Как NASA показало Америке Луну

Прелюдия к этой душещипательной истории имела место во время экспедиции Близнецы-5, отправленной 21 августа 1965 года с астронавтами Питом Конрадом и Гордоном Купером на борту. Тогда топливные элементы дали сбой, и давление кислорода в них упало с 54 до 8 атм. Они выключили кондиционер внутри капсулы. Давление упало до 3,7 атм во время следующего витка, но затем случилось чудо: давление начало стабилизироваться, хоть и на очень низком уровне (14, с. 96).

Позже было выявлено, что нагреватели топливных элементов дали сбой, а затем элементы просто нагрелись на солнце. Но разве Солнце не светило во время первых трех витков? При этом Купер и Конрад жаловались ЦУПу, что внутри капсулы слишком холодно:

«Мы сидели там и дрожали от холода на протяжении последних нескольких часов» (14, с. 96).

Фрэнк Борман (Близнецы-7), напротив, сетовал на то, что его скафандр слишком теплый и что в салоне слишком жарко (9, с. 136). Это случилось после того, как обогрев салона был снижен до минимума.

Первый вопрос: почему Борман (преподаватель термодинамики, между прочим!) не мог совсем отключить систему отопления? Вы когда-нибудь видели автомобиль, у которого печка не выключается? Обогрев у Бормана наверняка был электрическим. А выключатель-то где?

Второй вопрос: почему у NASA не было обычного термостата, вроде тех, что мы используем в домах и машинах?

Третий вопрос: как эта капсула могла так сильно нагреться, если она половину времени проводила в тени Земли, в то время как экипаж Аполлона-13 замерз, проведя все свое время в солнечном свете?

Итак, еще раз пройдемся по логической цепочке NASA:

1) На стартовой площадке весь корабль охлаждается обычным кондиционером, подключенным к наземному источнику питания в космическом центре Кеннеди.

2) Корабль охлаждается в космосе за счет топливных элементов, но если пропадает питание, то кондиционер отключается.

3) Поскольку кондиционер отключается, корабль начинает остывать.

4) В ЛЭМе кондиционеров не было, поэтому в нем стало еще холоднее.

Отсюда мы извлекаем урок: когда в следующий раз ваш кондиционер начнет проигрывать схватку с летним солнцем, охладить помещение можно путем выключения кондиционера. Необходимо следить за тем, чтобы из-за жары в доме не стало слишком холодно. И наоборот: если зимой вы начнете замерзать, просто выключите обогрев и откройте окна. Блестящая логика NASA в действии!

На Земле утренние лучи быстро прогревают поверхность. Точно так же Солнце нагревает все, находящееся и на лунной поверхности. Мы можем вычислить температуру ЛЭМа, сложив всю входящую тепловую энергию и вычтя все исходящее тепло.

NASA не ответило ни на одно мое письмо с просьбой рассказать о том, какое оборудование использовалось во время миссий Аполлонов, поэтому мне придется сделать несколько допущений, прежде чем я смогу использовать закон Стефана- Больцмана для расчета температуры ЛЭМа, припаркованного на поверхности Луны под палящими лучами солнца.

Сначала надо вычислить все входящее тепло от всех источников. Я выбрал коэффициент отражения равным 0,5 просто потому, что он представляет собой середину между идеальным зеркалом и идеальным черным телом. Солнечные лучи падают на обшивку ЛЭМа с мощностью 1353 Вт на квадратный метр с освещенной стороны (8, с. 316). Таким образом, поглощенное тепло составляет: 1353 Вт х 0,5 = 675,5 Вт на квадратный метр, что можно округлить до 676.

Рассчитаем площадь лунного модуля. По моим предположениям, диаметр ЛЭМа составляет около 4,8 м. Получаем площадь его поверхности — 18 кв.м. Значит, суммарное тепло, полученное от Солнца, составляет: 676 х 18 = 12 168 Вт в час.

Процессы жизнедеятельности нормального человека поддерживают температуру тела, выделяя 111 Вт (8, с. 312). Два астронавта на борту добавляют 222 Вт в общую копилку. Итого, 12 168 + 222 = 12 390 Вт входящего тепла. Чтобы ЛЭМ не стал смертельной духовкой для своих обитателей, он должен отражать большую часть тепла, что при отсутствии кондиционирования может происходить только посредством теплового излучения. Коэффициент отражения остается тем же.

Простейший способ получить ответ — найти температуру, при которой ЛЭМ излучал бы 12 390 Вт со своей теневой стороны. Используем формулу Стефана-Больцмана, чтобы вычислить эту температуру:

Получаем 394 К, или 120 град. С.

Таким образом, чтобы ЛЭМ мог излучать тепло, равное полученному, его температура должна увеличиться до 120 град. С. Поскольку это значение очень близко к оценке температуры поверхности Луны, данной астрономами, можно признать его верным.