Научные эксперименты. За ответами в космос - Александр Яровитчук Страница 10

Через два года инженеры улучшили технологию в проекте «Рапана». Космонавты Василий Циблиев и Александр Серебров за четыре часа вынесли эту крупногабаритную конструкцию и закрепили на корпусе. Развертывание четырех секций, каждая метровой длины, было уже автоматическим и продлилось всего 95 секунд. В 1996 году эксперимент продолжился в неожиданном русле: ферму удлинила американская система «Стромбус». Это была алюминиевая стержневая конструкция, которая, в отличие от предыдущих версий, могла вручную складываться и раскладываться многократно. Квадратная в основании, ферма в раскрытом виде представляет собой четыре параллелепипеда, диагональные элементы которых соединены дополнительным стержнем. Так же сейчас выглядит большая часть быстрособирающихся конструкций, используемых при монтаже сцен под открытом небом, временных торговых или выставочных павильонов, оперативных и медицинских пунктов и т. д.

Материалы с памятью формы нашли более широкое применение, особенно в строительстве и медицине. В NASA также работали над пеной с эффектом памяти, или «Пеной TEMPUR».

Технологию еще не раз применяли на МКС – при строительстве ферм солнечных батарей, радиаторов и научно-экспериментальных платформ.

Чем больше и сложнее становились космические конструкции, которые должны были разворачиваться и вращаться, тем серьезнее вставал вопрос о смазочных материалах. В безвоздушном пространстве на орбите жидкости практически мгновенно испаряются или, наоборот, замерзают. Стандартная смазка не поможет. Особо остро проблема встала при создании лунохода. Главный конструктор Сергей Павлович Королёв даже собрал специальную группу, из которой вырос целый институт. Как решение химики придумали твердую смазку, где скольжение осуществляется на молекулярном уровне. Атомы в кристаллах располагаются словно в слоях, связи могут переходить от одной области к другой. Первый пример – графит: материал грифеля карандаша так хорошо крошится из-за слоистости. Собственно, его с небольшой модификацией и стали использовать в самом начале. Однако было много проблем и отказов. Для советского лунохода химики предложили использовать сульфид молибдена – этот материал также и жаростойкий. Еще несколько вариантов соединений испытывалось в космосе. Так, для программы исследования Луны специально запускали межпланетные станции «Луна‐11, —12, —14» для экспериментов.

Твердые смазки очень заинтересовали инженеров, работающих с быстровращающимися механизмами, например токарными станками. От трения детали и смазка между ними могут нагреваться, а жидкость – испаряться. Новые материалы также решают проблему вытекания или разбрызгивания с наклонных поверхностей. Сейчас без космических смазок не обходится ни один технологический процесс механической обработки металлов.

В то время как солнечные батареи должны быть направлены на Солнце, прочее оборудование нужно защищать от мощного излучения. Внешняя часть космического аппарата нагревается до +150 °C. Сильный холод тоже не полезен, а на околоземной орбите, находясь в тени планеты, можно охладиться до –180 °C.

В полной мере проблема проявилась во время полета второго искусственного спутника Земли с собакой Лайкой на борту. Тогда для контроля температуры использовался только вентилятор. Увы, этого не хватило, и уже через шесть часов жар внутри спутника стал невыносим. В дальнейшем были разработаны системы охлаждения и изоляции. Чтобы защититься от солнечных лучей, их нужно отразить. Известно, что зеркала делаются из стекла с напылением на него металлов, например алюминия, серебра, а лучше всего – золота. Для космоса же инженеры предложили использовать экранно-вакуумную теплоизоляцию (ЭВТИ). Она похожа на фольгу, покрытую отражающим материалом. Для большей эффективности в ЭВТИ несколько слоев. Чтобы изолировать нагретый металл, который хорошо проводит тепло и в любом случае всёы отразить не может, нужна прослойка. В доме для утепления ставят две оконные рамы, воздух между ними служит изолятором. Куртки утепляют пухом или ватой с множеством воздушных пор. Наконец, термос имеет две стенки. ЭВТИ может состоять из нескольких слоев – металл, изолятор, металл, изолятор, металл. Сначала это были алюминий и полиэстер – инженеры смогли сделать фольгу очень тонкой и легкой. Потом эту технологию стали использовать для сумок-холодильников и термопакетов – их можно увидеть у доставщиков еды и в магазинах в отделах скоропортящихся или свежевыпеченных изделий. ЭВТИ, конечно, хотелось сделать на основе металлов с большей отражающей способностью. Серебро и тем более золото очень тяжелые. Благодаря высокой ковкости золота инженеры умудрялись создать очень тонкие и, соответственно, легкие слои, но все равно это было слишком дорого. Прорывом стало гальваническое напыление, позволяющее с помощью химической реакции и электрического тока без больших усилий создать напыление толщиной в несколько микрон. Сейчас все спутники и межпланетные станции буквально золотые. Гальваническое напыление стало прорывом и в земных технологиях, его используют во множестве объектов, от куполов храмов до контактов на платах микроэлектронных устройств. Золото – еще и отличный проводник электрического тока. Кстати, многие компьютеризированные системы спутников также имеют контакты и провода, покрытые драгоценным металлом.

Кроме создания ЭВТИ для решения проблемы нагревания от Солнца инженеры космических систем задумались над применением эмалевых красок. Специальная краска могла не только отражать свет, но и изолировать от короткого замыкания, защищать от коррозии и многое другое. При этом подбором цвета можно было пассивно контролировать нагрев и охлаждение. Черная краска поглощает тепло, но и отлично излучает его, а это помогает в снижении температуры. Дело в том, что некоторые приборы, расположенные внутри спутника, при работе выделяют тепло, иногда даже в большем объеме, нежели могли бы получать от Солнца. Изолировать весь спутник в таком случае не стоит, вместо этого нужно грамотно его покрасить: черным – затененные места, например, под солнечными батареями; белым – области, повернутые к Солнцу. Могут пригодиться и другие цвета. Инженеры перебрали массу вариантов и проделали огромную работу по определению характеристик и возможностей применения эмалевых красок. Этот труд пригодился в промышленном производстве покрытий. Чаще всего эмалевые краски наносятся на кузова автомобилей, деревянную мебель, стоящую на улице под солнцем и дождем, и даже используются в лаках для ногтей.

Параллельно с разработкой правильных условий для техники конструкторы вели исследования с целью обеспечения благоприятных условий для человека. В первую очередь речь шла о воздухе. Эксперименты с приборами, а точнее, со специальными клапанами начались за десять лет до полета человека в космос и за шесть лет до первого орбитального полета собак. Выдыхаемый газ должен выходить, а нужный для жизни кислород должен оставаться.

Механические способы контроля давления воздуха и воды известны с давних пор, клапаны и вентили активно совершенствовались с развитием паровых котлов и паровозов. Самый простой механизм представляет собой запирающее устройство, которое вставляется в отверстие. С одной его стороны расположен элемент, оказывающий известное давление, например пружина, а