfel de protecții va fi de un sfert de tonă pentru fiecare metru pătrat al suprafeței protejate. Dar fiecare kilogram suplimentar de încărcătură pe orbită crește pe sute de kilograme de combustibil de rachetă suplimentar pe Pământ. Se poate imagina povara enormă a unui scut de radiație voluminos pe o rachetă purtătoare! Și prima măsură care trebuie luată de designeri este de a tăia suprafața navei spațiale.
Dar, reducând suprafața exterioară a dispozitivului, designerii nu pot afecta volumul său intern. Modul de ieșire din această situație poate fi sugerat de geometrie. După cum se știe, pentru diferite figuri geometrice simple cu același volum, suprafața este diferită. Cea mai mică suprafață a mingii. Prin urmare, sateliții locuibili care transportă o încărcătură mare de radiații sunt avantajoși să aibă forma unei sfere.
Forma sferică a viitoarelor stații spațiale este justificată și din punctul de vedere al puterii lor. În interiorul acestor stații, presiunea normală a atmosferei artificiale trebuie menținută. Presiunea internă propulsează pereții aparatului, care trebuie să reziste acestei sarcini.
Designerii nu sunt noi pentru această sarcină. De multe ori trebuiau să calculeze rezistența cilindrilor de înaltă presiune; și au știut de mult că, în funcție de forma balonului, materialul suferă diferite solicitări sub aceeași încărcătură. Cele mai joase stresuri, toate celelalte lucruri fiind egale, apar în pereții unui balon sferic. Prin urmare, greutatea unei stații sferice interplanetare cu volume egale este de 1,3 ori mai mică decât greutatea aceleiași stații realizate sub forma unui cilindru. Uneori va fi mai avantajos să folosim nave spațiale dintr-un număr de sfere intersectante decât sub forma altor figuri, chiar și cele mai simple, geometrice. Este adevărat, în timp ce economia în greutate scade în comparație cu o singură sferă.
Deci, cerințele forței vehiculelor spațiale și economisirea radiației protejează proiectanții de forță pentru a proiecta stații sferice interplanetare. Din păcate, o astfel de coincidență de succes a diferitelor cerințe pentru formele navelor spațiale nu este o regulă generală. Deseori, designerii trebuie să combine aspirațiile direct opuse.
UNDE
PENTRU CĂLDURĂ?
Despre stația de circulație, spațiul "goliciune" servește pentru el ca fiind cel mai bun izolator termic. Această izolare termică fiabilă a navelor spațiale aduce partea sa de probleme în proiectarea lor. Toată căldura produsă de dispozitivul la lumina soarelui, de la lucru pe ea instalații electrice și echipamente electronice ar acumula treptat într-o stație de spațiu închis, în cazul în care nu au existat „cale de scurgere“ - radiația termică. Pentru a mări cantitatea de căldură radiată și de a reduce temperatura din interiorul stației spațiale la nivelul său normal, fără instalații speciale de răcire, este necesar să se mărească o stație exterioară suprafață radiantă. Doar piesele cu atenție tăiate, rare din suprafața exterioară a dispozitivului, designerii trebuie să se întoarcă în locurile lor vechi. Și asta, poate, nu va fi de ajuns. Și cu fiecare extra centimetru pătrați crește inexorabil greutatea stației și protecția împotriva radiațiilor. Din punct de vedere al modului termic intern, o stație spațială este mai favorabilă formă cilindrică, în locul unei sfere.
Designerii caută o cale de ieșire din această contradicție. Ei propun să atașeze un radiator termic aparatului sferic - doar acele centimetri pătrați pe care stația spațială nu le-a avut suficient pentru radiația termică. Radiatorul sub formă de lamă se introduce în umbra porțiunii. El "trage" din el excesul de căldură și îl disipează în spațiul din jur. Nu are nevoie de radiații și poate fi suficient de ușoară. În revistele străine, când se descriu proiectele stațiilor interplanetare, sunt date date despre dimensiunile radiatoarelor "spațioase". De exemplu, dacă la stație funcționează un generator electric cu o capacitate de 1 megawatt, va fi necesară o suprafață radiantă de 93 de metri pătrați pentru a distra căldura pe care o generează. m! Este de înțeles că greutatea acestor radiatoare, chiar și cele foarte subțiri, poate depăși greutatea centralelor electrice, pentru care sunt destinate. Aplicație scumpă, dar inevitabilă!
Deci, depinde de greutatea protecției împotriva radiațiilor a navei spațiale de la forma la un volum constant.
Principala sursă de căldură pentru stațiile spațiale nu este încă în interiorul lor, ci în afara. La urma urmei, nava spațiale, sub forma unei sfere cu diametrul de 0,3 m, situată în regiunea Pământului, se află sub forma unei energii termice de 87 500 de calorii pe oră. Lângă Marte, incidentul fluxului solar de căldură de pe acest aparat va fi de 46.000 de calorii pe oră.
