Но как добиться, чтобы в фотоумножители поступало излучение только одной длины волны или хотя бы узкого диапазона длин волн? Для этого перед фотоумножителями были установлены вращающиеся диски с окошками разного рода — из тонких металлических и органических пленок, а также из специальных оптических материалов. Каждое из таких окошек-фильтров пропускало волны только определенного диапазона длин. Понятно, что вращение дисков было согласовано со всей системой регистрации показаний прибора, чтобы точно знать, интенсивность какого диапазона излучения измеряется.



Внешний вид второго советского искусственного спутника Земли (защитный конус снят).

На эту автоматику была возложена и еще одна задача — экономия электроэнергии, потребляемой прибором. Зачем расходовать энергию, такую драгоценную на спутнике, на работу прибора, если в него не попадают солнечные лучи? Чтобы избежать этого, питание прибора включалось только в том случае, если в один из трех фотоумножителей попадали солнечные лучи. Это осуществлялось с помощью фотосопротивлений, то есть таких электрических сопротивлений, величина которых изменяется при облучении их светом; они и сигнализировали автоматике, что в прибор попадают солнечные лучи.

Как видите, «солнечная лаборатория» была скромной по размерам, но очень «хитрой» по устройству.

Не менее «хитрой» была и лаборатория, предназначенная для исследования загадочных посланцев Вселенной — космических лучей. Она была смонтирована непосредственно на корпусе ракеты-спутника, как и многие другие приборы и аппаратура.



«Солнечная лаборатория» второго советского спутника.

Если коротковолновое излучение, изучавшееся первой «лабораторией», рождается внешними слоями солнечной атмосферы, то космические лучи, изучавшиеся второй «лабораторией», являются отзвуками каких-то неизвестных пока еще процессов гигантской силы, происходящих где-то в глубинах Космоса. Но одно их роднит — и те и другие не достигают земной поверхности, «гибнут» в атмосфере; кроме того, по крайней мере часть космических лучей каким-то образом, несомненно, связана и с Солнцем.

Изучение космических лучей дает возможность науке проникнуть в тайны процессов, происходящих в глубинах Космоса, может быть, далеко за пределами солнечной системы. Что это за процессы, результатом которых являются потоки частиц колоссальной энергии, не достижимой пока в лаборатории никакими другими методами? Каков состав этих вестников Вселенной, по которому можно судить о химическом составе самой Вселенной? Каким воздействиям подвергаются космические лучи на своем далеком пути? Вот только часть вопросов, которые могут быть прояснены в результате исследований «космической лаборатории» спутника.

Эта «лаборатория» представляла собой два одинаковых прибора для подсчета космических частиц; установлены приборы так, что их оси расположены во взаимно-перпендикулярных направлениях. Как только через один из счетчиков проходит космическая частица, обладающая электрическим зарядом, в счетчике возникает искра. Специальное радиотехническое устройство счетчика, работающее на полупроводниковых электронных «лампах» — триодах, сейчас же регистрирует эту искру. Когда число подсчитанных частиц достигает определенного значения, «лаборатория» посылает об этом радиосигнал на Землю. Так эта «лаборатория» сделала возможным определение интенсивности космических лучей, то есть числа космических частиц, проходящих через счетчик в секунду.

Но как измерить энергию отдельных космических частиц, как установить распределение всего потока частиц по энергиям, то есть энергетический спектр частиц? Для этого необходим какой-то сепаратор частиц, делящий их на группы по величине энергии так же, как сепаратор в виде вращающегося диска с разными окошками служил для разделения коротковолновых лучей по длине волны в «солнечной лаборатории». Но какими должны быть фильтры перед счетчиками космических частиц, если они пронизывают толстенные слои металла, оказывающиеся для них совершенно «прозрачными»? Задача оказалась бы, вероятно, совершенно неразрешимой, если бы не гигантский естественный сепаратор, который, к счастью для исследователей, предупредительно приготовила для них природа.



Прибор для исследования космического излучения, установленный на втором советском спутнике.


Лайка в герметической кабине перед установкой ее на спутник.

Природным сепаратором космических частиц является... Земля. Ведь она представляет собой огромный магнит и, значит, отклоняет электрически заряженные космические частицы к полюсам. Чем меньше энергия частицы, тем сильнее сказывается на ней действие магнитного поля Земли, то есть тем сильнее частица отклоняется к полюсу. Вдали от полюсов, у экватора, можно встретить лишь те космические частицы, энергия которых очень велика. Каждой географической широте соответствует свое минимальное значение энергии космических частиц, способных проникать через «барьер» магнитного поля Земли. Поэтому об энергетическом спектре космических частиц можно судить по распределению их в зависимости от географической (точнее — геомагнитной) широты.

Спутник является, очевидно, идеальным устройством для такого исследования, так как он быстро перемещается на большие расстояния по широте. Конечно, это касается только спутников с орбитой, близкой к меридиональной, какими и являются советские спутники. Вот почему «лаборатория» космических частиц второго советского спутника позволяет определить так называемый широтный эффект, то есть установить распределение космических частиц по их энергиям.

Были на спутнике и другие «лаборатории», занимавшиеся исследованием различных физических явлений. Но, пожалуй, наибольший интерес во всем мире вызвала «биологическая лаборатория»: цилиндрический контейнер с подопытным животным — собачкой Лайкой. Впервые в истории живое существо провело многие часы в полете в мировом пространстве.



Внешний вид третьего советского искусственного спутника Земли.

Понятно, какое огромное значение имели наблюдения за поведением первого межпланетного путешественника — Лайки. Ведь космический полет связан со многими трудностями и опасностями для астронавтов. Тут и инерционные перегрузки при взлете ракеты, связанные с многократным увеличением веса путешественников; и последующая полная потеря веса, когда наступает состояние так называемой динамической невесомости, связанное с прекращением работы двигателя ракеты и начавшимся свободным падением ее на Землю; и вредное действие коротковолнового излучения Солнца; и смертельно опасные космические лучи; и еще многое другое1. И, как это было уже не раз в истории науки, человек послал в разведку по неизведанным опасным путям, на этот раз в Космос, своего верного друга — собаку. Будет вполне заслуженно, если у ног астронавта на гранитном постаменте будущего памятника первым межпланетным путешественникам будет лежать их боевой разведчик — небольшая собачка Лайка.

1 Подробнее об этих опасностях межпланетного полета будет рассказано в следующих главах книги.

Специальные чувствительные устройства — датчики — регистрировали все основные функции жизнедеятельности Лайки: работу сердца, легких, работу системы кровообращения и другие. Сигналы датчиков преобразовывались радиотелеметрической системой спутника в радиосигналы и передавались на Землю.

Но, конечно, этим задача «биологической лаборатории» не ограничивалась. Ее механические «сотрудники» должны были, в отличие от других «лабораторий» спутника, обеспечить все условия жизни своей подопечной. Создателям спутника пришлось подумать о снабжении Лайки свежим воздухом и удалении продуктов ее дыхания, об утолении голода и жажды, о поддержании заданного давления и температуры и еще о многом другом. Это были очень нелегкие задачи.

Второй советский спутник был намного сложнее и совершеннее первого. Но в еще большей степени он уступал в совершенстве третьему спутнику.

Дело не только в значительно большем весе научного оборудования, установленного на третьем спутнике, — он равнялся 968 килограммам вместо 508 килограммов на втором спутнике. Неизмеримо шире стал круг научных задач, решение которых оказалось возможным возложить на третий спутник. Так что если второй спутник мы назвали научной лабораторией в Космосе, то третий спутник по праву может быть назван целым научно-исследовательским институтом. Если бы для всех исследований, которые осуществлял третий спутник, на нем находился штат научных сотрудников, то вокруг Земли обращалось бы по орбите спутника здание внушительных размеров. Сократить это здание до размеров спутника, имеющего длину 3,57 метра и наибольший диаметр 1,73 метра, удалось только потому, что автоматические «сотрудники» этого космического института занимали ничтожно мало места. Этому в большой степени способствовало исключительно широкое применение полупроводников в научном оборудовании спутника.

Создание третьего спутника представляет собой пример блестящего решения задачи комплексной механизации и автоматизации, которая сейчас стоит перед всей нашей промышленностью. А ведь создать полностью автоматизированный научно-исследовательский институт, да еще находящийся в суровых условиях мирового пространства,— задача не менее трудная, чем сооружение автоматического цеха или даже завода.



Схема установки научной аппаратуры на третьем советском спутнике.

На третьем спутнике автоматы осуществляли самые различные функции. Основную роль играли, конечно, приборы, выполнявшие разнообразные научные наблюдения и измерения. Приборы были как бы станками этого автоматизированного предприятия в Космосе. Чего только не измеряли приборы спутника!

На третьем спутнике снова имелась «лаборатория» по изучению космических лучей, но только значительно более совершенная, чем на втором спутнике. В частности, на этот раз она была приспособлена для поисков пока еще никогда не обнаруженной компоненты космических лучей — именно фотонов, квантов гамма-излучения. Открытие фотонов в космических лучах, которое ожидают многие ученые, означало бы крупнейший скачок вперед в изучении Вселенной, так как позволило бы безошибочно установить источник космического излучения. Ведь фотоны, в отличие от других компонентов космических лучей, представляющих собой электрически заряженные частицы, не отклоняются от прямолинейного пути в электрических и магнитных полях. Кроме того, аппаратура третьего спутника была специально рассчитана на выяснение и другого крайне важного для исследования космических лучей вопроса — она позволяла детально изучить тяжелую компоненту этих лучей, то есть наличие в них ядер наиболее тяжелых атомов.

Имелась на третьем спутнике и «солнечная лаборатория», но в отличие от такой же лаборатории второго спутника она была предназначена для исследования не коротковолнового (ультрафиолетового и рентгеновского) излучения Солнца, а его корпускулярного излучения, то есть того потока частиц вещества, который оно испускает. Таким образом, эта «лаборатория» спутника позволяла осветить один из наименее изученных вопросов, связанных с деятельностью Солнца, оказывающей столь большое влияние на процессы в земной атмосфере.

Но этими двумя «лабораториями» список «научных подразделений» третьего спутника вовсе не ограничивался. Он включал комплекс других «лабораторий», превращавших спутник в чрезвычайно ценную геофизическую наблюдательную станцию в Космосе.

Так, на спутнике были установлены приборы (ионные ловушки), позволявшие впервые в истории науки непосредственно измерить концентрацию заряженных частиц в ионосфере, что должно сыграть исключительно важную роль в понимании происходящих в ней процессов. Другие приборы (масс-спектрометры) также впервые позволяли определить химический состав ионосферы. Точнейшие манометры измеряли давление и плотность атмосферы на огромных высотах — до сих пор эти измерения надежно осуществлялись с помощью ракет лишь до высот порядка 100 километров.

Остроумные и тонкие приборы спутника — флюксметры, опять-таки впервые в истории науки, осуществляли измерения с целью установить наличие и характер электростатических полей на большом расстоянии от Земли, разрешить ряд связанных с этими полями загадок, интригующих в настоящее время науку. В частности, эти измерения должны помочь ответить на вопрос о причинах возникновения большой, в сотни тысяч вольт, разности электрических потенциалов между положительно заряженным земным шаром и отрицательно заряженной атмосферой.

Очень велики надежды, которые ученые всего мира связывают с установленными на третьем спутнике магнитометрами. Задачей этих приборов является изучение магнитного поля Земли на большом расстоянии от нее, что должно помочь раскрыть тайну образования такого поля, а также установить характер его изменений, оказывающих столь большое влияние на поведение компаса, распространение радиоволн и др. Установка магнитометров на спутнике оказалась связанной с очень большими трудностями, зато теперь наша страна оказалась обладательницей не только единственного в мире специального морского судна для магнитных измерений — шхуны «Заря», но и столь же уникального космического «судна».

Вряд ли можно переоценить и значение установленных на спутнике приборов (пьезодатчиков), позволяющих определить число и энергию микрометеоритов — мельчайших небесных камешков, в огромном числе населяющих солнечную систему и врывающихся в земную атмосферу со скоростью до 70 километров в секунду. Эти исследования важны и для понимания ряда атмосферных процессов и, естественно, для будущего астронавтики.

Питание электроэнергией всех этих и других приборов и устройств спутника осуществлялось не только от совершенных аккумуляторных батарей, как на первых двух спутниках, но и с помощью солнечных батарей. Кремниевые полупроводниковые пластины превращали энергию солнечных лучей непосредственно в электрический ток. Главное назначение солнечной электростанции спутника заключалось, конечно, в проверке ее работоспособности в условиях космического полета. Кому не ясно, как заинтересована в этом астронавтика!

Сложным и многообразным было и радиооборудование третьего спутника. Тут и коротковолновая передающая станция «Маяк», непрерывно излучающая телеграфные посылки на волне 15 метров и предназначенная для того, чтобы в наблюдениях за спутником могли принять участие тысячи радиолюбителей всего мира; и радиотелеметрическая аппаратура, преобразующая показания всех приборов спутника в радиосигналы для передачи их на Землю; и специальная радиоаппаратура для измерения координат спутника, то есть местонахождения его в пространстве.

Немалую роль среди «вспомогательных служб» спутника играли устройства, поддерживавшие заданный температурный режим внутри него. Многочисленное оборудование спутника сделало эту задачу более трудной, чем для первых спутников. Поэтому, помимо прежних мер, вроде обеспечения циркуляции азотной «атмосферы» спутника, на третьем спутнике был применен и новый метод, впрочем, предложенный еще Циолковским. Спутник был снабжен поворотными жалюзи с электроприводом, способными то открываться, то закрываться, что изменяло свойства поверхности спутника в отношении поглощения и излучения тепла. Эти автоматические «истопники» спутника поддерживали в нем нужную температуру.

Как же осуществлялось управление всем сложным хозяйством спутника, требующим, как мы видели, самого разнообразного вмешательства? Эта роль была поручена специальному «мозгу» спутника — особому электронному программно-временному устройству. В нужные моменты оно включало и выключало приборы, открывало или закрывало створки жалюзи, «запоминало» показания приборов, а затем «выдавало» их наземным наблюдательным станциям, выполняло различные другие функции.

Каковы же итоги научных исследований, осуществленных с помощью первых советских спутников?

Полная обработка всех результатов проведенных исследований потребует значительного времени и труда больших коллективов ученых. Придется расшифровать сотни и тысячи различных показаний, переданных со спутников, подвергнуть анализу тысячи данных наземных наблюдений за ними. В этой работе будут использованы многочисленные электронно-счетные машины.

Но кое-какие важные выводы можно сделать уже сейчас. Запуск советских искусственных спутников Земли, несомненно, оправдал себя — он дал науке материалы неоценимого научного значения. Все теоретические расчеты и предположения советских ученых полностью подтвердились, научное оборудование спутников работало безупречно. Это является замечательным достижением передовой советской науки и вместе с тем всей мировой науки.



Уменьшение периода обращения первого советского спутника по измерениям, произведенным с помощью радиотелескопа Кембриджской обсерватории (Англия). Точки — данные измерений.

