Космология – учение о Вселенной как едином целом и обо всей охваченной астрономическими наблюдениями области Вселенной как части целого. Выводы космологии основываются на законах физики и данных наблюдательной астрономии, а также на философских принципах своей эпохи. Космологические теории разных эпох существенно различаются в зависимости от того, какие физические принципы и законы принимаются в качестве универсальных. Выводы из этих теорий должны подтверждаться или хотя бы не противоречить наблюдениям, а также предсказывать новые явления.
Известно, что до 18 в. включительно в естествознании господствовали теории божественного происхождения Вселенной, а в 19-м в. стали преобладать материалистические теории, согласно которым все процессы во Вселенной могут быть объяснены самодвижением материи. Однако уже в середине 19-го в. выяснилось, что накопленных знаний для объяснения некоторых явлений недостаточно, и возникли так называемые космологические парадоксы – гравитационный, фотометрический и термодинамический – принципиальные расхождения между положениями материалистических космологических теорий и наблюдаемыми фактами, и это вновь подвинуло науку к идеализму.
В настоящее время мировой наукой признано, что всей совокупности накопленных космологических наблюдений наилучшим образом удовлетворяют разработанные на основе общей теории относительности Эйнштейна однородные изотропные модели нестационарной горячей Вселенной.
Возникновение современной космологии связано с созданием релятивистской теории тяготения А. Эйнштейна в 1913-1917 гг. . На первом этапе развития релятивистской космологии главное внимание уделялось геометрии Вселенной – кривизне пространства-времени и замкнутости пространства. На втором этапе работами А. Фридмана было показано, что искривленное пространство не может быть стационарным, что оно должно расширяться или сжиматься, что было признано за истину после открытия в 1929 г. Э.Хабблом «Красного смещения» спектров далеких галактик. Третий этап начинается моделями «горячей» Вселенной (2-я половина 40-х годов, Г.Гамов). Основное внимание теперь переносится на физику Вселенной – состояние вещества и физические процессы, идущие на разных стадиях расширения Вселенной, включая наиболее ранние стадии, когда состояние было необычным.
В основе теории однородной изотропной Вселенной лежат два постулата: 1) наилучшим известным описанием гравитационного поля являются уравнения Эйнштейна, из которых вытекают кривизна пространства-времени и связь кривизны с плотностью массы (энергии); 2) во Вселенной все точки и все направления равноправны. Однако есть еще и третий постулат «горячей» Вселенной, в соответствии с которым при очень малых значениях интервала времени от «начала» Вселенной не могли существовать не только молекулы и атомы, но и атомные ядра, существовала лишь смесь разных элементарных частиц. При этом при t = 0 плотность Вселенной была бесконечно велика, и вся она была сосредоточена в безразмерной «сингулярной» точке пространства, а через 0,01 секунду после «Большого взрыва» плотность упала до 1011 г/см3. Обсуждаются модели открытой Вселенной и замкнутой Вселенной. В первой модели расширение Вселенной может происходить бесконечно, во второй – расширение может смениться сжатием. Ни о причинах «Большого взрыва», ни о том, что было до этого взрыва, современная космология не говорит ничего.
В современной космологии принято несколько типовых объяснений наблюдаемых явлений. К ним относятся:
– «Красное смещение» спектров далеких галактик, которое объясняется только как результат доплеровского эффекта разбегания галактик и расширения Вселенной; другие возможные объяснения игнорируются;
– взрывы галактик или их ядер как причина появления широких ярких полос спектров;
– торможение в магнитном поле электронов как причина нетеплового излучения, а также некоторые другие.
Главным экспериментальным подтверждением имеющегося якобы факта расширения Вселенной является «Красное смещение» спектров далеких галактик. Однако при этом упускается из виду то обстоятельство, что каждый конкретный факт может быть объяснен бесчисленным количеством способов, и «Красное смещение», широкие спектры радиоизлучения и нетепловое излучение никак не являются исключением. Это означает, что все эти явления не подтверждают теорию, а всего лишь не противоречат ей.
В современной космогонии рассматриваются различные модели происхождения и эволюции планет, звезд и галактик. Здесь выдвигаются различные гипотезы, основными из которых являются концепции концентрации первоначально диффузных газа и пыли, о происхождении которых не говорится ничего, а также концепция распада находящегося в некоторых областях пространства «сверхплотного» вещества, которое и служит материалом для образования галактик и звезд, о происхождении этого вещества также не говорится ничего. Например, существует несколько гипотез о причинах испускания газа ядрами галактик. Суть их сводится, в основном, к тому, что в ядрах галактик имеется большое число звезд или большая масса, распад которой и ведет к истечению газа и излучениям. Существует также предположение о том, что в центре ядра имеется так называемая черная дыра, однако это предположение уже никак не вяжется с фактом истечения газа и может в лучшем случае оправдать наличие электромагнитного излучения.
