Космические зонды
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Некоторые автоматические космические корабли отправились подальше от Луны для исследования того, что по терминологии NASA называется «глубоким космосом». Преодолев пределы земного притяжения, они перестают быть спутниками нашей планеты. И тогда их называют космическими зондами.
Только они покидают нашу планету, как на них начинает влиять преимущественно сила гравитационного поля Солнца. Космические зонды становятся крошечными планетами, которые вроде Земли или Юпитера вращаются вокруг Солнца. Основополагающее отличие заключается в том, что они передвигаются по очень вытянутой траектории, которая позволяет им следовать от Земли до другой планеты или, как это было с зондом «Джиоти» в 1986 году, перехватывать траекторию какой-нибудь кометы. Современные космические корабли пролетали вблизи всех планет, за исключением Плутона, а некоторые даже «приземлились» на Венере и Марсе. Четверо из них («Пайонир» 10 и 11, «Вояджер» -1 и 2) в настоящее время удаляются от Солнца на такой скорости, что смогут преодолеть гравитационное притяжение этой звезды и выйдут за пределы солнечной системы.
Все космические корабли — как спутники, так и зонды — требуют определенного обязательного оборудования. Прежде всего, речь идет о системе стабилизации, поскольку без нее корабль зачастую движется беспорядочно. Самый простой способ стабилизировать космический корабль — это сделать его в форме цилиндра и заставить вращаться вокруг оси этого цилиндра. Так же, как и в гироскопе, ось будет всегда направлена в одном и том же направлении. Большинство спутников — гироскопов имеют на борту камеру (или антенну связи), нацеленную в каком-то направлении (чаще всего — в сторону Земли) или даже на какую-то определенную наземную станцию. Чтобы эти инструменты не крутились вместе со спутником, их устанавливают на платформе, которая с помощью мотора вращается в сторону, противоположную направлению вращения всего спутника, вследствие чего «противоберточная» платформа занимает в пространстве постоянную позицию.
Но чаще всего сложные космические корабли не вращаются вокруг своей оси. Их удерживает в правильном положении система «трехосной стабилизации», которая корректирует нежелательные отклонения различными средствами.
В большинстве спутников используется комбинация из малых ракетных двигателей, гироскопических устройств внутри корабля и больших электромагнитов, которые отталкиваются от магнитного поля Земли. Все эти устройства могут также возвращать космический корабль в нужном направлении в зависимости от обстоятельств, как, например, в случае с космическим телескопом «Hubble», который меняет свою ориентацию для наблюдений за различными космическими телами.
Не менее важно энергоснабжение. Почти все космические корабли питаются от солнечной энергии, превращенной в электроэнергию с помощью фотоэлементов. На спутниках в форме цилиндра, вращающегося вокруг своей оси, фотоэлементы покрывают всю их поверхность. На спутниках с трехосной стабилизацией фотоэлементы чаще размещаются на широких плоских панелях, прилегающих к корпусу. Эти панели при запуске спутника свернуты в свиток, они разворачиваются только после вывода на орбиту.
Космические пилотируемые корабли потребляют больше электричества, поэтому частенько здесь используются топливные батареи, где кислород и водород в газообразном состоянии вступают между собой в реакцию и выделяют электричество и еще и воду, что также полезно. В спутниках-шпионах с радарными системами, лакомыми к электричеству, используются малые ядерные реакторы, хотя они и составляют определенный риск в случае падения спутника на Землю. Космические зонды, летящие к Юпитеру или еще дальше, также имеют на борту малые ядерные реакторы, поскольку в этих отдаленных краях солнечный свет слишком слабый для фотоэлементов.
Создатели космической техники знают, что каждый дополнительный килограмм веса, который надо сослать в космос, обходится очень дорого — примерно в 20 000 долларов на геостационарной орбите. Поэтому они используют такие прочные и легкие материалы, как углеродные волокна и титан. Конструкторы должны также считаться с тем, что бортовое оборудование должно храниться при нужной температуре, даже когда одна сторона спутника раскалена солнцем, а вторая — ледяная от космической стужи.
Освоение космоса по приведенному образцу будет продолжаться. Будет возрастать количество и мощность спутников связи (вот компания Гугл даже хочет запускать через спутники бесплатный интернет). В рамках амбициозной программы «Миссия к планете Земля» нашу планету и ее атмосферу будут изучать американские, европейские, российские и японские спутники. Они будут наблюдать естественное состояние Земли и иметь задачу определить, как человеческая деятельность порождает парниковый эффект и озоновые дыры, а также иной вред для окружающей среды.
Автор: Найджел Хенбест.