|
Содержание
Предисловие
Что надо знать о принципе парусного космоплавания? В каком состоянии находятся научные исследования по полетам космических кораблей с солнечными парусами? Насколько реальны перспективы космических парусных стартов? Каково соотношение науки и фантастики в этой проблеме? Ответ на эти и другие вопросы о солнечном парусе вы найдете в этом учебном пособии. В нем обсуждаются астродинамические аспекты одной из наиболее сложных проблем конца XX века – проблемы обеспечения человечества энергией. Как известно, к возобновляющимся, "вечным" источникам энергии относится прежде всего энергия солнечных лучей. Соответственно одной из актуальных концепций современной астродинамики оказывается концепция межпланетного полета под действием светового давления солнечных лучей, т.е. так называемого космического полета под солнечным парусом. Кроме того, зеркальный солнечный парус является безракетным способом передвижения в космосе. Приступая к обсуждению перспектив применения солнечных парусов для передвижения в космосе, необходимо сразу отметить очевидный экологически-ноосферный аспект этих задач. Действительно, размышляя о роли научного познания в процессе осмысления перехода биосферы в ноосферу, В.И.Вернадский указывает: "...мы можем различать в ноосфере проявление влияния на ее строение двух областей человеческого ума: наук, общих для всей реальности (физика, астрономия, химия, математика), и наук о Земле (науки биологические, геологические, гуманитарные)". Одним из важнейших направлений человеческой деятельности, где удачно находят применение обе эти области научного знания, является осмысленное управляемое завоевание космического пространства и использование энергии солнечных лучей. Действительно, там же В.И.Вернадский пишет: "К ранее известной области человеческой жизни (ноосферы), в которой до сих пор шло развитие науки, прибавились две новые, резко от нее отличные, – мир просторов Космоса и мир атомов". По-видимому, именно глобальная проблема использования солнечных лучей для полетов в космос наилучшим образом объединяет обе эти указанные ученым области, поскольку жизнь на Земле неотделима от Солнца и теснейшим образом связана с его энергетикой. Мы коснемся лишь одного очень узкого аспекта этой проблемы, а именно использования солнечной энергии в космической навигации и проверки эффективности концепции солнечного паруса как космического движителя нового типа. Это позволит расширить горизонты космических исследований, поощрить новые научно-технические разработки и достижения в целях освоения космоса, связать космос с Землей в видимой области спектра электромагнитных волн самым ярким и зримым образом. В дополнение к перечисленным следует добавить еще и чисто практические аспекты использования солнечного паруса для решения ряда насущных технологических проблем, о которых мы расскажем ниже. В ближайшем будущем космическая парусная технология должна принести зримые плоды и, как хочется надеяться, привести к созданию "парусной индустрии". Хотя идея использования давления солнечного света для космических перелетов была высказана учеными еще в двадцатые годы, т.е. более чем за тридцать лет до начала космической эры, тем не менее почти за сорок лет последующего развития практической космонавтики ни один солнечный парус пока еще не был развернут на орбите. Однако плодотворная идея постоянно привлекала к себе внимание разработчиков и создателей космической техники. За истекшие годы было издано несколько отечественных и зарубежных книг по проблеме космических полетов с солнечным парусом, в том числе и книга автора данного пособия. Был выполнен ряд успешных технологических и лабораторных разработок, написано немало научных статей и диссертаций. Что же касается практических работ, то они не продвинулись сколько-нибудь далеко. Причин тут несколько, и главная из них – техническая сложность задачи создания паруса. Дело в том, что природа поскупилась на величину светового давления солнечных лучей: на орбите Земли оно не превышает 1 мг/м2, поэтому, чтобы создать сколько-нибудь заметное ускорение в космосе, нужны "гектарные" паруса (речь идет о создании ускорения порядка 1–3 мм/с2). Таких крупногабаритных конструкций на орбитах еще пока не существует, их создание сопряжено с определенным техническим риском. Итак, что же такое космоплавание под солнечным парусом: фантастика мечтателей или реальность перспектив недалекого будущего? Действительно, одной из наиболее сложных проблем человечества на рубеже XX и XXI столетий оказалась проблема обеспечения нашей цивилизации энергией, приобретающая все большую остроту, вызванную как увеличением потребности в энергии, так и неуклонным сокращением природных запасов традиционных энергоресурсов. Один из разумных путей их экономии состоит в использовании возобновляющихся источников энергии, освоение их новых видов и форм их применения. К перспективным возобновляющим энергоресурсам в первую очередь относится энергия солнечных лучей, как тепловая, так и механическая, причем последняя – в смысле светового давления солнечных лучей на встречные тела, движущиеся в световом потоке. Этот "вечный", да еще к тому же экологически чистый вид энергоресурсов привлекателен еще и тем, что не требует затрат на его транспортировку к месту потребления. Если формы использования тепловой энергии Солнца на Земле и в космосе достаточно хорошо известны, то гораздо более сложной оказывается проблема использования весьма малого по величине светового давления солнечных лучей, т.е. механического действия светового потока, для передвижения тел в космических условиях в целях космоплавания. Кроме того, полет под солнечным парусом – это реальное воплощение идеи полной или частичной замены энергии экологически вредных реактивных двигателей на даровую энергию потока солнечных лучей, давление которого на огромный зеркально отражающий парус способно создать хотя и малую, но вполне ощутимую силу тяги безракетного космического движителя. Творческая мысль ученых и конструкторов, занимающихся сегодняшними проблемами космоплавания на рубеже XX и XXI столетий, должна дать ответы на следующие вопросы: для каких целей и какими способами выгоднее всего использовать световое давление солнечных лучей, каковы наилучшие технические параметры солнечных парусов – космических движителей, какова наивыгоднейшая конструкция космического парусника, предназначенного для выполнения заданного космического маневра или перелета по намеченной космической трассе. Об авторе
Кандидат физико-математических наук, доцент. Работает на кафедре небесной механики Санкт-Петербургского государственного университета с 1965 г., читает общий курс теоретической механики на астрономическом отделении математико-механического факультета СПбГУ, а также спецкурсы "Теория солнечного паруса" и "Фотогравитационная небесная механика". Научно-исследовательская работа Е.Н.Поляховой связана с небесной механикой тел переменной массы, фотогравитационной небесной механикой, динамикой космического полета с солнечным парусом и теорией возмущенного движения искусственных спутников под действием светового давления. В 2005 г. награждена премией имени Ф.А.Цандера Российской академии наук. Член Международного астрономического союза. Е.Н.Поляхова – автор 180 научных работ, в том числе учебно-методических пособий "Сборник задач по аналитической механике" (2-е изд. М.: URSS, 2009), "Сборник задач по динамике точки в поле центральных сил" (2-е изд. М.: URSS, 2010) и монографии "Космический полет с солнечным парусом" (2-е изд. М.: URSS, 2011). |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||