"В кожный покров нашей старой планеты отравленной стрелой вонзился цилиндр…" Уэллс написал "Войну миров" в 1898 году, задолго до нынешнего расцвета космонавтики. Технические решения, предлагавшиеся в произведениях Уэллса, как правило, не реализовывались. Но нет правила без исключений.

Пенетрация и террадинамика

В конце 50-х годов американские ученые занялись изучением средств, которые позволяли бы предмету, сброшенному с реактивного самолета, выдержать удар о землю. Одной из перспективных идей оказалась пенетрация (от латинского корня, означающего "проникать") — способ, при котором летящее тело проникает в грунт, продолжая движение в его толще. Это увеличивает время торможения и снижает перегрузки. Первые же пуски выявили ряд неожиданностей: экспериментальные пенетраторы проникали в землю гораздо глубже, чем ожидалось, ударные нагрузки были значительно меньше, на цилиндрическом корпусе аппаратов не оставалось даже царапин. Любопытно, что отверстие, остающееся в земле после аппарата, обычно оказывалось меньше его сечения. Все это вызвало к жизни появление террадинамики (буквально — наука о движении в Земле).

Как движется пенетратор? Перемещаясь с большой скоростью, своим коническим носком он как бы "расплескивает" в стороны грунт, и аппарат успевает проскочить, пока сходятся стенки образовавшегося канала. Когда скорость пенетратора падает до некоторого предела, сужающиеся стенки плотно "схватывают" его цилиндрический корпус, и аппарат останавливается. Максимальные ускорения наблюдаются при первом контакте с почвой и при остановке. Их величина зависит от начальной скорости и свойств грунта. В проведенных экспериментах пиковые значения перегрузок не превышали 2000, однако типичной является величина 500–600 (для сравнения: советские АМС, входя в атмосферу Венеры, испытывали перегрузки порядка 300).

Пенетратор оказался удобным инструментом для исследования земных горных пород. За десять лет было построено 15 тысяч пенетраторов — от микроаппарата диаметром два сантиметра и весом один килограмм до трехтонного гиганта диаметром полметра. Пенетраторы пронзали пески и базальты, даже льды Арктики. Скорость входа в грунт варьировалась от 70 до 1000 метров в секунду. Соответственно менялось и заглубление аппарата — от неполного входа в землю до 70 метров, пройденных в ее толще.

Независимо от размеров и выполняемых задач все созданные до сих пор пенетраторы устроены одинаково. По форме пенетратор напоминает стрелу с отношением длины к диаметру около десяти. Коническая головка, расталкивая почву, прокладывает дорогу. В цилиндрическом корпусе размещаются источники питания, научное оборудование, приборы телеметрии. Оснащенная стабилизаторами и антенной легкая хвостовая часть остается на поверхности, отделившись от аппарата. Она связана с уводящей под землю стрелой своеобразной "пуповиной" — проводами, по которым к антенне передается информация.

Космические пенетраторы

Казалось бы, нет ничего более далекого от космоса, чем устройство, предназначенное для движения под землей. Но пенетратору все равно, с поверхностью какой планеты он вступает в контакт. Такие качества пенетратора, как способность переносить столкновение на большой скорости и отсутствие сложной системы управления, не могли не привлечь внимания специалистов по космической технике.

В 1976 году в НАСА была создана специальная комиссия, рассмотревшая возможности использования пенетраторов в космических программах. Выяснилось, что пенетрация во многих случаях предпочтительнее других способов посадки, так как позволяет доставлять приборы в толщу поверхностного слоя исследуемой планеты. Кроме того, применение пенетраторов дает уникальную возможность обследовать несколько точек планеты с одного базового орбитального блока. Пенетрация может оказаться перспективной схемой доставки научных приборов на такие тела, как Луна, Марс, Меркурий, спутники планет-гигантов и крупные астероиды. Например, посадку пенетратора на Луну предполагается производить так: аппарат выводят на орбиту высотой около 20 километров, затем двигатель гасит орбитальную скорость, и пенетратор падает вертикально, внедряясь в Луну на скорости около 300 метров в секунду.

