Пути в незнаемое. Сборник двадцатый - Юрий Алексеев

В бортовом журнале «Салюта-5» летом 1976 года один из опытов обозначался кратко: «Поток». Установка «Поток» была частью научного комплекса «Физика», размещенного в приборном отсеке орбитальной станции. Цель эксперимента — изучение движения жидкости под действием капиллярных сил в условиях невесомости. Капиллярность — свойство жидкостей подниматься и опускаться в тонких «волосяных» (в старых словарях слово «капиллярность» заменялось не употребляемым ныне словом «волосность») каналах — исследовалась еще классиками науки. Однако, несмотря на то что изучена она в земных условиях достаточно подробно, нельзя сказать, что явление капиллярности широко используется в промышленности и быту. Всевозможные фитили, уплотнение почв, чтобы поползла по тонким каналам вверх, к корням, влага. Больше — не помню.

И в фитилях, и в поле главный спор шел между силами капиллярности, которые в тонких смачиваемых (это важно!) каналах влекли жидкость вверх, и силами земной тяжести, которые тащили ее вниз. В космосе гравитационных сил нет, поэтому теоретики предсказывают расширение полезных применений явления капиллярности.

Эксперимент на «Салюте-5» был классически прост. Два прозрачных шара соединены капиллярной трубкой. Один шар, в котором налита подкрашенная жидкость, изготовлен из материала ею не смачивающегося. Другой шар — смачивается. Еще одна трубка, соединяющая шары, предназначена для перетекания воздуха. Прозрачность установки позволяет вести киносъемку опыта.

По идее, силы капиллярности, не сдерживаемые силами тяготения, должны перетащить, перекачать жидкость из шара в шар гораздо быстрее и энергичнее, чем это они могли бы сделать на Земле. Скорость перетекания действительно возрастет. Не станет ли этот простой опыт прообразом будущих капиллярных насосов межпланетных кораблей, идеальных насосов, которые не имеют никаких движущихся частей и которые не требуют для своей работы никакой энергии?

Если «Поток» по самой мысли своей исследовал нечто отвлеченное, то «Сфера» должна была помочь в решении задач сугубо практических. Оба эти опыта объединялись не только комплексом «Физика», но и предметом изучения: в «Сфере» жидкость тоже взаимодействует с невесомостью.

Герои фантастических романов и вполне реальные герои телепередач космовидения до этого уже не раз демонстрировали, как моментально обретает форму шара пролитая в невесомости жидкость: форма ее определяется лишь силами поверхностного натяжения. На Земле подобные условия невозможны. Правда, наши предки, не зная и слова такого — «гравитация», — стремились обмануть ее, когда изготовляли свинцовую дробь, пропуская расплавленный металл через сита, установленные на верхушке башни. В наши дни, чтобы изготовить особо точные шарики для прецизионных шарикоподшипников, требуется провести более десятка технологических операций. Кроме того, при доводке формы нарушается поверхностная структура металла. Космос — идеальное место для изготовления идеальных шариков. Этот тезис и проверялся в полете «Салюта-5».

Металлические заготовки для космической плавильни для простоты были сделаны из сплава Вуда — смеси висмута, свинца, олова и кадмия, который плавится при температуре чуть выше 60 градусов. (Помните трюк на вечерах «занимательной науки»: чайная ложка в стакане тает на глазах удивленных зрителей под струей кипятка?) Капли расплавленного электрическим нагревателем металла выталкивались в лавсановый мешок, размеры которого были достаточно велики, чтобы капли успели затвердеть до того, как они соприкоснутся со стенками мешка. Мешок, собственно, нужен был только для того, чтобы не ловить потом маленькие шарики по всем отсекам станции.

«Сфера» должна была дать идеально точные сферы. Однако идею требовалось проверить. Форма теоретически может искажаться, если центр масс жидкости не будет совпадать с центром масс самой орбитальной станции. Кроме того, капелька может, затвердевая, колыхаться, хотя теоретически доказывалось, что силы поверхностного натяжения должны быстро справиться с силами вязкости, и капля почти мгновенно приобретает идеально сферическую форму. Если так, то, как сказано в книге И. Белякова и Ю. Борисова «Технология в космосе», «молекулярные силы могут использоваться как средство обработки металлов». Если так, то «допуски на изготовление изделий с помощью сил поверхностного натяжения могут быть уменьшены на несколько порядков».

