§ 3. Искусственная тяжесть

Нгсмзтря на только что описанную полезность невесомости, этот факгор заведомо должен оказаться вредным по крайней мере для некоторых видов деятельности на орбите в будущем. Но самое главное, существуют серьезные опасения в отношении вредного воздействия долговременной невесомости на человеческий организм, хотя полугодовой полет советских космонавтов и доказывает, сколь многого можно добиться постоянными тренировками. Так или иначе, а создание искусственной тяжести сможет нас выручить, если понадобится.

Казалось бы, простейшим методом создания искусственной тяжести может служить включение бортового ракетного двигателя, но расчеты по формуле Циолковского (§ 1 гл. 1) показывают, что для этого необходимо иметь на борту станции непомерно большое

количество топлива. Например, если мы желаем только в течение часа поддерживать на борту станции постоянную перегрузку с коэффициентом единица (т. е. нормальную силу тяжести), то при топливе, обеспечивающем скорость истечения 3 км/с, его количество должно в раз превышать массу самой станции и даже в случае половинной силы тяжести или полной, но в течение получаса — в 360 раз! Мы не говорим уже о том, что всякое включение двигателя привело бы к изменению орбиты.

Ракетный метод создания искусственной тяжести применяется на практике лишь для того, чтобы создать на короткое время с помощью вспомогательных двигателей небольшую перегрузку (меньше единицы) и обеспечить тем самым работу маршевых двигателей ракеты-носителя после, например, пассивного участка полета при выведении спутника на орбиту («гравитационная осадка» топлива).

Реальный метод создания искусственной тяжести заключается в приведении станции во вращение вокруг оси, проходящей через центр масс. Для этого достаточно создать «пару сил» с помощью двух двигателей небольшой тяги, которые раскрутят станцию до необходимой угловой скорости и затем выключатся. Угловая скорость будет далее оставаться практически неизменной, если только внутри станции расстояния крупных масс от оси вращения не будут существенно изменяться, если прибывающие на станцию корабли будут причаливать только вблизи оси вращения и т. п.

На отдельные тела на борту станции будут действовать центробежные силы, прижимающие их изнутри к отдаленной от оси стенке станции и тем самым обеспечивающие ощущение тяжести (указанная опора будет играть роль пола). Ускорение искусственного поля сил тяжести будет при этом равняться , где — угловая скорость вращения, расстояние тела до оси вращения. Направления кажущихся вертикалей будут при этом не параллельны, так как они пересекаются на оси вращения. Это будет особенно заметно, «ели длина помещения на станции того же порядка, что и расстояние до оси вращения. Из трех человек, изображенных на рис. 60, а стоящими на плоском полу, двум крайним будет казаться, что они нанаклонной плоскости. Поэтому пол следует делать вогнутым. Естественно придать орбитальной станции форму колеса, в «ободе» которого размещаются жилые кабины с искусственной тяжестью, а во «втулке», к которой причаливают прибывающие корабли, царит невесомость. Подобные формы станций («колесо», «кольцо», шестиугольник) предлагались в большинстве проектов.

При перемещениях людей и предметов на борту орбитальной станции будут наблюдаться из-за ее вращения своеобразные явления, описываемые возникновением так называемой кориолисовой силы. При любом перемещении, происходящем не в направлении, параллельном оси вращения станции, на предмет будет действовать дополнительная сила, во многих случаях приводящая к

боковому сносу. Кориолисова сила может затруднить передвижения космонавтов, вызвать неприятные ощущения при вращении головой и т. д. Космонавты на плоском полу на рис. 60, а при передвижении почувствовали бы боковой снос, но если бы они бежали по внутренней поверхности цилиндра (см. рис. 60, а) в каком угодно направлении, то только теряли бы или прибавляли в весе (в зависимости от направления); при быстром беге влево могли потерять вес совсем, оторваться от пола и полететь до встречи с полом или со стенкой.

Улучшить «качество» искусственной тяжести можно уменьшением угловой скорости вращения (кориолисова сила пропорциональна угловой скорости), а чтобы при этом искусственная сила тяжести не уменьшилась, придется увеличить расстояние до оси вращения.

Рис. 60. Искусственная тяжесть: а) в колесообразной вращающейся станции; б) в блоках, связанных тросом и вращающихся вокруг общего центра масс С.

Однако создавать колесообразные станции с поперечником в сотни метров неразумно. Проще соединить длинным тросом два космических корабля и привести их во вращение (рис. 60,б).

Изменение длины троса (с помощью, например, лебедки) позволит регулировать искусственную силу тяжести. В частности, таким путем можно будет создавать на спутнике «марсианскую» или какую-нибудь иную тяжесть. В первом случае достаточно при угловой скорости со подобрать такую длину троса, чтобы соблюдалось условие

Постоянное вращение орбитальных станций несет в себе много неудобств. Сильно затруднены астрономические наблюдения, превращается в серьезную проблему причаливание к станции транспортных кораблей.

Рис. 61 Долговременные орбитальные станции с искусственной тяжестью, а) проект фирмы MDD станции на 12 человек, б) проект фирмы NAR станции на 50 человек

В опубликованных американских проектахвращение рассматривалосв иногда, как временная мера (рис. 61, а — часть станции выдвигается перед вращением; на разных палубах-этажах — разная тяжесть) для экспериментальных целей или как постоянный фактор (рис. 61,б — четыре жилых блока станции сборной конструкции вращаются вокруг ее оси симметрии) [2.381.