В просторы космоса, в глубины атома [Пособие для учащихся] - Рудольф Сворень

Модульная конструкция. Важную особенность КРТ отражают два слова, введенных в его название, — «неограниченно наращиваемый». Рефлектор КРТ должен собираться из отдельных модулей, они выводятся на орбиту в сложенном виде, автоматически раскрываются и стыкуются друг с другом (рис. 7).

При этом модулями можно наращивать уже работающую антенну. Основа модуля — каркас из металлических труб диаметром 75 мм при толщине стенок 0,5 мм. На каркасе крепится ажурная рабочая поверхность, изготовленная из более тонких трубок диаметром меньше 1 см. И наконец, на рабочей поверхности закреплен третий слой пирога — отражающая поверхность, скорее всего из тонкого металлизированного пластика (рис. 8).

Толщина всей конструкции, точнее, ее глубина — 10 м, хотя для рефлектора диаметром D = 20 км ее, видимо, придется делать более толстой, наращивая в глубину трубчатый силовой каркас. Основной модуль сборного рефлектора представляет собой равносторонний шестиугольник со стороной 200 м, рабочая поверхность — это сетка из треугольников со стороной 2 м, отражающие элементы — шестиугольники с диагональю 4 м. Расчеты показывают, что антенна такой конструкции при диаметре рефлектора D = 1 км будет иметь массу 250 т (это 12 таких космических аппаратов, как «Салют»), при D = 10 км — 25 000 т. Эти цифры не будут казаться чрезмерно большими, если подсчитать, что на 1 кв. м поверхности КРТ приходится масса всего около 200–300 г.

Естественно, что при сборке модульного рефлектора возможны некоторые неточности. Кроме того, на антенну будут действовать небольшие гравитационные силы, световое давление, солнечный ветер, неравномерный нагрев. После сборки антенна с километровым рефлектором сможет работать на волнах не короче 50 см, а с десятикилометровым — не короче 2 м. Для работы на более коротких волнах в конструкции рефлектора нужно предусмотреть элементы, корректирующие взаимное положение модулей, скорее всего в пределах нескольких миллиметров. Коррекция нужна будет и сразу после сборки рефлектора, и в процессе его эксплуатации. Представить себе корректирующие элементы несложно — это могут быть, например, расположенные в местах сочленения модулей червячные механизмы с реверсивными электродвигателями. Команды на эти двигатели будут поступать с космического аппарата, управляющего всей работой КРТ. На управляющем аппарате будет система, которая лазерным лучом быстро осмотрит рефлектор и тут же выдаст команды на элементы, корректирующие положение модулей.

Наведение КРТ на радиоисточники. Форма рефлектора КРТ выбирается с таким расчетом, чтобы он мог без перемещения осмотреть звездное небо в пределах телесного угла 20°. В этих пределах можно двигать «луч зрения», перемещая облучатель, вместе с приемником размещенный на космическом аппарате (рис. 7, 10).

Несколько таких аппаратов-приемников позволят на одном КРТ сразу принимать сигналы нескольких космических радиоисточников. Принятые приемниками сигналы после некоторой предварительной обработки передаются на Землю по каналам радиосвязи — сейчас это может быть сделано сравнительно просто, радисты уже умеют поддерживать связь с космическими аппаратами, находящимися далеко за Юпитером.

Можно направить КРТ на любую точку небесной сферы, поворачивая рефлектор с помощью закрепленных на нем маломощных реактивных двигателей (рис. 11). В системе наведения и стабилизации могут работать реактивные ионные двигатели — в них тяга создается веществом (рабочим телом), которое выбрасывается за счет электрической энергии; а ее можно получить от атомных источников или от солнечных батарей. Для стабилизации КРТ с километровым рефлектором нужен суточный расход вещества 6,4 кг и мощность электропитания 200 кВт; для десятикилометрового КРТ эти значения в 1000 раз больше. На разворот километровой антенны за сутки на 180° уйдет 5 кг вещества; такой же разворот десятикилометровой антенны займет 5 суток и потребует 1,5 т рабочего тела.

Создание КРТ. Антенны больших радиотелескопов будут собираться на околоземных орбитах и в собранном виде перевозиться к месту работы, на далекие межпланетные орбиты. Перевозить КРТ нужно очень осторожно, разгоняя их медленно, с малым ускорением. Такая перевозка займет месяцы и потребует сравнительно небольшого расхода топлива — 2–7 % от массы КРТ. Чтобы уменьшить расход топлива и упростить разгон готового КРТ, можно собирать его на сравнительно высокой околоземной орбите, где силы земного тяготения невелики. Для антенны диаметром d = 1 км целесообразна' монтажная орбита не ниже 1000 км, для антенны диаметром d = 10 км — не ниже 30–50 тыс. км. Предполагается такая последовательность сборки: сначала блоки КРТ вывозят на низкую околоземную орбиту; затем их собирают в поезда и перевозят на монтажную орбиту; туда же на борт орбитальной станции прибывают монтажники. При стартах транспортных кораблей с интервалом в 2–3 дня на постройку среднего КРТ уйдут месяцы, а большого — годы. Это сравнимо со сроками создания больших зданий, морских судов, электростанций.

