Гленн Мерфи - Какой громкой бывает отрыжка?

Первый частный космоплан многоразового использования был построен американской аэрокосмической компанией «Scales Composites». Их опытная модель «Spaceship One» поднялась на высоту 111 860 м, превысив рекорд, установленный Х-15. Так же как Х-15, «Spaceship One» запускал двигатель на большой высоте, куда он был доставлен специально созданным самолетом-носителем «White Knight». Получив финансирование от транснациональной корпорации «Virgin Group», эта компания занимается сейчас созданием «Spaceship Two» (в комплекте с «White Knight Two») и строительством космопорта в пустыне Мохаве на юго-западе США.

— Космопорт? Круууууто.

Но этот проект космоплана не единственный. Планируется, что к 2012 году в обычных аэропортах уже будет взлетать и садиться другая машина, построенная европейской компанией EADS. Она представляет собой маленький реактивный самолет с расположенным на фюзеляже ракетным двигателем и баком, наполовину заполненным ракетным топливом. Машина будет взлетать как обычный самолет, подниматься на высоту 12 тысяч метров, затем на короткое время включать ракетный двигатель, чтобы подпрыгнуть до 100 километров. Там пассажиры смогут отстегнуть привязные ремни и поплавать в невесомости около трех минут. Кроме того, они смогут полюбоваться Землей через иллюминаторы, расположенные по всей кабине. Затем пассажиры снова пристегнутся, а самолет вернется в атмосферу и совершит обычную посадку в аэропорту.

— То, что требовалось. Я обязательно полечу.

Вы и еще 15 тысяч человек в год.

— Да, но я буду первым.

И это будет недешево.

— Плевать, все равно полечу.

Что ж, тогда отправляйтесь в космопорт!

— Эй! Вернитесь! Я пошутил.

Потому что, в отличие от ракет, которые сгорают, когда возвращаются в атмосферу, мы уже находимся в ней. Кроме того, мы движемся вместе с атмосферой, и поэтому нас не волнует проблема трения…

— В каком это смысле «мы уже в ней»? Я думал, что ракеты проходят через атмосферу, чтобы вернуться на Землю…

Так и есть. Но они не проходят сквозь нее, чтобы выйти с другой стороны. Атмосфера — это не скорлупа, через которую ракета должна пробиться, а слой газов, находящийся между космосом и поверхностью земли. Можно даже сказать, что там она начинается. [24] Подробнее об атмосфере рассказывается в разделе «Почему самолеты не могут подняться в космос?».

— В каком смысле?

Атмосфера Земли — это просто громадное облако воздуха (состоящего из азота, кислорода и небольших примесей других газов), которое Земля удерживает рядом с собой силой своего притяжения. Мы живем в тоненьком слое у поверхности, где воздух самый плотный. Но по мере удаления от Земли сила ее притяжения слабеет. Поэтому, чем выше (а точнее, чем дальше от поверхности) мы будем подниматься, тем более разреженной (то есть менее плотной) будет становиться атмосфера. Когда космический корабль выводится на орбиту, он покидает атмосферу или, по крайней мере, оказывается так далеко от Земли, что воздуха там почти нет. Проблема возникает, когда приходит время возвращаться на Землю, потому что для этого нужно снова войти в атмосферу. Неправильный вход может привести к тому, что космический корабль сгорит или развалится на части.

— Все равно не въезжаю. Вы говорите, что мы живем в атмосфере и прекрасно себя чувствуем…

Верно.

— …но если ракета попытается войти в нее и сделает это неправильно, то она может взорваться. Тогда почему атмосфера не заставляет взрываться нас?

Потому что атмосфера сама по себе не нагревает и не разрушает космический корабль. Это делают трение и перегрузки, создаваемые кораблем, который на высокой скорости врывается в плотные слои атмосферы и трется о воздух. Иначе говоря, встреча корабля с атмосферой опасна тем, что они движутся с разными скоростями. Но мы уже находимся в атмосфере и движемся вместе с ней с одинаковой скоростью, поэтому между нами не возникает трения. С космическим кораблем все по-другому.

К примеру, космическому шаттлу, чтобы удержаться на орбите, приходится поддерживать скорость около 7,7 км/с, или 2 800 км/ч. Это почти в восемь раз быстрее пули, выпущенной из мощного ружья. Поэтому, когда корабль сходит с орбиты и возвращается в атмосферу, он врезается в нее с чудовищной скоростью и пробивается через плотный воздух, создавая мощнейшее трение, которое и нагревает корабль.

— Но если вся причина в слишком высокой скорости, то почему бы астронавту просто не сбросить скорость, пока он находится в космосе, чтобы потом благополучно вернуться на Землю без трения, нагревания и всего прочего?

К сожалению, для этого нужно иметь больше топлива, чем шаттл способен поднять в космос. Только для вывода на орбиту тратится около миллиона литров топлива, а после того как оно сгорает, твердотопливные ускорители и бак из-под жидкого топлива отстреливаются, чтобы корабль стал легче. Сам шаттл способен нести лишь минимальное количество топлива для возращения домой. Он не может сбросить скорость до уровня, необходимого для безопасного снижения, и вынужден просто развернуться, сжечь небольшой запас топлива и уменьшить скорость лишь настолько, чтобы сойти с орбиты и начать «падать» по направлению к Земле. После вхождения в атмосферу шаттл фактически использует создаваемое им трение для торможения. В результате выделяется тепло, и нижняя поверхность корабля раскаляется докрасна.

— Это показывали по телику. Но почему ракеты начинают плавиться, когда входят в атмосферу?

По правде говоря, плавятся лишь некоторые из них. И это делается специально.

— Что?!

В связи с тем что шаттлы и другие космические корабли используют трение для торможения, они не могут избежать сильного нагрева. Поэтому некоторые корабли, возвращающиеся после полета на Землю (такие есть у русских, китайцев и Европейского космического агентства), покрывают толстым слоем специального материала, который называется теплозащитным (или абляционным) экраном. При вхождении в атмосферу этот материал должен понемногу плавиться. Постепенное расплавление экрана дает кораблю время на то, чтобы снизить скорость до уровня, позволяющего раскрыть парашют. У шаттла же теплозащитный экран состоит из жаропрочных плиток, которые можно заменить при подготовке к последующим полетам.

— И что происходит с ним?

Если все проходит штатно, то шаттл снижает скорость до нескольких сотен километров в час и планирует до места посадки почти как обычный самолет и поэтому выпускает тормозные парашюты сразу после касания земли.