Читать книгу "Всё и разум. Научное мышление для решения любых задач - Билл Най"

С годами талантливые инженеры из НАСА, применив творческий подход, придумали несколько прелестных систем тормозных ракет. Примерно как в старом комиксе про Флэша Гордона, посадочные модули «Викинга» в семидесятые садились на Марс хвостом вперед, а тормозные ракеты полыхали под ними (полнейшее ретро… пардон). Но при всей своей зрелищности тормозные ракеты не годятся для посадки марсохода, слишком много издержек. Ракеты поднимают много пыли, которая может повредить чувствительные инструменты и подвижные части. Кроме того, от них получается небольшой кратер, и марсоходу будет трудно из него выбраться, то есть осложнения начнутся сразу после посадки. К тому же топливо и устройства, которые направляют выхлоп, очень тяжелые. Так что минус знакомое решение номер один.

Теперь номер два — тормозить в атмосфере. Два посадочных модуля «Викинг» были оснащены теплозащитой, чтобы пройти сквозь атмосферу и в результате трения немного сбросить скорость, набранную в космическом пространстве, чтобы тормозные ракеты не перенапряглись.

Если теплозащита позволяет замедлиться лишь немного, может быть, лучше парашют — он-то прекрасно тормозит? Увы, здесь снова приходится учитывать «промежуточность» Марса. Оказывается, марсианская атмосфера такая разреженная, что обычные земные крылья и парашюты в ней не помогают. Атмосферное давление на Марсе — всего 0,7 процента нашего. Там просто не хватит молекул воздуха, и парашюту будет не на что опереться. Более того, приближающийся космический аппарат со своим парашютом должны двигаться в верхних слоях атмосферы Марса со сверхзвуковой скоростью. А при входе в атмосферу со сверхзвуковой скоростью возникают перепады давления и ударные волны, которые, чего доброго, разорвут парашют в клочья. Бум — и конец.

Получается, у нас не было готового технологического приема, способного решить эту задачу. Пришлось инженерам из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене наклонить голову и посмотреть на задачу под другим углом. Ограничения и препятствия — беспрецедентные условия среды, недостатки имеющейся технологии — вынудили их создать что-то невиданное, смешать старое с чем-то совершенно новым. Они сформулировали задачу, сосредоточились на причинах проблемы, обратились к экспертам с разных сторон и достигли прекрасных результатов. Они опирались не только на технологические находки космических аппаратов прошлого, но и на исследования военных сверхзвуковых истребителей и результаты испытаний автомобилей на безопасность. Так что сами видите: препятствия при планировании космических путешествий — это очень полезно и конструктивно.

Прорыв наступил, когда инженеры обнаружили, что им не обязательно полностью останавливать космический аппарат — надо всего лишь обеспечить достаточно мягкую посадку, чтобы марсоход не пострадал. Начали они с обычного вытяжного парашюта для применения на сверхзвуковых скоростях, чтобы немного замедлить всю систему, затем следовала фаза тормозных ракет, чтобы замедлить систему еще немного, и, наконец, фаза посадки, для которой понадобилось… четыре огромных воздушных шара (все новое — хорошо забытое старое!) Честное слово. Перед самым соприкосновением с землей модули с марсоходами выбрасывали четыре сверхпрочные воздушные подушки. Свободно падали последние несколько метров, потом, подскакивая и покачиваясь, проезжали по красному песку дистанцию, примерно равную десятку-полутора футбольных полей, после чего подушки сдувались, модули открывались, и спрятанные внутри марсоходы выкатывались. Этот прием позволил НАСА с полным успехом высадить на Марс уже целых три марсохода — «Саджорнер», «Спайрит» и «Оппортьюнити».

