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 прочностьэто отношение прочности материала к его весу. Для легированных высокопрочных сталей это примерно 2022 10е5 см (да, странная размерность), для алюминия 2021 (алюминий менее прочен, чем сталь, но при этом гораздо легче её), для титановых сплавов3040, а для простеньких стеклопластиков3850. 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 скучноэто 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, HRSJэто типы материалов). Очевидно, что самые горячие зоныэто 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 хрупкиев их задачи не входят держать механические нагрузки, только тепловые.
Альтернативный вариант теплозащиты, в основном для одноразовых кораблейабляционный. 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, выпират, 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.
Всё перечисленное вышеэто физическая защита. Существуют, однако, концепты и защиты магическойс помощью магнитного поля, окружённого тонким слоем плазмы. Соль в том, что нагревается аппарат от трения о воздух, тогда как такая конструкция «принимает удар на себя», и обшивка корабля остаётся при своих. Разумеется, определённая термозащита на ней всё равно должна быть, однако это уже гораздо проще, чем описанные ранее плитки.
2. Несущая обшивка. Одна из наиболее популярных сегодня и, думаю, в ближайшие пару тысячелетийэто сэндвич-панель. Суть её элементарна: это две пластины из прочного материала, между которыми расположена прослойкачаще всего это соты или очень лёгкий материал вроде пенопласта (не того, в который упаковывают телевизоры и прочую технику, а другого, технического). Получается, что при почти той же массе панель становится гораздо толще и, соответственно, более жёсткой и прочной на изгиб.
Изнутри к ней крепятся стрингеры, связи и прочая ерунда, так что одной только сэндвич-панелью не отделаться. Кроме того, сама панель тоже может быть двуслойной: например, командные модули «Аполлонов» имели внешнюю стенку из стали, потому что алюминий имеет меньшую температуру плавления, чем сталь, а при возвращении на Землю аппарат сильно нагревается об атмосферу. Стенка же самой кабины была сделана из алюминиевых сотовых панелей, а между ними располагался слой теплоизолирующего волокна.
На фоне этого крайне забавно смотрятся пассажи лунных конспиролухов про «тонкие, как фольга» стенки «Аполлонов».
3. Противометеоритная защита. Для «Шаттла» или «Бурана» она не особо нужна, а вот Звезде Смерти ещё как пригодилась бы. Но тут есть загвоздка: от крупных объектов МКС защищается манёврами, Звезда Смерти такое не совершитона слишком большая и тяжёлая. Скорее всего, удобней будет сбивать такие объекты на подлёте, изменяя их траекторию. А вот мелкие Противометеоритная защита МКС сделана из всё тех же композитных материалов, однако она может не защитить уже от объектов размером с фасолину, а более крупные метеориты почти гарантированно пробьют её. Усилить защиту ещё парой слоёврешение спорное, в первую очередь потому, что это утяжелит конструкцию, а эффективность не гарантируется. Другими словами, Звезда Смерти будет очень уязвима для обычных кинетических снарядовдостаточно разогнаться до скорости 1012 км/сек относительно станции и высыпать в космос ведро гаек, чтобы на корпус обрушился град пуль, перед которым крупнокалиберные пулемёты типа «Утёса»жалкая пневматика.
Разумеется, исследования в этом направлении не прекращаются. Однако большого прогресса пока не видно.
4. Противорадиационная защита. Тут надо сначала определиться, от чего мы защищаемся. Радиационные пояса Земли состоят из альфа- и бета-частиц, которые обладают высокой энергией, но плохого проникают сквозь вещество. Если заглянуть в документ NASA, где описана противорадиационная защита «Аполлонов», то выяснится, что американцы не особо парились по поводу каких-то дополнительных мер в этом направленииони пролетали по самому краю основных «горячих» зон поясов, а описанная выше обшивка более чем эффективно защищает от тяжёлых частиц. Любимый авторами свинец нужен для защита от гамма-излучения, то есть космических лучей. В коротких полётах на него можно не обращать внимания (хотя дозы экипаж всё равно получит весьма заметные), а вот в длительных уже приходится. И тут возникает определённая сложностьэкранировать гамма-излучение очень трудно. Во время мощных вспышек на Солнце экипаж МКС укрывается у емкостей с водой, которая неплохо задерживает радиацию, однако оснастить весь корабль дополнительной прослойкой водяной защитыэто нечто совсем уже фантастическое.
Хотя в отношении Звезды Смерти, где люди живут постоянно, а масса уже не играет большую роль, не так уж и совсем. Чтобы сделать защиту, аналогичную земной атмосфере, потребовалось бы создать прослойку воды толщиной 10 метровесли мы говорим о станции диаметром в километр, это не так уж много.