Главные наблюдения, связанные с первым советским спутником, относились к измерениям его орбиты, как и орбиты его ракеты-носителя. Прежде всего это касалось измерений периода обращения этих искусственных небесных тел. Первоначально они имели общий период обращения, равный 96,2 минуты. Затем из-за действия воздушного сопротивления и по другим причинам он стал уменьшаться. С течением времени уменьшение периода обращения становилось все более быстрым. Так, за месяц, с 9 октября по 9 ноября 1957 года, период обращения спутника уменьшился с 96 минут до 94,72 минуты, то есть на 77 секунд, а период обращения ракеты-носителя — с 96 минут до 93,48 минуты, то есть на 151 секунду. Это значит, что период обращения спутника уменьшался за этот месяц в среднем на 2,57 секунды в сутки, а ракеты-носителя — на 5 секунд в сутки. К концу же месяца, то есть 9 ноября, уменьшение периода обращения спутника составляло уже 2,94 секунды в сутки, а ракеты-носителя — 9,24 секунды в сутки.

Это ускоренное уменьшение периода обращения первого советского спутника можно проиллюстрировать, например, графиком, построенным по данным радионаблюдений Кембриджской радиоастрономической обсерватории в Англии. График построен для периода с 8 по 22 октября и отчетливо показывает все более быстрый темп снижения периода обращения спутника по времени.

Уменьшению периода обращения соответствовало и все более быстрое снижение спутника и ракеты-носителя, то есть уменьшение высоты апогея их орбит. В начале движения высота апогея спутника и ракеты-носителя была общей и составляла 947 километров. К 9 ноября высота апогея спутника составляла 810 километров, а ракеты-носителя — 695 километров. Через 58 дней после запуска ракета-носитель перестала существовать, пролетев примерно 39 миллионов километров и сделав 900 оборотов вокруг земного шара. Спутник же прекратил свое существование 4 января 1958 года, сделав примерно на 500 оборотов вокруг Земли больше, чем ракета-носитель, и пройдя на 20 миллионов километров больший путь.

Второй советский искусственный спутник свой тысячный оборот вокруг Земли завершил к 2 часам ночи 13 января 1958 года. За это время он прошел путь, равный 45,4 миллиона километров, то есть на 2,2 миллиона километров больший, чем путь первого спутника за то же число оборотов. Это легко понять: ведь второй спутник двигался по орбите большего радиуса, на большей высоте над Землей. Даже после тысячи оборотов период обращения второго спутника уменьшился лишь на 3,9 минуты, то есть вместо первоначального в 103,7 минуты стал равным 99,8 минуты. Этот период обращения все еще больше, чем первоначальный период обращения первого спутника. Высота апогея второго спутника уменьшилась за это же время на 370 километров, то есть до 1300 километров. 14 апреля 1958 года второй советский искусственный спутник Земли прекратил свое существование, совершив всего около 2370 оборотов вокруг Земли и пройдя путь более 100 миллионов километров.

Интересно продолжить сравнение траекторий первого и второго спутников.

Первый спутник просуществовал 3 месяца, пройдя всего немногим больше 59 миллионов километров. Когда прошло 3 месяца со дня запуска второго спутника (то есть 3 февраля 1958 года), то оказалось, что пройденный им путь равен... 59,3 миллиона километров и лишь немногим больше пути, пройденного за это же время первым спутником. Значит, средняя скорость движения обоих спутников была почти одинаковой. Зато второй спутник сделал за это время лишь 1312 оборотов вокруг Земли, тогда как первый спутник совершил примерно 1400 оборотов. Понятно, почему так: ведь среднее расстояние второго спутника от Земли больше, чем первого. Когда же и второй спутник завершил 1400-й оборот (9 февраля 1958 года), то его путь удлинился примерно на 6 миллионов километров по сравнению с расстоянием, пройденным за то же число оборотов первым спутником.

Точно так же можно сравнить движение второго и третьего спутников. Третий спутник завершил свой двухтысячный оборот вокруг Земли 8 октября 1958 года, пройдя за 147 суток путь в 92,6 миллиона километров, тогда как второй спутник это же число оборотов совершил за 138 суток (21 марта 1958 года), пройдя путь в 89 миллионов километров. Период обращения третьего спутника уменьшился при этом на 2,15 минуты, а второго спутника — на 9,5 минуты. Высота апогея уменьшилась, соответственно, на 195 и 900 километров. Это объясняется как большей начальной высотой апогея третьего спутника, так и его большей поперечной нагрузкой по сравнению со вторым спутником (см. сноску на стр. 107).

Из-за меньшей поперечной нагрузки ракеты-носителя третьего спутника по сравнению с самим спутником она погибла намного раньше спутника — 3 декабря 1958 года, совершив всего 2907 оборотов вокруг Земли и пройдя путь около 130 миллионов километров. Спутник же прекратил существование 6 апреля 1960 года на 10037 обороте, пройдя за 691 сутки свыше 448 миллионов километров.

Наблюдения за изменением периода обращения спутников позволяют уточнить наши знания о плотности воздуха на огромных высотах. В этом отношении советские ученые накопили уже огромный экспериментальный материал, причем определение плотности велось одновременно несколькими методами, дополняющими друг друга. В настоящее время впервые в истории плотность земной атмосферы уверенно определена до высот 600-800 километров. На этих высотах в одном кубическом сантиметре содержится от 2 до 20 миллионов частиц воздуха, то есть примерно в миллион миллионов раз меньше, чем у поверхности Земли. Плотность воздуха на высотах порядка 200 километров оказалась значительно большей, примерно в 5-10 раз, чем это предполагалось до запуска спутников по данным ракетных исследований. Выше оказалась и температура воздуха.

Представляют интерес наблюдения за вращением орбиты спутников. Как известно, плоскость орбиты из-за сплющенности земного шара медленно вращается относительно земной оси в направлении, противоположном вращению Земли, то есть на запад. Эта прецессия орбиты происходила со скоростью 2,5-3 градуса в сутки. Большая полуось эллиптической орбиты спутников также регрессирует, то есть движется против движения спутников по орбите, но с гораздо меньшей скоростью.

Выше уже упоминалось, что наблюдения за переменным блеском ракеты-носителя первого спутника позволили установить период ее обращения вокруг собственного центра тяжести. Он оказался равным одному — двум оборотам в минуту. Удалось установить, что обращается вокруг оси и сам спутник; такой вывод был получен в результате исследования радиосигналов, излучаемых спутником.

Более точно удалось изучить движение вокруг центра тяжести третьего спутника в связи с тем, что на нем был установлен прибор (магнитометр), с помощью которого можно было довольно точно установить ориентацию спутника в пространстве. Оказалось, что движение спутника довольно сложно — он вращается вокруг продольной оси, делая один оборот примерно за 18 минут, и, кроме того, сама эта ось совершает прецессионное движение вокруг оси, наклоненной к ней под углом 84 градуса, как это происходит с волчком. Период прецессии равен примерно 140 секундам. Следует отметить, что со временем под воздействием главным образом атмосферы и гравитационного поля Земли положение оси прецессии в пространстве изменяется, а скорость вращения в результате взаимодействия с магнитным полем Земли уменьшается.

Очень важным является вывод относительно гораздо меньшей метеоритной опасности для искусственных спутников и межпланетных кораблей, чем это предполагалось. За все время движения спутников был отмечен лишь один случай попадания в них значительного метеорита. Это случилось 6 мая 1958 года с третьим американским спутником: он был пробит метеоритом при прохождении через метеорный поток Акварид. Следует, однако, заметить, что число зарегистрированных столкновений спутников с микрометеоритами очень велико — для третьего спутника оно превосходило 600 в час на 1 квадратный метр его поверхности.

Наблюдения за ионосферой, выполненные во время работы радиостанций спутников, с несомненностью установили наличие волноводных каналов в ионосфере, а также позволили измерить концентрацию электронов на больших высотах, что очень ценно для будущего радиосвязи. Важные сведения получены по наблюдению так называемого эффекта Допплера (изменение частоты колебаний, принимаемых от движущегося излучателя), что также имеет большое научное и практическое значение, в том числе и для астронавигации. В частности, установлено, что с помощью этого эффекта можно с большой точностью измерять координаты спутника, то есть его положение на небе.

Исследования верхней атмосферы Земли, как и произведенные на третьем спутнике измерения ионного состава ионосферы, степени ионизации верхней атмосферы и другие, являются, без сомнения, одним из важнейших результатов исследований, выполненных с помощью искусственных спутников Земли. Они позволяют построить более правильную, чем раньше, модель земной атмосферы, играющей столь большую роль во всей нашей жизни. В частности, установлено, что земная атмосфера простирается на значительно большую (до 2-3 тысяч километров) высоту, чем предполагалось ранее.

«Лаборатория космического излучения» отчетливо установила наличие упоминавшегося выше геомагнитного широтного эффекта. С ее помощью получены новые сведения о магнитном поле Земли на больших высотах.

Особый интерес представляют полученные с помощью спутников и космических ракет сведения о совершенно новом излучении на больших высотах. Судя по предварительным данным, зарегистрированы две различные области с неизвестным ранее излучением. В высоких широтах, равных 55-65° в северном и южном полушариях, советские спутники установили наличие мощного потока заряженных частиц, создающего примерно в двести раз более интенсивное излучение, чем космическое. Такое излучение возникает в результате торможения этих частиц в оболочке спутника. Зона действия излучения представляет собой полое кольцо — ореол,— простирающееся на расстояние до восьми радиусов земного шара от его поверхности. Внутри этого кольца находится другая зона во много раз более мощного излучения, расположенная в экваториальной области. Эта зона обнаружена на высотах более 500-1500 километров как советскими, так и американскими спутниками.

Происхождение обнаруженного ореола излучения еще не совсем ясно. Очевидно, во внешней зоне оно создается главным образом электронами, выброшенными Солнцем, а во внутренней зоне — протонами и электронами, образующимися, как это предполагают ученые, при распаде нейтронов. Эти нейтроны образуются в земной атмосфере под действием космических лучей. Так или иначе, все указанные заряженные частицы оказываются в своеобразной «ловушке», образованной земными магнитными силовыми линиями (вспомните подобные же магнитные «ловушки», используемые советскими учеными в опытах по термоядерным реакциям, о которых говорилось выше). Вновь открытое излучение очень заинтересовало геофизиков, ибо оно может сильно сказаться на проблеме теплового баланса атмосферы и возможностях долгосрочного прогноза погоды. Не менее взволновало оно и астронавтов, так как может потребовать дополнительной экранировки будущих обитаемых спутников Земли, а может быть, и вовсе исключит некоторые наиболее опасные высоты для орбит таких спутников. Возможно, что и будущим межпланетным кораблям придется стартовать из околополярных районов, свободных от опасного ореола излучения и потому представляющих собой как бы распахнутые двери в Космос.

«Биологическая лаборатория» получила исключительно ценные данные о поведении Лайки как под действием инерционных перегрузок при взлете ракеты, так и в условиях невесомости.

Конечно, и третий спутник не является последним. За ним последуют другие, которые будут запущены как в нашей стране, так и за рубежом. Появятся более сложные спутники — с большим количеством приборов, с большим сроком жизни (вплоть до «тысячелетних»), большие по размерам. Диапазон исследований, осуществляемых с помощью спутников, будет непрерывно расширяться.

Крупнейшим шагом вперед будет создание спутников, которые смогут после выполнения своих функций совершить плавную посадку на Землю. Над созданием таких спутников уже работают ученые. Каждому понятно, в чем заключается значение этих «возвращающихся» спутников. Ведь как ни ценны сведения, которые могут сообщать спутники на Землю по радио и даже по телевидению, все же доставка приборов со спутника на Землю намного расширит возможности исследований с их помощью. Достаточно упомянуть хотя бы о пробах воздуха с огромных высот для определения его химического состава, о толстослойных фотографических пластинках, в эмульсии которых оставляют свой след космические частицы, и, конечно, о живых существах, совершивших экспериментальный полет в Космосе. Этот список можно было бы сделать очень длинным. Да и сам спутник, вернувшийся с заатмосферных высот на Землю, был бы неоценимым для науки прибором. Он «рассказал» бы о своих столкновениях с метеоритами и космической пылью, о воздействии на него всяческих излучений, о результатах бомбардировки ионами и электронами, которой он подвергался в космическом пространстве, и о многом другом.

Но, пожалуй, еще более важным является самый процесс посадки спутников, сопряженный с огромными трудностями. Наука еще далеко не до конца представляет себе пути решения этой важнейшей для судьбы астронавтики проблемы. Ведь до тех пор, пока не будет решена задача посадки космического корабля при возвращении на Землю, ни один корабль и не расстанется с Землей.

Ясно, конечно, что сначала подобную посадку должны будут осуществить ракеты без человека. Возможно, что для этого будут использованы специальные высотные ракеты, однако вероятнее всего — искусственные спутники, снабженные крыльями, двигателем и некоторым запасом топлива для перехода в планирующий спиральный полет к Земле и торможения при посадке. Может быть, понадобится и специальный тормозной парашют, подобный применяемым в настоящее время для уменьшения длины пробега скоростных самолетов при посадке, а также для спуска высотных ракет.

Первые «населенные» искусственные спутники с экипажем на борту должны быть значительно более сложными, чем автоматические «беспилотные» спутники. Человеку приходится создавать гораздо более «комфортные» условия, чем приборам и даже Лайке. Прежде всего это касается, конечно, герметической кабины, в которой будет находиться экипаж спутника и которая должна защитить его от всех вредных воздействий мирового пространства.

Впрочем, к решению задачи создания космического летательного аппарата наука и техника будут идти не только через создание автоматических ракет и спутников, способных совершить посадку на Землю. Уже сейчас созданы самолеты с жидкостными ракетными двигателями, способные совершать полеты на высотах 100-150 километров. От этих самолетов до населенных искусственных спутников не дальше, чем от спутников автоматических.

Но венцом усилий в создании искусственных спутников Земли будет постройка постоянного спутника с людьми — целой межпланетной станции.

Однако и в дальнейшем, когда вокруг Земли будут обращаться многие спутники, заселенные людьми, автоматические спутники найдут широкое применение. Такие спутники будут служить радиомаяками для штурманов самолетов и кораблей, прожекторами для освещения городов, ретранслирующими станциями радио— и телевизионных передач, космическими топливохранилищами для межпланетных кораблей.

И только время от времени работники отдела «путевого хозяйства» Службы межпланетных сообщений будут посещать их на своих быстроходных космических кораблях и осматривать все эти небесные тела, созданные человеком и поставленные им себе на службу.

Глава 12

ОСТРОВА У БЕРЕГОВ ЗЕМЛИ

Циолковский считал, что после первых успешных полетов космических ракет-спутников по орбитам вокруг Земли сначала без людей, а потом и с людьми, после выяснения многих вопросов, с которыми связано осуществление таких полетов, надо будет приступить к созданию постоянного спутника больших размеров, целого межпланетного города — острова у берегов Земли.

На этом острове должно находиться значительное население — большая группа специалистов, выполняющих многочисленные и важные обязанности. Время от времени эти специалисты будут заменяться другими, прибывающими с Большой Земли.

По мнению Циолковского, вслед за первым островом будут созданы и другие, разных размеров на разных высотах, в том числе и на очень значительных — 100, 150 тысяч километров.

