В космос на шаттле. Для чего нужны многоразовые ракеты

Космос — это невесомая научная лаборатория. Чтобы проводить в ней опыты и эксперименты, ученые придумали многоразовые ракеты. Они доставляют на орбиты людей, телескопы, спутники. Разработкой таких кораблей занимаются в России, Китае, Индии, США, Японии, Южной Корее. Как работают многоразовые ракеты? Об этом — в материале «Южноуральской панорамы».

Космический грузовик

В середине XX века космические ракеты были одноразовыми. В этом заключался их главный недостаток, рассказывает популяризатор космонавтики Никита Матасов.

— Когда в 1969 году человечество высадилось на Луну, перед учеными встал вопрос: а что делать дальше? Исследователи решили освоить околоземное пространство и дальний космос. Но для этого необходимо было создать инфраструктуру. Как думаете, какие параметры важны для многоразовых транспортных космических систем? — обращается к аудитории Никита.

Из зала выкрикивают:

— Мощные двигатели!

— Теплостойкость!

— Грузоподъемность!

— Топливо!

— Действительно, все это так. В 70-х годах ученые-инженеры начали работать над концепцией многоразовых транспортно-космических систем. Как они работают? Мощная ракета-носитель выводит космический челнок, то есть космический грузовик, который, в свою очередь, выводит в космос полезную нагрузку, — объясняет ученый. — 12 апреля 1981 года в небо поднялась космическая система Space Shuttle (США). Это первый в мире многоразовый космический корабль. За одну миссию он пролетел около шести с половиной миллионов километров. Осознаете эту цифру? У нас Земля 12 тысяч километров в диаметре, а здесь шесть с половиной миллионов километров.



Ракетоноситель развивает скорость 28 тысяч километров в час, или 8 километров в секунду. А мощность двигателей составляет 35 млн лошадиных сил. «Космические» цифры!

— Я сейчас держу в руках сопло ракетного двигателя. Это конфузор, в нем горит ракетное топливо, — поясняет исследователь. — А это диффузор, из него вырывается поток горящего ракетного топлива. Как считаете, при какой температуре горит топливо?

Звучат разные цифры — от тысячи до миллиона.

— Температура горения ракетного топлива — в районе 3-3,5 тысячи градусов по Цельсию. Ни один материал, существующий в природе или искусственно созданный человеком, такие температуры не выдержит, — говорит Никита Матасов. — Самый крутой материал, который у нас есть, это вольфрам. Его температура плавления — в районе 3100 градусов по Цельсию. Неимоверно дорого создавать сопла из вольфрама. Чтобы заставить двигатели работать десятки раз, нужно было придумать систему охлаждения. Например, маршевый двигатель RS-25 космического челнока состоит из 1080 малюсеньких спаянных между собой трубочек. Если охладить кислород до минус 220 градусов, он станет жидким. Его можно переливать из кружечки в кружечку, хранить в бидончиках или в огромных ракетных баках, что, собственно, и делают. Благодаря циркуляции криогенного вещества внутри этих трубочек ракетный двигатель охлаждается с 3000 градусов по Цельсию всего лишь до 89. Это и позволяет ракетам летать в космос десятки раз подряд.



Груз в надежных роборуках

Интенсивное горение алюминия используется в качестве топлива топливных ускорителей космического челнока. По сути, это большая петарда, набитая горящим веществом.

— Очень важно как можно быстрее отвести космический челнок от стартового стола. Благодаря кислороду топливо мгновенно воспламеняется. С появлением тяги шаттл отталкивается от поверхности Земли, — поясняет Никита Матасов.

Никита предлагает посмотреть видео взлета космического челнока. На кадрах много пламени, дыма. Космический корабль эффектно устремляется ввысь.

— Что можете сказать про звук? — спрашивает ученый. — Находясь там, мы бы ощутили удар в грудную клетку и вибрации. Только представьте, какая звуковая энергия выделяется при запуске двигателя! Не имея специальной защиты, шаттл бы сам себя разрушил, — утверждает ученый. — Перед вами мобильная пусковая площадка космических челноков, — показывает он на экран. — Если вы обратите внимание, у нас здесь есть три такие вышечки. На самом деле это огромные разбрызгиватели, которые сквозь себя пропускают 6,5 млн литров воды в минуту. Когда космический челнок начинает взлетать, у него снизу вырывается реактивная струя. Эта огромная звуковая энергия проходит сквозь эти мельчайшие капельки, то есть они поглощают большую часть звуковой энергии. Другими словами, распыляя водичку под взлетающей ракетой, мы можем уберечь ее от саморазрушения. А теперь давайте представим, что мы в космосе и надо разместить на орбите телескоп. Как мы это сделаем?



Кто-то предложил его просто вытолкнуть.

— Ну, вытолкнули телескоп, улетел он куда-нибудь. Потеряли 350 млн долларов, — говорит ученый. — К примеру, борта миссии Space Transport System оборудовали специальными роботизированными манипуляторами, которые назвали «канадской рукой». Что на конце манипулятора может быть? — продолжает допытываться Никита Матасов.

Слушатели выдвигают много версий. Но ни одна не подходит.

— Если в космосе соединить два металла, они намертво склеятся. Использовать магнит тоже не вариант. Он только усилит действие металлов, — объясняет исследователь. — Ученые-инженеры на конце каждого манипулятора «канадской руки» расположили устройство, похожее на диафрагму фотоаппарата. Технология автоматически фиксирует спутник в нужной точке орбиты.

  
  Фото автора

«Космические» артефакты

Никита привез с собой фрагмент материала из двуокиси углерода, который был установлен на советском орбитальном корабле «Буран». Белый кирпичик пустил по рядам. Все его щупали, нюхали и делились впечатлениями.

— Пахнет чем-то горелым, — сделал вывод школьник.


  Фото автора

Беру и я в руки эту «космическую» ценность: легкая, невесомая, похожа на кусок пенопласта.

— Пожалуйста, очень аккуратно его трогайте, не нажимайте, — просит Никита. — Материал хрупкий. Вот такими плиточками в количестве примерно 37 тысяч был обернут космический челнок. Пластины были усилены графитом. У меня еще есть кусочек космической антенны, — показывает ученый. — Присмотритесь и увидите, что это тончайшая латунная проволочка. Она похожа на ткань, но на самом деле это металл. Антенны, как зонтики, раскрываются в космосе. Нам не нужно делать 60-килограммовую спутниковую тарелку. Достаточно лишь 6 килограммов латунного материала для получения связи.

Дети подносят материал к носу.

— Приторный запах железа! — комментируют они.



Никита, как волшебник, продолжает доставать из своего «сундука» «космические» предметы.

— Это изоляционный материал. Им обивают отсек корабля, в котором обитает космонавт, — говорит ученый. — Температура в космосе высокая, и нужно было решить проблему нагрева. Поэтому с внешней стороны материала мы видим тонкий слой алюминия. Он как раз и позволяет держать тепло внутри ракеты и не тратить энергию. Всё, теперь можно вопросы!

О чем еще рассказывал Никита Матасов на лекции в челябинском Информационном центре по атомной энергии, можно узнать из нашего видео.