Вокруг Света - Вокруг Света 2006 №10

• Название: Вокруг Света 2006 №10
• Автор: Вокруг Света
• Жанр: Путешествия и география

---

Один или несколько обернутых аксонов образуют нервное волокно, которое, как путеводная нить, приведет нас в любое место тела, даже на его край — в кожу. От окружающего пространства тело отделяют пять слоев эпителиальных клеток. Они стоят, плотно сомкнув ряды, всегда готовые противостоять любому вторжению. Начиная жизнь в самом нижнем слое, клетки эпителия постепенно продвигаются вверх и заканчивают свое существование в виде высохшей роговой чешуйки на поверхности кожи.

Не все клетки умирают естественной смертью. Например, в случае сильных ожогов врачи пытаются реконструировать поврежденную кожу путем пересадки клеток. Однако клетки-доноры приходят в чужой организм, как эмигранты: они выполняют положенную работу, но приживаются на новом месте плохо. Если же ученые смогут разгадать секрет, как без побочных эффектов компенсировать убыль клеток и правильно восстанавливать нарушенные между ними связи, — это будет настоящий прорыв в медицине.

Наталья Резник, кандидат биологических наук

Читайте также на сайте «Вокруг Света»:

Природные каверзы на уровне клетки

Выключатель для генов

Мифы о генах

Кто быстрее?

Цветовая дифференциация недугов  

Атомные электроходы

Современные ракеты на химическом топливе отлично справляются с задачей вывода на орбиту космонавтов и геостационарных телекоммуникационных спутников. Однако для полетов к далеким планетам они не слишком хороши — тут важна не высокая мощность, пусть и на краткое время, а долгая, стабильная работа и небольшая масса двигателя. Струя раскаленных газов из обычной "химической ракеты течет «медленно». А вот в ионных двигателях, например, скорость выбрасываемого потока атомов может быть выше на порядок, и, значит, топлива потребуется на порядок меньше. Об этом писал еще Циолковский, но только теперь мы приближаемся к решению задачи.

  

Ракета Atlas 5 установила рекорд скорости при старте с Земли

Американская межпланетная станция New Horizons, которая стала самым быстрым в истории космическим аппаратом, была выведена на траекторию полета к Плутону 19 января 2006 года. Ее скорость относительно Земли в момент отделения от ракетыносителя составила 16,207 км/с и вплотную приблизилась к третьей космической — барьеру, после которого тело навсегда покинет пределы Солнечной системы. Станцию весом 465 кг вывела на орбиту новейшая ракета Atlas 5, оснащенная традиционными реактивными двигателями. New Horizons будет лететь до Плутона долго, почти 10 лет. И это несмотря на предстоящий ускоряющий гравитационный маневр при пролете Юпитера .

Несмотря на то что New Horizons на данный момент является практически венцом технической мысли, ясно тем не менее, что ракеты с химическими двигателями почти исчерпали свой потенциал в межпланетных полетах. Можно бесконечно совершенствовать карету, но автомобиль все равно поедет быстрее, поэтому все чаще с задачей окончательного разгона и маневра справляются двигатели, использующие нетепловой способ разгона отбрасываемой массы. New Horizons не оснащен такими двигателями, но можно не сомневаться, что уже в самом недалеком будущем они перехватят пальму первенства у химических ракет.

Для того чтобы вывести космический аппарат хотя бы в район Юпитера, надо придать ему у Земли скорость не менее 14 км/с. Обычно старт таких аппаратов производится с промежуточной орбиты. Если делать это с помощью существующих ракет-носителей и разгонных блоков, оснащенных химическими двигателями, то к планете улетает очень маленький объект — в 5—10 раз меньше по массе, чем выведенный на низкую околоземную орбиту разгонный блок. А ведь космическому кораблю надо еще затормозить при подлете, чтобы стать спутником исследуемой планеты. Вот и получается, что полезная масса исследовательской аппаратуры ограничивается всего парой сотен килограммов.

Несмотря на доведенную почти до совершенства технологию существующих химических ракетных двигателей, невысокий предел скорости истечения продуктов горения становится той стеной, которую нельзя пробить… Но, как ни странно, можно объехать! Это позволяют сделать ракетные двигатели, в которых источник энергии и отбрасываемая масса разделены.

  

До исследования подледной воды на Европе дело пока не дошло

С каким багажом лететь на Европу?