Кондратюку принадлежит мысль о создании межпланетных станций, вращающихся не вокруг Земли, а вокруг Луны. Это были бы уже спутники спутника Земли — в природе подобные спутники спутников планет неизвестны. Затем такие же поселения могли бы быть созданы и вблизи других планет солнечной системы, в первую очередь около Венеры и Марса. Можно было бы создать и новые планеты, вращающиеся вокруг Солнца подобно первой советской автоматической искусственной планете, запущенной 2 января 1959 года.

Трудно переоценить роль, которую могли бы сыграть межпланетные станции в развитии науки. Обсерватория, устроенная на подобной станции, значила бы больше, чем все обсерватории мира, вместе взятые. Ведь такая обсерватория находилась бы по ту сторону многосоткилометрового слоя запыленной, мутной, несмотря на всю свою кажущуюся прозрачность, земной атмосферы, представляющей собой главное препятствие для многих и многих астрономических наблюдений. Неудивительно, что астрономы у нас на Земле упорно залезают со своими приборами на высокие горы, забираются в районы, славящиеся чистотой воздуха. И наиболее ценные результаты наблюдений получены именно такими обсерваториями.

Запыленность воздуха, которую мы не замечаем простым глазом, и непрерывное «кипение», перемешивание атмосферы становятся страшным злом, когда глаз вооружается мощным телескопом, чтобы с его помощью проникнуть далеко в глубь Вселенной. Именно эта неполная прозрачность воздуха ставит практически предел возможному увеличению, которое может быть получено с помощью астрономических инструментов. Практически используется увеличение не больше чем в 800 раз, хотя с помощью самых мощных из имеющихся телескопов можно получить увеличение и в несколько тысяч раз1.

Оптика позволила бы создать гораздо более совершенные астрономические инструменты, но их совершенство оказывается на Земле бесполезным — изображение становится мутным, расплывчатым, нечетким. Чем больше увеличение, тем сильнее проявляет себя недостаточная прозрачность атмосферы. Зачастую большой телескоп оказывается поэтому хуже, чем малый, а глаз астронома — лучше фотоаппарата. Это препятствие будет незнакомо астрономам межпланетной станции. И как им будут завидовать их земные коллеги!

На заатмосферной обсерватории можно будет наконец получить вполне достоверные фотоснимки Марса и других планет, до конца разгадать тайну «каналов» на Марсе, попытаться проникнуть через непроницаемую пелену облаков, окутывающих Венеру. Можно будет проверить правильность гипотезы советских астрономов о том, что Плутон — только самая крупная из небольших планет, образующих второе, внешнее, астероидное кольцо в нашей солнечной системе2. Можно будет рассмотреть многие новые галактики, значительно расширить пределы видимой нами части Вселенной — Метагалактики; ведь на спутнике не будет того мягкого, льющегося с ночного неба света, который является следствием собственного свечения воздуха в верхних слоях атмосферы и который мешает осуществлять длительные экспозиции при фотографировании слабых звезд. Можно будет увидеть планетные системы, подобные нашей солнечной, у звезд, находящихся на расстоянии десятков световых лет — для этого понадобится телескоп с зеркалом, всего в несколько раз большим, чем применяемые в настоящее время. Огромные возможности откроет применение электронного телескопа, который принципиально способен обеспечить гораздо большее увеличение, чем оптический (вспомните электронный микроскоп, увеличивающий в десятки и сотни тысяч раз!). К сожалению, эти чудесные потенциальные возможности электронного телескопа не могут быть использованы на Земле из-за вредного влияния атмосферы.

1 Каково это увеличение, можно судить по тому, что наибольший из телескопов, установленный в обсерватории на горе Паломар, в Калифорнии, и имеющий зеркало диаметром примерно 5 метров, позволяет увидеть горящую свечу на расстоянии 16 тысяч километров, а сфотографировать ее с втрое большего расстояния.

2 По другой гипотезе, Плутон был в прошлом спутником Нептуна.

Вот сколько увлекательных задач поможет решить такая обсерватория!

Земная атмосфера мешает астрономическим наблюдениям не только вследствие своей недостаточной прозрачности. Атмосфера рассеивает солнечный свет, и если мы обязаны этому рассеянному, диффузному свету замечательным голубым цветом неба, то астрономам этот свет причиняет массу неприятностей. Ведь именно поэтому рабочий день астрономов — это ночь, когда свет Солнца не мешает видеть звезды и планеты. Именно поэтому так дорожат астрономы мгновениями солнечного затмения, позволяющими фотографировать и изучать солнечную корону, которую нельзя видеть в ярких лучах Солнца ни в какое другое время.

На заатмосферной обсерватории все будет иначе. Слепящий блеск Солнца будет еще более ярким на фоне бархатно-черного неба, и все же он не будет затмевать холодного света немигающих, как бы замороженных звезд, заполняющих небосвод в гораздо большем числе, чем те 3000, которые, нам удается видеть с Земли даже в самые звездные ночи. Астрономам заатмосферной обсерватории удастся увидеть и сфотографировать еще ни разу никем не виданное зрелище — солнечную корону не затененного Луной Солнца, длиннейшие языки раскаленных газов — протуберанцы, вырывающиеся не из-за черного диска Луны, а непосредственно из пылающего дневного светила, затененного лишь... кусочком картона. И эта возможность будет предоставляться не на мгновения полного солнечного затмения1 а ежедневно на многие часы подряд. Точно так же можно будет наконец изучить как следует области неба, лежащие около Солнца. В частности, значительно облегчится наблюдение Меркурия, очень затрудненное на Земле из-за близости к Солнцу: он не отходит от пылающего солнечного диска больше чем на 18-20°.

1 В последние годы астрономы научились видеть и фотографировать солнечную корону не только во время затмения. Для этого применяется особый аппарат — коронограф, основанный либо на принципе борьбы с рассеянием света, либо на принципе использования очень узкого участка спектра. Однако наблюдение короны вне атмосферы будет неизмеримо более ценным хотя бы потому, что внешнюю корону и до сих пор удается наблюдать только во время полного солнечного затмения.

Заатмосферная обсерватория сделает возможным применение новых, более действенных методов астрономических наблюдений. Ведь с тех времен, когда люди впервые начали изучать небо, и, по существу, до последних лет единственным источником наших сведений о небесных телах было их видимое и только отчасти инфракрасное и ультрафиолетовое излучение. Спектральное разложение видимого света вызвало огромный прогресс в астрономии, позволило ученым установить химический состав звезд, находящихся на трудно поддающихся представлению расстояниях от Земли. Оно дало возможность определить температуру раскаленных небесных тел, законы их движения, состояние атомов в этих телах. Фотографии, сделанные в определенных лучах спектра, позволили советскому ученому Г. А. Тихову не только установить наличие растительной жизни на Марсе, но и определить отличия марсианской флоры от земной, положив начало новой науке о растительной жизни на планетах — астроботанике, и многое, многое другое. И все же в основе всех методов наблюдения оставался, по существу, один только видимый свет.



Марс в небе его спутника Деймоса

И только совсем недавно учеными был сделан новый шаг в направлении расширения средств познания Вселенной, шаг, который сразу привел к поистине замечательным результатам, — в астрономии было применено радио. Эта мысль возникла в 1928 году у советских ученых Л. И. Мандельштама и Н. Д. Папалекси. Они предложили послать в небо мощный радиолуч, который пробил бы «электрический потолок» Земли — ионосферу. Отражение такого луча от небесных тел можно было бы зарегистрировать земными приемниками. Эта мысль была практически осуществлена в 1946 году, когда было получено радиоэхо с Луны. В 1959 году учеными США такое же эхо было получено с Венеры.

Но разработанные для подобных целей чувствительные приемные устройства принимали какие-то радиосигналы и тогда, когда их никто с Земли не посылал. Оказалось, что сигналы приходят из глубин мирового пространства, что Солнце и звезды сами излучают радиоволны. Этим было положено начало радиоастрономии, за несколько лет сделавшей замечательные открытия: были открыты невидимые источники радиоизлучения, названные радиозвездами и радиогалактиками; обнаружено, что излучает радиоволны несветящийся и потому невидимый газ — водород; установлено, что излучают радиоволны Солнце, Луна, Марс, Венера, Юпитер и т. д.

В последнее время было с несомненностью установлено, что источником особо сильного радиоизлучения являются так называемые новые и сверхновые звезды. Мощные потоки радиолучей, идущие из глубин Космоса1, являются в этом случае отзвуками тех таинственных процессов, которые происходят внутри звезд и заставляют вдруг некоторые из них раздуваться подобно колоссальному мыльному пузырю, отчего скромная, едва видимая, а то и вовсе невидимая звездочка начинает внезапно ослепительно сиять на ночном небосводе. Недавно было обнаружено, что мощное радиоизлучение, идущее из созвездия Лебедь, вызвано происходящим столкновением двух огромных туманностей, или звездных систем (галактик). Конечно, сама звезды, вероятнее всего, не сталкиваются — они находятся на слишком больших расстояниях друг от друга. Зато с огромной скоростью сталкивается разреженный газ, заполняющий пространство между звездами; это и служит, вероятно, источником излучаемых радиоволн.

1 Конечно, космические радиоизлучатели имеют огромную мощность, неизмеримо большую, чем мощность всех земных радиостанций, вместе взятых. Но к нам на Землю эти радиолучи доходят уже очень слабыми — ведь они излучаются во все стороны и проходят огромное расстояние. Общая мощность всего достигающего Земли радиоизлучения равна примерно 1 ватту. Понятно, почему для изучения радиоизлучения Вселенной приходится строить огромные радиотелескопы, обладающие высокой чувствительностью, — ведь мощность регистрируемых ими радиосигналов по крайней мере в пятьдесят раз меньше, чем собственный шумовой фон усилителя. Это значит, что радиоастрономии приходится решать примерно такую же задачу, какая стояла бы перед человеком, которому нужно было бы расслышать шепот другого человека, стоящего в большой толпе разговаривающих людей. Поэтому приходится устраивать огромные, диаметром до 75 метров, зеркала, собирающие радиолучи Вселенной и концентрирующие их на расположенной в центре зеркала антенне — принимаемые сигналы усиливаются при этом в десятки тысяч раз.

К сожалению, на земной поверхности мы можем наблюдать далеко не все излучение мирового пространства. По существу, до нас доходят только лучи, как бы прорывающиеся через два узеньких окошка: обыкновенный видимый свет, и радиолучи с длиной волны примерно от 1 сантиметра до 20 метров. Все остальные лучи поглощаются земной атмосферой: и радиолучи с длиной волны больше 20 метров, и электромагнитное излучение с длиной волны меньше 1 сантиметра, и большая часть инфракрасного и ультрафиолетового излучения, и рентгеновское излучение с длиной волны меньше одной десятимиллионной миллиметра.

Иное дело — на заатмосферной обсерватории. Весь спектр электромагнитного излучения вещества станет в руках астрономов этой обсерватории активным орудием изучения Вселенной. Это будет могучее оружие, ибо установлено, например, что наша звездная система гораздо более «прозрачна» для некоторых радиоволн, чем для видимого излучения. И кто знает, какие новые формы существования бесконечной материи удастся открыть с помощью этого средства познания?

Не в меньшей степени это касается и корпускулярного излучения Вселенной, то есть потоков материальных частиц, которые мчатся на Землю из глубин Космоса и в своем абсолютном большинстве «погибают» в атмосфере. Только вне атмосферы на искусственном спутнике появится наконец возможность всестороннего изучения этих потоков.

И еще один вид астрономических наблюдений, совершенно невозможный на Земле, станет заурядным на заатмосферной обсерватории: появится наконец возможность изучения планеты, о которой мы знаем так много и вместе с тем так мало. Речь идет о планете, на которой мы с вами живем. Как много ценного можно было бы получить, если бы хоть одному из земных жителей удалось взглянуть на Землю со стороны,, издалека.

Если бы нам удалось взглянуть на нее глазами «постороннего», то это оказало бы большую помощь земным астрономам в изучении других планет. Достаточно указать, например, на то, что астрономы знают способность отражать солнечный свет, так называемое альбедо («альбедо» по-испански — «белизна»), других планет, но не знают альбедо Земли, и это не позволяет с достаточной достоверностью судить о характере поверхности планет1.

С искусственного спутника Земли можно будет осуществлять и многие наблюдения, непосредственно касающиеся нашей земной жизни, изучать многие земные явления, недоступные для изучения с Земли. Ведь с наблюдательного пункта, лежащего на большом расстоянии от земной поверхности, можно охватывать глазом огромные пространства. Это открывает совершенно новые возможности в отношении геофизики, картографирования, метеорологии. Чего стоит одно наблюдение за движением грозовых фронтов или облаков одновременно на миллионах и десятках миллионов квадратных километров земной поверхности!2 Служба предсказания погоды обогатилась бы ценнейшим орудием и стала бы действовать гораздо более уверенно. А, например, наблюдения за передвижкой льдов в полярных районах и многое другое. Некоторые виды таких наблюдений уже осуществляются с помощью стратосферных ракет. Но разве можно сравнить ценность наблюдений, длящихся мгновения, с постоянными, длительными, непрерывными наблюдениями на спутнике?

1 Об отражательной способности земной поверхности удается судить только по так называемому пепельному свету Луны, когда она освещена отраженным светом Земли во время новолуния.

2 Например, со спутника, находящегося на высоте 35 800 километров, то есть имеющего период обращения, равный земным суткам, можно видеть земную поверхность площадью около 50 миллионов квадратных километров, причем угол зрения составит при этом всего 17°.

Наряду с астрономами, метеорологами, картографами попасть в заатмосферную лабораторию стремились бы и другие ученые. Физико-химики получили бы для исследования свойств молекул и атомов необычайно благоприятные условия, не осуществимые пока на Земле: небывалый, практически абсолютный вакуум, большой температурный диапазон с возможностью использовать наиболее низкие температуры неограниченно долго, а не в течение лишь очень коротких промежутков времени, как это пока возможно на Земле, мощный поток электромагнитного и корпускулярного излучения. Биологи и физиологи изучали бы действие мирового пространства на различные стороны жизни. Магнитологи получили бы в свои руки новое оружие исследования магнитного поля Земли, природа которого до сих пор остается загадкой для науки, и, в частности, влияния на это поле магнитных бурь на Солнце; могли бы установить наконец, является ли земной шар вместе с атмосферой нейтральным или электрически заряженным телом. Ядерные физики «блаженствовали» бы в мощных потоках неослабленных космических лучей и т. д. Не исключено, что спутники позволили бы получить ответ на некоторые вопросы, волнующие ученых. Например, позволили бы проверить вывод теории относительности о «замедлении времени» при больших скоростях движения (время на спутнике должно идти медленнее, чем на Земле) или вывод этой же теории относительно искривления лучей света под действием силы тяготения; помогли бы прояснить природу таинственного «красного смещения» спектра галактик, на основании которого делается вывод о непрекращающемся «разбегании» галактик, то есть их удалении от Солнца, и др.



Радиотелескоп — установка для приема радиоизлучения Вселенной. Этот телескоп построен в Англии в 1957 году; его диаметр равен 76 метрам, вес — 2000 тонн.

