Заметки о космической фантастике

1. Нервюры — рамы, повторяющие форму крыла. Они служат для восприятия нагрузок и соединяют части обшивки.

2. Лонжероны — балки, посредством которых крыло крепится к фюзеляжу. Это наиболее ответственные элементы — они передают всю нагрузку с крыла на фюзеляж, но это в атмосфере. В космосе нагрузка на них минимальна.

3. Стрингеры — относительно тонкие стержни, которые подкрепляют обшивку и увеличивают её жёсткость.

4. Шпангоуты — по сути те же нервюры, только не в крыле, а в самом корпусе.

Фактически любой каркас состоит из этих основных элементов, а если мы говорим о бескрылой Звезде смерти, то там вообще остаются только шпангоуты и стрингеры. Разумеется, есть ещё всякие бимсы и прочие страшные вещи, но так углубляться в конструкцию здесь, пожалуй, не стоит.

Всё это дело скрепляется между собой либо заклёпками, либо сваркой (для металлов), либо клеем (для композитов). Раньше для изготовления таких деталей применяли сталь и алюминий, сейчас всё больше внимания уделяется композитным материалам. Причина популярности композитов очень проста: у них высокий параметр удельной прочности, превосходящий даже хвалёный титан. Удельная прочность — это отношение прочности материала к его весу. Для легированных высокопрочных сталей это примерно 20–22 10е5 см (да, странная размерность), для алюминия 20–21 (алюминий менее прочен, чем сталь, но при этом гораздо легче её), для титановых сплавов — 30–40, а для простеньких стеклопластиков — 38–50. Для более прочных углепластиков этот параметр ещё выше.

Поэтому, на мой взгляд, корабли будущего будут в основном сделаны именно из композитов. К сожалению, в фантастике внимания им уделяется очень мало: если даже писатель с упоением расписывает многослойную броню, та всё равно сверкает металлом. Ну и ладно.

Обшивка.

В большинстве случаев писатели почему-то считают, что обшивка состоит из однородного материала, грубо говоря, из металлической пластины. Если снаряд влетает в такую обшивку, оно примерно так и описывается. Это не только скучно — это нереально.

На самом деле корпус состоит из целого ряда слоёв разных материалов, каждый из которых выполняет свою определённую функцию. И по порядку:

1. Теплозащита. Если наш корабль предназначен для кукования в доках Звезды Смерти и на планеты не садится, то ему, понятное дело, никакая теплозащита не нужна. Однако если нет, то без неё никуда. Более того, к теплозащите предъявляются максимальные требования надёжности: из-за повреждения панельки размером 40×40 см потерпел катастрофу шаттл «Колумбия».

Вариантов реализации постоянной защиты много, но все они так или иначе определяются четырьмя требованиями к материалу: он должен обладать очень большой теплоёмкостью (тогда на повышение его температуры потребуется больше тепловой энергии), маленькой теплопроводностью (тогда жар не пойдёт дальше защитных плиток), очень маленьким коэффициентом теплового расширения (для его компенсации между плитками устанавливается небольшой зазор) и, разумеется, очень высокой термостойкостью. При этом надо понимать, что входящий в атмосферу корабль хоть и нагревается, но очень неравномерно. Вот, например, схема распределения температур для «Шаттла» (слева) и «Бурана» (справа):

И, разумеется, соответствующим образом распределяется масса и тип теплозащиты (RCC, HRSJ — это типы материалов). Очевидно, что самые горячие зоны — это нос и кромки крыльев, а также щели в конструкциях оперения (туда затекают раскалённые газы). Для них использовались чёрные плитки из углеткани, пропитанной фенольными смолами и покрытыми антиокислительным покрытием. Менее нагруженные зоны покрывались плитками из сверхтонкого стекловолокна. Все они очень лёгкие (по весу вдвое-втрое меньше аналогичной по размерам липовой дощечки) и весьма хрупкие — в их задачи не входят держать механические нагрузки, только тепловые.

Альтернативный вариант теплозащиты, в основном для одноразовых кораблей — абляционный. В этом случае поверхность корабля покрывается слоем вещества, который постепенно испаряется при входе в атмосферу (главное, чтобы он не испарился весь до приземления). Именно этот вид защиты стоял на всех возвращаемых аппаратах, кроме многоразовых «Шаттлов» и «Бурана». Но если мы говорим о космоопере, вряд ли там будут использовать подобное. Ну представьте себе, вы — пират, сели на планету дозаправиться, и тут вашу личность раскрывают. Вы со всех ног бежите к космодрому, а там… кораблю нужно заменить теплозащиту. Нет, можно взлететь и без неё, но вот посадить корабль уже не удастся. Остаётся только лететь в Туманность Чёрного Мешка, где расположена всем известная пиратская база и можно будет восстановить защиту…

Погорячился я, наверное. Тут можно целую драму развернуть.