В космос, под землю (О судьбе одного предсказания Г. Уэллса и Л. Толстого)

Представим себе будничную ситуацию. Космический зонд должен доставить научные приборы на поверхность планеты. Вчера это было фантастикой, а сегодня космические аппараты садятся на Землю и Луну, на Марс и Венеру. И в фантастических романах, и в действительности задача решается одинаково. Комбинация аэродинамического (если есть атмосфера) и ракетного торможения, затем мягкая посадка, соприкосновение с поверхностью практически на нулевой скорости. Так делали всегда, и другого пути не видно. Даже фантасты, казалось бы, не придумали удовлетворительной альтернативы.

Впрочем, так ли это? Обратимся к классикам жанра. Раскроем для начала "Войну миров".

Как приземлялись марсиане

Гигантское орудие для посылки межпланетных аппаратов на Землю появилось на Марсе в 1894 году. Дождавшись очередного великого противостояния, марсиане приступили к планомерному обстрелу нашей планеты. Всего было выпущено двенадцать снарядов, на борту которых находились марсиане и их боевая техника. А вот как они приземлялись:

"Он увидел гигантскую воронку, вырытую упавшим телом, и кучи песку и гравия, громоздившиеся среди вереска и заметные за полторы мили. Вереск загорелся и тлел, прозрачный голубой дымок клубился на фоне рассветного неба.

Упавшее тело зарылось в песок среди разметанных щепок разбитой им при падении сосны. Выступавшая наружу часть имела вид громадного обгоревшего цилиндра; его очертания были скрыты толстым чешуйчатым слоем темного нагара. Цилиндр был около тридцати ярдов в диаметре".

Марсианские пилоты, по всей видимости, не особенно утруждали себя выбором места для приземления:

"Пятый цилиндр упал, очевидно, в тот дом, куда мы заходили сначала. Строение совершенно исчезло, превратилось в пыль и разлетелось. Цилиндр лежал глубоко в земле, в воронке более широкой, чем яма около Уокинга, в которую я в свое время заглядывал. Земля вокруг точно расплескалась от страшного удара ("расплескалась" - самое подходящее здесь слово) и засыпала соседние дома; такая же была бы картина, если бы ударили молотком по грязи. Наш дом завалился назад; передняя часть была разрушена до самого основания. Кухня и судомойня уцелели каким-то чудом и были засыпаны тоннами земли и мусора со всех сторон, кроме одной, обращенной к цилиндру. Мы висели на краю огромной воронки".

Не правда ли, эти описания бесконечно далеки от того, что мы называем мягкой посадкой? Для торможения своих летательных аппаратов марсиане не использовали ни парашютов, ни реактивных двигателей. Сопротивление воздуха снижало скорость снаряда до нескольких сот метров в секунду, затем, двигаясь все еще с большой скоростью, он внедрялся в землю и окончательно тормозился.

"В кожный покров нашей старой планеты отравленной стрелой вонзился цилиндр..." Уэллс написал "Войну миров" в 1898 году, задолго до нынешнего расцвета космонавтики. Технические решения, предлагавшиеся в произведениях Уэллса, как правило, не реализовывались. Но нет правила без исключений.

Пенетрация и террадинамика

В конце 50-х годов американские ученые занялись изучением средств, которые позволяли бы предмету, сброшенному с реактивного самолета, выдержать удар о землю. Одной из перспективных идей оказалась пенетрация (от латинского корня, означающего "проникать") - способ, при котором летящее тело проникает в грунт, продолжая движение в его толще. Это увеличивает время торможения и снижает перегрузки. Первые же пуски выявили ряд неожиданностей: экспериментальные пенетраторы проникали в землю гораздо глубже, чем ожидалось, ударные нагрузки были значительно меньше, на цилиндрическом корпусе аппаратов не оставалось даже царапин. Любопытно, что отверстие, остающееся в земле после аппарата, обычно оказывалось меньше его сечения. Все это вызвало к жизни появление террадинамики (буквально - наука о движении в Земле).

Как движется пенетратор? Перемещаясь с большой скоростью, своим коническим носком он как бы "расплескивает" в стороны грунт, и аппарат успевает проскочить, пока сходятся стенки образовавшегося канала. Когда скорость пенетратора падает до некоторого предела, сужающиеся стенки плотно "схватывают" его цилиндрический корпус, и аппарат останавливается. Максимальные ускорения наблюдаются при первом контакте с почвой и при остановке. Их величина зависит от начальной скорости и свойств грунта. В проведенных экспериментах пиковые значения перегрузок не превышали 2000, однако типичной является величина 500-600 (для сравнения: советские АМС, входя в атмосферу Венеры, испытывали перегрузки порядка 300).