Искусственный спутник был бы неоценимой по значению солнечной лабораторией, изучающей жизнь Солнца, процессы на нем, играющие большую роль в нашей земной жизни. Для полноты таких исследований спутник должен совершать свои полеты вокруг Земли по крайней мере в течение нескольких оборотов Солнца вокруг своей оси, а ведь один оборот Солнце делает за 27 дней1.

1 Земному наблюдателю кажется, что Солнце делает один оборот за 27 дней, но в действительности он длится лишь 25 дней — это объясняется тем, что Земля сама движется вокруг Солнца в том же направлении. Эта скорость вращения относится к экваториальной части Солнца. Вблизи солнечных полюсов оно гораздо медленнее.

Чрезвычайно ценным свойством обсерватории на спутнике была бы возможность осуществлять наблюдения непрерывно, вне зависимости от времени дня или года, вне зависимости от влияния погоды, причиняющей столько неприятностей астрономам на Земле.

Но наблюдение и изучение Вселенной не исчерпывает всех возможностей искусственного спутника. Наряду с такой пассивной ролью, весьма, конечно, важной, спутники в состоянии осуществлять и очень активное вмешательство в земные дела. Они могут принести большую практическую пользу людям. В настоящее время можно наметить только некоторые методы подобного вмешательства, но нет сомнения, что в будущем, по мере увеличения числа спутников и накопления опыта, будут найдены всё новые и новые формы использования этих искусственных филиалов Земли на небе.

По существу, уже метеорологическая служба спутников представляет собой весьма активную их роль. Не меньшее значение могут иметь такие спутники в качестве станций ретрансляции передач телевидения. В настоящее время любоваться у себя дома волшебным искусством мастеров балета Большого театра, видеть, сидя в удобном кресле у телевизора, прославленные спектакли МХАТа или спортивные состязания, идущие на московском Центральном стадионе имени В. И. Ленина, — короче говоря, использовать чудеса телевидения, этого замечательного достижения человеческого гения, могут только счастливчики, живущие на расстоянии не более чем 100 с небольшим километров от знаменитой Шаболовки — улицы в Москве, на которой находится Московский телецентр. Это объясняется тем, что телепередачи ведутся с помощью очень коротких радиоволн, длиной в несколько метров, а эти волны слабо отражаются от ионосферы. Поэтому передачи на таких волнах уверенно можно принимать только в так называемой зоне прямой видимости передающей станции, куда непосредственно проникают излучаемые ею прямые радиолучи.

Если же снабдить искусственный спутник Земли ретранслирующей станцией, принимающей передачи телецентра и передающей их вновь, то дальность передач может быть неизмеримо большей. Зона прямой видимости со спутника столь велика, что с помощью всего трех-четырех плавающих вокруг Земли по «суточной» орбите ретранслирующих станций можно было бы, например, обслужить телепередачами такие пространства, на которых проживает до 90 процентов всего населения земного шара. Эта цепь спутников могла бы быть полезной не только для телевидения, но и с успехом заменила бы все земные радио— и телеграфные станции, избавила бы радиосвязь от неизбежных на Земле помех, сэкономила бы миллионы тонн кабеля и проводов.

С помощью спутников можно улучшить использование энергии Солнца на службе человечества. Одна из таких возможностей связана с ночным освещением больших городов. Мощные зеркала, установленные на искусственном спутнике, могли бы посылать отраженные солнечные лучи на Землю в ночные часы, когда на Земле Солнце уже зашло, а высоко летящий над Землей спутник все еще купается в солнечных лучах. Несколько спутников со специально подобранными орбитами могут сделать московскую ночь светлой, как день, без затраты электрической энергии. Вечное бесплатное освещение...

Исключительно богаты возможности использования искусственных спутников в науке, технике, народном хозяйстве, как указывал еще сам автор этой идеи — Константин Эдуардович Циолковский. И только лишним доказательством разложения части буржуазных ученых, поставивших себя на службу поджигателям войны, является чудовищное извращение этих высокогуманных идей Циолковского — намерение превратить спутники в оружие массового уничтожения людей. Но победа останется за передовой наукой, строящей светлое будущее человечества, а на всех и всяческих изуверов от науки прогрессивное человечество сумеет надеть смирительные рубашки.

Весьма важное значение придавал Циолковский спутникам и в решении проблемы межпланетных сообщений. В настоящее время это значение является общепризнанным. Даже простейший межпланетный полет — на Луну, с посадкой на нее и возвратом на Землю — при современном уровне развития реактивной техники практически невозможен, об этом будет идти речь в следующих главах. Однако не только этот, но и более сложные межпланетные полеты становятся возможными уже сейчас при использовании спутников в качестве своеобразных заправочных колонок в мировом пространстве. На таких спутниках могут быть постепенно накоплены запасы топлива, которыми межпланетные корабли смогут затем пользоваться для пополнения своих опустевших баков.

Не меньшее значение спутники могут иметь в качестве пересадочных станций для межпланетных пассажиров. В межпланетных сообщениях самый выгодный полет — это полет с одной или даже несколькими пересадками. «Прямое сообщение» в этих случаях связано с очень уж большими трудностями. Впрочем, опасаться пересадок будущим межпланетным пассажирам нечего — пересадочные станции будут иметь максимум удобств, включая возможность переговоров по радиовидеотелефону с товарищами на Земле. Расписание межпланетных поездов будет согласовано так, что ждать на станции долго не придется, только-только бы успеть пообедать, и никаких опозданий четкая работа службы межпланетных сообщений, конечно, не допустит.

Жить и работать на искусственном спутнике будет интересно и увлекательно и вместе с тем, вероятно, не многим труднее, чем на какой-нибудь дальней зимовке у нас на Земле. «Малая Земля» не только защитит своих жителей от опасного соседства мирового пространства — встреч с метеоритами, вредного излучения, жестокого холода, — но и создаст им максимальный комфорт. Внутри такого спутника благодаря автоматическим установкам кондиционирования воздуха будет всегда свежий воздух и тепло — в этом отношении люди уже накопили достаточно большой опыт. Очищенный от вредных продуктов дыхания, воздух будет обогащаться кислородом, увлажняться и даже насыщаться легкими, приятными ароматами, так что в жилых помещениях спутника будет создаваться то бодрящая атмосфера весеннего утра, то напоенное далекими запахами цветов дыхание теплого осеннего вечера.

Но не одни только баллоны с жидким кислородом будут поставщиками этого «эликсира жизни» на спутнике. Циолковский не только выдвинул идею, но и произвел расчеты оранжерей, растения которых способны поглощать выделяемую обитателями спутника углекислоту и вырабатывать с помощью хлорофилловых зерен зеленых листьев живительный кислород1. Чудесное содружество растительного и животного мира, перенесенное с Земли на спутник, не только обеспечит его обитателей свежим воздухом, снабдит их овощами и фруктами, но и украсит спутник вечно цветущим садом, заполнит вазы в жилых помещениях пассажиров цветами.

1 Развивая эти идеи Циолковского, Цандер еще в 1915-1917 годах построил оранжерею астронавтического типа и выращивал в ней овощи. В последнее время широко обсуждаются возможности использования на искусственных спутниках различных водорослей. В частности, наиболее многообещающими кажутся обладающие многими замечательными свойствами водоросли хлорелла. Это — необычное растение, оно не имеет стебля, корней, листьев, цветов и семян, то есть всего того, что является характерным для обычных растений. Хлорелла проводит всю свою жизнь в воде, она имеет микроскопические размеры — в 1 куб. сантиметре воды находится до 40 миллионов этих невидимых простым глазом растений. Хлорелла производит рекордное количество кислорода, поглощая соответствующее количество углекислоты. Специальные исследования показали, что для поглощения всей углекислоты, выделяемой одним человеком, и снабжения его кислородом достаточно всего 2,3 килограмма хлореллы. Вместе с тем хлорелла содержит в себе многие весьма ценные питательные продукты, так что это замечательное растение является не только фабрикой кислорода и химической установкой для поглощения углекислоты, но и кухней для приготовления пищи! Следует отметить, что большей частью кислорода в земной атмосфере мы также обязаны именно водорослям.

Однако надо иметь в виду и то, что растения могут, как это показали недавние исследования (журнал «Авиейшн Уик», сентябрь, 1957 г.), оказаться и ядовитыми и представить серьезную опасность для астронавтов при длительном их пребывании на корабле. Оказывается, поврежденные растения вместо кислорода могут выделять... угарный газ! Этот же газ содержат и мертвые растения. Астронавты должны проявлять осторожность.

Отсутствие воздуха вне спутника не помешает пассажирам совершать, при желании, небольшие экскурсии в мировое пространство. Для этого они должны будут надеть специальные межпланетные костюмы, внешне похожие на водолазные скафандры, но гораздо более сложно устроенные1.

1 Эта идея также принадлежит Циолковскому. Интересно, что костюмы, весьма похожие на будущие межпланетные скафандры, уже применяются в авиации для летчиков высотных самолетов. Их цель — спасти жизнь летчика при аварии герметической кабины самолета. Если давление в кабине внезапно падает, то костюм автоматически надувается. Это позволяет летчику снизить самолет до безопасных высот.

Ткань этих костюмов должна быть достаточно прочной, чтобы выдержать удары хотя бы крохотных небесных камней и внутреннее давление в костюме, которое будет создаваться установкой кондиционирования воздуха. Ткань костюма должна защищать также от вредного действия различных излучений, пронизывающих мировое пространство. Возможно, что целесообразно будет изготовить межпланетные скафандры из металла с гибкими «гармошками» во всех сочленениях.

Через люк-тамбур, служащий своеобразным шлюзом, пассажиры спутника выберутся наружу, превратившись в самостоятельных спутников Земли. Только там, вне стенок спутника, могут быть осуществлены многие ценные научные наблюдения. Да и вообще такая возможность погулять вне спутника окажется ценной во многих случаях, когда нужно произвести ремонт снаружи, установить новое оборудование на внешней поверхности спутника, при ведении строительных работ во время его сооружения и т. д. Поэтому громоздкий костюм астронавтов должен обеспечивать подвижность рук, ног и даже пальцев.



В оранжерее межпланетной станции.

Каждый экскурсант будет снабжен разнообразным оборудованием, необходимым для пребывания вне спутника в течение нескольких часов. Прежде всего, конечно, на спине у него будет укреплена небольшая портативная установка для создания внутри скафандра атмосферы, необходимой для жизни человека. Состав воздуха внутри скафандра, давление и температура должны быть привычными для человека. Кислород, необходимый для дыхания, может содержаться в небольших баллонах или, что предпочтительнее, поставляться специальной химической «фабрикой кислорода». Подобные установки так называемого «галетного» типа уже находят применение, в частности, в высокогорных экспедициях альпинистов — с их помощью, между прочим, была покорена высочайшая вершина мира — Эверест, или Джомолунгма. В оборудование каждого «пловца» в мировом пространстве войдут и различные электротехнические установки — крохотная приемо-передающая радиотелефонная станция, фара наружного освещения, которая может оказаться полезной для осмотра не освещенной Солнцем поверхности спутника, а также сухая батарея для их питания. Каждый «пловец» будет, вероятно, снабжен и специальным, возможно пневматическим, пистолетом, конечно, не для охоты на космических зайцев, а для передвижения вдали от спутника с использованием отдачи при выстреле из пистолета — иначе случайный толчок может сделать это путешествие вне спутника если и не вечным, то уж очень длительным. Кстати сказать, пользоваться этим пистолетом надо будет умеючи — сила его реактивной отдачи должна проходить точно через центр тяжести тела стрелка, так как иначе он начнет после выстрела неминуемо вращаться в пространстве. Это будет очень неприятно: выйти из такого вращения будет нелегко, может быть, даже невозможно без посторонней помощи. Поэтому, надо полагать, все экскурсанты, дерзнувшие покинуть спутник, должны будут привязываться к нему тонким тросом. Так вернее!



Искусственный спутник в виде «бублика».



Так может выглядеть межпланетный скафандр.

Но не слишком ли много мы нагрузили на наших экскурсантов, не тяжеловато ли будет им «плавать» в мировом пространстве в таком снаряжении? Нет, конечно, ибо все, что находится на спутнике, в том числе и летящие рядом с ним экскурсанты, ничего не весит. Однако эта невесомость, удобная в данном случае, представляет собой, пожалуй, наиболее неприятную особенность жизни на спутнике.

Что же это значит: «ничего не весит»? Разве пассажиры спутника и все предметы на нем перестают притягиваться Землей? Нет, конечно, они притягиваются по-прежнему, и только на высотах, во много раз больших, сила притяжения становится существенно меньшей. Здесь дело совсем в другом.

В чем проявляется на Земле наш вес? В том, что опора, на которой мы находимся — пол, стул, почва и т. д., — мешает нам падать к центру Земли, в котором мы обязательно очутились бы под действием силы тяготения, если бы у нас не было опоры. Сила давления, которое мы оказываем на опору, и есть наш вес. Если угодно, эту силу можно измерить: для этого достаточно подложить под опору мощную пружину. Под действием нашего веса пружина сожмется, и если мы знаем, какая сила нужна для такого сжатия, то тем самым узнаем и наш вес.

Уберем опору из-под наших ног — и мы сейчас же начнем падать к центру Земли. Мы будем падать все быстрее и быстрее; скорость нашего падения будет стремительно расти — каждую секунду она будет увеличиваться почти на 10 метров в секунду, если не учитывать сопротивления воздуха. Это и есть ускорение свободного падения.

Что же произойдет с пружиной, если мы вместе с опорой действительно окажемся в состоянии свободного падения, то есть будем свободно, без каких бы то ни было помех, падать к центру Земли? Очевидно, что пружина не будет более сжата, так как опора уже не препятствует нам падать.

Можно представить себе и другие случаи падения, когда пружина будет все-таки сжата, но слабее, чем вначале, — например, такой случай, когда пружина сжата наполовину слабее и мы, значит, весим вдвое меньше обычного. Очевидно, для этого мы должны падать к центру Земли, но не с ускорением свободного падения, а с вдвое меньшим ускорением — наша скорость должна увеличиваться каждую секунду только на 5 метров в секунду.

А может ли пружина сжаться сильнее, чем вначале, можем ли мы весить больше, чем обычно? Очевидно, да, только для этого мы должны вместе с опорой «падать вверх», должны удаляться от центра Земли со все растущей скоростью. Так будет, например, при взлете межпланетного корабля (вспомните пушку Жюля Верна).

Выходит, что по сжатию пружины мы можем судить о величине и направлении ускорения нашего движения, а это часто бывает необходимо, и не только в астронавтике. На этом принципе устроен очень важный прибор — акселерометр, измеритель ускорений. Без этого прибора не тронется в путь ни один межпланетный корабль. В акселерометре массивное кольцо скользит по гладкому штифту, опираясь на пружину. С кольцом связана стрелка, указывающая степень сжатия пружины и, следовательно, величину ускорения движения акселерометра.