Четвертый марсоход — «Кьюриосити» — был заметно крупнее прежних и нес больше оборудования. Больше веса — новые ограничения и препятствия. Воздушных подушек уже не хватило бы. Пришлось инженерам снова наклонить головы, и после мозгового штурма они вынесли решение еще диковиннее. На этот раз они решили, что от тормозных ракет не будет вреда, пока они далеко от поверхности Марса и не поднимают облака пыли. Итак, надо начать с замедления при помощи парашюта для сверхзвуковых скоростей, но с особым клапаном. Потом запустить тормозные ракеты, но так, чтобы сопла были далеко от поверхности. Потом спустить «Кьюриозити» с нижней стороны комплекта из восьми ракет, который инженеры назвали «Небесным краном». Затем запустить ракеты «Небесного крана» и почти совсем остановить систему, чтобы она зависла на несколько секунд примерно в 20 метрах от поверхности Марса. Потом марсоход весом в тонну быстро сбрасывает вниз три нейлоновых троса — как спецназовец, чтобы спуститься с боевого вертолета. Когда марсоход благополучно оказывается на поверхности, тросы отстегиваются, и «Небесный кран» снова запускает ракеты, отлетает на безопасное расстояние и там падает. Как ни удивительно, такая система тоже прекрасно сработала.

Раз уж мы все равно на Марсе… Ах нет, мы по-прежнему на Земле. Я хочу сказать, что раз уж мы все равно затронули тему полетов на Марс, давайте подумаем, что нам нужно, чтобы отправлять туда людей. Для пилотируемого полета одной тонны груза явно не хватит. Нам предстоит доставлять за один раз десятки тонн, может быть, тридцать или сорок. Ведь нужно будет послать достаточно оборудования, чтобы выстроить полную систему жизнеобеспечения и резервные системы, оснащенные защитой от радиации и сурового марсианского климата. Нужно будет доставить провизию и медицинское оборудование. И все это помимо научного оборудования, необходимого для изучения планеты и поисков марсианских микробов (марсобов?), живых или ископаемых. Нам надо рассмотреть все эти ограничения и препятствия и сделать вывод, что посылать астронавтов на Марс все равно стоит, даже если учесть все перечисленное.

Это принципиально новый набор препятствий, и задачи, с ними связанные, с большим отрывом труднее всех, с какими мы сталкивались раньше. Они похожи на вопрос о высадке на Марс автомобиля, но несопоставимо сложнее. Пока что убедительного ответа у нас нет. Инженеры из НАСА и компании «Спейс-Икс», которой руководит Илон Маск, тот самый, который придумал знаменитый электромобиль «Тесла», так и стоят, наклонив голову, однако у них уже появилась многообещающая концепция. Поскольку и у парашютов, и у тормозных ракет есть свои недостатки, подумали инженеры, может быть, построить систему, которая сочетала бы их достоинства? И придумали систему, которая запускала бы тормозные ракеты под таким углом и с такой скоростью, чтобы они служили в разреженной марсианской атмосфере аналогом гигантского парашюта. Испытать подобную систему очень трудно. Самое точное приближение здесь, на Земле, — это эксперименты с ракетами высоко в горах. В конце концов, чтобы доказать, что это рабочий вариант, придется по-настоящему сесть на Марс. Если посадка будет успешной, это станет результатом тех же уроков, что усвоил и я в старших классах. Когда знаешь, какие методы не годятся, легче найти подходящие. Если и эти методы не помогут, узнаешь о новых препятствиях и предпримешь следующую попытку.

Все это я рассказывал для того, чтобы очертить процесс решения творческих задач. Все инженерные находки, о которых я говорил, — воздушные подушки, «Небесный кран», парашют из ракет, — уже вошли в арсенал, необходимый для освоения космоса. Каждое препятствие дарит нам новое решение, на которое можно опереться в будущем. Я уверен, что когда-нибудь мы отправим исследовательские аппараты на новые удивительные планеты и астероиды, в том числе на Европу, спутник Юпитера, и на Титан, спутник Сатурна, покрытый озерами жидкого метана и этана. И тогда инженеры воспользуются старыми наработками. Если же ни одно из имеющихся решений их не устроит, они снова посмотрят на доску, наклонив голову. А накапливающиеся коллективные знания помогут преодолевать различные препятствия и здесь, на Земле.