Спутник связи "Артемида"

Спустя два дня после катастрофы американского корабля многоразового использования "Колумбия" многие эксперты склоняются к версии, что трагедия произошла из-за дефекта термоизоляции на левом крыле шаттла. Как сообщил один из руководящих сотрудников NASA Рон Диттмор, незадолго до разрушения корабля его левая часть стала нагреваться быстрее, чем правая. Кроме того, на левой стороне увеличилось сопротивление воздуха. Автоматическая система коррекции полёта попыталась компенсировать возникший в результате этого крен, после чего связь с кораблём прервалась. Многие специалисты считают, что термоизоляция была повреждена ещё при старте, когда отскочивший фрагмент обшивки ударился о крыло. Тем не менее, руководство NASA предостерегает от поспешных выводов, подчёркивая, что эта версия пока не получила окончательного подтверждения. Между тем, телекомпания CNN со ссылкой на источники в администрации США сообщила, что президент Буш намерен продолжать американскую программу пилотируемых космических полётов и собирается в следующем году увеличить бюджет NASA почти на полмиллиарда долларов.

Несколько дней назад европейские специалисты с успехом провели редкую операцию – с помощью ионных двигателей они вернули на рабочую орбиту спутник связи "Артемида", который сильно отклонился от запланированной траектории из-за неполадок при старте ракеты-носителя "Ариан-5".

Сначала всё шло по заданному плану. Ракета-носитель поднялась в небо 12 июля 2001 года, и какое-то время полёт проходил нормально. Однако при зажигании третьей ступени начались проблемы.

Во время зажигания произошёл сбой системы, за которым последовал мощный взрыв. В результате двигатель захлебнулся

,

поясняет Клаус Липперт, эксперт Немецкого центра авиационных и космических исследований в Кёльне. Ракета не достигла той высоты, которая была необходима для выхода спутника на заданную траекторию. В результате "Артемида" полетела вокруг Земли по эллиптической орбите, которая была вдвое ниже запланированной.

Проблема при этом заключалась в том, что при каждом витке спутник проходил через радиационный пояс Земли, в пределах которого сильное излучение грозило повредить чувствительную электронику

,

говорит Томас Галински, который также работает в кёльнском космическом центре. Итак, чтобы спасти многомиллионный проект, надо было спешить. Поэтому каждый раз, когда "Артемида" оказывалась в перигее, то есть в самой низкой точке орбиты на расстоянии 600 километров от поверхности, инженеры из центра управления полётом запускали химический двигатель спутника. В результате, апогей эллиптической орбиты – иначе говоря, максимальное удаление "Артемиды" от Земли – удалось постепенно увеличить с 17 тысяч до 31 тысячи километров. Затем двигатель включили ещё три раза. Эти три новых импульса превратили эллиптическую орбиту спутника в стабильную круговую. Однако аппарат по-прежнему находился на 5 тысяч километров ниже геостационарной орбиты, на которой он должен был работать по плану. Таким образом, требовался ещё один манёвр. Теперь специалисты решили задействовать ионные двигатели.

В то время, как общая масса спутника измеряется тоннами, ионные двигатели весят всего несколько килограммов. Поэтому их можно применять только в невесомости,

поясняет профессор Хорст Лёб, который уже много лет занимается разработкой силовых установок подобного рода. В этих двигателях применяется инертный газ ксенон, из атомов которого под воздействием магнитного поля выбиваются электроны, в результате чего образуются положительно заряженные ионы, которые затем выталкиваются наружу, приводя космический аппарат в движение. Тяга ионного двигателя, по сравнению с химическим, очень мала, но зато он может долго работать без остановки, что позволяет через какое-то время всё же развить необходимую скорость. Изначально ионный привод "Артемиды" планировалось использовать только для лёгкой коррекции траектории, но теперь перед ним была поставлена намного более ответственная задача. Метр за метром четыре бортовых ионных двигателя поднимали спутник на заданную орбиту.

Каждый из этих двигателей создаёт тягу в полтора грамма, при том, что спутник весит тонну, поэтому всё продолжалось очень долго,

говорит профессор Лёб. Тем не менее, это лучше, чем ничего, потому что в противном случае 800 миллионов долларов, затраченные на проектирование и строительство "Артемиды", были бы просто потеряны. В декабре прошлого года был ещё раз запущен химический двигатель, который должен был затормозить движение, чтобы спутник не улетел дальше, чем надо. Тем временем, два ионных двигателя из четырёх самостоятельно отключились по неизвестной причине. Хватит ли двух оставшихся для необходимой регулярной коррекции траектории, покажет время.