Изложенные гипотезы представляются весьма искусствен-ными, поскольку они подразумевают некоторые необратимые процессы. Кроме того, наличие в ядрах галактик сверхплотных образований, скоплений звезд или черной дыры, в свою очередь, требует объяснения причин их нахождения или появления в этих ядрах.
Современная космология является результатом вольного постулирования и ничем не оправданных математических спекуляций, она противоречит основным положениям диалектического материализма и никак не может быть признана научной. Современная космогония фактически также приняла на вооружение постулативный метод, и, хотя некоторые положения ее заслуживают внимания, особенно там, где это касается опытных данных, в целом ее состояние никак нельзя признать удовлетворительным.
Главными недостатками и космологии, и космогонии являются пренебрежение положениями диалектического материализма, постулативный метод и отказ от рассмотрения внутренних механизмов явлений на до вещественном уровне (понятие вещества начинается с организации материи на так называемые элементарные частицы вещества)..
Эфиродинамический подход к космологии и космогонии принципиально отличается от изложенного выше.
Как следует из анализа свойств всеобщих физических инвариантов, наше пространство евклидово, время линейно, материя, пространство, время и их совокупность – движение существуют вечно, никогда и никем не были созданы, беспредельно дробимы и беспредельно велики. Конкретные материальные образования могут преобразовываться из одних форм в другие, так же как и движение. Любая материальная структура имеет границы, но в целом границы одной структуры означают переход к другим материальным структурам без какого бы то ни было разрыва в пространстве, а любой конкретный процесс имеет начало и конец, но конец одних процессов означает немедленное, безо всяких перерывов во времени начало других процессов. В среднем вся Вселенная имела, имеет и будет иметь во все времена один и тот же вид, и никаких «Начал», «Больших взрывов» и «расширений Вселенной» никогда не было и не будет.
Поскольку Вселенная существует вечно, то и никакой «Тепловой смерти» в ней не может быть, и если в одних конкретных процессах энтропия может расти, то, следовательно, во Вселенной должны существовать другие процессы, в которых энтропия уменьшается. Такой процесс найден – это процесс преобразования свободного эфира в тороидальные винтовые вихри уплотненного эфира – в протоны, который происходит в ядрах галактик и в новых центрах вихреобразования, вызванных столкновениями эфирных струй.
Как известно, основные скопления масс вещества во Вселенной сосредоточены в галактиках в виде звезд и межзвездной среды. Во многих галактиках имеются ядра, которые находятся в их центрах. Ядра галактик, как это следует из экспериментальных исследований, являются источниками вещества в виде протонов, атомов водорода и всевозможных излучений. С точки зрения эфиродинамики, ядра галактик являются центрами вихреобразования, а сформировавшиеся вихри эфира и представляют собой то вещество, которое испускается ядрами галактик. При этом происходит преобразование энергии давления газа (эфира), т.е. энергии теплового движения молекул (для эфира – амеров) в кинетическую энергию упорядоченного движения – вращения уплотненного газового (эфирного) вихря как целого материального образования.
Любое вихревое образование газа не может существовать вечно, поскольку его внутренняя энергия расходуется на вязкое трение, в результате чего вихри теряют энергию и, в конце концов, теряют устойчивость и диффундируют. Примером диффундирования вихрей является поведение дымовых колец на последней стадии своего существования. Следовательно, вещество, представляющее собой вихри эфира, должно со временем прекратить свое существование как вещество, а его строительный материал – эфир должен возвратиться в свободное состояние. Вещество, образованное в ядрах галактик, в составе звезд уходит на ее периферию, где распадается и растворяется в эфире, а освободившийся эфир возвращается обратно к ядру галактики. Галактики обмениваются между собой эфирными массами, и рождение новых галактик неизбежно сопровождается распадом других, и этот кругооборот эфира вечен.
Таким образом, в эфиродинамике найден и механизм круго-оборота эфира, и механизм обеспечения постоянства энтропии.
Следует отметить прикладной аспект эфиродинамической космологии. Дело в том, что разнообразные процессы, происходящие на нашей планете, и далеко не только метеорологические, существенным образом зависят от процессов, происходящих в космическом пространстве, которые являются часто первопричинами земных процессов, в том числе и многих катаклизмов и далеко не только метеорологические. На это обращали внимание такие выдающиеся ученые как В.И.Вернадский, А.Л.Чижевский и многие другие. Непонимание сущности космических процессов приводит к тому, что причины многих земных явлений остаются непонятыми, непредсказуемыми, а последствия от этого бывают самыми драматическими. Это тоже одна из причин, по которой с космическими явлениями давно пора разобраться на физическом уровне.