Вот наш акселерометр установлен на ракете. Сначала ракета стоит неподвижно на Земле — стрелка показывает на единицу. Это значит, что на пружину акселерометра действует только обычный вес кольца. Теперь ракета взлетает — пружина сжата, и стрелка показывает уже не 1, а,



Прибор, позволяющий судить об ускорении межпланетного корабля и о том, сколько весят его пассажиры. Этот прибор называется акселерометром — «измерителем ускорения». Слева — корабль неподвижен или движется с постоянной скоростью. Стрелка акселерометра показывает 1, вес пассажиров обычный. В середине — корабль взлетает, его скорость непрерывно увеличивается. Стрелка акселерометра показывает 4, это значит, что пассажиры весят в 4 раза больше обычного. Справа — корабль летит с остановленным двигателем, следовательно, свободно падает на Землю. Кольцо акселерометра, а значит, и пассажиры корабля ничего не весят. Стрелка показывает 0.
допустим, 4. Это значит, что ускорение взлетающей ракеты в 4 раза больше ускорения свободного падения, вес кольца в 4 раза превышает обычный1. Но вот двигатель ракеты остановился, и она сейчас же начала свободно падать на Землю (конечно, при этом вначале она будет продолжать двигаться вверх за счет накопленной скорости, затем на мгновение остановится и потом начнет движение вниз, к Земле) — стрелка акселерометра показывает на нуль; теперь пружина уже вовсе не сжата, кольцо ничего не весит.

1 При вертикальном взлете скорость ракеты в этом случае будет увеличиваться не в 4 раза, как в случае свободного падения, а только в 3 раза — ведь ускорению, которое приобретает ракета под действием двигателя, противодействует ускорение свободного падения.

Поэтому, например, если стрелка акселерометра показывает в полете 1, то это значит, что ракета просто неподвижно висит в воздухе. Об этом влиянии земного притяжения подробнее рассказывается в главе 17.



Как происходит сгорание капли топлива в условиях невесомости: вверху — фотографии пламени при сгорании капли, внизу — фотографии газов и нагретого воздуха у горящей капли; а — в обычных условиях; б — при невесомости.

То же самое происходит и на спутнике, ибо и он со всем содержимым свободно падает на Землю — все, как говорил Циолковский, увлекается на спутнике одним потоком. На таком спутнике все невесомо. Эго делает жизнь на нем не только очень необычной, но, надо признаться, и малоприятной. Вероятно (как об этом будет сказано ниже, в главе 21, специально посвященной этому важнейшему для всей проблемы межпланетных сообщений вопросу), человек не сможет находиться долгое время в условиях невесомости, и потому придется принимать меры для создания искусственной тяжести на спутнике.

Из-за отсутствия веса на спутнике исчезнет представление о том, где верх и где низ, столь привычное для жителей Земли.

Для того чтобы все-таки ходить на ногах, а не на голове, может быть, придется снабжать подошвы ботинок сильными магнитными подковками. Впрочем, понятие «ходить» в этих условиях тоже наполняется необычным смыслом. Мы можем передвигаться по Земле благодаря наличию трения между подошвами и почвой, но это трение возникает только потому, что нас прижимает к почве наш вес. Если нет веса, то нет и трения, и обычное хождение будет невозможным. Вероятно, стены кают и коридоров на спутнике придется снабдить множеством ручек и петель, чтобы люди могли передвигаться с их помощью. Эти стены, а также пол и потолок (впрочем, это разделение становится в данном случае весьма условным) придется покрыть толстым слоем мягкой обивки, иначе неосторожные движения обитателей спутника, которые способны унести их в самом неожиданном направлении, могут закончиться для них ссадинами и ушибами.

У нас на Земле сила тяжести осуществляет непрерывное тепловое перемешивание атмосферы. Если не предусмотреть на спутнике хитроумной вентиляции всех помещений, то люди будут задыхаться в продуктах своего собственного дыхания, мучиться от жары, «закутанные» в неподвижный слой нагретого их телом воздуха, а спичка или папироса погаснут из-за отсутствия кислорода. Это и наблюдалось в опытах, поставленных для изучения сгорания в условиях невесомости. Для этих опытов использовалась специальная стеклянная камера, внутри которой происходило сгорание капли топлива. Когда камера была неподвижной, то пламя горящей капли было обычным, но если капля горела в свободно падающей камере (эту камеру просто сбрасывали с некоторой высоты), то пламя свертывалось в шар и вскоре гасло. Чтобы раскрыть причины этого, с помощью специальных приборов фотографировали обычно невидимый воздух у горящей капли, и все сразу стало ясным. Когда камера была неподвижна, то образующиеся у самой капли продукты сгорания быстро поднимались кверху, так как они легче окружающего более холодного воздуха. Иное дело — в свободно падающей камере. Здесь веса нет, и потому продукты сгорания продолжают оставаться у горящей капли, укутывая ее шаровой газовой подушкой, не позволяющей свежему воздуху подойти к капле. Понятно, что сгорание капли вследствие этого прекращалось.

Попить на «невесомом» спутнике можно, лишь всасывая жидкость через специальные трубки или же пользуясь пластмассовыми тюбиками, вроде употребляемых для зубной пасты, из которых жидкость можно выдавливать прямо в рот. Ведь из опрокинутого графина вода не выльется в подставленный стакан, а если ее все-таки вытряхнуть туда, то она не заполнит его, как мы к этому привыкли на Земле, а расползется слоем по его стенкам или же соберется под действием поверхностного натяжения в шар. Неосторожное движение — и различных размеров шарики воды, супа или какао начнут передвигаться внутри кабины по всевозможным направлениям. Такие летающие шарики воды можно было видеть, когда демонстрировался фильм, снятый на самолете во время исследования невесомости. Впрочем, в другом аналогичном фильме «летал» в кабине уже сам летчик, точнее — пассажир самолета.

Вот почему организация питания Лайки на втором советском искусственном спутнике была совсем не простым делом. Нужно было в строго определенное время, в соответствии с предварительной тренировкой, выдвигать перед собакой специальные сосуды с пищей (впрочем, путем тренировки можно приучить собаку пользоваться постоянными сосудами).

Но, надо думать, на спутнике будет создана искусственная «тяжесть» и его обитателям не придется испытывать «экзотических» переживаний. Во всяком случае, авторы довольно многочисленных уже проектов спутников стремятся преодолеть невесомость на них, создать искусственное ощущение тяжести. Для этого предлагается единственно возможное средство — вращение.

В главе 3 уже шла речь об инерционных перегрузках, возникающих, когда скорость движения резко изменяет свою величину или направление. Эти перегрузки могут во много раз увеличить наш вес, когда происходит взлет космического корабля, но они же могут и восстановить вес, когда он исчезнет на спутнике. Для этого надо заставить спутник вращаться так, чтобы возникающее при вращении ускорение было равно ускорению земного притяжения. Впрочем, это ускорение может быть и меньшим, тогда вес на искусственной планете будет меньше земного и равен, допустим, весу на Марсе или Луне. Идея создания искусственной тяжести в виде силы инерции, возникающей при вращении, принадлежит также Циолковскому.

Конечно, аналогия искусственной тяжести, возникающей при вращении спутника, с настоящей тяжестью будет неполной. Пока пассажиры будут находиться в покое, никакого различия между искусственной и настоящей тяжестью они установить не смогут, но стоит им начать двигаться или вступить во взаимодействие с движущимися предметами, как сразу же возникнут необъяснимые на первый взгляд явления.

Представьте себе, что вы лежите на койке в каюте спутника, на котором создана искусственная тяжесть вращением спутника вокруг оси. Примерно в метре от вас на стене висит барометр. Вдруг он срывается со стены — обломился крючок. Вы сохраняете спокойствие — барометр упадет на почтительном расстоянии, вам ничто не грозит. Но увы, так было бы на Земле, где предметы имеют обыкновение падать по вертикали, отвесно. За незнание особенностей жизни на спутнике с искусственно созданной тяжестью вы сейчас же наказываетесь — падающий барометр описывает какую-то чудодейственную кривую и... обрушивается на вашу голову. Потирая ушиб, вы изучаете таинственный барометр, пытаясь выяснить причину столь необъяснимого поведения. Конечно, опыт должен быть повторен, иначе разгадку не найти.

Результаты первого невольного опыта еще так впечатляюще живы в вашей памяти, что на этот раз вы избираете более невинный объект для исследований — мячик для настольного тенниса. Вы решаете бросить его вверх — интересно, что случится с мячиком, полетит ли он действительно к потолку или тоже начнет куролесить по каюте. Ну так и есть, опять загадка! Мячик долетает до потолка, но стукается об него совсем не там, где это случилось бы в обычных условиях на Земле, а в стороне на метр с лишним, описывая в воздухе кривую. Но что это? Отскочив от потолка, мячик летит совсем не по прежней кривой, он вычерчивает в воздухе какую-то замкнутую фигуру и... шлепается прямо вам в руки. Что за чудеса?

Подумав, вы начинаете понимать, в чем дело. Вы вспоминаете, как гигантский маятник, подвешенный под куполом Исаакиевского собора в Ленинграде, на ваших глазах начинал отклоняться от вертикали, уходя от нанесенной на полу черты все дальше на восток. Ведь этот маятник Фуко, как его называют, служит одним из доказательств вращения Земли — не то же ли самое происходит и на спутнике, вращающемся вокруг оси? Все эти непонятные явления на спутнике связаны с действием силы инерции, всегда появляющейся при движении во вращающейся системе и носящей название силы Кориолиса, по имени открывшего ее итальянского ученого. Эта же сила вызывает такие грозные и важные для всей жизни на Земле явления, как циклоны и антициклоны, она отклоняет течение рек и т. д.



Искусственная тяжесть создается вращением.



«Чудеса» искусственной тяжести: 1 — так упал бы барометр на Земле; 2 — траектория падения барометра, как она представляется пассажиру корабля; 3 — та же траектория в представлении постороннего наблюдателя.

Вам все стало бы сразу ясно, если бы вы наблюдали за всеми событиями на спутнике, находясь не внутри, а вне его. При таком взгляде со стороны вы увидели бы, как барометр, сорвавшийся со стены, стал двигаться вовсе не вертикально вниз, как это было бы в условиях нормального тяготения, а полетел бы в сторону. Понятно, почему это так: падающий барометр движется со скоростью, которую имел поддерживавший его крючок. С интересом глядя на дальнейшие события, развертывающиеся в каюте спутника, вы видели бы, как каюта вращается вместе со всем спутником, и так как пол каюты находится на большем расстоянии от оси вращения, чем крючок, на котором висел барометр, то он движется с большей скоростью, чем этот крючок. Именно поэтому барометр упал не по вертикали, а отклонился в сторону, противоположную направлению вращения спутника (как пол Исаакиевского собора отстал от маятника). Ну, то, что он угодил как раз в вашу голову, не более чем невезение! Конечно, со временем обитатели спутника могли бы привыкнуть к особенностям искусственной «тяжести». Правда, для этого требуется одно необходимое условие — угловая скорость вращения должна быть достаточно мала, чтобы не вызывать раздражения вестибулярного аппарата пассажиров спутника.

Нужно сказать, что вращение спутника связано со многими неудобствами — его конструктивным усложнением, затруднениями в отношении ведения научных наблюдений, в особенности астрономических, и другими. Только доказанная на опыте необходимость в создании искусственной «тяжести» для того, чтобы человеческий организм мог нормально функционировать в течение длительного времени (об этой проблеме см. главу 21), заставит пойти на введение такого вращения.

Как же будут выглядеть искусственные спутники Земли, населенные людьми, — «эфирные жилища», как называл их Циолковский? В настоящее время уже разработано много проектов таких спутников и все время появляются новые проекты. Одни из них более обоснованны, другие — менее, одни рассчитаны на ближайшее будущее, другие — на более отдаленное.

По-разному представляют себе различные ученые, инженеры и изобретатели внешний вид и устройство межпланетной станции. Циолковский предлагал станцию в виде цилиндра с полусферами на концах — этот конструктивный элемент повторяется в различных вариациях во многих предложениях. По Кондратюку, станция должна представлять собой конструкцию из четырех частей, соединенных фермами. Предлагались станции в виде шара, колеса, сигары, различных сложных геометрических тел.

Одной из наиболее напрашивающихся форм спутника является шар: он потребует наименьшего расхода конструкционных материалов и представит ряд других удобств. Шар диаметром 20 метров должен делать 5-10 оборотов в минуту вокруг своей оси, чтобы вес на нем (у «экватора») равнялся земному или был вдвое меньше его.

Популярна идея создания спутника в виде огромного колеса, «бублика», или тора, как называют тело такой формы в геометрии. Это колесо может иметь сравнительно большой диаметр, 60-70 метров, и поэтому вращаться относительно своей оси с небольшой скоростью, например всего в 2-3 раза быстрее секундной стрелки. Для обитателей такого колеса его внешний обод был бы полом, а внутренний — потолком.

Имеются предложения построить спутник в виде гигантских гантелей. Две большие пассажирские кабины (или только одна из них пассажирская) соединены в этом случае трубой и вращаются вокруг общего центра массы. Иногда соединительная труба между пассажирскими кабинами заменяется просто тросами, как это предложил еще Циолковский.

По одному из последних предложений, спутник должен быть построен в виде центрального шара, в котором будет сосредоточена большая часть всей массы спутника, и отходящих от этого шара в стороны симметрично расположенных пассажирских кабин, двух или нескольких. При такой конструкции, как предполагается, перемещения пассажиров внутри спутника не вызовут значительного нарушения его равновесия.

Один американский инженер разработал в общих чертах проект искусственного спутника, представляющего собой целый город в Космосе с населением в... 20 тысяч человек! По этому проекту спутник должен состоять в основном из цилиндрической части длиной 900 метров, в которой будут находиться рабочие помещения, и связанного с этой частью жилого диска диаметром 450 метров и толщиной 10 метров. Диск будет вращаться для создания искусственной «тяжести». Общий объем всех сооружений такой межпланетной станции должен составлять примерно 85 миллионов кубометров. Наряду с научными лабораториями, магазинами, театрами и спортивными залами спутник должен располагать, по существу, целым заводом для сооружения космических кораблей.

Идея отделения жилой части спутника от его рабочих помещений с целью создания искусственной «тяжести» только в жилых помещениях находит отражение в ряде проектов. Переход из вращающейся в невращающуюся часть, и наоборот, осуществляется в этих случаях с помощью специальной камеры, или шлюза, расположенного у центра вращающейся части, где относительная скорость вращающихся частей минимальна.

Конечно, подобные межпланетные станции должны весить сотни и тысячи тонн. Вряд ли можно рассчитывать на то, что такую станцию можно построить на Земле и забросить с помощью ракеты на орбиту, находящуюся на высоте сотен или тысяч километров. Подобный поезд весил бы при взлете сотни тысяч, если не миллионы тонн. Очевидно, межпланетную станцию нужно будет построить на Земле, испытать ее, а затем снова разобрать на части и отправить ракетами на орбиту, где и будет осуществлена сборка станции.

Такое «строительство» в мировом пространстве будет представлять собой гигантскую по размаху и необычную по трудностям задачу. Создание этого небывалого в истории строительной техники «сооружения без фундамента» будет вестись, вероятно, много месяцев, а может быть, и не один год.