Идея о том, чтобы смонтировать на орбите установки, которые передавали бы солнечную энергию на Землю, существует уже давно. До сих пор подобные проекты обсуждались главным образом в Японии и Соединённых Штатах, но теперь этим вопросом всерьёз заинтересовались европейские учёные.

Впервые идею создания орбитальных солнечных электростанций высказал американец Петер Глейзер в 1968 году. Через одиннадцать лет специалисты NASA представили доклад, в котором оценивались реальные перспективы подобного проекта. Эксперты пришли к выводу, что для производства, например, пяти гигаватт энергии на геостационарной орбите потребуется смонтировать 60 солярных установок, а это будет стоить, ни много ни мало, 250 миллиардов долларов. Рассмотрение проекта отложили на несколько лет. Затем в 1995 году эксперты NASA представили новую концепцию, которая подразумевала применение при строительстве модульного монтажа, что позволило бы упростить процесс и сократить расходы. С тех пор идея активно обсуждается, а недавно этими планами заинтересовались европейцы.

"Мы начали разработку идей для масштабного европейского проекта. Мы представляем себе солнечные электростанции не только на земной орбите, но и на поверхности Луны"

,

говорит Искандер Гёкальп, эксперт французского национального исследовательского агентства. По его мнению, орбитальные солярные установки, похожие на паруса, уже через 50 лет могли бы частично решить энергетические проблемы человечества. Главное преимущество этого метода состоит в том, что в космосе нет атмосферы, которая поглощала бы солнечное излучение, в результате чего, по оценкам экспертов, батареи будут работать почти в десять раз эффективнее, чем на Земле. Прежде всего, однако, надо решить другую проблему. Для того, чтобы смонтировать в космосе солнечную электростанцию, туда требуется доставить огромное количество строительных материалов. Европейские учёные произвели необходимые расчёты. Одну из концепций представил Вольфганг Зебольдт, эксперт Немецкого центра авиационных и космических исследований в Кёльне. По его представлению, орбитальная солнечная батарея выглядит следующим образом: на 15-километровой центральной мачте попарно закреплены 120 квадратных "парусов", площадью 22 тысячи квадратных метров каждый. При этом толщина "паруса" будет составлять всего 12 микрометров. Полученная таким образом энергия (7,4 мегаватт от каждой пары "парусов") передаётся через проложенный в мачте кабель на микроволновую антенну диаметром около километра. Затем энергия в виде пучка микроволн уходит на Землю. Для преобразования этого пучка в электрический ток на поверхности планеты работают принимающие станции площадью около 150 квадратных километров каждая. Любая из описанных солярных установок на орбите производила бы около 450 мегаватт энергии. Преобразование солнечной энергии в микроволны, а затем в электрический ток имеет КПД около 60 процентов, то есть от каждой батареи на Земле можно получить примерно 275 мегаватт. Средняя годовая потребность Европы в электричестве к 2020 году оценивается в 515 гигаватт. Чтобы выйти на этот уровень, по расчётам Зебольдта, необходимо построить 103 антенны-приёмника на Земле и 1870 солярных установок в космосе. Для этого в ближайшие 20 лет требовалось бы производить примерно по 750 ракетных стартов в год. Сегодня с экономической точки зрения это совершенно нереально. В настоящее время доставка на орбиту одного килограмма груза стоит около 40 тысяч долларов. По оценке Европейского космического агентства (ESA), орбитальные энергетические установки станут рентабельными только в том случае, если эту цену удастся снизить на два порядка, примерно до 500 долларов за килограмм. Итак, общий вывод:

"Нам нужен очень дешёвый способ космической транспортировки"

,

говорит Макс Калабро, специалист европейского авиационно-космического концерна EADS. По его словам, если эту проблему удастся решить, то солярные установки, возможно, появятся не только на земной орбите, но и на Луне. При строительстве можно будет, вероятно, использовать лунные залежи полезных ископаемых, считает исследователь. Его оптимизм разделяет физик из Хьюстонского университета Дэвид Крисвелл. В статье для журнала "The Industial Physicist" он высказал мнение, что уже сегодня человек, теоретически, располагает необходимыми техническими возможностями для строительства энергетических установок на лунной поверхности. Правда, как считают эксперты, если этот проект когда-нибудь действительно удастся осуществить, то между Землёй и Луной придётся, видимо, смонтировать несколько промежуточных передаточных станций. Впрочем, всё это дело будущего. Сегодня же учёные озабочены поиском источников финансирования. Они надеются, что если на эти исследования будет выделено достаточно денег, то прототип первой орбитальной электростанции можно будет вывести в космос уже через десять лет.