«Наука из первых рук» №1(37), 2011
анонс номера
ЧЕЛОВЕК И ВСЕЛЕННАЯ
Космический урок русского, или 108 минут, открывшие дорогу в космос
В.М. Фомин
Из атмосферы — в космос
В.М. Фомин, А.Ф. Латыпов
Интенсивное освоение околоземного космического пространства уже в ближайшем будущем приведет к резкому возрастанию орбитальных грузопотоков. Принципиально новые космические транспортные системы могут быть созданы на основе воздушно-космических самолетов (ВКС) с комбинированной силовой установкой. На начальном этапе разгона ВКС использует для создания подъемной силы воздух, а для окисления топлива — атмосферный кислород, как обычный самолет. Это позволяет значительно уменьшить затраты топлива и стартовую массу по сравнению с обычными ракетными системами.
Длительность полета со сверхзвуковыми скоростями предъявляет такому летательному аппарату особые требования, поскольку он подвергается мощным тепловым и силовым воздействием атмосферы. Одно из решений по уменьшению аэродинамического сопротивления — активное управление обтеканием самолета посредством подвода тепла в набегающий сверхзвуковой поток с помощью лазерного или СВЧ-излучения.
Защита от ракетных выхлопов
В.Н. Ярыгин
Космический аппарат на орбите необходимо постоянно поддерживать в определенном положении относительно Земли и Солнца. Эта задача решается с помощью системы ориентации, включающей реактивные двигатели. Они работают в импульсном режиме: при включении выбрасываемая из сопла в космос сверхзвуковая горячая струя создает тягу для ориентации в заданном положении. В результате в космос периодически выбрасываются как сгоревшие, так и несгоревшие, в том числе капельные, фракции топлива.
Особенность струйного истечения газов и жидкостей в вакууме — образование так называемых «обратных» потоков. Такие потоки при работе двигателей космических аппаратов на орбите приводят к загрязнению поверхности космического аппарата продуктами полного и неполного сгорания топлива. Поскольку компоненты топлива токсичны, они представляют собой большую опасность при попадании внутрь корабля (например, на скафандрах космонавтов после выхода в открытый космос). Решение этой проблемы специалистами Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН (Новосибирск), потребовавшее фундаментальных исследований газодинамической структуры течения вакуумных струй, привело к созданию специальных защитных экранов, которые и были установлены на борту Международной космической станции.
Когда в космосе жарко
В.А. Деревянко
Режим работы спутника — сложного автономного робота — периодически меняется. Включаются и выключаются мощные электрические приборы, вращаются нагретые солнечные панели — источник переменного теплового облучения приборного отсека, иногда аппарат попадает в тень Земли. В таких сложных тепловых условиях система терморегулирования космического аппарата играет ключевую роль в обеспечении долговечности и эффективности его работы, ведь в космосе нет воздуха, благодаря которому в обычной жизни происходит теплообмен.
Для решения проблемы прецизионной термостабилизации систем космического корабля в новосибирском Институте теплофизики СО РАН были предложены гипертеплопроводящие панели, работающие на принципе переноса тепла при фазовом переходе «жидкость–пар». Они способны передавать тепло на порядки эффективнее традиционных материалов. Эти уникальные теплопроводящие устройства могут также с успехом использоваться в наземных приложениях, в частности в радиоэлектронике для повышения эффективности охлаждения процессоров в вычислительных машинах.
В 2012 г. первые образцы таких панелей в составе термостабилизированной платформы атомных часов будут тестироваться в космосе на спутнике «ГЛОНАСС-М».
Виртуальное зеркало Вселенной
Б.С. Долговесов
С развитием компьютерных технологий стало возможным интегрировать космические тренажеры с системами виртуальной реальности, которые визуально воспроизводят космическую среду и значительно увеличивают эффективность подготовки.
Новосибирский Институт автоматики и электрометрии СО РАН занимается разработкой систем виртуальной реальности с 1970-х гг. За несколько десятилетий системы прошли эволюцию от простейших схематичных изображений к 3D-сценам высокой степени детализации.