Сотни грузовых ракет будут доставлять к месту заатмосферной стройки все необходимое оборудование и части станции. Для этого придется создать специальные ракеты, способные переносить на орбиту увеличенный полезный груз. Так как возврат с орбиты на Землю представляет большие трудности, то он будет, вероятно, осуществляться только для ракет, перевозящих людей. Что касается грузовых ракет, то чрезвычайно целесообразным является их использование в качестве конструктивных элементов будущей станции. Подобное использование и предусматривается большинством проектов создания межпланетных станций.

Переброску грузов на орбиту как при строительстве межпланетной станции, так и при подготовке космического корабля в его далекий рейс можно будет осуществлять с помощью трех— и четырехступенчатых ракет. По одному из проектов, взлетный вес четырехступенчатой ракеты с полезным грузом 3,5 тонны должен равняться 870 тоннам (это соответствует отношению взлетного веса к полезной нагрузке 250, что под силу нашей ракетной технике). Этот огромный поезд имеет высоту 35 метров и расходует на полет к орбите более 700 тонн топлива. Последняя, четвертая, ступень поезда может быть снабжена крыльями, если на ней находятся люди и предусматривается, следовательно, ее посадка на Землю.

По другому, еще более внушительному проекту, трехступенчатая грузовая ракета с полезным грузом примерно 35 тонн должна весить при взлете с Земли около 7000 тонн! Высота этой ракеты около 80 метров, расход топлива равен 6100 тоннам. Последняя ступень и этой ракеты может иметь крылья для посадки на Землю.

Строители станции будут жить в небольших орбитальных кораблях — последних ступенях грузовых ракет. Все эти корабли будут составлять вместе своеобразный жилой поселок, мчащийся в мировом пространстве в непосредственной близости от стройки. На работу строители «Заатмосферстроя» будут выходить в своей космической спецодежде — описанных выше межпланетных костюмах, снабженные необходимым инструментом. Вероятно, будет целесообразно снабдить монтажников специальной обувью с электромагнитными подошвами, чтобы они могли стоять на поверхности будущего спутника.

Не следует преуменьшать трудностей создания такого искусственного спутника. Если запуск автоматических спутников Земли уже осуществлен Советским Союзом и США, а запуск небольших искусственных спутников с людьми будет осуществлен, несомненно, в недалеком будущем, то этого никак нельзя сказать о создании больших межпланетных станций. Строительство подобных станций в мировом пространстве связано не только с огромными техническими трудностями, но и с трудностями принципиального, астрономического характера. С этими трудностями очень непросто справиться, и строителям острова у берегов Земли придется проявить немало изобретательности и искусства.

Монтаж массивных конструкций спутника в мировом пространстве будет во многом облегчен отсутствием веса — не понадобятся ни подъемные краны, ни блоки, ни строительные леса. Однако надо все время помнить о том, что отсутствие тяжести не делает части спутника менее массивными. Забывшему о законе инерции монтажнику может не поздоровиться, если он по невнимательности окажется зажатым между двумя столкнувшимися массивными частями спутника!

Отсутствие веса не только упростит сборку спутника, но и позволит во многих случаях облегчить его конструкцию (можно применять полые детали уменьшенного сечения и т. д.). Вместе с тем это позволит, например, применять астрономические приборы гораздо больших размеров, чем на Земле. Некоторые телескопы на Земле весят больше 100 тонн, так как они должны быть массивными для увеличения их жесткости, для уменьшения деформаций под действием собственного веса. На спутнике может быть собрано из частей, доставленных с Земли, а затем посеребрено и отполировано зеркало гораздо больших размеров, чем на Земле; телескоп с таким зеркалом может весить гораздо меньше, чем даже небольшие телескопы на Земле.

При сооружении спутника будут использованы не только многие технологические приемы, уже применяющиеся с успехом в обычном «земном» строительстве, но и такие производственные методы, которые возможны лишь в условиях мирового пространства.

Так, для осуществления сварки, которая, несомненно, будет широко использована в конструкции спутника, с успехом могут быть применены высокопроизводительные сварочные автоматы, созданные советскими учеными. Эти автоматы намного облегчат труд строителей «Заатмосферстроя».

Но они смогут использовать и такие сварочные аппараты, которые совсем неизвестны земным строителям и монтажникам. Это будут гелиосварочные аппараты, аппараты солнечной сварки. Ведь сфокусированные этими аппаратами солнечные лучи, не ослабленные земной атмосферой, могут нагреть свариваемые детали почти до температуры Солнца, равной примерно 6000°, — выше, чем при любом другом виде сварки. Даже самые тугоплавкие материалы будут стремительно плавиться и испаряться при такой температуре. Так это и происходит в экспериментальных гелиоустановках, например в установке для сварки металлов, созданной в Академии наук СССР.

Но сварка, являющаяся наиболее прогрессивным методом монтажа строительных конструкций у нас на Земле, при сооружении спутника в Космосе будет, вероятно, все же оттеснена на второй план. Можно думать, что ее победит... клей. Конечно, это будет не обычный канцелярский гуммиарабик, а те замечательные склеивающие вещества, которые могут намертво соединять между собой самые различные материалы — сталь и стекло, пластмассу и алюминий, дерево и резину. Многие из этих чудоклеев уже созданы учеными и инженерами и широко используются в технике, но еще больше возможности их совершенствования. Немало может дать в этом отношении и удачное использование необычных условий Космоса, в котором будет происходить стройка. Ведь часто для прочного схватывания шва, требующего на Земле иной раз весьма сложных ухищрений, достаточно будет переместить склеиваемые детали из тени под палящие лучи Солнца или же, наоборот, спрятать их в тень. Такое перемещение может изменить температуру деталей на сотни градусов! Особенно важной эта технология может оказаться для сборки пластмассовых деталей, а их, возможно, будет большинство на межпланетной станции.



Обитаемый искусственный спутник Земли предлагается создавать с помощью флота таких грузовых трехступенчатых ракет. Каждая ракета весит при взлете 7000 тонн, из которых 90 процентов — топливо. Последняя ступень снабжена крыльями для посадки па Землю и на ней находится полезный груз весом 35 тонн — части сооружаемого спутника (по проекту Брауна).

Одной из наиболее серьезных проблем будет снабжение спутника энергией, необходимой для работы многочисленных исследовательских установок и удовлетворения бытовых нужд его обитателей. Очевидно, обычные теплосиловые установки, используемые на Земле, для этого не годятся, ибо они нуждаются для своей работы в воздухе.

Двигатели, которые будут использоваться на спутнике, например для привода во вращение электрического генератора, питающего многочисленные электродвигатели, должны работать на топливе, сгорающем без воздуха, то есть таком же, на котором работают и двигатели космических ракет. Вполне возможно применение газотурбинных двигателей, работающих на продуктах сгорания подобных топлив. Однако и такие двигатели полностью проблемы, конечно, не решают; ведь топливо, необходимое для их непрерывной работы, достается уж очень дорогой ценой — оно должно доставляться с Земли.

Конечно, наиболее разумным решением было бы создание на спутнике силовой установки, не нуждающейся ни в каком топливе.

Существует несколько способов решения этой задачи. Можно использовать, например, атомную установку, так как она расходует ничтожно малое количество топлива.

На небольших автоматических спутниках можно применить существующие уже в настоящее время атомные батарейки, использующие так называемый вольтэлектронный эффект, благодаря которому атомная энергия непосредственно преобразуется в электрическую. Основой такой батарейки служит какое-нибудь искусственное радиоактивное вещество, излучающее электроны, например получаемый в атомных котлах радиоизотоп стронция. Для этого тонкий слой стронция наносится на поверхность полупроводника — например германия или кремния, который служит усилителем. Проходя через пластинку такого полупроводника, каждый электрон, вылетевший из стронция, вызывает целый «ливень» из сотен тысяч электронов, находящихся в полупроводнике. В результате возникает электрический ток, правда, очень слабый: элемент размерами около 1 куб. сантиметра дает ток силой в 5 тысячных ампера при напряжении 0,2 вольта. Этот слабый ток может быть значительно усилен, если несколько подобных «атомных элементов» собрать в одну батарейку, как это и сделано в уже созданных устройствах для питания радиоприборов и других целей. Так как стронциевая атомная батарейка может работать непрерывно в течение десятков лет и имеет очень небольшие размеры и вес, то понятно, почему она представляет большой интерес для использования на автоматических спутниках. Конечно, на больших населенных спутниках должны быть применены мощные атомные установки другого типа. Уже сейчас созданы атомные установки огромной мощности, имеющие весьма небольшие размеры; они будут очень подходящими для использования на спутниках.

Весьма вероятным является к непосредственное использование солнечной энергии, которой так богато околосолнечное пространство. Этому способствует и то, что ночь на спутнике очень коротка. Ведь ночь на спутнике наступает тогда, когда спутник оказывается в тени, отбрасываемой Землей, для него ночь — это полное солнечное затмение.

Заманчиво было бы создать на спутнике силовую установку, в которой энергия, излучаемая Солнцем, прямо переходила бы в электрическую энергию. Наука знает, как это можно сделать, и даже не одним способом.

Так, например, можно воспользоваться для этой цели фотоэлементом, в котором световая энергия Солнца преобразуется непосредственно в электрическую. Уже созданы такие батареи с коэффициентом полезного действия 12% и даже более. Как известно, на третьем советском спутнике, а также на одном из небольших американских спутников («Авангард») были установлены кремниевые полупроводниковые солнечные фотоэлементные батареи, надежно питавшие радиоаппаратуру спутников электроэнергией в течение многих месяцев их полета. Успешные результаты применения этих солнечных батарей имеют большое значение и для будущих обитаемых спутников и межпланетных кораблей1.

1 Не случайно на Всесоюзной промышленной выставке в Москве у стенда, где демонстрировалась копия первого советского искусственного спутника и модель, воспроизводящая его полет вокруг Земли, был выставлен любопытный экспонат. Небольшим электродвигателем в обтекаемом корпусе вращался пропеллер, когда на связанную с двигателем проводами пластинку падал свет электрической лампочки. Это был прообраз будущей полупроводниковой силовой установки межпланетного корабля (в данном случае это была кремниевая полупроводниковая электрическая батарея). Весьма симптоматично, что на Брюссельской выставке 1958 года советские ученые показали модель большого населенного искусственного спутника Земли, снабженного полупроводниковой солнечной силовой установкой.

Можно воспользоваться также термоэлементом, в котором в электрическую переходит тепловая энергия. Известно, что если спай проволок двух разных специально подобранных металлов — например, железа и сплава константан, или платины и родия, или некоторых других металлов — подогревать, а другой спай этих же проволок сохранять при меньшей температуре, то в электрической цепи, составленной из таких проволок, потечет ток. Сила этого тока зависит от того, какая пара металлов применена и какова разница температур обоих спаев: горячего и холодного. Это свойство широко используется в настоящее время для измерения температур в машинах, печах, лабораторных установках (для этой цели создаются так называемые термопары) .

Использование этого принципа для непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую очень заманчиво, потому что при этом во многих случаях сделались бы ненужными громоздкие и сложные тепловые двигатели. Но пока еще такой метод получения электричества на Земле применяется редко, так как он оказывается менее выгодным: удается использовать лишь небольшую часть тепла.

Другое дело в будущем, когда удастся полнее преобразовывать с помощью термоэлементов тепло в электричество.

Если один спай полупроводникового термоэлемента обогревать солнечными лучами, сконцентрированными отражающим зеркалом (оно может быть изготовлено из жести), а другой поместить в тень, то можно получить мощность порядка 100 ватт с 1 кв. метра поверхности зеркала или с 3 килограммов общего веса генератора. Примерно такую же мощность способен дать и фотоэлементный полупроводниковый электрогенератор.

Наиболее вероятным для больших межпланетных станций, а также для автоматических спутников большого размера будет использование солнечных теплосиловых установок, подобных тем, которые все шире начинают применяться и на Земле, в частности в южных районах нашей страны. В такой установке солнечные лучи собираются зеркалом и направляются на паровой котел, установленный в фокусе этого зеркала. Жидкость, текущая в трубках котла, например вода или ртуть, испаряется и направляется в паровую турбину, которая приводит в движение электрический генератор.



Модель населенного искусственного спутника Земли с полупроводниковой солнечной силовой установкой, показанная советскими учеными на Брюссельской выставке.

В конденсаторе отработанный пар снова превращается в жидкость, благодаря чему рабочая жидкость не расходуется, а все время циркулирует в замкнутом контуре. Расчеты показывают, что подобная установка в настоящее время будет более эффективной, чем любая другая, возможная на спутнике. Мощность установки может быть самой различной: от 1-2 киловатт для небольших автоматических спутников до тысяч киловатт для огромных межпланетных станций. К моменту сооружения первой такой мощной солнечной силовой установки для спутника уже будет накоплен большой опыт эксплуатации мощной солнечной энергостанции, сооружаемой у нас в стране, недалеко от столицы Армении — Еревана. Эта первая в мире солнечная электростанция промышленного значения будет иметь мощность 1200 киловатт. В центре огромного круга диаметром почти в километр будет сооружена башня высотой 40 метров с вращающимся паровым котлом. Большие зеркала (1293 штуки), расположенные на 23 кольцевых рельсовых путях, будут концентрировать солнечные лучи на этом котле, заставляя кипеть находящуюся в нем воду. Пар под давлением 30 атмосфер будет вращать турбину электростанции.

Солнечную силовую установку можно смонтировать непосредственно на спутнике, например в центре колеса, о котором шла речь выше. Однако в этом случае возникают некоторые трудности, связанные с вращением спутника: ведь зеркало должно «смотреть» все время на Солнце. На строящейся под Ереваном солнечной электростанции специальные автоматы будут всегда держать зеркала направленными к Солнцу, а другие автоматы, связанные с тележками поездов, на которых будут установлены зеркала, обеспечат такую установку плоской стенки котла, чтобы на нее всегда падали лучи, отраженные зеркалами.

Конечно, подобное устройство можно предусмотреть и на спутнике. Но как быть, если окажется необходимым вращение спутника для создания на нем искусственной тяжести? Можно думать, что в этом случае многие подсобные «предприятия» межпланетной станции будут размещены не на самом спутнике, а неподалеку от него. Тогда спутник со всем своим «населением» может вращаться сколько ему угодно — он будет лишь центром целого межпланетного поселка, небольшого архипелага островов.



Гелиоэлектростанция в Армении (проект).

Таким образом, спутник будет мчаться вокруг Земли в мировом пространстве, окруженный вспомогательными службами. Перечень этих служб может быть довольно большим. Здесь и энергостанция всего поселка — солнечная или атомная. И большое топливохранилище для межпланетных кораблей. И обсерватория. И громадное зеркало-прожектор, предназначенное для освещения Земли. И радиостанции для ретрансляции радио— и телепередач, для связи с Землей, межпланетными кораблями, планетами, а также для радиоастрономических и радиолокационных наблюдений. Эти подсобные сооружения могут быть либо неподвижными, либо вращаться по своим собственным законам — например, следя за Солнцем, звездами и т. д.