Вся астрономия – это совокупность наблюденных космических фактов, а космология – это учение, объясняющее эти факты. И здесь следует учесть одно важнейшее методологическое положение: каждый факт имеет относительный характер и, если против установленного факта обычно возражений нет, то объяснение причин, по которым данный факт имеет место, всегда и принципиально носит гипотетический характер. В принципе, количество вариантов объяснений любого факта, тем более, астрономического, может быть любым, а предпочтение того или иного варианта зависит от принятой философской основы, от состояния естествознания в целом, от соответствия другим фактам, даже от таких обстоятельств, как главенство той или иной научной школы. Поэтому не должно вызывать возражений появление новых моделей уже известных фактов, влекущих за собой и новые варианты объяснений уже установленных или новых фактов.
Космология занимается проблемами происхождения Вселенной. Она находится на стыке астрономии, физики и философии.
Так вот, в причинном аспекте в космологии имеется два кардинальных вопроса относительно Вселенной: 1) причина существования и 2) причина высокой упорядоченности.
Ответом на оба вопроса у материалистов есть слово случай.
Асимметричность
По мнению материалистов, “Наша Вселенная — не одинока. В Мире, судя по всему, существует вакуум большой, возможно бесконечной размерности. В нём произвольно возникают разнообразнейшие вселенные [подобно пузырькам в кипятке] с различными размерностями, наборами взаимодействий между частицами и различными числовыми значениями фундаментальных констант.” [1]
Немалая часть эволюционистов старается не переходить к “многопузырьковой” модели Вселенной, а обойтись усовершенствованием модели “одной” Вселенной. Таким усовершенствованием могло бы быть непрерывное саморождение материи в чёрных дырах или где-то ещё.
Для удовлетворения принципу сохранения материи, вещество должно самогенерироваться в одинаковом количестве с антивеществом (“противоположно закрученные” элементарные частицы). Потом эта новая материя, по мнению эволюционистов, каким-то образом подпитывает общее “раскручивание” Вселенной, так что в результате эта последняя “раскручивается” без конца. В такой модели Вселенная становится вечной, и отпадает парадокс “Большое следствие без видимой причины”, названный наибольшим кризисом физики [2]. “Вселенная вечна, — значит не нужно искать её причину!” Источником генерации материи выступает, конечно же, “Могущественное Сaмо”.
Если бы такая гипотеза была правильной, мы бы постоянно сталкивались с антивеществом. По крайней мере, не составляло бы труда получить свидетельство существования её в большом количестве. Где все эти многочисленные антинуклоны и антиэлектроны (позитроны)? Почему такая разительная асимметрия в сторону “положительной” закрученности?
Высокая организованность
Те эволюционисты, которых огорчает проблема асимметричности, перешли к “многопузырьковой” модели Вселенной. В ней каждая отдельная Вселенная пузырёк не обязательно содержит равное количество вещества и антивещества — она есть теперь открытой системой, и принцип сохранения должен выполняться уже не в рамках пузырька, а в рамках большей системы.
Ответим, что как здесь, так и в модели одной (“однопузырьковой”) Вселенной, без ответа остаётся вопрос о причине высокой алгоритмической организации. Даже, если вообразить, что отдельные составляющие системы и самообразовались, то абсолютно невероятно, чтобы они саморасположились таким сложным образом, организовались в настолько сложные подсистемы с заложенными в них правилами взаимодействия. Если бы кварки и самородились в большом количестве, то невозможно, чтобы они самообъединились тройками и согласовали между собой “движение” так, чтобы образовалась стабильная и настолько сложная по свойствам подсистема как протон.
Необратимость
Необратимость процессов во Вселенной (эту необратимость называют „стрелой времени”) указывает на то, что когда-то все процессы обязательно прекратятся (свободная энергия обнулится). Это объясняется тем, что вначале энергия во Вселенной была распределена неравномерно (“первозакручивание”); но постепенно распределение энергии выравнивается (Вселенная “раскручивается”), все энергетические перепады нивелируются, движение угасает. — Со всей остротой возникает вопрос: “Какова причина такой хитроумной неравномерности распределения энергии? КТО ‘ПЕРВОЗАКРУТИЛ’ ВСЕЛЕННУЮ?” — Эволюционисты скажут: “Конечно, ‘первофлуктуация’!”
Итак, необратимость процессов указывает как на неизбежную кончину процессов (т.е. кончину Вселенной), так и на начало процессов (т.е. начало Вселенной).
Адекватность причины и следствия
Сторонники теории Большого взрыва говорят, что Сингулярность, из которой произошла современная Вселенная, представляла собой вначале вакуум, другими словами ничто.
“Итак, общая теория относительности устраняет последнее препятствие на пути рождения Вселенной ‘из ничего’. Энергия ‘ничего’ равна нулю. Но и энергия замкнутой Вселенной равна нулю. Значит, закон сохранения энергии не противоречит образованию ‘из ничего’ замкнутой Вселенной (именно геометрически замкнутой, а не открытой бесконечной Вселенной).” [3]
Возникает справедливый вопрос “А СПОСОБНО ЛИ НИЧТО БЫТЬ ДОСТАТОЧНОЙ ПРИЧИНОЙ ЧЕГО-ЛИБО?” Это известный принцип адекватности причины: всякое следствие всегда имеет адекватную причину. Причиной алгоритмической организации может быть только внешний интеллект. Эволюционисты предлагают нам новую веру — веру в то, что этот принцип имеет одно исключение, — а именно для случая происхождения системы под названием Вселенная. Существуют ли какие-нибудь научные основания для такой веры? На этом и держится материалистическая космология — на безосновательной вере.
Что ж до теории Большого взрыва, как основы современной эволюционной схемы появления и развития Вселенной, то она абсурдна не только на наш взгляд, но и по мнению многих эволюционистов, например, Нобелевского лауреата, шведского астрофизика X. Альфвена:
“Современная космологическая теория представляет собой верх абсурда — она утверждает, что вся Вселенная возникла в определенный момент подобно взрыву атомной бомбы размерами (приблизительно) со шпильковую головку. Похоже, что в современной интеллектуальной атмосфере как раз то обстоятельство, что космология ‘большого взрыва’ является оскорблением здравого смысла — credo quia absurdum est (‘верю, потому что это абсурдно’) — и служит её наибольшим преимуществом.” [4]
Эта теория не требует опровержения, так как построена на алогизмах. Она “самоопроверглась” при своём появлении, то есть есть мертворожденной гипотезой. Утверждения наподобие “ёж + уж = лыжи” не стоят усилий на теоретические выкладки и глубокую проверку.
Мы верим, что Вселенную сотворил внешний, независимый от нее интеллект. Это наиболее логичная гипотеза, поскольку удовлетворяет всем четырём названным пунктам: 1. Факт асимметричности;
2. Факт высокой организованности Вселенной;
3. Факт необратимости процессов;
4. Требование адекватности причины и следствия.
Сноски:
[1] — Климишин И.А. Элементарная астрономия. — М.: Наука, 1991. — С. 190.
[2] — Изречение Джона Уиллера.
[3] — Зельдович Я.Б. Возможно ли образование Вселенной “из ничего”? // Природа, №4. — М., 1983. — С. 16-26.
[4] — Альфвен X., как цитировано в: Сапожников М. Антимир — реальность? — М.: Знание, 1983. — С. 118.
Универсальные законы Вселенной есть свидетельство существования Творца. Все законы естествознания можно рассматривать в качестве следствия шести универсальных законов.
Закон причины и следствия
Каждое следствие является результатом количественно и качественно большей причины или причин. Возможны различные формулировки этого закона. Например: “Любое явление имеет источник больший, чем само явление” или “Причина всегда больше следствия”. Рассматривая законы термодинамики, мы видим, что проявлением этого всеобщего закона является первый закон термодинамики, говорящий о том, что тепло переходит от более горячего тела к менее горячему, а не наоборот. В соответствии с этим законом:
Первопричина безграничного пространства должна быть бесконечной. Первопричина всеобщей взаимосвязанности должна быть вездесущей. Первопричина бесконечной сложности должна быть всеведущей. Первопричина моральных ценностей должна быть моральной. А первопричина духовных ценностей – духовной.
В связи с этим законом, возникает вопрос: “Могут ли в основе человеческой духовности лежать простые неорганические элементы?”
Библейский взгляд на мир приводит к следующей формулировке: “Творение (следствие) предполагает наличие Создателя (большей причины)”.
Закон относительности
Все эталоны, касающиеся размеров, местоположения, времени и движения во Вселенной, относительны, а не абсолютны. Теория относительности Эйнштейна является наглядным представлением этого закона. В связи с этим законом, Вселенная сама по себе не может быть абсолютной, и она должна существовать относительно абсолютного стандарта. Христиане видят такой абсолютный стандарт в вечном Создателе – Боге.
Закон сохранения и превращения энергии
Все, существующее во времени и пространстве, представляет собой энергию, и все, что происходит, есть превращение энергии.
Энергия может переходить из одной формы в другую, но не может быть ни сотворена вновь, ни разрушена. Всеобщий характер энергии и ее неизменность является для нас свидетельством о могущественном Творце. В энергии, которая была сотворена в первый день творения, мы видим ту энергию, которая неотделима от материи. Это химическая, ядерная, тепловая, кинетическая и другие виды энергии.
Закон классификации и порядка
Категории природных явлений могут быть расположены в виде упорядоченных систем классификации. Действие этого закона делает возможным применение принципа системного подхода ко всем объектам и явлениям окружающего мира. Существование этого закона говорит верующему человеку о мудрости Создателя, положившего этим законом основу для развития науки.
Закон всеобщей скоординированности
Каждый элемент творения находится в гармонии с окружающим миром и абсолютно приспособлен к условиям, в которых он существует. Об этом свидетельствует, например, совершенное устройство нашего глаза, который сам является свидетельством высочайшего инженерного искусства. В тоже время, изменение внешних условий, например, освещенности комнаты не приводит к нарушению его функции, а приводит в действие механизм приспособляемости. При сильной освещенности зрачок сужается, а при слабой – расширяется. Замечательные свидетельства точнейшего инженерного расчета мы видим во Вселенной при анализе размеров, расстояний и движения планет и солнца. Скоординированность всех элементов и систем в природе служит подтверждением высочайшего разумного инженерного искусства Творца.
Закон всеобщей зависимости
Все объекты и явления окружающего мира нуждаются во внешнем источнике энергии. Проявлением этого закона на макроуровне является второй закон термодинамики, который говорит о невозможности создания людьми вечного двигателя. Такой наибольший, абсолютный, всеобщий, разумный источник христианское мировоззрение видит в Творце всего – триедином Боге.
Бог создал совершенный мир и дал законы его функционирования. К сожалению, мировоззрение ученого может исказить трактовку наблюдаемых им явлений. Будучи уверенным в самодостаточности природы, за явлением можно не увидеть причины – разум Творца, являющегося источником любой энергии, и рассуждать лишь о способности природы к самоорганизации, естественному отбору, о существовании в природе разумной “тонкой подслойки”. Под влиянием господствующей парадигмы легко не принять абсолютных библейских принципов и за стройным разнообразием и общими признаками объектов и явлений увидеть не вездесущего единого Творца, а эволюцию. Однако, все это не может служить основанием для пессимизма. Новейшие открытия ученых, углубление наших представлений об окружающем мире с неизбежностью открывают нам новые качества Творца, свидетельствуют о Нем.
Путь повышения эффективности космической техники — обслуживание аппаратов непосредственно в полете: дозаправка топливом и другими расходуемыми компонентами, переоснащение новым оборудованием, текущий ремонт, профилактика.
Целесообразность обслуживания на орбите была блестяще доказана в период эксплуатации пилотируемых станций «Салют-6» и «Салют-7». Особенно памятной была работа в космосе В. А. Джанибекова и В. П. Савиных (июнь — сентябрь 1985 г). По существу они вернули жизнь станции «Салют-7», отремонтировав систему энергопитания, проверили все остальные бортовые системы, и часть из них заменили новыми, доставленными на орбиту грузовыми кораблями.
Чтобы рельефнее представить преимущества обслуживания аппаратов на орбите, проведем мысленно такой эксперимент. Допустим, что снабжение пилотируемой станции типа «Салют» «продуктами» с Земли не предусматривается. По истечении определенного времени имевшиеся на ней запасы компонентов, необходимых для работы технических устройств и поддержания работоспособности космонавтов, исчерпаются. Чтобы не прерывать выполнения научной программы, рассчитанной на время Т, можно пойти двумя путями. Первый — запустить новую станцию. Второй — с помощью специальной транспортной системы возвратить станцию на Землю, дозаправить ее и, при необходимости доработав, снова отправить на орбиту. И в том, и в другом случаях общие расходы будут немалыми. Через время t операцию необходимо повторить, и расходы еще на одну ступеньку поднимутся вверх. Аналогично осуществляются полеты и в дальнейшем, вплоть до истечения времени Т.
Сравним вариант необслуживаемой на орбите станции или станций с тем подходом, который был реализован в системе «Салют» — «Союз» — «Прогресс». Грузовой корабль «Прогресс» снабжает станцию всем необходимым. Он и выводящая его в космос ракета-носитель малоразмерны, менее энергоемки, а значит, и более дешевы по сравнению с орбитальной станцией «Салют» и используемой при ее доставке в околоземное пространство ракетой «Протон». Поэтому и затраты в процессе эксплуатации обслуживаемой станции растут значительно медленнее (на рисунке — нижняя «лестница»). Выигрыш налицо.
Может возникнуть такой вопрос: «А возможна ли в принципе ситуация, когда орбитальную лабораторию, аналогичную по классу станции «Салют», выгодно было бы целиком возвращать на Землю для переоснащения и подготовки к повторному старту?» На это можно ответить положительно при одном условии: окончательное решение можно будет принять только в будущем, когда резко увеличится объем производства в космосе и возрастет масса продукции, доставляемой на Землю вместе со станцией. В числе этой продукции — полупроводниковые многокомпонентные монокристаллы с совершенной структурой и однородностью, сверхчистые медикаменты, стекла с необычными оптическими и механическими характеристиками.
Разработчики космической техники, начиная с первого спутника, стремились повышать ее отдачу на каждый истраченный рубль, киловатт-час, человеко-час. Хорошую работу венчает успех. И поэтому в центре внимания всегда стояли задачи достижения высокой надежности околоземных, лунных и межпланетных аппаратов. Этим-то и объясняется тот факт, что львиная доля затрат сил и энергии приходится на разносторонние наземные и летные испытания (вспомните нижнюю часть «айсберга» расходов).
