ведь он движется в проводящей ионосферной плазме. Ток, текущий по тросу, может замыкаться через окружающую среду.
Для этого на концах троса должны быть установлены специальные контактные устройства. В качестве контакторов предлагается использовать полые катоды. Они хорошо зарекомендовали себя (в расчете на тросовую систему) в диапазоне токов от 0,1 до 40 Ампер.
Конечно, сам трос должен быть покрыт изоляцией, чтобы предотвратить отекание заряда по всей его поверхности. Возникающее в плазме неравновесное распределение заряда породит глобальные ионосферные токи, которые и замкнут электрический контур. В результате получается космическая динамо-машина.
У нее два режима — тяги и генерации. В первом бортовая электроустановка совершает работу против ЭДС индукции, а действующая на трос Амперова сила ускоряет орбитальное движение. В результате производимая на борту электроэнергия переходит в механическую орбитального движения.
В режиме генерации — наоборот. ЭДС совершает полезную работу в бортовой электросистеме, а Амперова сила тормозит орбитальное движение. Электричество на борту вырабатывается из механической энергии орбитального движения.
Геомагнитная индукция относительно невелика. Зато скорость движения — космическая, да и длина троса немалая.
Произведение этих трех величин дает очень большие значения ЭДС индукции. При вполне реальном токе в 10 А мощность тросового генератора достигнет 40 кВт!
Выгодно комбинировать режимы тяги и генерации. При входе в тень Земли солнечные батареи перестают вырабатывать энергию. В этот период можно включить тросовый генератор.
На освещенной стороне можно переключиться в режим тяги и восполнить потери энергии орбитального движения в тени. К. п. д перевода механической энергии в электрическую и обратно при таких операциях оценивается очень высоко — 90–95%.
С помощью тросов можно образовывать временные связки спутников и изменять их орбиты, передавая без потерь энергию и момент количества движения от одного космического аппарата к другому. Представим, что орбитальный самолет доставил грузы на станцию и собирается возвращаться. В традиционном варианте после расстыковки он должен сжечь и выбросить в пространство изрядное количество топлива. В варианте тросовой связки этот этап выглядит более экономичным. После расстыковки орбитальный самолет остается связанным со станцией. Трос разматывается, и орбитальный самолет под действием сил тяжести уходит вниз, а станция — вверх от общего центра масс. Если теперь эту связку расцепить, то точка расцепки станет для орбитального самолета апогеем (высшей точкой) его новой орбиты, а для станции — перигеем (низшей точкой) новой орбиты. В результате этого маневра, на который не было затрачено ни грамма топлива, орбитальный самолет пойдет на посадку, а станция будет переведена на более высокую орбиту, что очень важно, поскольку станция постепенно теряет высоту из-за аэродинамического торможения.
Через полвитка после расцепки разность высот двух аппаратов, образовавших ранее связку, составит от 7 до 14 длин троса. При длине троса 50 километров это будет 350–700 километров!
Однако можно пойти еще дальше. Не заставлять орбитальный самолет добираться до орбиты станции, а спустить со станции ему навстречу привязной стыковочный узел. После стыковки орбитальный самолет образует со станцией вертикальную связку. Дальше есть два варианта. Либо самолет подтягивается к станции для разгрузки, а затем спускается обратно на тросе и отстыковывается. Либо он оставляет груз на стыковочном узле, который затем поднимается на станцию. В обоих случаях экономится много топлива.
Спутник, доставляемый на орбиту в грузовом отсеке орбитального самолета, может быть затем запущен на более высокую орбиту с помощью троса. В свою очередь, орбитальный самолет при запуске может не сбрасывать, а спускать на тросе отработанный топливный бак, отбирая часть его энергии.
Американские инженеры Пензо и Майер предложили использовать тросы при облете астероидов. По их идее с пролетающего космического аппарата выстреливается гарпун, который внедряется в поверхность астероида. Заякоренный таким образом аппарат разворачивается, обрезает трос и уносит дальше, оставляя гарпун небесному телу на память о своем визите…
Лунные лифты
Первый проект лунного лифта был предложен еще до Юрия Арцутанова. Поборник идеи всестороннего использования «внешних ресурсов» Фридрих Цандер в одной из своих работ описывает трос, протянутый с поверхности Луны в сторону Земли за коллинеарную точку либрации (она находится на одной прямой с центрами масс этих небесных тел, и равнодействующая гравитационных и центробежных сил в ней равна нулю) на расстояние более 60 тысяч километров и удерживаемый от падения на поверхность Луны притяжением Земли. К сожалению, выбрав для расчетов характеристики стали, производимой в то время, автор пришел к выводу о нереальности этого проекта и «похоронил» его.
Возвращение к этой теме породило несколько довольно своеобразных проектов. Например, Юрий Арцутанов предложил идею лунного несинхронного лифта. Он образуется связкой двух тел, которая вращается вокруг своего центра масс и движется по орбите так, что в точке максимального приближения к Луне нижнее тело зависает над ее поверхностью (совпадают линейные скорости) и может принять груз.
Более оригинальной, но и более сложной конструкцией является так называемый космический «эскалатор», который удобно использовать в окололунном пространстве. Космический эскалатор состоит сразу из нескольких вертикальных связок. Груз сначала доставляется на нижнее тело первой, подымается вдоль троса, затем в момент сближения перемещается на нижнее тело второй, подымается вдоль ее троса и так далее.
Общепланетное транспортное средство
На примере тросовых связок мы имели возможность лишний раз убедиться, какое количество вариантов технической системы способна предложить конструкторская мысль, когда базовая идея уже сформулирована. При всей фантастичности концепции космического лифта (и космического ожерелья как производной первого порядка от проекта Арцутанова) человеческая фантазия оказалась способна породить еще более невероятную конструкцию.
Речь идет о проекте, получившем название «Общепланетное транспортное средство» (ОТС). Его выдвинул и обосновал инженер Анатолий Юницкий из Гомеля.
В своей статье, опубликованной журналом «Техника молодежи» в 1982 году, Юницкий утверждает, что если когда-нибудь продукт, получаемый за счет космической промышленности, составит хотя бы один процент от общего товаропроизводства Земли, у человечества появится потребность в принципиально новом транспортном средстве, способном обеспечить перевозки на трассе «Земля — космос — Земля» до 10 миллиардов тонн в год. Ни одна из известных транспортных схем не сможет обеспечить столь фантастический объем перевозок. Заглядывая далеко в будущее, Юницкий предлагает свое решение этой глобальной проблемы.
ОТС представляет собой замкнутое колесо поперечным диаметром порядка 10 метров, которое покоится на специальной эстакаде, установленной вдоль экватора. Высота эстакады в зависимости от рельефа колеблется в пределах от нескольких десятков до нескольких сотен метров. На океанских просторах, а они составляют 76% от длины экваториальной линии, эстакада размещена на плавучих опорах, заякоренных на две.
Процесс старта ОТС выглядит следующим образом. Известно, что после подачи