Стоимость КРТ. Если принять за основу стоимость такой большой космической программы, как «Аполлон», на которую было затрачено около 25 млрд. долларов, то окажется, что КРТ с диаметрами антенны 1 и 10 км обойдется соответственно в 3 и 25–40 % этой суммы, т. е. 750 млн. долларов (d = 1 км) и 6–9 млрд. долларов (d = 10 км). Это, конечно, очень приближенные оценки. Попутно отметим — постройка КРТ с пятикилометровым рефлектором обойдется примерно вдвое дешевле, чем наземная система с аналогичными параметрами. И вот еще что: сравнивая большие космические проекты, нужно учитывать не только расход, но и доход — учитывать, что именно тот или иной проект даст науке. Здесь, видимо, КРТ вне конкуренции.

Ожидаемые параметры. Помимо уже названной уникальной разрешающей способности — вплоть до 10-10 угловой секунды, КРТ будет иметь еще ряд параметров, недостижимых на Земле. Так, например, удалившись от нашей планеты, он будет слушать космические радиоисточники абсолютно на всех частотах, в то время как наземным инструментам доступно лишь 8 % радиодиапазона: некоторые частоты не пробиваются к Земле через ионосферу, другие же заняты наземными передатчиками радиовещания, телевидения, связи, локации, на фоне которых слабый радиоисточник просто теряется. Ну и, наконец, о чувствительности больших КРТ. Она, видимо, будет доведена до 10-36 Вт/ (м2·Гц). Это число даже сравнить трудно с чем-нибудь привычным, такая чувствительность в миллионы раз выше, чем у лучших современных радиотелескопов. А что такое чувствительность современного радиотелескопа, можно пояснить простой аналогией: если бы такой чувствительностью обладал слух, то мы, находясь в Москве, слышали бы тиканье часов на руке у человека, прогуливающегося по улицам Рио-де-Жанейро.

Голографирование Вселенной. Голография в отличие от фотографии регистрирует не только интенсивность излучения различных точек объекта (светлые волосы, черные брови или рубашку в мелкий горошек). Голография регистрирует не только интенсивность, но и фазу световой волны, т. е., проще говоря, регистрирует, откуда волна пришла раньше, а откуда позже. И именно по этой информации, по этим «раньше — позже», потом из голограммы можно воссоздать трехмерное, объемное изображение.

Фазу волны регистрирует и радиоинтерферометр — это его основная профессия. И с помощью радиоинтерферометра — трех разнесенных радиотелескопов — можно получить голограмму звездного неба, воссоздать объемное изображение галактик и звезд, точно определить расстояние до них (рис. 12).

Правда, для земного интерферометра с его предельной базой 12 000 км глубина голографирования получается небольшой — 6 св. лет. В сферу с таким радиусом входит всего 4 ближайшие звезды. А вот КРИ покажет нам объемную Вселенную совсем других размеров: при базе 1,5 млрд. км и принимаемой волне с λ = 1 м глубина голографирования получится 1,5 млрд. св. лет, а при λ = 1 мм она достигнет 15 000 млрд. св. лет. Вряд ли кто-нибудь возьмет на себя смелость предсказать, что мы увидим на такой голограмме, — сегодня граница видимой Вселенной проходит в 1000 раз ближе, она находится на расстоянии 10–15 млрд. св. лет. И конечно, в эту оценку сама Вселенная внесет коррективы, связанные с ее расширением, с искривлением пространства-времени.

Поиск звезд и планет. До сих пор не обнаружены радиоизлучения ни одной звезды типа нашего Солнца. Ну а что касается планет, которые, может быть, вращаются вокруг других звезд, то планеты эти в принципе нельзя обнаружить прямыми наблюдениями — они слишком малы. Косвенные методы выявили только три подозрительных случая, только три звезды (из 1011 звезд нашей Галактики и 1021 звезд Вселенной), у которых как будто бы есть признаки планетной системы. Большой КРИ сможет обнаружить большие планеты, такие, как Юпитер, соответственно на расстояниях до 150 св. лет (λ = 1 см) и до 1500 св. лет (λ = 1 мм), а такие планеты, как Земля, на расстояниях до 20 св. лет (λ = 1 см) и до 200 св. лет (λ = 1 мм); уже в сфере радиусом 200 св. лет находится примерно 10 000 звезд, у которых в принципе могут быть планетные системы. Обнаружение далеких планет имеет прямое отношение к такой интригующей проблеме, как поиск внеземных цивилизаций.