Обитатели спутника будут посещать эти службы либо с помощью небольших кораблей — своеобразных космических «побед» и «москвичей», либо «пешком», в соответствующих костюмах. Службы могут быть соединены между собой и со спутником электрокабелями для передачи энергии и другой связью. Широкие возможности открываются в этом случае для передачи энергии без проводов, так как в мировом пространстве передаваемая энергия не будет теряться и рассеиваться. Еще Циолковский предлагал использовать для этой цели потоки катодных лучей, то есть электронов. Успехи радиолокации могут позволить осуществление передачи высокочастотной электромагнитной энергии, генерируемой с помощью радиоламп, практически без потерь, причем передаваемая энергия может быть весьма значительной, вплоть до сотен и тысяч киловатт. Невидимые лучистые потоки передаваемой таким образом энергии могут быть использованы также для питания реактивных двигателей служебных кораблей и даже небольших двигателей, которыми может быть снабжен всякий «пловец» в мировом пространстве.

Не исключена возможность, что и межпланетные корабли смогут получать таким образом необходимую им энергию от плывущих по установленным орбитам мощных автоматических солнечных энергостанций; правда, расстояния должны быть для этого сравнительно небольшими.

Движущиеся по орбите межпланетные станции диаметром в несколько десятков метров можно будет видеть невооруженным глазом даже если они будут находиться на суточной орбите, то есть на высоте более 35 тысяч километров. В бинокль можно будет видеть и «свиту» главного спутника: мчащийся в небе межпланетный поселок, всю эту крупнейшую лабораторию ученых и станцию отправления межпланетных кораблей.

А какое красивое зрелище откроется земным жителям в праздничные дни, когда их далекие собратья на многочисленных искусственных светилах зажгут торжественные огни расцвечивания всего своего «флота мирового пространства»! Переливающиеся различными красками, сияющие то вспыхивающими, то вновь угасающими огнями разноцветных прожекторов, искусственные звезды будут во всех направлениях с различной скоростью пересекать вечернее небо. Будет казаться, что само загадочное мировое пространство, вся Вселенная салютует людям, победившим Космос.






Глава 13

ПЕРВАЯ ЦЕЛЬ — ЛУНА

...Человечество не останется вечно на Земле, но, в погоне за светом и пространством, сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе все околосолнечное пространство.

К. Э. Циолковский

Можно не сомневаться в том, к какой цели прежде всего направят свой путь межпланетные корабли, — этой целью будет второе светило неба, красавица Луна. И не потому, конечно, что она воспета поэтами, что к ней прикована фантазия людей уже с незапамятных времен. Выбор маршрута первого межпланетного полета определяется гораздо более прозаическими соображениями: Луна — ближайшее к Земле небесное тело, полет на Луну — самый простой из всех межпланетных полетов.

Луна движется вокруг Земли по эллиптической орбите, близкой к кругу. Расстояние от центра Земли до апогея лунной орбиты, то есть до точки этой орбиты, наиболее удаленной от Земли, равно 407 тысячам километров, а до перигея, то есть наиболее близкой точки лунной орбиты, — примерно 356 тысячам километров. Среднее расстояние между центрами Земли и Луны равно примерно 384 тысячам километров1. Когда Луна ближе всего к Земле, то между ними по прямой может уместиться всего 27 земных шаров. Полет самолета по прямой от Земли к Луне соответствовал бы по протяженности примерно девяти кругосветным перелетам.

1 Диаметр Солнца почти вдвое больше диаметра лунной орбиты, так что эта орбита находилась бы глубоко в недрах Солнца, если бы Земля оказалась в его центре.

Расстояние от Земли до Луны ничтожно по космическим масштабам — оно в сотни раз меньше, чем до других, даже ближайших к Земле небесных тел. Это обстоятельство и является решающим при выборе Луны в качестве первого пункта назначения полета в мировое пространство.

Меньшее расстояние от Земли — это прежде всего меньшая продолжительность межпланетного полета, а значит, и намного меньшие трудности и опасности, связанные с таким полетом. Это преимущество будет особенно важным в первое время, когда все «рифы» и «подводные течения» океана мирового пространства еще будут недостаточно хорошо знакомы капитанам и штурманам межпланетных кораблей.

Второе преимущество небольшого расстояния до Луны не является столь очевидным, но в действительности играет очень большую роль. Полет на Луну — это единственный пример полета с Земли, когда расстояние межпланетного корабля от Солнца меняется в полете столь незначительно, что этим изменением можно пренебречь. Но это значит, что притяжение к Солнцу практически не будет оказывать никакого влияния на полет корабля1, влияния, которое оказывается решающим в случае более дальних полетов на планеты. В частности, это значит, что любой корабль, подготовленный к полету на Луну, может стартовать практически в любое время, в любую минуту, не дожидаясь особо выгодного взаимного расположения станций отправления и назначения, как это оказывается необходимым в случае полета на планеты. Это же относится и к обратному полету на Землю. Поэтому в будущем, когда межпланетные полеты станут заурядным явлением, будут такими же будничными, как и полеты самолетов на земных авиалиниях, пассажирские корабли, скажем, Москва — Луна, будут курсировать с такой же регулярностью, как скорые поезда Москва — Сочи. Полеты же на Марс или Венеру будут скорее напоминать проход кораблей по Северному морскому пути, в котором участвует сразу целый караван судов, используя для этого наивыгоднейшее время года.

1 Изменение силы притяжения к Солнцу в полете Земля — Луна будет менее 1 процента; оно должно быть учтено только при точных расчетах. Правда, относительное расположение Луны и Солнца играет более значительную роль при полетах автоматических ракет — воздействие Солнца может затруднить и так сложную задачу точного направления ракеты к Луне. Вот почему наиболее выгодным является полет ракеты в момент новолуния, когда силы притяжения Луны и Солнца направлены практически по одной прямой. Однако, как известно, уже в первом полете советской космической ракеты этим преимуществом не воспользовались.

На первый взгляд может показаться, судя по обычным земным представлениям, что сравнительно небольшое расстояние, которое должно быть пройдено межпланетным кораблем в полете на Луну, в сотни раз меньшее, чем в любом другом межпланетном полете, дает еще одно очень важное, если не решающее, преимущество — оно требует меньшего расхода топлива. Может показаться, что в связи с необходимостью большого расхода топлива в настоящее время возможны лишь межпланетные полеты на сравнительно небольшие расстояния — в частности полет на Луну, а более дальние полеты на планеты пока невозможны.

Однако такое впечатление было бы ошибочным. В любом земном путешествии, все равно — по суше, воде или воздуху, чем больше расстояние, которое мы должны проехать, тем больше количество расходуемого топлива, потому что двигатель автомобиля, парохода или самолета работает в течение всего времени путешествия. Иначе получается в межпланетном путешествии. Здесь во много раз более дальний полет может потребовать во много раз меньшего количества топлива — в этом заключается одна из особенностей полета в мировом пространстве. В межпланетном полете двигатель корабля работает, расходуя топливо, лишь ничтожную часть общего времени полета. Во все остальное время двигатель остановлен и корабль летит за счет накопленной при работе двигателя кинетической энергии. Примерно так поступают шоферы, когда они ездят «с накатом» — сначала автомобиль разгоняют, а потом двигатель выключают и машина идет за счет приобретенной скорости. Только в случае межпланетного полета такой «накат» осуществляется обычно 1 — 2 раза, в начале пути и при необходимости изменить направление или скорость движения корабля.

Расход топлива в межпланетном полете определяется поэтому не проходимым расстоянием, а другими факторами, главным образом тем, какие поля тяготения приходится преодолевать кораблю в полете, и, значит, тем, какой массой обладает небесное тело, к которому совершается полет. А в этом отношении Луна — далеко не идеальная цель из-за своей сравнительно большой массы. Неудивительно, что путешествие на Луну потребует большего расхода топлива, чем некоторые другие межпланетные полеты на расстояния, в десятки и сотни раз большие, — например полет на многие астероиды.

Луна является совершенно своеобразным небесным телом, исключением в семье спутников планет солнечной системы — семье, насчитывающей, кроме Луны, 30 известных членов1. Это отличие заключается в том, что Луна — спутник-гигант, она гораздо ближе по размерам и по массе к своей планете — Земле, чем какой-либо другой спутник2. Диаметр Луны меньше земного всего примерно в 3¾ раза, он равен 3476 километрам. В этом отношении другие спутники сильно уступают Луне. Спутник Нептуна, Тритон, меньше своей планеты в 10 с лишним раз3, первый спутник Урана, Титания, — примерно в 30 раз, спутники Марса, Юпитера и Сатурна меньше своих планет в сотни раз. Примерно такое же соотношение и в величинах масс спутников. Масса Луны меньше массы Земли примерно в 81,5 раза, масса Тритона меньше массы Нептуна в 290 раз; массы спутников Юпитера и Сатурна меньше массы своих планет в десятки и сотни тысяч раз.

1 Из них второй спутник Нептуна, Нереида, был обнаружен только в 1949 году и двенадцатый спутник Юпитера — в 1951 году. Возможно, имеются еще не открытые спутники.

2 По абсолютной величине спутник Нептуна — Тритон, спутник Сатурна — Титан и спутники Юпитера — Ио, Ганимед и Каллисто больше, чем Луна.

3 Диаметр Тритона определен еще неточно.

Мы можем, если угодно, гордиться такой «исключительностью» пары Земля — Луна и той редкой по красоте картиной, которая предстанет перед глазами будущих межпланетных путешественников, наблюдающих эту «двойную звезду» с борта космического корабля где-нибудь на трассе Земля — Венера. Однако, с точки зрения интересов астронавтики, мы не можем не пожалеть о том, что Земля так велика и что мы живем, например, не на Марсе, масса которого в 10 раз меньше земной. Точно так же мы не можем не пожалеть и о том, что Луна так велика и что мы не имеем крохотного, недалеко расположенного спутника, подобного, например, марсианским Фобосу и Деймосу, диаметр которых равен всего 16 и 8 километрам и которые находятся от Марса на расстоянии всего 9380 и 23 500 километров. Если бы мы жили на Марсе, не говоря уже о Меркурии, то, пожалуй, межпланетные корабли уже бороздили бы безбрежные дали мирового пространства: скорость отрыва от Марса, равная всего 5 километрам в секунду, без особого труда может быть достигнута современной реактивной техникой. Если бы Земля поменялась с Марсом спутниками, мы получили бы замечательные межпланетные базы, и в этом случае не было бы необходимости в сооружении искусственных маленьких «лун» только потому, что настоящая Луна «плоха» с точки зрения астронавтики.



В поле тяготения Земли и Луны. Показаны поверхности, в любой точке которых отношение сил притяжения к Земле и Луне одинаково (указано цифрами).

Астронавтику не устраивает ни значительная масса Луны, из-за которой она обладает собственным полем тяготения (с ним приходится серьезно считаться), ни сравнительно большое расстояние ее от Земли.

Поле тяготения Луны как бы накладывается на земное. Если двигатель межпланетного корабля уже выключен, а сопротивление воздуха отсутствует (или мы им пренебрегаем), причем полет совершается так близко от Земли, что мы считаемся лишь с земным тяготением, то на корабль действует только одна сила тяжести, направленная к центру Земли1. Чем ближе к Луне, тем притяжение к ней больше, и, наконец, мы вынуждены начать с ним считаться. Теперь уже на корабль действуют две силы: одна — направленная к центру Земли, другая — к центру Луны. Равнодействующая сила должна быть найдена, очевидно, по правилу параллелограмма; она уже будет направлена не к центру Земли, а куда-то между Землей и Луной2.

1 Конечно, действует и сила притяжения к Солнцу, но мы ею сейчас пренебрегаем.

2 Пока сила притяжения к Земле больше, чем к Луне, корабль, если бы он был неподвижным, упал бы все-таки, конечно, на Землю.

Наконец в своем полете к Луне корабль, по какому бы маршруту он ни летел, обязательно достигнет такой точки, в которой обе силы притяжения, к Земле и Луне, уравняются. Конечно, это будет гораздо ближе к Луне, чем к Земле, ибо масса Земли больше. Так как сила тяготения обратно пропорциональна квадрату расстояния, а отношение масс Земли и Луны равно примерно 81, то, например, на полпути между Землей и Луной сила притяжения к Земле будет все еще в 81 раз больше, чем к Луне. Очевидно, что обе силы сравняются, когда расстояния корабля до центров Земли и Луны будут относиться, как √81:1, то есть когда расстояние до центра Земли будет примерно в 9 раз больше, чем расстояние до центра Луны.

Очевидно, что точек, отвечающих этому условию, существует в пространстве между Землей и Луной бесконечно много, так что эти точки образуют целую поверхность. Эта поверхность обладает замечательной особенностью. Она является как бы своеобразной границей: по одну сторону от этой поверхности корабль будет падать на Землю, а по другую — на Луну.

Особенный интерес представляет одна точка этой поверхности, лежащая на прямой, соединяющей центры Земли и Луны; она находится на расстоянии всего 38 тысяч километров от центра Луны. Очевидно, в этой точке на корабль не действуют вообще никакие силы: две равные и противоположно направленные силы не дают равнодействующей. Значит, в этой точке, которую называют критической, или нейтральной, корабль, если он не обладает собственной скоростью (то есть скоростью относительно системы Земля — Луна), теоретически должен был бы находиться бесконечно долго. В критической точке вес тела равен нулю, но уже не потому, что тело не давит на опору, свободно падающую вместе с ним, как на искусственном спутнике, а потому, что на него на самом деле не действует сила притяжения.



«Путешествие» с Земли на Луну.

Путешественник, который решил бы добраться до Луны по лестнице, как это рассказывается в сказках, до критической точки поднимался бы вверх головой, в самой этой точке мог бы отдохнуть, не пользуясь лестницей, а дальше должен был бы повернуться головой к Земле: теперь для него «низ» был бы уже на Луне1.

1 Эта картина, конечно, очень упрощена — мы пренебрегли притяжением Солнца и вращением Луны вокруг Земли. В действительности на корабль, находящийся в критической точке, будет действовать притяжение Солнца вдвое большее, чем притяжение Земли и Луны, и он не останется в этой точке, а начнет падать на Солнце. В результате этого корабль выйдет из критической точки и упадет на Землю или на Луну, в зависимости от их положения относительно Солнца. Кроме того, нужно учесть силы инерции (центробежную и Кориолисову), действующие на путешественника вследствие вращения Луны вокруг Земли. Истинными критическими точками являются точки либрации, о которых упоминалось в главе 11.

Главный вопрос, который возникает при организации любого межпланетного полета, в том числе и полета на Луну, это — сколько понадобится израсходовать топлива. От этого, как уже было отмечено выше, зависит, возможен ли вообще данный полет и каким должен быть межпланетный корабль.

В случае простейших космических полетов вблизи Земли, например полетов орбитальных ракет, эта задача решается, как мы видели в предыдущей главе, сравнительно просто.

Если бы Луна не обладала собственным полем тяготения, то полет на Луну был бы таким же обычным полетом, но на большую высоту, соответствующую расстоянию Луны от Земли. Для достижения какой-нибудь точки лунной орбиты кораблю при отлете с Земли нужно было бы сообщить такую начальную скорость, чтобы его скорость в заданной точке лунной орбиты стала как раз равной нулю. Очевидно, эта скорость несколько меньше скорости отрыва, при которой скорость корабля становится равной нулю, как известно, только в бесконечности. На первый взгляд может показаться, что эта разница должна быть значительной: ведь от лунной орбиты до бесконечности еще такой длинный путь. Однако на самом деле это не так и разница оказывается меньше 1 процента.

