В морях Титана парус может быть лучше винта
Большие луны Солнечной системы традиционно манят исследователей. Но Титан выделяется даже на их фоне. Он единственный, кроме Земли, обладает крупными жидкими бассейнами на поверхности, реками и, быть может, болотами; тут бывают дожди, туманы и даже айсберги. Как бы их изучить?
Все эти «водоёмы» метан-этанового состава безумно интересны не в последнюю очередь потому, что наука уверена: они не могут долго существовать, не подпитываясь из неких неочевидных источников, поскольку иначе жидкие углеводороды давно бы разложились. А это значит, что такие бассейны — либо временное явление в истории спутника Сатурна, либо результат сложной системы процессов, которую планетологи пока не осознают.
Как вы помните, лучше всего тамошние моря исследовать с помощью планетоплава, то бишь планетохода, который будет перемещаться по предполагаемым мелководным морям Титана. Однако плавать по-земному у него не получится, так как жидкий метан по плотности — это всего лишь 45% от плотности воды. Чтобы не утонуть, аппарату потребуется по меньшей мере вдвое большее водоизмещение.
Мягкая посадка парусного планетохода на Титан в представлении художника. Мачта, разумеется, сложена, чтобы не повышать сопротивление. (Иллюстрация Estevan Guzman.)
И это лишь верхушка айсберга. Вязкость метана в жидком виде равна 0,08 от показателя земных морей. То есть традиционные движители вроде привычных винтов не будут там особенно эффективны. Конечно, можно использовать необычные вариации на тему стандартных винтов, но эти схемы рискованны: не зная глубины, проектировать движитель очень сложно — винты могут утыкаться в дно, а если их делать приповерхностными и компактными, КПД окажется мизерным. Отправить недешёвый планетоход за полтора миллиарда километров только для того, чтобы он зарылся в сатурнианской дали винтами в дно, — риск, на который вряд ли стоит идти.
И тут Майкл Хабиб (Michael Habib) из Южно-Калифорнийского университета (США), известный своими усилиями по реконструкции биомеханики птерозавров, предлагает необычный выход: обратить недостатки жидких бассейнов Титана в достоинства. Да, малая вязкость делает винты плохими помощниками, зато и трение, испытываемое любым планетоплавом в такой жидкости, будет много меньше. Число Рейнольдса, напомним, пропорционально соотношению плотности к вязкости, а трение, испытываемое судном, обратно пропорционально числу Рейнольдса, поэтому «титановое» трение равно 0,26 земного. То есть, отказавшись от винтов и гребных колёс (рассматривался и такой вариант!), судно будет прикладывать намного меньше усилий для движения.
Но что заменит привычные движители? Лучшим кандидатом г-н Хабиб считает их прямых предшественников — паруса. Современные паруса, выполненные по типу жёсткого или тканевого вертикального крыла, позволяют плыть под очень большими углами к ветру, обеспечивая почти ту же свободу манёвра, что и мотор. В условиях слабого трения парус будет даже слишком скоростным движителем: хотя ветер на Титане, по измерениям «Кассини-Гюйгенса», всего лишь 3 м/с, вчетверо более плотная атмосфера превращает его в эквивалент сильного земного ветра. Поэтому, несмотря на то что средняя скорость воздушных течений над морями Земли равна 6,6 м/с, медленный ветер Титана должен нести 83% от энергии земных воздушных потоков. Причём необходимо заметить, что измерения «Гюйгенса» велись над точкой посадки, которой была выбрана суша, где ветер обычно слабее. Ну а моделирование атмосферных процессов в плотных газовых оболочках показало, что ветер там значительно устойчивее, чем на Земле, и это делает его неплохим кандидатом в тягловую силу.
Titan Mare Explorer до сворачивания программы был обычным буем. Ветры и течения должны были несколько месяцев носить его по воле волн... А ну как они просто выбросят его на берег приливом? (Иллюстрация NASA.)
Важно и то, что ветру не нужен источник топлива. Напомним: большинство ранних проектов планетоплавов предусматривали запитку от «продвинутого стирлинга», разрабатывавшегося НАСА с 2003 года. Но бюджетные сокращения привели к закрытию проекта. Альтернативный радиоизотопный источник энергии должен питаться от плутония-238, но тот пока недоступен. Как же исследователям лун планет-гигантов быть? Титан получает в 100 раз меньше солнечной энергии на квадратный метр, чем Земля, что делает энергообеспечение от солнечных батарей слишком слабым. По сути, парусник для сатурнианской луны — это сейчас единственный реалистичный кандидат в планетоплавы.
Впрочем, нет. Есть ещё Titan Mare Explorer — полузамороженная программа НАСА, которая после сворачивания «продвинутого стирлинга» свелась к... плавающему бую, не способному активно передвигаться. На этом фоне парус смотрится намного более привлекательно со всех точек зрения: течение не снесет его на банку или берег; забирая круче к ветру, он может исследовать весь водоём, в котором окажется, а это тысячи квадратных километров метано-этановой глади с невысокими волнами.
Но и к идее Майкла Хабиба в её нынешнем виде тоже есть вопросы. Для обеспечения большого водоизмещения и длинной ватерлинии (без которой не будет высокой скорости) исследователь предлагает сделать судно сравнительно глубокосидящим и при этом протяжённым, аргументируя это тем, что при малой высоте волн это позволит избежать опрокидывания. Однако более рациональной схемой представляется катамаран, который позволит получить и вдвое большее водоизмещение, и длинную ватерлинию при той же осадке, что и у обычного однокорпусного судна, сводя к минимуму риск сесть на мель или опрокинуться при внезапном порыве ветра. Наконец, катамаран лучше подходит для парусов, поскольку может выдержать больший крен, неизбежно возникающий от хода под боковым ветром, и поэтому заметно лучше движется против ветра, в том числе лавировкой. Опять же, на площадке между корпусами можно разместить немало солнечных батарей, которых тогда хватит для периодической подпитки сонара и радиоаппаратуры.
Доработку деталей вполне можно поручить специалистам НАСА, если у них когда-нибудь появятся деньги на такой проект. Сама же идея парусника для Титана, определённо, кажется чрезвычайно здравой.
Подготовлено по материалам Universe Today.
Источник: compulenta.computerra.ru.
Рейтинг публикации:
|