Следующий шаг — создание системы индуцированной виртуальной реальности, которая позволит установить двустороннюю связь между реальными и виртуальными объектами. Эта разработка может быть применена в международной программе исследования Марса: трехмерная сцена будет автоматически воссоздаваться в реальном времени по снимкам, сделанным с настоящего марсохода, что, в свою очередь, позволит специалистам оперативно корректировать движение самого аппарата по поверхности Красной планеты.
Принцип керосиновой лампы
А.В. Батраков
Для прецизионного управления малыми космическими аппаратами массой около 1 кг требуется создать микродвигатели, производящие импульсы тяги на уровне 10-9 Н•с.
Эта задача может быть успешно решена с использованием явления лазерной абляции (испарения под действием излучения) благодаря высокой стабильности и эффективности современных импульсных твердотельных лазеров. Короткая длительность лазерного импульса в сочетании с высокой плотностью энерговыделения на поверхности мишени позволяют генерировать плазменный сгусток микроскопического размера с высокой скоростью истечения плазмы и практически полным отсутствием капельной фракции.
Одна из проблем технической реализации этой идеи связана с мишенью, которая должна воспроизводить свою форму, несмотря на рассеивание рабочего вещества при абляции. Простое и эффективное решение этой проблемы было найдено в результате научно-технического сотрудничества ЦНИИ машиностроения и Института сильноточной электроники СО РАН (Новосибирск). Вместо ненадежной механической системы подачи рабочего вещества было предложено использовать капилляр, заполняемый жидкостью под действием силы поверхностного натяжения, — именно этот принцип лежит в основе керосиновой лампы.
На орбите становится тесно
П.Г. Папушев
Сегодня на околоземных орбитах насчитывается около 13,5 тыс. только «целых» космических аппаратов, но лишь каждый двадцатый из них — действующий. Национальные каталоги космических объектов содержат данные примерно о еще 30 тыс. «лишних» объектов, в основном — обломков разрушенных космических аппаратов и их разгонных блоков.
Поэтому неудивительно, что одной из насущных практических задач астрономии стал мониторинг техногенного засорения околоземного космического пространства, сегодня осуществляемый в рамках международной и междисциплинарной кооперации. Стратегия дальнейшего развития астрономических методов оценки космической безопасности состоит в создании научно-исследовательских инструментов для скоростного обзора неба, таких как новый широкоугольный телескоп с высокой проницающей способностью АЗТ 33ВМ Саянской обсерватории Института солнечно-земной физики СО РАН (Иркутск).
Третья от Солнца
В.Н. Антонов
Сегодня множество спутников со специальной сканирующей аппаратурой несут круглосуточную вахту на орбите, проводя съемку земной поверхности в различных спектральных диапазонах. Прием и обработку спутниковой информации в России осуществляют наземные комплексы, входящие в единую сеть космической гидрометеорологии «Планета» (Росгидромет). Ее главная задача — обеспечить государственные органы управления, федеральные министерства и ведомства всей доступной информацией, поступающей с российских и зарубежных спутников.
Зона видимости Сибирского центра охватывает регион от Северного Ледовитого океана до Китая, и от Урала до Забайкалья. С помощью спутниковой информации можно прогнозировать паводки и отслеживать лесные пожары, предсказывать бури и будущую урожайность зерновых, следить за состоянием водоемов и промышленными выбросами. То есть делать все, чтобы и дальше наша планета оставалась для человечества уютным и надежным домом.
ИСТОРИЯ НАУКИ. СУДЬБЫ
«...Мы смогли бы такие вензеля выписывать по Вселенной!»
В.Е. Зарко
Среди пионеров космонавтики Юрий Кондратюк занимает особое место. Его идеи, намного опередившие свое время, к сожалению, не были по достоинству оценены современниками.
Многое из того, что предлагал Кондратюк, уже давно вошло в практику космических полетов использование гравитации небесных тел при расчете траектории полета, многоступенчатые ракеты, орбитальные базы, космические ракетопланы с обшивкой из огнеупорного материала, кислородно-водородное топливо, использование солнечной энергии и др. но многие идеи этого выдающегося изобретателя еще ждут своего воплощения.
