У тайны гидрокосмоса белорусские корни

Оборонная тема получила неожиданное продолжение Солнечные батареи в космосе -- пережиток прошлого? Изящные крылья солнечных батарей, превращающие незамысловатые бочонки космических аппаратов в романтические парусники Вселенной, возможно, навсегда станут историей. И приложат к этому руку ученые нашей страны. Дело в том, что солнечные батареи в космосе непрактичны. Энергии с единицы площади можно снять немного, поэтому панели приходится делать невообразимых размеров. И это было бы полбеды, если бы не проблема с долговечностью пластин, преобразующих энергию света. Микрометеориты и жесткое космическое излучение быстро повреждают материал, и спутник замолкает, хотя его приборы могли бы и послужить. Характеристики других преобразователей также оставляют желать лучшего, а ядерные энергетические установки дороги и опасны. Можно было бы шире использовать в качестве источника энергии радиоактивные изотопы, но все упирается в проблему эффективного отбора тепла от них и доставки его к генератору электроэнергии. Впрочем, как раз здесь и намечается прорыв, творцами которого должны стать ученые Института тепло- и массообмена Национальной академии наук Беларуси. Именно к ним обратились за помощью двигателестроители Научно-технического центра имени А.М.Люльки, научно-производственного объединения «Сатурн», разрабатывающие бортовую энергетическую установку для космических аппаратов нового поколения. Ни один из известных теплообменников не устраивал российских конструкторов. Но об идеях минчан, способных помочь в решении проблемы, они были наслышаны. Хотя белорусские ученые прославились совсем в другой области. «Сумасшедшая» торпеда Благодаря фундаментальным и практическим разработкам, проведенным в Институте тепло- и массообмена, на свет в свое время появилась знаменитая советская «сумасшедшая» торпеда, способная под водой развивать скорость 100 узлов! Шок, который испытал при этом потенциальный противник, не поддавался описанию, поскольку отреагировать на такую атаку ни один корабль не способен. Сегодня давняя тема уже рассекречена, появились научные публикации авторов -- академика Бориса Коловандина, Бориса Пуриса, Владимира Бондарчука и Игоря Ковалева -- об исследованиях в этой области, но фантастический рекорд скорости подводного аппарата так и остался загадкой, поскольку в тонкости белорусские ученые не посвятили даже заказчика. Известно, что эта торпеда создает вокруг себя управляемый пограничный слой, где формируются особые водяные вихри -- своеобразные «подшипники», снижающие сопротивление трению. Но разгадать тайну и повторить такой «подшипник» еще никому не удалось. Ведь истина, как известно, скрывается в деталях, порой совсем неприметных. За все в ответе турбулентность А теперь возникает вопрос: чем могут быть полезны создатели сверхскоростной торпеды разработчикам космической энергетической установки? -- Мы изучаем турбулентность, и в обоих случаях должны решать сходные проблемы, -- поясняет заведующий отделом гидродинамического моделирования кандидат физико-математических наук Владимир Бондарчук. -- Разница лишь в том, что в одном случае надо было обеспечить высокоскоростное перемещение аппарата в среде, а во втором -- быстрое движение самой среды, то есть теплоносителя в каналах радиатора. Механизм создания условий для этого ничем не отличается. Более того, в теплообменном устройстве вихри даже делают двойную работу, поскольку не только обеспечивают высокую скорость потока, но и перемешивают его, увеличивая отбор тепла. Теоретические проработки проекта уже подтвердились первыми опытами на экспериментальном теплообменнике. Следующим этапом станут модельные опыты в условиях, приближенных к реальным режимам эксплуатации. Новое направление оказалось столь перспективным и востребованным, что сегодня ученые отдела работают сразу над несколькими заказами. Тот же НТЦ имени А.М.