Prin schimbarea culorii corpului cosmic, este posibil să reglați afluxul de căldură solară către acesta. Se știe că culoarea albă reflectă majoritatea razele soarelui care cad pe ea, iar negrul, dimpotrivă, absoarbe partea principală a acesteia. Dar culoarea albă radiază mult mai puține raze de căldură în spațiul din jur decât negrul. Dacă orbita trece în apropierea Soarelui și stația este foarte fierbinte, este posibil să se reducă influxul de căldură în aparat prin vopsirea luminii sale în alb și. măriți scurgerile de căldură prin vopsirea părții umbrite în negru. Pentru o stație aflată departe de Soare, este recomandat să modificați culorile părților luminoase și ale umbrelor pentru a ridica temperatura în interiorul stației la nivelul normal.
Paleta săracă de artiști spațiali, doar două culori - alb și negru - pe care le pot folosi pentru colorarea navelor spațiale. Dar cu aceste două culori puteți face minuni adevărate. Culorile dispozitivului pot înlocui uneori radiatoarele voluminoase și grele. În plus, dispozitivul poate schimba automat culoarea în funcție de necesitatea de încălzire sau de răcire. Oamenii de știință dezvoltă acum astfel de straturi de acoperire pentru sateliții artificiali, care ar schimba culoarea lor de la negru la alb, de îndată ce temperatura din aparat depășește o anumită valoare. Influxul de căldură către satelit, deghizat ca o acoperire albă de protecție a luminii, scade și începe să se răcească la temperatura normală. În cazul în care răcirea este prea puternică, culoarea stratului său se va schimba în negru, iar satelitul va începe să absoarbă energia razelor solare de suprafața sa. Astfel, schimbarea culorii suprafeței exterioare va menține automat o anumită temperatură în interiorul navei spațiale. Pentru un astfel de satelit de la Chameleon, este posibil să se utilizeze proprietățile anumitor compuși polimeri care își schimbă culoarea la trecerea de la starea solidă la gel cu creșterea temperaturii.
„Dirijabil“
Pe ORBIT
O suprafață mai mare a stațiilor spațiale este necesară nu numai pentru o disipare mai bună a căldurii. Suprafața exterioară a aparatelor extraterestre este singurul organ al "atingerii" lumii exterioare, singurul "punct" de contact cu mediul. Numai prin suprafața sa pot obține informații sateliți din afara dusuri rapide ale particulelor cosmice, densitatea și compoziția gazului interplanetar, o ploaie de meteoriți, arat spațiu, despre rezistența superioară a straturilor, rarefiate ale atmosferei, pe localizarea centurilor de radiații ale pământului și, în cele din urmă, puterea presiunea luminii solare. Cu cat mai mare unitate de suprafață, cu atât mai ușor este detectat de razele reflectate ale soarelui sau semnalul radio „ecou“ trimis de pe Pământ. Iar puterea electrică generată de bateriile solare semiconductoare este direct proporțională cu dimensiunea suprafeței pe care o acoperă.
Zona și greutatea navelor spațiale nu sunt în mod evident în contradicție între ele. Designerii din când în când trebuie să se gândească la cum să crească suprafața obiectelor spațiale fără a crește greutatea lor sau cum să reducă greutatea lor, fără a afecta suprafața exterioară. În legătură cu aceasta, experții americani au sugerat utilizarea vehiculelor gonflabile în spațiu. Pentru a trimite astfel de sateliți gonflați în orbită poate fi în forma cea mai compactă, asamblată. Cu o carcasă flexibilă, pliată într-o cochilă mică în spațiu, se eliberează un balon cu gaz de înaltă presiune. Gazul este eliberat în cochilie în mod automat, când aparatul trece prin straturile inferioare, dense ale atmosferei. Ca umplutură a vehiculelor gonflabile, heliul este de obicei utilizat.
Cu ajutorul acestor dispozitive este posibil să se demonstreze în mod clar forța presiunii razelor solare asupra corpurilor cosmice. A fost posibil chiar să se observe influența furtunilor solare asupra mișcării sateliților artificiali gonflați ai Pământului.
Dorința de a reduce greutatea navelor spațiale prin toate mijloacele, păstrând în același timp dimensiunea suficient de mare a afectat un alt proiect al specialiștilor americani. În ceea ce privește construcția, proiectele de instalare pentru stațiile extraterestre ale viitorului pe care le propun să le utilizeze. materiale din polistiren; și materialele "spumoase" pot fi direct în orbită. În structurile spațiale realizate din polistiren expandat, se pot obține dimensiuni externe mult mai mari decât în cazul metalelor convenționale și al aliajelor. Iar condițiile de greutate în spațiu fac posibilă aplicarea unor astfel de desene care, pe Pământ, nu ar putea să-și susțină nici propria greutate. O mulțime de astfel de idei neobișnuite vor găsi implementarea practică în viitor, când spațiul din jurul Pământului se va transforma într-un șantier gigantic de construcție.
Trimiteți-le prietenilor: