Если вы не поняли, что отводили тепло путем удаления пара, вам может показаться, что вакуум холодный. Большинство научно-фантастических книг, фильмов и телесериалов на космическую тему именно из этого заблуждения и исходят. Но это не так. Если бы космос был настолько холодным, как нам говорят, то любая поверхность корабля, находящаяся по другую сторону от космического светила, стала бы очень хрупкой и подверженной разрушению. Слишком низкие, равно как и слишком высокие, температуры могут серьезно повлиять на структурную целостность большинства материалов. В арктические и антарктические зимы температура падает ниже отметки -50 град. С. В таких условиях резина теряет гибкость, а металл становится ломким. Однако -50 град. С (223 К) — это очень горячо по сравнению с -273 град. С, то есть абсолютным нулем (0 К).
Замораживание — процесс понижения температуры путем удаления тепла.
Механическое замораживание требует больших энергозатрат, мощных моторов, насосов и охладителя, чтобы отвести тепло из хорошо теплоизолированного контейнера. Охладитель должен накапливать тепло, которое он впитывает из контейнера, а также отдавать это тепло в теплообменнике. Насос нужен для перемещения горячего охладителя от контейнера к теплообменнику, а холодного — в обратном направлении.
Теплообменник является ключевой частью конструкции, он передает тепло теплоотводу, которым на Земле является воздух нашей атмосферы или вода в любом водоеме. При отсутствии места, куда можно отвести тепло, не было бы ни замораживания, ни кондиционирования в привычном нам виде. Если включить кондиционер в замкнутом помещении, температура внутри помещения поднимется, хотя непосредственно рядом с аппаратом будет чувствоваться ток холодного воздуха.
Взрывное замораживание — быстрое падение давления жидкости или газа.
В углекислотном огнетушителе прозрачный углекислый газ находится в жидком виде под высоким давлением. При нажатии на рычаг выпущенная из-под давления жидкость моментально превращается в тонкую струю исключительно холодных сухих ледяных частиц. Изначальное тепло теряется из-за колоссального падения давления.
Топливные элементы — генераторы, использующие топливо и кислород, главным образом, для производства электричества постоянного тока и воды вместо тепла. Они схожи с батареями, однако в отличие от батарей, которые с помощью химических процессов накапливают электрическую энергию, топливные элементы путем химического процесса производят относительно небольшое количество электроэнергии, которая не накапливается, а подается по мере надобности.
Когда в закрытой системе (дом, машина и т. д.) образуется количество тепла, большее, чем удается отвести, температура этой системы повышается. Как вы далее увидите, космический корабль или космический скафандр — хороший тому пример.
Резюмирую все сказанное выше: если бы вакуум был холодным, то для охлаждения какого-либо предмета достаточно было бы просто создать вакуумную камеру вокруг него.
Проблемы космических модулей
Как мы уже знаем, проводившиеся на земле испытания ракет-носителей и космических капсул обнаруживали массу проблем при каждом запуске. Однако и сам лунный экспедиционный модуль отличался, мягко говоря, весьма капризным нравом. Этот нелепый и неуравновешенный агрегат был настолько уязвим на Земле, что взрывался при каждом испытании. Он имел историю стопроцентного провала — но лишь до тех пор, пока не стал использоваться на Луне. Там он чудесным образом шесть раз подряд совершил идеальные посадки на лунную поверхность. Так, по крайней мере, говорится в легенде NASA.
Однако помимо очевидных выявленных технических проблем, проявившихся во время испытаний, космические модули представляли собой целый кладезь и прочих разноплановых неувязок. О них и поговорим.
Температура
На заре программы «Меркурий» Джон Шиа, главный администратор NASA, предложил способ защиты тепловых экранов космических модулей от растрескивания при вхождении в земную атмосферу после «космического холода»:
«Шиа спросил, за какой период времени тепловой экран охлаждается до той стадии, когда начинаются проблемы. Ответ был — «около тринадцати часов». Так зачем космическому кораблю оставаться в одном положении так долго? Почему бы его не вращать, чтобы тепловой экран оставался теплым в течение всего времени? Вот истоки того, что позже стало называться «шашлычным» режимом, или пассивным терморегулированием, когда корабль совершает один оборот в час на протяжении всего пути к Луне и обратно» (4, с. 176).