Земная проекция звездной судьбы
Е.М. Щукина
Имя Юрия Кондратюка стоит в одном ряду с именами таких основоположников теоретической космонавтики, как Циолковский, Цандер, Кибальчич. В его честь названы лунный кратер, астероид и площадь в Новосибирске.
Однако признание к этому выдающемуся исследователю пришло только после смерти. Многие идеи, высказанные им еще в 1919 г., были открыты заново в работах более поздних исследователей космоса. Немало загадок и в его биографии. Благодаря стараниям историков и архивистов, удалось выяснить, что настоящее имя этого человека Александр Шаргей. Бывший офицер, в 1921 г. он был вынужден воспользоваться чужими документами, чтобы избежать ареста. Под чужой фамилией он прожил всю оставшуюся жизнь. Мечтая о полетах на другие планеты, строил мосты и элеваторы. С Новосибирском оказались связаны два значительных события его жизни. Именно здесь он был арестован по обвинению в экономическом вредительстве, и здесь издал на собственные средства книгу «Завоевание межпланетных пространств».
ОТ НАУКИ К ТЕХНОЛОГИИ
«Слепки» жизни — полимеры с молекулярной памятью
Е.В. Дмитриенко, Р.Д. Булушев, И.А. Пышная, Д.В. Пышный
Одна из удивительных особенностей природных биополимеров — способность распознавать определенные молекулы и связывать их, образуя межмолекулярные комплексы. Для этого они должны подходить друг к другу как ключ к замку — именно этот принцип лежит в основе взаимодействия «антиген-антитело», т. е. в основе работы нашей иммунной системы. Но возможно ли создать искусственные вещества с подобными свойствами?
Специфически связываться с молекулами способны молекулярно импринтированные полимеры (МИПы) — синтетические вещества с «молекулярной памятью». Для этого нужные молекулы добавляются до начала полимеризации, в результате чего в твердом полимерном каркасе остаются «слепки», соответствующие по форме молекулярному «шаблону».
В новосибирском Институте химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН предложен новый подход к получению «памятливых» полимеров на основе капрона. Более мягкие условия формирования позволяют сохранить всю внешнюю целостность сложноорганизованного шаблона, в качестве которого могут выступать такие крупные молекулы, как белки или даже биологические объекты (отдельные клетки, вирусы и бактерии).
ГИПОТЕЗЫ И ФАКТЫ
Свет далекой Эллады
Н.В. Полосьмак
Одной из самых удивительных и неожиданных находок, обнаруженных российско-монгольской экспедицией при раскопках могильника хуннской знати Ноин-ула в Северной Монголии в 2006 г., стала серебряная бляха с изображениями греческой богини Артемиды и пьяного сатира. Судя по расположению находки в погребальной камере, хунну использовали ее в качестве фалара — украшения упряжи боевого коня.
В начале нашей эры подобными чеканными медальонами украшали парадную посуду, зеркала, шлемы в Греции, Риме и его провинциях. Представлявшие собой большую художественную ценность, они не были товаром на продажу или обмен, а если и предназначались варварам, то только в качестве дипломатических даров.
Как же это драгоценное изделие очутилось в кургане хунну? Реконструкция долгого путешествия маленькой античное бляхи в глубины Центральной Азии может многое рассказать об истории древних цивилизаций, культурных и военных взаимодействиях между великими империями и кочевыми народами.
ЛИЦОМ К ПРИРОДЕ
Под знаком Козерога
А.Э. Гильберт
На территории Саяно-Шушенского биосферного заповедника обитают сильные и ловкие скалолазы сибирские горные козлы (Capra sibirica), или, как их еще часто называют, козероги. С необыкновенным проворством они взбираются по отвесным скалам, легко перепрыгивают глубокие расщелины, стремительно преодолевают широкие каменные осыпи.
Ранней весной в стаде козерогов появляется пополнение. Скальные выступы над речными долинами превращаются в «козерожьи роддома» так местные жители называют недоступные для большинства хищников места, где на свет появляются маленькие козероги. Своими наблюдениями за их первыми шагами и первыми уроками делится сотрудник Саяно-Шушенского заповедника Андрей Гильберт.