Люльки взялся разрабатывать энергетическую установку для нефтепромыслов, чтобы использовать энергию сжигаемого попутного газа, и для этой компактной электростанции также потребовался эффективный теплообменник. Нефтяники же заказали и компрессор, где опять-таки найдут применение идеи минчан. Очень интересный проект -- работа над энергетической установкой для новой модели искусственного сердца, которое разрабатывается в НИИ трансплантологии и искусственных органов Министерства здравоохранения России. Здесь минчанам придется проявить чудеса изобретательности, поскольку вживляемая в грудную клетку энергоустановка должна быть не только очень легкой, но и не влиять на тепловой режим тела человека. Теоретические исследования показали, что это возможно. И если задуманное удастся, амбициозную программу академика Валерия Шумакова «Сердце России», ставящую цель через 1,5--2,5 года выйти на рынок с полностью имплантируемым искусственным органом, не имеющим аналогов по компактности, надежности, физиологичности и безопасности, ждет несомненный успех. Ведь безотказное искусственное сердце отчасти решит этические и моральные проблемы, возникающие при пересадке донорских сердец. Зачем спутнику искусственное сердце Что интересно, работа по заданию кардиологов снова вернула белорусских физиков к космической тематике, поскольку показала, что можно создавать автономные микроэнергосистемы не только для больших космических аппаратов, но и для микроспутников. Авторы уже обратились с предложением к руководителям проекта первого белорусского спутника использовать в перспективе кардиологическую версию энергоустановки в космосе. Скорее всего, если решение о создании второго спутника будет принято, они со своим энергомодулем к этому событию успеют. И еще не теряют надежду, что эта конструкция будет востребована в России, где микроспутникам уделяется все большее внимание. Так сложилось, что все свои разработки -- от оборонных до самых мирных -- ученые создавали по заказам союзных и российских ведомств. Но, к их радости, обозначился интерес к новинке и в Беларуси. Полгода назад отдел Бондарчука начал работу по Государственной программе ориентированных фундаментальных исследований «Водород». Предмет исследований тот же -- преобразователь тепловой энергии, который должен утилизировать углеводороды и водородосодержащие газы при производстве водорода. По замыслу, все эти ресурсы должны использоваться для производства электроэнергии, которая будет поступать в сеть и сократит тем самым производственные расходы. Система в состоянии будет «переваривать» и производственные горючие отходы. Ею можно будет оснащать и системы котельного отопления в жилых домах, что позволит практически полностью утилизировать уходящее тепло. Не последнее значение имеет и то, что используемый в этой автономной электростанции двигатель с внешним подводом теплоты бесшумен и не будет создавать неудобств жильцам. Первый опыт конверсии Кстати, для достижения результата далеко не всегда требуется полностью воспроизводить те находки, которые были сделаны при работе над торпедой. Даже когда тема была секретной, ученые нашли возможность провести ее «конверсию» и внедрили отдельные технические решения сначала на Минском мясокомбинате, а затем на подобных предприятиях Слуцка и Борисова. Речь идет о системе очистки сточных вод от жира, которая обеспечила извлечение 98 процентов отходов. Такие же результаты давали лишь зарубежные очистные установки, в которых использовались химические реактивы. Но извлеченный с помощью химических веществ жир использовать было невозможно, а этот без проблем шел на производство комбикормов. Ведь воду по новой технологии очищали пузырьки чистого воздуха, которые рождались в упрощенном варианте торпедного кавитатора -- устройстве, создающем в потоке резкий перепад давления. В отличие от обычных пузырьков, эти очень маленькие, поэтому обладают способностью хорошо удерживаться на взвешенных в воде частицах. Облепив капельку жира, они поднимают ее к поверхности, где убрать пену не составляет труда. Кстати, часть пузырьков, так и не выполнив транспортную роль, делает тем не менее полезную работу. В определенный момент они схлопываются, рождая ультразвуковую волну, которая уничтожает оказавшиеся поблизости микроорганизмы. Поэтому такая технология еще и обеззараживает стоки. Продолжение следует? Вот такое продолжение неожиданно получила оборонная тема. Она до сих пор оставалась бы закрытой и, можно не сомневаться, развивалась бы только в нужном для флота направлении, не случись известных событий, которые привели к распаду СССР и прекращению работ над совершенствованием грозного оружия. Впрочем, ученые считают, что еще возникнет необходимость вернуться к высокоскоростным аппаратам на водяных «подшипниках». Пусть это будет не торпеда, а яхта или некая спортивная гоночная субмарина -- морской аналог болида «Формулы-1», спасательный катер или ускоритель для поплавков гидросамолета. Способность быстро двигаться по воде и под водой -- такая же неистребимая мечта человека, как и любое его стремление проверить себя на грани возможного.