Таким образом, Джон Шиа решил, что капсулы Аполлона должны вращаться вокруг продольной оси, прогревая защитный тепловой экран корабля, чтобы он не треснул при вхождении в атмосферу. Было даже придумано красивое название — пассивное терморегулирование (ПТР). Но тепловой экран был закрыт служебным модулем почти до самого момента входа в атмосферу, поэтому я не представляю, чего именно NASA пыталось здесь добиться.
Само по себе вращение корабля не может ни нагреть его, ни охладить. Если жарить целую курицу на вертеле, то совершенно не имеет значения, делает она 5 оборотов в час или 50. Скорость приготовления птицы от этого не меняется. Единственное, что обеспечивает такое вращение, это равномерную прожарку.
Продольное вращение космического корабля лишь равномерно распределяет тепло от солнечного излучения: все стороны корабля нагреваются примерно до одинаковой температуры, если только корабль не направлен точно на Солнце или от него. Но это сильно усложнило бы навигацию, ведь бортовому замеряющему устройству и связанному с ним компьютеру пришлось бы одновременно решать сразу несколько задач. Но в то время компьютерная память была очень ограниченной, а скорость вычислений невысокой.
А вот что Борман пишет о режиме вращения:
«Мы использовали пассивное терморегулирование, которое означало вращение Аполлона-8 вдоль его длинной оси, когда она была направлена в сторону Солнца» (9, с. 205).
Казалось бы, человек получил степень магистра в Калифорнийском технологическом институте и преподавал термодинамику в университете Уэст-Пойнт. При этом он как будто не понимает, что если длинная ось (нос — хвост) направлена в сторону Солнца, то поглощение тепла и так минимально, и вся солнечная сторона поверхности будет нагрета равномерно. Зачем в таком случае вообще нужно это вращение?
Чтобы достичь Луны, Аполлону понадобилось 90 часов, и почти столько же, чтобы вернуться обратно. NASA утверждало, что в течение этого времени и капсула, и служебный модуль использовали кондиционеры, питаемые топливными элементами и другим смонтированным там оборудованием.
День на Луне длится две недели, затем две недели продолжается ночь. Первая экспедиция, Аполлон-11, прилунилась, когда солнце, по заявлениям NASA, находилось всего в 10 град. над горизонтом (хоть это и противоречит фотографиям и расчетам), чтобы избежать полуденной жары. Прилунения последующих Аполлонов происходили в еще более поздние лунные дни, причем в пределах 20 град. от лунного экватора.
Мистер Нобель писал о температуре на Луне:
«Температура поверхности варьируется от +117 град. в чистом солнечном свете в лунный полдень до -172 град. глубокой лунной ночью…» (37, с. 272)
Эти значения похожи на правду. Иначе астронавты непременно указали бы на ошибку. 117 град. — это горячее, чем кипящая вода, даже горячее, чем находящийся под давлением кипяток в бытовых обогревателях и бойлерах.
Однако снова и снова NASA проповедует доктрину о «холодном космосе». Гарри Хёрт так рассказывал об отдыхе Олдрина и Армстронга на Луне во время миссии Аполлон-11:
«Олдрин старался свернуться на полу ЛЭМа, но был очень взволнован, да еще и слишком замерз, чтобы нормально спать в отведенный астронавтам 7-часовой промежуток времени перед обратным вылетом. Он впоследствии сообщил: «Нам не давала уснуть температура. Было очень холодно. Спустя примерно 3 часа стало невыносимо. Конечно же, в наших скафандрах функционировала система охлаждения, и мы пытались добиться комфорта путем уменьшения циркуляции воды в них до минимума. Но это не сильно помогло. Мы включили температурный контроль в кислородных системах на максимум. Но и это не возымело особого эффекта. Мы могли бы открыть шторы на иллюминаторах и впустить солнечный свет, чтобы согреться, но это окончательно лишило бы нас всякой возможности поспать"» (13, с. 185).