В процессе испытаний технический элемент, устройство, агрегат, входящие в состав изделия, и само изделие целиком доводят до высокого уровня работоспособности. Какое-нибудь реле или клапан должны срабатывать в 999 случаях из 1000 (надежность — 0,999) или в 9999 случаях из 10 000 (надежность — 0,9999). Подобное требование не считается слишком жестким, поскольку таких элементов, как реле или клапан в изделии насчитываются десятки тысяч. Не сработай одно из них — и авария. Наряду с обязательными многочисленными испытаниями применяют и другой прием повышения надежности — резервирование. Многие важнейшие элементы, от которых прямо зависит работа всего изделия, дублируют и даже троируют. Резервирование может заключаться в простом повторении элемента или быть функциональным, то есть при выходе из строя одного элемента работа устройства видоизменяется, в работу включаются другие системы с иным составом элементов, и в результате задачи, предусмотренные программой, решаются успешно.
Любую ячейку, входящую в состав изделия, простая она или сложная, при необходимости резервируют. И даже весь космический аппарат может иметь одного или нескольких дублеров. Зачем? Чтобы исключить случайности, которые могут встретиться в полете. Вспомните одновременные рейсы одинаковых по устройству аппаратов типа «Марс», «Венера». Или недавний пример — «Вега-1» и «Вега-2», стартовавшие в декабре 1984 г. одна за другой курсом к планете Венера и комете Галлея. Запуск двух аналогичных по конструкции и назначению станций дает возможность увеличить длительность научных измерений и расширить пространство исследований. Комментируя полет, руководитель проекта «Вега» член-корреспондент АН СССР В. М. Ковтуненко в то время отмечал: «Надежность была и остается главным девизом разработчиков при создании межпланетных станций. Но сюрпризы дальнего космоса непредсказуемы, а вероятность выполнения программы, конечно же, повышается, когда ее поручают станциям – близнецам. …А проект «Вега» отличается особой сложностью — путь к комете Галлея долог, встреча же будет чрезвычайно скоротечна».
Среди всех планет Солнечной системы источником наибольшего количества сенсаций и поражающих воображение гипотез на протяжении очень долгого времени был Марс. Знаменитые каналы, темные области — моря, меняющие окраску в зависимости от времени года, а потому напоминающие растительный покров Земли, два маленьких спутника — Фобос и Деймос, относительно которых высказывались предположения об их искусственном происхождении…
Марс сравнительно небольшая планета — его поперечник примерно вдвое меньше земного, а масса составляет лишь 0,1 массы Земли. Один оборот вокруг Солнца Марс совершает за 687 земных суток. Но зато период собственного вращения Марса почти равен земным суткам — 24 ч 40 мин. Весьма близок к земному и угол наклона оси вращения Марса к плоскости орбиты. Поэтому на Марсе происходит смена года, как и на Земле.
Пока Марс изучался астрономическими методами, выяснить в какой мере гипотезы соответствуют действительности не удавалось. Сказывалось огромное расстояние. Даже в периоды наибольшего сближения, во время великих противостояний, повторяющихся раз в 15—17 лет, Марс отделяют от Земли 56 млн. км. И только информация, полученная с помощью межпланетных автоматических станций, пролила, наконец, свет на многие загадки Марса.
Марсианские каналы оказались цепочками вполне прозаических кратеров, моря — песчаными барханами, Фобос и Деймос — бесформенными каменными глыбами…
С помощью космических аппаратов были получены сведения о физических условиях на поверхности Марса и ее строении. Наряду с кратерами, обнаружены и высокие горы вулканического происхождения. Самая большая из них достигает 27,5 км. Это высочайшая из всех известных нам гор в Солнечной системе. А рядом с ней расположены еще три гигантских вулканических конуса. По оценкам специалистов последние извержения этой группы вулканов происходили около 150 млн. лет назад.
Атмосфера Марса сильно разрежена, ее давление у поверхности в 160 раз меньше, чем земное на уровне моря. 95 % газовой оболочки составляет углекислый газ. Кроме него в марсианской атмосфере содержатся в небольших количествах кислород, водяной пар, угарный газ и озон.
На Марсе холодно. Даже в экваториальной области, где днем в летнее время температура поднимается до 20 °С, к утру температура понижается до 50°, а то и 60° мороза.
Космические наблюдения позволили установить и состав полярных шапок Марса — светлых пятен вокруг полюсов планеты, меняющих свои размеры со сменой времен года. Оказалось, что они состоят в основном из сконденсированного углекислого газа — сухого льда и небольших количеств льда обычного. Весной и летом в период «таяния» полярных шапок в атмосферу планеты выбрасывается огромное количество углекислого газа. Над полюсами образуется область повышенного давления, и возникают сильные ветры — со скоростью до 100 м/с. Ветер может поднимать в атмосферу гигантские массы газа. Так рождаются марсианские пылевые бури.