Притяжение к Луне меняет дело, причем в лучшую сторону, если только характер встречи ракеты с поверхностью Луны не имеет значения, как, например, будет с первыми автоматическими ракетами, которые должны будут лишь сообщить о своем столкновении с Луной, допустим, с помощью какой-нибудь яркой вспышки или столба дыма.

Положительное влияние притяжения к Луне сказывается в этом случае двояко. Прежде всего ракета должна теперь достичь за счет скорости, полученной при взлете с Земли, уже не лунной орбиты, а той нейтральной поверхности между Землей и Луной, на которой притяжение к ним уравнивается1. Дальнейшее движение ракеты к Луне будет происходить благодаря притяжению к ней — ракета просто упадет на Луну. Правда, при этом скорость ракеты в момент столкновения с поверхностью Луны достигнет примерно 2⅓ километра в секунду; она будет больше скорости артиллерийского снаряда, вылетевшего из ствола самого дальнобойного орудия. Такое «прилунение» ракеты будет напоминать скорее обстрел Луны прямой наводкой. Однако, как мы условились, в данном случае это нас не беспокоит. Так как высота, которой должна достичь ракета за счет толчка с Земли, теперь меньше примерно на 40 тысяч километров, то должна быть меньше и начальная скорость ракеты. 40 тысяч километров — это около одной десятой всего пути, но поле тяготения Земли с расстоянием быстро ослабевает, и потому уменьшение начальной скорости ракеты из-за этих 40 тысяч оказывается ничтожным: оно меньше 0,1 процента.

1 По-прежнему нужно иметь в виду, что рассматривается упрощенная картина. В действительности скорость ракеты должна быть большей.

Положительное влияние поля тяготения Луны сказывается и в том, что оно, накладываясь на земное поле, ослабляет его, уменьшая силу, с которой ракета притягивается к Земле в полете от Земли до нейтральной поверхности. Это дополнительно уменьшает необходимую начальную скорость ракеты, но тоже очень ненамного, примерно на 0,2 процента. Следовательно, положительное влияние притяжения к Луне очень невелико, и им можно пренебречь.



Межпланетные путешественники на спутнике Юпитера Европе.

Зато гораздо больше трудности, с которыми связано это притяжение в тех случаях, когда нужно обеспечить плавную посадку межпланетного корабля, на Луну. Чтобы корабль не разбился при посадке, его нужно затормозить таким образом, чтобы к моменту встречи с поверхностью Луны скорость корабля равнялась нулю. В этом случае недопустима даже та небольшая скорость, с которой совершает посадку самолет на аэродроме, — ведь на Луне-то посадочных площадок нет!

Так как Луна не обладает атмосферой, то торможение может быть достигнуто только с помощью двигателя самого корабля. Для этого либо корабль должен повернуться на 180°, кормой к Луне, либо спереди на нем должны быть установлены специальные двигатели для торможения. Так или иначе, реактивная тяга двигателя должна быть в этом случае направлена в сторону, обратную направлению полета, и постепенно уменьшать его скорость. Такое торможение двигателем было предложено Циолковским. Затрата энергии топлива на это торможение будет не меньше той, которая необходима для сообщения кораблю скорости отрыва от Луны, равной примерно 2⅓ километра в секунду. В действительности же она будет больше, так как в общем случае корабль и Луна при встрече будут обладать различными скоростями и эта разность скоростей тоже должна будет погашаться двигателем.

Если мы имеем в виду полет на Луну с последующим возвращением на Землю, то это же влияние поля тяготения Луны скажется второй раз при отрыве от нее. Снова придется сообщать кораблю скорость 2⅓ километра в секунду, чтобы он достиг точки, с которой может начаться его падение на Землю.

Теперь мы можем примерно оценить полную величину идеальной скорости, по которой должен быть определен минимальный запас топлива на межпланетном корабле, совершающем полет на Луну и обратно:

Начальная скорость при взлете с Земли

Торможение при посадке на Луну

Взлет с Луны

11,5 километра в секунду

2,3 »

2,3 »
Всего 16,1 километра в секунду

Однако в действительности запас топлива на корабле должен быть гораздо больше этого минимального.

Прежде всего, скорость корабля у нейтральной точки не должна равняться нулю, при этом затрата топлива будет минимальной, но зато чрезмерно возрастет длительность полета. Так, например, если скорость корабля на высоте 1600 километров будет равна 9,9 километра в секунду, то корабль пересечет нейтральную точку со скоростью, близкой к нулю1. Если же увеличить скорость при взлете всего на 100 метров в секунду, то есть довести ее до 10 километров в секунду, то скорость корабля в нейтральной точке будет равна примерно 1,4 километра в секунду, а общая продолжительность полета сократится при этом вдвое — со 100 до 50 часов. Вероятно, скорость в нейтральной точке будет близка к 1 километру в секунду. Но это значит, что должны быть увеличены начальная скорость при взлете корабля с Земли, затрата энергии на торможение при посадке на Луну и начальная скорость при взлете с Луны. Общее увеличение идеальной скорости при этом можно оценить примерно в 1,5 километра в секунду. Если учесть еще неизбежные потери скорости в полете, а также необходимый резерв топлива на корабле для компенсации ошибок управления и проч., то величина идеальной скорости получается не меньше 20 километров в секунду2.

1 На рисунке (стр. 163) для простоты рассматривается полет по прямой, соединяющей центры Земли и Луны (подобно рисунку на стр. 160), и движение Луны по орбите не учитывается.

2 Более осторожная оценка, учитывающая, в частности, и торможение двигателем при посадке на Землю, дает даже бóльшую величину идеальной скорости, равную примерно 25 километрам в секунду. Иногда называют и еще бóльшие величины — порядка 30-32 километров в секунду.

При скорости истечения газов из двигателя 3 километра в секунду формула Циолковского дает в этом случае для отношения начальной и конечной масс корабля величину около 800. Это соотношение является практически неосуществимым, и поэтому совершить такой полет на Луну при современном уровне развития реактивной техники невозможно. Увеличение скорости истечения до 4 километров в секунду, вполне возможное в будущем, уменьшило бы потребное соотношение масс корабля до 150, что уже принципиально может быть осуществлено с помощью многоступенчатого поезда, но его вес при взлете с Земли даже с ничтожной полезной нагрузкой составлял бы десятки тысяч тонн, то есть равнялся бы весу гигантских океанских теплоходов. Вот какое пагубное влияние оказывает массивность спутника Земли, если мы хотим совершить посадку на него. Поэтому «взятие» Луны таким прямым штурмом, лобовой атакой, вряд ли удастся. Здесь будет уместнее планомерная осада, тщательная подготовка к решающему штурму.

Конечно, уже сейчас возможна посылка на Луну ракеты с задачей лишь просигнализировать о благополучном прибытии1 — ведь такая ракета должна во многом уступать советской космической ракете, запущенной 2 января 1959 года. Вслед за этой ракетой можно было бы послать на Луну ракету, снабженную радиоустановкой и измерительными приборами: она могла бы рассказать ученым о своих лунных «впечатлениях». Добавление к такой установке телевизионного передатчика позволило бы и увидеть поверхность Луны в непосредственной близости. Понятно, что для этого нужно создать аппаратуру, способную выдержать страшный удар о лунную поверхность, либо, что вернее, обеспечить плавную, безударную посадку ракеты на Луну.

1 Чтобы исключить всякую возможность «прозевать» момент столкновения ракеты с Луной, например из-за облачности, а также с целью создания постоянного указателя места падения ракеты, будет целесообразно наряду с порохом снабдить ракету зарядом гипса или толченого стекла. Белое пятно, которое будет образовано таким образом на темной поверхности Луны, будет всегда отлично видно с Земли.

Одним из этапов подготовки к полету на Луну будет, несомненно, облет Луны межпланетным кораблем на сравнительно небольшом расстоянии от нее, сначала опять-таки без людей, а затем и с людьми. Такой полет имел бы разностороннее значение и, в частности, позволил бы наконец заглянуть на недоступную нам до сих пор «заднюю» сторону Луны, которая никогда не видна с Земли. Для совершения облета придется затратить лишь немногим большую энергию, чем для простого полета к лунной орбите. Идеальная скорость в этом случае (без учета посадки на Землю) равнялась бы 13 — 14 километрам в секунду, что при современном значении скорости истечения около 3 километров в секунду может быть достигнуто с помощью поезда из 3 — 4 ракет.

Полет автоматической ракеты на Луну или вокруг Луны уже вполне под силу современной технике. В частности, эта задача может быть решена и с помощью ракеты, послужившей для запуска советских искусственных спутников Земли. Что же говорить о советской космической ракете, пролетевшей в непосредственной близости от Луны и превратившейся в искусственную планету? Эта ракета обладала даже избыточной скоростью по сравнению с необходимой для облета Луны, а ведь она несла огромный полезный груз... В общем, односторонний полет на Луну уже не представляет никаких неразрешимых проблем.

Иное дело — полет на Луну людей с возвратом на Землю. Эта задача непосильна для современной науки и техники. Решить ее помогут искусственные спутники Земли.

Уже на примере полета на Луну можно видеть все значение искусственных спутников Земли для межпланетных сообщений, если использовать эти спутники для заправки топливом межпланетных кораблей.



График полета Земля — Луна.

Пусть, например, на высоте 500 километров над Землей создана заправочная станция — топливохранилище, мчащееся вокруг Земли по круговой или слегка эллиптической орбите со скоростью 7,6 — 7,7 километра в секунду. В цистернах этого хранилища могут быть постепенно накоплены сотни и тысячи тонн топлива, перебрасываемого с помощью грузовых ракет-«танкеров» с Земли.

Межпланетный корабль Москва — Луна подлетает к заправочной станции и выравнивает свою скорость со скоростью этого искусственного спутника. Теперь они мчатся рядом вокруг Земли. Для разработки техники заправки топливом в мировом пространстве можно использовать значительный опыт, накопленный авиацией по заправке в полете реактивных самолетов топливом с летающих «танкеров» — тяжелых и более тихоходных самолетов. Уже сейчас имеются случаи, когда небольшие быстроходные реактивные самолеты при совершении дальних перелетов пополняют таким образом свои баки в полете, и даже не раз и не два. Для этого им приходится лишь несколько снизить скорость своего полета до скорости «танкера», то есть самолета-заправщика.

В самое последнее время в авиации достигнуты особенно большие успехи в отношении совершенствования заправки топливом в полете. Теперь уже с одного заправщика могут одновременно заправляться сразу несколько самолетов. С успехом осуществляется также заправка в полете и тяжелых самолетов. Именно это позволило осуществить кругосветный беспосадочный перелет трех американских самолетов в январе 1957 года. Эти восьмимоторные реактивные самолеты покрыли расстояние чуть больше 39 100 километров примерно за 45 летных часов, летя со средней скоростью 850 километров в час; для этого им пришлось несколько раз заправляться топливом в воздухе.

Для полета к заправочной станции межпланетный корабль должен обладать, как было указано в прошлой главе, идеальной скоростью порядка 10 — 12 километров в секунду. После заправки придется снова включить двигатель корабля, чтобы увеличить скорость от круговой до скорости отрыва. Для этого надо будет улучить наиболее выгодный момент в отношении положения спутника на его орбите1. Скорость отрыва со спутника меньше, чем с Земли; в данном случае будем считать ее равной 11 километрам в секунду. Чтобы увеличить скорость корабля от круговой скорости 7,6 километра в секунду до скорости отрыва 11 километров в секунду, нужна добавочная скорость 3,4 километра в секунду. Идеальная скорость корабля, на которую приходится рассчитывать его запас топлива, уменьшится при этом на 8,1 километра в секунду, так как вместо непосредственного взлета с Земли, требующего скорости 11,5 километра в секунду, теперь нужна скорость 3,4 километра в секунду. Следовательно, идеальная скорость теперь будет равна не 20, а примерно 12 километрам в секунду. При скорости истечения 3 километра в секунду необходимое отношение масс корабля уменьшится соответственно с 800, как указывалось ранее, до 40 — 50. Как видно, заправка в пути не только позволит уменьшить запас топлива на корабле, но и вообще сделает данный полет практически осуществимым.

1 Этот вопрос, как и другие, связанные с траекториями полета межпланетных кораблей, будет подробнее рассмотрен в главе 15.

Можно предложить и такую схему полета на Луну с использованием заправки в воздухе, пока не созданы специальные искусственные спутники-топливохранилища. Вместо одного корабля весом, скажем, 20 тысяч тонн одновременно взлетают три ракеты весом по 6000 тонн. На высоте 500 километров ракеты превращаются в спутников Земли, причем две из них заправляют третью, которая отправляется в дальнейший полет. На небольшом расстоянии от Луны этот корабль оставляет на орбите запасные баки с топливом, которые становятся на какое-то время спутниками Луны, а сам совершает на нее посадку. На обратном пути он «прихватывает» баки. Такие операции сводят к минимуму непроизводительную затрату топлива на разгон и торможение самого же топлива, что является, вообще говоря, главной бедой астронавтики.

Продолжительность полета до Луны будет зависеть от избранного маршрута и главным образом — скорости полета. Как и при путешествии по Земле, чем быстрее будет совершаться полет на Луну, тем дороже он обойдется, так как потребует большего расхода топлива.

Наименьшая скорость, которую корабль должен иметь у Земли, чтобы достичь Луны, равна 11,1 километра в секунду. При скорости 11,2 километра в секунду корабль умчится в бесконечность1, так как эта скорость есть скорость отрыва. Поэтому все орбиты корабля, целью которого является облет вокруг Луны, должны иметь начальную скорость между 11,1 и 11,2 километра в секунду. При минимальной скорости 11,1 километра в секунду корабль долетит до Луны примерно за 115 часов. При скорости 11,2 километра в секунду полет будет длиться примерно 50 часов. Дальнейшее увеличение скорости будет сильно уменьшать продолжительность полета. Как известно, советская космическая ракета, стартовавшая 2 января 1959 года, пролетела расстояние от Земли до Луны за 34 часа. При начальной скорости 15,2 километра в секунду продолжительность полета будет равна 10 часам, при скорости 21,2 километра в секунду — 6 часам. Таким образом, удвоение начальной скорости сокращает продолжительность полета почти в 20 раз. Это уже явная особенность астронавтики: на Земле так не бывает.

1 Конечно, в действительности при скорости отрыва корабль в бесконечность не умчится из-за притяжения Луны и Солнца. Истинная скорость должна быть соответственно больше. Здесь учитывается только притяжение Земли.

Экспресс Москва — Луна будет совершать свой полет за сутки или даже за одну ночь, как сейчас идут поезда из Москвы в Ленинград. Конечно, организация таких курьерских перелетов станет возможной только тогда, когда будут найдены более калорийные топлива, да и то, очевидно, только при заправке в пути. Наиболее вероятной будет продолжительность полета порядка двух — трех суток. За все это время двигатель корабля будет работать не более 10 минут — при взлете с Земли и посадке на Луну. Весь остальной путь корабль пролетит, не расходуя ни капли топлива. Иначе ни о каком межпланетном полете нельзя было бы и мечтать.

далее

назад