Всё и разум. Научное мышление для решения любых задач - [44]

Исследования космоса заставляют ученых и инженеров расширять кругозор — именно потому, что там так много мощнейших ограничений. У проекта защиты берегов Манхэттена от будущих штормов тоже были ограничения, но сугубо практические: грузоперевозки, пешеходная доступность. А у миссий, задуманных и финансируемых Планетным обществом, ограничения сугубо непрактические — иногда до смешного. Иногда разговор о проекте начинается, например, с такого мозгового штурма: «В общем, ребята, надо доставить на Марс автомобиль. Поехали!» И это не выдуманный пример. Это задача, которую нужно было решить НАСА, когда там проектировали марсоход «Кьюриосити», до сих пор бегающий по Марсу, и которую придется решать снова ближе к концу десятилетия, когда агентство отправит на Марс еще более совершенный марсоход под условным названием «Марс-2020». Оба марсохода размером и весом примерно с автомобиль «Шевроле-Спарк». Ну и как это сделать?

Если вы еще не избавились от наивной самоуверенности начинающего инженера, то, наверное, думаете: «А что тут сложного? Надо просто подождать, когда марсоход замедлится в атмосфере, а потом спокойно покатиться или заскользить по поверхности — и потихоньку остановиться. Мы же каждый день сажаем самолеты. И на Луну кучу всего высадили. В принципе мы понимаем, как это делается». Иначе говоря, вы начнете с известной вам задачи, как я, когда пытался вывести уравнение эллипса при помощи известной мне математики. Однако, оказывается, вся эта история с мягкой посадкой на поверхность Марса просто нечеловечески сложная. На Земле в твоем распоряжении много воздуха, и даже самые быстрые истребители летают с неизмеримо меньшей скоростью. Когда космический аппарат с «Кьюриозити» приблизился к Марсу, его скорость была более чем в шесть раз выше, чем у F-35 на полном газу. Нужно было рассеять очень много энергии.

С годами талантливые инженеры из НАСА, применив творческий подход, придумали несколько прелестных систем тормозных ракет. Примерно как в старом комиксе про Флэша Гордона, посадочные модули «Викинга» в семидесятые садились на Марс хвостом вперед, а тормозные ракеты полыхали под ними (полнейшее ретро… пардон). Но при всей своей зрелищности тормозные ракеты не годятся для посадки марсохода, слишком много издержек. Ракеты поднимают много пыли, которая может повредить чувствительные инструменты и подвижные части. Кроме того, от них получается небольшой кратер, и марсоходу будет трудно из него выбраться, то есть осложнения начнутся сразу после посадки. К тому же топливо и устройства, которые направляют выхлоп, очень тяжелые. Так что минус знакомое решение номер один.

Теперь номер два — тормозить в атмосфере. Два посадочных модуля «Викинг» были оснащены теплозащитой, чтобы пройти сквозь атмосферу и в результате трения немного сбросить скорость, набранную в космическом пространстве, чтобы тормозные ракеты не перенапряглись.

Если теплозащита позволяет замедлиться лишь немного, может быть, лучше парашют — он-то прекрасно тормозит? Увы, здесь снова приходится учитывать «промежуточность» Марса. Оказывается, марсианская атмосфера такая разреженная, что обычные земные крылья и парашюты в ней не помогают. Атмосферное давление на Марсе — всего 0,7 процента нашего. Там просто не хватит молекул воздуха, и парашюту будет не на что опереться. Более того, приближающийся космический аппарат со своим парашютом должны двигаться в верхних слоях атмосферы Марса со сверхзвуковой скоростью. А при входе в атмосферу со сверхзвуковой скоростью возникают перепады давления и ударные волны, которые, чего доброго, разорвут парашют в клочья. Бум — и конец.

Получается, у нас не было готового технологического приема, способного решить эту задачу. Пришлось инженерам из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене наклонить голову и посмотреть на задачу под другим углом. Ограничения и препятствия — беспрецедентные условия среды, недостатки имеющейся технологии — вынудили их создать что-то невиданное, смешать старое с чем-то совершенно новым. Они сформулировали задачу, сосредоточились на причинах проблемы, обратились к экспертам с разных сторон и достигли прекрасных результатов. Они опирались не только на технологические находки космических аппаратов прошлого, но и на исследования военных сверхзвуковых истребителей и результаты испытаний автомобилей на безопасность. Так что сами видите: препятствия при планировании космических путешествий — это очень полезно и конструктивно.

Прорыв наступил, когда инженеры обнаружили, что им не обязательно полностью останавливать космический аппарат — надо всего лишь обеспечить достаточно мягкую посадку, чтобы марсоход не пострадал. Начали они с обычного вытяжного парашюта для применения на сверхзвуковых скоростях, чтобы немного замедлить всю систему, затем следовала фаза тормозных ракет, чтобы замедлить систему еще немного, и, наконец, фаза посадки, для которой понадобилось… четыре огромных воздушных шара (все новое — хорошо забытое старое!) Честное слово. Перед самым соприкосновением с землей модули с марсоходами выбрасывали четыре сверхпрочные воздушные подушки. Свободно падали последние несколько метров, потом, подскакивая и покачиваясь, проезжали по красному песку дистанцию, примерно равную десятку-полутора футбольных полей, после чего подушки сдувались, модули открывались, и спрятанные внутри марсоходы выкатывались. Этот прием позволил НАСА с полным успехом высадить на Марс уже целых три марсохода — «Саджорнер», «Спайрит» и «Оппортьюнити».