Две американские космические станции «Викинг», совершившие посадку на поверхность Марса, осуществили исследование марсианского грунта. Главной целью эксперимента было — выяснить присутствуют ли в грунте микроорганизмы. Анализ полученных данных привел ученых к выводу, что Марс, скорее всего, безжизненная планета.
Но как всегда бывает в науке — одни загадки получают решение, а на смену им приходят новые. Одной из самых любопытных-проблем, возникших в процессе изучения Марса космическими аппаратами, стал вопрос о природе извилистых образований, напоминающих русла высохших рек и, судя по всему, образованных потоками жидкости.
Однако при современных физических условиях жидкой воды на поверхности Марса быть не может — только лед, снег или иней. Как же могли образоваться марсианские реки? Согласно одной из гипотез, в отдаленном прошлом наклон оси вращения Марса периодически изменялся. Соответственно, время от времени увеличивалась продолжительность весенне-летнего сезона и образовывалась жидкая вода. Другая гипотеза связывает возникновение рек с вулканической деятельностью. В результате ее в атмосферу выбрасывалось большое количество водяного пара, а остывающие потоки лавы выделяли сернистый газ. Вместе с водяными парами он образовывал капельки серной кислоты, окутывавшие туманным покровом всю планету и создававшие сильный «парниковый эффект». Это приводило к накоплению тепла и значительному повышению температуры у поверхности планеты, то есть к созданию условий, благоприятных для выпадения дождей и образования водных потоков.
Есть и другие предположения. Но, по-видимому, решение этой новой загадки Марса дело будущего.
Создать нормальный микроклимат для космического экипажа чрезвычайно трудно. Решить эту проблему нельзя с помощью одной «печки», «холодильника» или даже нескольких специальных установок. Требуется особая многофункциональная система. Конструкторы космических аппаратов называют ее системой обеспечения теплового режима, сокращенно СОТР.
Система эта в некотором отношении напоминает другую — систему алгебраических уравнений.
Дело в том, что СОТР состоит из множества звеньев. Каждое звено нормально работает только в определенной температурной зоне. А значит, само нуждается в тепловом регулировании. Так получается взаимосвязанная цепочка, в которой одни инженерные решения будут влиять на другие. То есть, как и в алгебре, все неизвестные связаны друг с другом.
На этом сложности не кончаются. В земных условиях интенсивный отвод тепла от нагретых приборов и выравнивание поля температур происходит за счет конвекции.
Природа отвела для жизни очень узкий диапазон температур. На укутанной атмосферой планете ртутный столбик не опускается ниже —90 и не поднимается выше 60 °С. В районах полюсов холода и жары человек может выжить с трудом. А в заоблачных космических высях, где по прогнозам ученых должны возникнуть в XXI веке орбитальные города, температурный размах гораздо шире: от —150 до +150 °С. Возникает сложная техническая проблема: как защититься от неимоверной жары и леденящего холода.
В условиях невесомости естественная конвекция исключена. Правда, при ускорении аппарата в периоды коррекции орбиты возникают незначительные конвективные потоки. Но практического значения они не имеют, а потому в герметичных отсеках необходимо устанавливать дополнительные вентиляторы.
В сравнительно небольших по объему отсеках космического аппарата могут возникать значительные температурные перепады. Нарушение же температурного режима чревато изменением свойств материалов, потерей герметичности многочисленных уплотнений, изменением зазоров в механизмах и даже неравномерной деформацией силовых элементов корпуса аппарата.
Еще более жесткие требования предъявляет к СОТР человеческий организм. Причем он также обладает обратной связью в системе терморегулирования корабля. Тепло, выделяемое человеком, зависит от интенсивности выполняемой работы. Как известно, взрослый человек, находящийся в покое, за час передает окружующей среде 69 ккал. При усиленной физической нагрузке эта цифра возрастает более чем в 6 раз.
Тепло от организма отводится, в основном, конвекцией, за счет обдува тела воздухом, теплопередачей через одежду, и лучистым теплообменом. Часть тепла отдается при испарении влаги, выводимой с потом и при дыхании.
СОТР должна «заботиться» не только о температуре на борту, но и о влажности воздуха. К ней чувствительны как приборы, так и люди. При относительной влажности 30—70 % человек чувствует себя нормально. При более высоких значениях механизм потоотделения перестает играть роль терморегулятора и начинается перегрев. Напротив, когда влажность недостаточна, нарушается водно-солевой обмен, раздражаются слизистые оболочки, снижается работоспособность.
Если в повседневной практике под температурой окружающей среды однозначно понимается температура атмосферы, то для космического аппарата необходимо определение этой среды (ее состав, давление, скорости движения и т. д.). В ряде случаев в понятие «окружающая среда» оказывается необходимым включать и поверхность сопряженных элементов.
