Покорители земных недр

Поворотная штанга-манипулятор с буровым устройством на конце служила одним из тех автоматических устройств, с помощью которого станок колонкового бурения станции переводился из транспортного положения в рабочее, а после окончания бурения — в первоначальное положение: колонковая труба с образцом горной породы помещалась в возвращаемую на Землю ступень. Конструкторами создана надежная автоматическая буровая установка, позволяющая с помощью колонкового бурения отбирать практически любые по твердости образцы (керны) горных пород Луны.

Все операции по выбору места для скважины, процессу бурения и отбору керна контролировались по телевизионному каналу. По стереоскопическим изображениям на ровном участке была выбрана точка бурения, не содержащая камней с поперечником более 1 см. От сигнала с Земли включились электродвигатели станка и началось бурение скважины. (Буровое устройство показано на рис. 40.)

Работа буровой установки «Луна-16» началась через час после посадки аппарата. Бурение выполнялось при весьма низких температурах лунной ночи — минус 120 °C. Средняя скорость бурения превысила расчетную и составила 6,1 см/мин. Доставленный на Землю образец лунного грунта сохранил расположение слоев горной породы в естественном залегании. Бурение станцией «Луна-20», в отличие от «Луны-16», выполнялось днем при температуре корпуса станка плюс 18 °C. Была пройдена скважина глубиной 34 см со скоростью бурения от 4,6 до 24,0 см/мин. И наконец, летом 1976 г. успешно завершился эксперимент «Луна-24», в результате которого в автоматическом варианте бурения получен керн с глубины 2 м.

Вопрос: В чем значение достижений космического бурения для наших земных забот?

Ответ: Во-первых, в опыте создания специализированного бурового оборудования. Необычность условий (вакуум, сниженная гравитация и др.) заставили конструкторов выйти за рамки обычных представлений, сложившихся на Земле и сковывающих воображение исследователя и конструктора. Отказ от традиционных путей решения новых задач может оказаться полезным не только для лунного, но и для земного бурения, результативность технологии и совершенство техники которого в ближайшие десятилетия необходимо значительно повысить.

Во-вторых, жесткие ограничения весовых характеристик буровых станков заставили спроектировать хорошо продуманные, легкие и компактные конструкции. Было бы желательно, чтобы и в земных условиях при проектировании передвижных установок, используемых на отдаленных разведочных площадках, для конструкторов существовали не менее жесткие ограничения по массе этих установок.

В-третьих, ряд конструктивных решений буровых установок, предложенных в ходе работы над космическими проектами, применим и при бурении скважин на Земле, в том числе в условиях, когда промывочная жидкость недоступна или дорога (условия пустынь).

И наконец, успешное завершение весьма сложных экспериментов по бурению станциями «Луна-16, -24» показало всему миру не только высокое совершенство отечественной космической автоматики и телемеханики, но и достижения советской буровой техники.

Вопрос: Что наиболее характерно для будущей профессии космонавта-буровика?

О т в е т: Специфические условия исследований в космосе, малочисленность космических экипажей, множество одновременно решаемых задач при остром дефиците рабочего времени, большая физическая и психологическая нагрузка, испытываемая космонавтом, — все это заставляет по-новому подходить к процессу бурения. Естественно, что это наложит существенный отпечаток на профессиональную подготовку, будущих космонавтов-буровиков.

Вопрос: А что можно сказать о проблемах бурения на Мapce и Венере?

Ответ: Поверхности планет земной группы могут стать доступными для автоматических разведчиков уже в ближайшие десятилетия. Эти разведчики будут иметь на борту грунтозаборные устройства, буровые станки и другие установки для исследования свойств и состава горных пород. Чем более изучена планета, тем разнообразнее предлагаемые технические проекты для освоения ее поверхности.

На рис. 41 приведен один из этих проектов — установка, предназначенная главным образом для биологического анализа грунта Марса. Как показали первые исследования, в настоящее время жизни на Марсе нет, но это не исключает, что она процветала в ранние периоды существования планеты. И в этом плане находка ископаемых остатков жизни с помощью автоматического бурения была бы равнозначна открытию самой жизни.

Будущее бурение скважин на Венере осложняется суровыми условиями ее поверхности. Мы знаем, что она твердая и поэтому способна нести тяжелую буровую установку. Однако при плотности атмосферы, превышающей земную в десятки раз, даже небольшие ветры со скоростью 1 —12 м/с носят характер урагана и опасны для любых сооружений, в том числе и для буровых установок.

Возможно, освоение Венеры будет существенно отличаться от освоения других планет. О сроках отправки на Венеру экспедиции с участием человека говорить трудно. В первую очередь на Венере побывают автоматические «геологи». Например, опубликованы проекты запуска в плотную атмосферу этой планеты плавающих установок типа аэростатов. Вполне вероятен плавный спуск автоматической станции с буровым станком на поверхность планеты, отбор образцов горных пород в кратчайшее возможное время, ограниченное нагревом станции. После надувания аэростата будет осуществлен подъем контейнера с образцами горных пород на безопасную высоту, где уже без спешки может быть проведен анализ образцов при приемлемых температурах окружающей среды, с последующей передачей данных на орбитальную станцию или на Землю.

Экстремальные условия на Венере рождают немало неожиданных и непростых задач, поэтому ее грунт, по крайней мере в ближайшем будущем, целесообразно исследовать на месте, без доставки его на Землю, так как возвращение аппарата через мощную толщу атмосферного газа Венеры с давлением у ее поверхости около 90 кгс/см2 — слишком сложная задача. При высоких давлениях и температурах возможны интенсивные химические реакции, приводящие к явлениям, характер которых трудно предсказать. В целом совокупность интенсивных механических, химических и электрических воздействий на любое буровое устройство будет неблагоприятным. Это заставит конструкторов проектировать совершенно необычную установку.

Насколько же сбылись эти прогнозы?

Пять лет спустя после выхода книги В. Е. Копылова состоялось бурение на Венере после мягкой посадки на эту планету спускаемого аппарата советской автоматической станции «Венера-13».

Из сообщения ТАСС от 2 марта 1982 г.: «Важное место в программе полета отводилось принципиально новой задаче — взятию пробы грунта для определения элементного состава пород Венеры. С этой целью на борту спускаемого аппарата было установлено грунтозаборное устройство, которое произвело бурение, взятие пробы и ее транспортировку для рентгенофлюоресцентного анализа в герметичный отсек».

Чтобы полнее оценить эту новую победу советской науки и техники в мирном освоении космоса, еще раз напомним те экстремальные условия, тот неблагоприятный для исследований «климат», который господствует на Венере. Так, температура на поверхности планеты в месте посадки составила 457 °C (столько же, сколько в топках паровых котлов!); в такой «жаре» моментально плавится свинец. Давление — 89–90 кгс/см2 (это примерно соответствует давлению в океане на километровой глубине). Научные данные передавались на Землю, удаленную от Венеры на 65 млн. км. Системы и научные приборы спускаемого аппарата продержались в этих условиях 127 минут — в четыре раза дольше, чем предполагалось, подтвердив высокую квалификацию специалистов, которые создали станцию и отправили ее к цели.