Пенетратор оказался удобным инструментом для исследования земных горных пород. За десять лет было построено 15 тысяч пенетраторов - от микроаппарата диаметром два сантиметра и весом один килограмм до трехтонного гиганта диаметром полметра. Пенетраторы пронзали пески и базальты, даже льды Арктики. Скорость входа в грунт варьировалась от 70 до 1000 метров в секунду. Соответственно менялось и заглубление аппарата - от неполного входа в землю до 70 метров, пройденных в ее толще.

Независимо от размеров и выполняемых задач все созданные до сих пор пенетраторы устроены одинаково. По форме пенетратор напоминает стрелу с отношением длины к диаметру около десяти. Коническая головка, расталкивая почву, прокладывает дорогу. В цилиндрическом корпусе размещаются источники питания, научное оборудование, приборы телеметрии. Оснащенная стабилизаторами и антенной легкая хвостовая часть остается на поверхности, отделившись от аппарата. Она связана с уводящей под землю стрелой своеобразной "пуповиной" - проводами, по которым к антенне передается информация.

Космические пенетраторы

Казалось бы, нет ничего более далекого от космоса, чем устройство, предназначенное для движения под землей. Но пенетратору все равно, с поверхностью какой планеты он вступает в контакт. Такие качества пенетратора, как способность переносить столкновение на большой скорости и отсутствие сложной системы управления, не могли не привлечь внимания специалистов по космической технике.

В 1976 году в НАСА была создана специальная комиссия, рассмотревшая возможности использования пенетраторов в космических программах. Выяснилось, что пенетрация во многих случаях предпочтительнее других способов посадки, так как позволяет доставлять приборы в толщу поверхностного слоя исследуемой планеты. Кроме того, применение пенетраторов дает уникальную возможность обследовать несколько точек планеты с одного базового орбитального блока. Пенетрация может оказаться перспективной схемой доставки научных приборов на такие тела, как Луна, Марс, Меркурий, спутники планет-гигантов и крупные астероиды. Например, посадку пенетратора на Луну предполагается производить так: аппарат выводят на орбиту высотой около 20 километров, затем двигатель гасит орбитальную скорость, и пенетратор падает вертикально, внедряясь в Луну на скорости около 300 метров в секунду.

Кстати говоря, авторские права на лунный пенетратор принадлежат, вероятно, Алексею Толстому. Приведем слова инженера Корвина (фантастическая повесть "Союз Пяти"):

"Затем, - он ударил тростью о литые грани пирамидального бивня на другом конце яйца, - эта бронебойная головка. Она из сибирской молибденовой стали. Если предположить, что снаряд подойдет к поверхности Луны со скоростью пятьдесят километров в секунду, то при ударе он должен проникнуть в лунную почву на чрезвычайную глубину... По моим расчетам, снаряды упадут в область Океана Бурь. Один за другим, через промежутки в семь-десять минут, они будут вонзаться в глубь лунного шара... Я боюсь одного: что снаряды станут пронизывать Луну, как лист картона".

Так что не только идею лазера предвосхитил русский писатель. Любопытно, что аппарат Корвина - это первое в литературе беспилотное устройство, предназначенное для достижения другого небесного тела.

Как это будет

Первый десант пенетраторов намечен на конец текущего десятилетия. На полярную орбиту вокруг Марса выйдет орбитальный блок, несущий четыре-шесть пенетраторов для высадки в разных районах планеты. Вес каждого аппарата 31 килограмм, длина - 140 сантиметров. Каждый оснащен сейсмографом и телекамерой, установленной на отделяющейся хвостовой части. Марсианский пенетратор уже прошел летные испытания. Схема посадки включает аэродинамическое торможение, спуск на парашютах и, наконец, свободное падение на поверхность. Скорость входа в марсианскую почву составит 150 метров в секунду, планируемое заглубление - до 15 метров.

Словом, все будет как в романе Уэллса. Будет падающая звезда, чертящая огненную линию, и столкновение с планетой на громадной скорости, и удар, какого никто никогда не слышал. Стрела вонзится в кожный покров старой планеты, зарываясь все глубже и глубже, расплескивая грунт на пути. Правда, не марсиане прибудут на Землю: наоборот, люди высадят на Марс свои аппараты.

Но простим писателю эту маленькую неточность.

М. Пухоз