Еще сложнее обстоит дело с понятием «окружающая среда» для космического аппарата в целом. Ведь космический вакуум характеризуется температурой лишь в чисто теоретическом плане. Разреженное пространство отводит тепло не столько из-за температурного градиента, сколько благодаря полю внешних тепловых потоков. А это поле самым существенным образом зависит от температуры корпуса и связанных с ним элементов.
Для стабилизации температуры в космическом аппарате и сведения к минимуму нерегулируемого теплообмена с окружающим пространством используется специальная тепловая защита внешних поверхностей. В качестве «щита», как правило, применяется экранно-вакуумная тепловая изоляция: многослойная структура из отражающих теплоэкранов. Меняя число слоев, конструкцию, материал, а также разрежение между элементами, можно добиться минимума теплообмена.
Нанесение на поверхность аппарата покрытия или иного класса дает возможность достичь избыточной температуры на этой поверхности при освещении Солнцем, то есть подвода тепла внутрь космического аппарата, или получать на поверхности низкие температуры: иметь отвод тепла из внутренних объемов.
Количество излученного тепла пропорционально произведению излучательной способности на четвертую степень температуры поверхности; количество поглощенного тепла равно произведению поглощательной способности поверхности на поток излучений. Радиаторы системы терморегулирования с покрытием, обладающим большой излучательной способностью, излучают инфракрасные лучи и отражают лишь небольшую часть падающих на них инфракрасных. Но часто большая часть падающих лучей — прямые или отраженные солнечные лучи. Поэтому пригодным можно считать покрытие, обладающее большой излучательной и поглощательной способностью в инфракрасном диапазоне длин волн и малыми поглощательной и излучательной способностью в диапазоне длин волн солнечных лучей. Такие покрытия могут отражать до 85 % солнечных лучей.
Все сказанное относится к пассивному терморегулированию. Все это необходимо, но недостаточно, как говорят математики. Поэтому СОТР предусматривает еще специальный комплекс средств, обеспечивающий нормальную жизнедеятельность экипажа, — систему терморегулирования (СТР). В задаче терморегулирования эта система играет активную роль. Основой ее являются два контура — внешний и внутренний.
Внутренний контур охлаждения регулирует влажность воздуха в отсеках, отбирает излишнее тепло от приборов и, агрегатов и транспортирует его к теплообменным аппаратам, связанным с наружной системой охлаждения.
Основные элементы внутреннего контура — холодильно-сушильные агрегаты, отбирающие как тепло, так и влагу. В теплообменнике этих агрегатов циркулирует теплоноситель внутреннего контура охлаждения, имеющий температуру на входе в агрегат ниже точки росы. Поток воздуха, проходя через теплообменник, охлаждается, а влага конденсируется на радиаторе. После очистки и насыщения необходимыми веществами вода, полученная из конденсата, может использоваться для бытовых нужд экипажа.
Избыточное тепло, накопленное в теплообменнике, уносится рабочей жидкостью внешнего контура. Оно отбирается в радиационном теплообменнике, рассеивающем его в космическое пространство. Перераспределяя потоки теплоносителя, можно изменять эффективность теплопередачи и тем самым регулировать температуру во внутренних отсеках космического аппарата.
В условиях космоса риск недопустим, поэтому особую значимость приобретает надежность СОТР. Повышают ее дублированием всех контуров. Кроме того, в каждом контуре дублированы все наиболее важные агрегаты. Для пилотируемых космических аппаратов предусмотрена замена деталей, выработавших свой ресурс в процессе эксплуатации.
Надежность системы была бы невозможна без основного принципа — формирования стабилизированного теплового состояния ограниченного числа элементов аппарата. Это позволяет путем организации тепловых связей с такими элементами удерживать в заданных пределах температуру остальных приборов и агрегатов.
Например, применяя специальные средства для регулирования температуры корпуса или газовой среды и создавая условия для интенсивного теплообмена приборов с корпусом или газовой средой, можно добиться сохранения температур этих приборов в строго заданных пределах. Причем, диапазон температур будет целиком зависеть от температуры терморегулируемого элемента и интенсивности теплообмена прибора с этим элементом.
Успешные полеты орбитальных станций и транспортных кораблей демонстрируют надежность и замечательные свойства этой жизненно важной системы. Особенно высоко качество и эффективность работы системы терморегулирования орбитальных станций «Салют-6», работавшей на орбите 5 лет причем 2 года с космонавтами на боту и станции «Салют-7».
Среди всех планет Солнечной системы источником наибольшего количества сенсаций и поражающих воображение гипотез на протяжении очень долгого времени был Марс. Знаменитые каналы, темные области — моря, меняющие окраску в зависимости от времени года, а потому напоминающие растительный покров Земли, два маленьких спутника — Фобос и Деймос, относительно которых высказывались предположения об их искусственном происхождении…