Только космическая индустрия позволит нам получить новые виды биологических структур, поскольку только в невесомости существуют идеальные условия для разделения биологических материалов на уровне клеток. Космическим исследователям предстоит выяснить новые механизмы — тепло- и массопереноса, управления выращиванием кристаллов и образования многофазных сплавов. Очевидно, все земные инженерные справочники для космических строителей придется переписывать заново, а для этого провести фундаментальные исследования в условиях невесомости и замерить новые значения различных констант в динамике жидкости и газа (числа Рейнольдса, Хартмана и др.), в термодинамике (критерии Грасгофа, Нуссельта и др.), в процессах массопереноса (числа Льюиса, Шмидта и др.). В общем, работы тут непочатый край. При этом надо учитывать, что мы еще сами не знаем всех возможностей космической индустрии и можем лишь домысливать все те преимущества, которые она сулит. Год от года, наряду с физическими, астрономическими, медико-биологическими и другими экспериментами, объем технологических исследований постоянно возрастал.

Я рассказывал о некоторых работах на «Салюте-5». Знаменитый «Салют-7» — орбитальная станция, на которой был установлен, а затем превышен мировой рекорд пребывания человека в космическом пространстве, — был уже просто маленьким многоотраслевым заводиком. Технологические печи «Магма» и «Корунд» позволили провести широкие исследования по механизму массопереноса, анизотропии скорости роста кристаллов и отработке будущих — уже по-настоящему промышленных — процессов производства полупроводников в условиях микрогравитации. Специально созданные и установленные на борту «Союза-7» приборы «Ресурс», «Эласт», «Спираль» и другие позволили провести фундаментальные исследования процессов кристаллизации в невесомости, изучить ничтожное и все-таки принципиально важное влияние микрогравитации, которая, как ни крути, существует, на рост кристаллов, провести изучение характеристик материалов в условиях их работы в космосе.

В течение многих месяцев Анатолий Березовой, Валентин Лебедев, Владимир Джанибеков, Александр Иванченков, Леонид Попов, Александр Серебров, Светлана Савицкая, Владимир Ляхов, Александр Александров, рекордсмены Кизим — Соловьев — Атьков, француз Кретьен и индус Шарма проводили множество разнообразных технологических опытов, итоги которых долго еще будут анализироваться на Земле. Думаю, что к тому времени, когда эта рукопись превратится в печатный текст, и список космических технологов, и тематика их исследований непременно увеличатся — ведь только газетные репортажи в состоянии отразить прогресс в этой области науки и техники с соблюдением реальных временных масштабов. Все книги о современной космонавтике устаревают уже к моменту их появления на прилавках, поскольку проводить научные исследования в космосе мы научились быстрее, чем печатать книги.

Однако не будем отвлекаться земными, а точнее — приземленными проблемами. Мы же договаривались воспарить…

Академик В. П. Глушко писал: «К решаемым проблемам относится космическая энергетика. Создав на небесном теле, обладающем запасами полезных ископаемых, энергетическую базу, можно будет налаживать там добывающую промышленность, а затем, естественно, и перерабатывающую». Академик говорит о небесном теле, но вполне можно обойтись и без него. Тем более что, как выяснилось, космическую индустрию выгоднее всего развивать в открытом космосе, поскольку энергетические затраты здесь будут ниже. Итак, где и на каком сырье может работать космический завод будущего?

Для внеземных промышленных предприятий большинство специалистов рекомендуют вполне определенный «адрес» в межпланетном пространстве. Речь идет о так называемых точках Лагранжа.

«Я снискал некоторую известность в математике», — так скромно оценил в конце жизни свои заслуги перед наукой великий французский математик Жозеф Луи Лагранж.

Он родился в Италии и по желанию своих родителей был определен в Туринский университет, чтобы стать адвокатом. Но уже беглое знакомство с математическими и астрономическими трудами вскоре перерастает в страстное увлечение точными науками, уже в 17 лет Лагранж начинает преподавать математику в Артиллерийской школе в Турине. Отец его, запутавшись в финансовых спекуляциях, окончательно разорился, что, впрочем, нисколько не огорчило молодого ученого. Позднее он писал: «Если я был бы богат, я, вероятно, не достиг бы моего положения в математике; и в какой другой области я добился бы тех же результатов?»