В просторы космоса, в глубины атома [Пособие для учащихся]
Шрифт:
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
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
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 = 1 м глубина голографирования получится 1,5 млрд. св. лет, а при = 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 ( = 1 см) и до 1500 св. лет ( = 1 мм), а такие планеты, как Земля, на расстояниях до 20 св. лет ( = 1 см) и до 200 св. лет ( = 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.
Поиск внеземных цивилизаций. Каждого, кто по утрам включает радио и надеется услышать, что уже установлен наконец радиоконтакт с инопланетянами, бесспорно, удивит следующий результат довольно простых и надежных расчетов: если предположить, что радиопередатчики инопланетян имеют мощность 1 МВт — такую мощность излучают наши радиостанции, то окажется, что нынешние радиотелескопы вообще не могут принять сигналы из других населенных миров. Уже одно это показывает, насколько скромные возможности стоят пока за нашими красивыми мечтами о приеме разумных сигналов из космоса. Если даже предположить, что инопланетяне знают о нас и, используя направленные антенны, нацелили свои передатчики прямо на Землю, сконцентрировали радиоволны, подобно лучу прожектора, то число реально проверяемых звезд не превысит нескольких тысяч.