Кстати говоря, авторские права на лунный пенетратор принадлежат, вероятно, Алексею Толстому. Приведем слова инженера Корвина (фантастическая повесть "Союз Пяти"):

"Затем, — он ударил тростью о литые грани пирамидального бивня на другом конце яйца, — эта бронебойная головка. Она из сибирской молибденовой стали. Если предположить, что снаряд подойдет к поверхности Луны со скоростью пятьдесят километров в секунду, то при ударе он должен проникнуть в лунную почву на чрезвычайную глубину… По моим расчетам, снаряды упадут в область Океана Бурь. Один за другим, через промежутки в семь-десять минут, они будут вонзаться в глубь лунного шара… Я боюсь одного: что снаряды станут пронизывать Луну, как лист картона".

Так что не только идею лазера предвосхитил русский писатель. Любопытно, что аппарат Корвина — это первое в литературе беспилотное устройство, предназначенное для достижения другого небесного тела.

Как это будет

Первый десант пенетраторов намечен на конец текущего десятилетия. На полярную орбиту вокруг Марса выйдет орбитальный блок, несущий четыре-шесть пенетраторов для высадки в разных районах планеты. Вес каждого аппарата 31 килограмм, длина — 140 сантиметров. Каждый оснащен сейсмографом и телекамерой, установленной на отделяющейся хвостовой части. Марсианский пенетратор уже прошел летные испытания. Схема посадки включает аэродинамическое торможение, спуск на парашютах и, наконец, свободное падение на поверхность. Скорость входа в марсианскую почву составит 150 метров в секунду, планируемое заглубление — до 15 метров.

Словом, все будет как в романе Уэллса. Будет падающая звезда, чертящая огненную линию, и столкновение с планетой на громадной скорости, и удар, какого никто никогда не слышал. Стрела вонзится в кожный покров старой планеты, зарываясь все глубже и глубже, расплескивая грунт на пути. Правда, не марсиане прибудут на Землю: наоборот, люди высадят на Марс свои аппараты.

Но простим писателю эту маленькую неточность.

М. Пухоз

Самое любопытное в Галилеевых спутниках Юпитера — это их водяные мантии, огромные внутренние океаны. Здесь ученые столкнулись с новым явлением в планетологии — эндогидросферами (внутренними гидросферами).

Внутренние океаны Галилеевых спутников колоссальны — это сферические слои воды толщиной от ста до тысячи километров. Температура воды в этих океанах растет с глубиной от 0° до 80 °C, а давление — от 1000 до 10000 атмосфер. На первый взгляд кажется, что условия здесь слишком далеки от земных. Однако же давление и температура в верхних слоях водяных мантий небесных тел примерно такие, как на десятикилометровой глубине земного Мирового океана.

"А не продолжить ли эту параллель? — задумались сотрудники Главной астрономической обсерватории АН УССР Л. О. Колоколова и А. Ф. Стеклов. — Ведь в земных океанах на этой глубине есть свои, вполне конкретные обитатели. Значит, им подошли бы и условия в верхних слоях эндогидросфер Ганимеда, Европы и Каллисто, если там есть хоть немного кислорода".

Но может ли биосфера родиться и процветать под ледяной корой спутников Юпитера? По мнению Л. О. Колоколовой и А. Ф. Стеклова, внутри Европы, Ганимеда и Каллисто вовсе неплохие условия для появления жизни. Исходные химические соединения могли образоваться еще в протопланетной туманности, из которой возникли сами эти небесные тела. А химическим реакциям, приводящим к синтезу органических соединений и биополимеров, должны способствовать тектоническая деятельность, радиоактивный распад элементов, перепады температуры и давления.

В качестве убедительного подтверждения своей гипотезы ученые ссылаются на выявленную недавно химиками возможность быстрой эволюции органических веществ, которая может реализоваться и в специфических условиях эндогидросфер. Имеются в виду исследования академика Н. С. Ениколопова с сотрудниками, вошедшие в цикл работ, удостоенных Ленинской премии 1980 года. На основании этих исследований можно сделать вывод, что под высоким давлением в твердых телах при сдвиговых деформациях начинается аномально быстрая полимеризация молекул. Это значит, что в нижних слоях ледяной коры Ганимеда, Европы и Каллисто при разрыве льда тектоническими силами или же при падении больших метеоритов возможно образование сложных органических соединений. Они могли стать строительным материалом для простейших живых организмов мантии и пищей для них.