В 1970-х годах американские зонды Voyager 1 и Voyager 2, пролетавшие в окрестностях Юпитера, обнаружили ледяной покров на его естественных спутниках Каллисто, Ганимеде и Европе. В 1995 году на орбиту вокруг Юпитера была выведена автоматическая станция Galileo, которая зафиксировала признаки воды под ледяным покровом Европы. Ученые предположили, что в этой воде вполне могла зародиться жизнь, пусть и в самых примитивных формах. Именно в связи с этим стали разрабатываться проекты детального исследования ледяных лун Юпитера, в первую очередь Европы. Космические автоматы, которые побывали в этом районе Солнечной системы, можно пересчитать по пальцам. Даже самый крупный и сложный из них, Cassini, для исследования ледяного панциря Европы и жидкого океана под ним не пригоден. Для этого необходим переход на качественно новый уровень: станция должна быть сложнее и, соответственно, многократно тяжелее всех запущенных до сего дня зондов. Предполагается, что такая станция выйдет на орбиту спутника малой планеты и будет изучать ее с помощью мощного радиолокатора. По прогнозам, толщина ледяного покрова Европы составляет порядка 70—80 км. Таким образом, мощность излучения радара, который сможет «достать» до подледной воды, должна составлять несколько десятков киловатт, а масса научной аппаратуры, обеспечивающей его работу, — порядка тонны! Немаленьким должен быть и передатчик, который обеспечит непрерывную доставку научной информации на Землю. Для сравнения напомним, что масса приборов станции Galileo составляла всего 118 кг, а максимальная мощность системы энергоснабжения на основе радиоизотопных термоэлектрических генераторов во время полета около Юпитера не превышала 0,5 кВт.

Обходные пути

Чем же можно заменить обычные ракетные двигатели? Например, можно нагреть до высокой температуры сверхлегкие газы (водород, гелий, метан) и заставить их течь через сопло со скоростями в 2,0—2,5 раза выше, чем у химических ракетных двигателей. Это можно сделать с помощью либо компактного ядерного реактора, либо нагревательного элемента, работающего от солнечных батарей. Ядерные ракетные двигатели для пилотируемых экспедиций на Марс , которые так стремились осуществить США и СССР на заре космонавтики, активно разрабатывали в 1960—1970-е годы. Правда, из-за опасности радиационного заражения подобные работы были остановлены на фазе наземных испытаний.

Еще более экономичны и быстры плазменные и ионные электроракетные двигатели. В них поток заряженных частиц разгоняется до высоких скоростей с помощью электромагнитного поля, почти как в ускорителе элементарных частиц. Определяющим их тягу параметром оказывается мощность энергоустановки, создающей поле и разгоняющей частицы.

В начале 1960-х годов американские специалисты экспериментировали с компактными ядерными реакторами, оборудованными турбогенераторами. Они столкнулись с низкой надежностью и большими габаритами установки. Работы по улучшению характеристик системы требовали огромных финансовых вложений, и «аппетиты» пришлось ограничить сравнительно простыми радиоизотопными генераторами с полупроводниковыми термоэлектрическими преобразователями. Последние стояли на всех зарубежных аппаратах дальнего космоса — от «Пионеров» до «Кассини» .

Отечественные специалисты сконцентрировали внимание на термоионных и термоэмиссионных преобразователях, встроенных в активную зону реактора. Они позволили резко уменьшить габариты и массу радиатора-излучателя при довольно высоком КПД установки в целом.

Масса ядерной энергоустановки определяется ее максимальной мощностью, причем с ростом последней удельная масса системы снижается. Появляется возможность дать больше энергии на электроракетные двигатели, и это очень удачно: при увеличении мощности абсолютная и удельная тяга растут быстрее, чем масса двигателя. Поэтому, сохраняя неизменными величину тяги и время перелета, можно уменьшить необходимую массу топлива и выиграть в массе полезной нагрузки аппарата.

За такими двигателями — будущее, а наша страна, кстати, располагает уникальным опытом создания и эксплуатации реакторных энергоустановок в космосе. В 1960-е годы в СССР были разработаны ядерные энергоустановки «Бук» (с термоэлектрическим преобразователем мощностью 3 кВт) и «Тополь» (более известна как «Топаз», с термоэмиссионным преобразователем мощностью 5 кВт). Первый спутник с «Буком» был выведен на околоземную орбиту в 1970 году, а в период до 1988 года состоялись запуски в общей сложности 32 аппаратов данного типа. В 1987 году на орбиту были выведены два спутника с «Топазом». Для сравнения: единственный американский аппарат с атомным реактором SNAP 10A и термоэлектрическим преобразователем мощностью около 0,5 кВт был запущен США в 1965 году. Затем работы по ядерной энергетике в космосе в Америке надолго перешли в теоретическую плоскость и были возобновлены лишь в 2002 году в рамках программы «Инициатива по ядерным установкам».