БЛУЖДАЮЩИЕ СНАРЯДЫ
Межпланетный корабль, мчащийся с большой скоростью в мировом пространстве, будет встречать на своем пути не только лучи и потоки невидимых элементарных частиц вещества. Мировое пространство будет расстреливать наш корабль в упор, прямой наводкой, артиллерией самых различных калибров. И каждый снаряд, поразивший корабль, может оказаться для него роковым.
Что же это за снаряды, грозящие гибелью межпланетному кораблю? Это метеорные тела, небесные камни, во всех направлениях бороздящие околосолнечное пространство. Эти «блуждающие снаряды» представляют собой одну из наибольших опасностей межпланетного полета.
Среди метеорных тел есть и ничтожные пылинки и громадные обломки крупных небесных тел — целые горы, несущиеся в мировом пространстве обычно в окружении свиты из более мелких тел. Есть изолированные метеорные тела, которые, возможно, сродни астероидам (о них шла речь выше), а есть и целые потоки, рои этих тел, мчащиеся по эллиптическим орбитам вокруг Солнца и являющиеся, очевидно, остатками комет. Родиной абсолютного большинства метеорных тел является солнечная система, но некоторые из них рождены где-то в других звездных мирах.
Есть метеорные тела, движущиеся относительно Земли со сравнительно небольшими скоростями, а есть и такие, относительная скорость которых достигает 200 километров в секунду. Большая часть метеоритов — каменные, состоящие в основном из силикатов, то есть соединений кислорода с кремнием, и на четверть — из железа. Остальная часть — около одной десятой — железные метеориты, состоящие примерно на 90 процентов из железа и на 9 процентов из никеля (содержание никеля доходит иногда до 40 процентов).
В последнее время получены новые, весьма интересные сведения о строении метеоров, не достигающих земной поверхности и сгорающих в атмосфере. Эти сведения получены на основе исследований с помощью ракет. Конечно, ракеты не занимались ловлей таких метеоров в полете, но зато они позволили гораздо точнее, чем раньше, измерить плотность атмосферы на больших высотах. Сравнение этих измерений с данными, полученными ранее по результатам наблюдений за метеорами, со всей несомненностью установили, что метеоры должны иметь гораздо меньшую плотность, чем считалось ранее. Эта плотность в несколько десятков раз меньше, чем у воды. По одним предположениям, такая малая плотность объясняется тем, что метеоры состоят из замерзших газов, по другим, более вероятным, тем, что они являются не сплошными каменными и металлическими частицами, а рыхлыми телами, напоминающими скорее всего хлопья снега или копоти.
В свое время мир был потрясен катастрофой, последовавшей в результате происшедшего в тумане столкновения океанского парохода «Титаник» с плавающей ледяной горой — айсбергом. Но каким игрушечным кажется это столкновение по сравнению с возможной встречей межпланетного корабля с горой, мчащейся с ужасающей скоростью во тьме мирового пространства! После такой встречи от корабля не останется ни малейших следов.
Понятно, почему проблема столкновения корабля с метеорными телами привлекает к себе внимание астронавтики, — ведь она может оказаться роковой для самой возможности осуществления межпланетного полета. По существу, эта проблема сводится к двум самостоятельным вопросам. Во-первых, важно знать, какова вероятность столкновения межпланетного корабля с метеорными телами различного рода, то есть имеющими различные размеры, состав и скорость полета; во-вторых, нужно знать и то, к каким результатам может привести столкновение корабля с метеорным телом данного вида.
Насколько же реальна угроза столкновения межпланетного корабля с метеорным телом?
Судя по тому поистине колоссальному количеству метеорных тел, которые непрерывно врываются в земную атмосферу, создавая замечательную картину метеора — «падающей звезды», мировое пространство кишмя кишит метеорными телами.
Действительно, в земную атмосферу ежедневно врывается, как показали наблюдения, не менее нескольких десятков миллионов различного рода метеорных тел, а по некоторым данным, даже миллиарды этих космических снарядов, общей массой в несколько тысяч тонн. Поэтому часто высказывалось предположение, что пробиться через эту «огневую завесу» практически невозможно.
Однако такое пессимистическое заключение было бы по меньшей мере слишком поспешным.
Прежде всего, конечно, существует огромная разница между Землей, имеющей диаметр около 13 тысяч километров и мощное поле тяготения, и межпланетным кораблем длиной всего в несколько десятков метров и не имеющим собственного поля тяготения.
Кроме того, подавляющая часть всех метеорных тел, врывающихся в земную атмосферу, имеет столь ничтожные размеры, что столкновение с ними не представит для межпланетного корабля никакой опасности, и им можно поэтому пренебречь.
Чтобы попытаться определить путем теоретического расчета вероятность столкновения межпланетного корабля с метеорным телом, нужно знать плотность этих тел в околосолнечном пространстве, то есть общее их число, проходящее через пространство данного объема в единицу времени, и направления их полета. Единственным способом получить ответ на эти вопросы в настоящее время являются наблюдения за метеорными телами, падающими на Землю. Земной поверхности достигают лишь очень редкие, самые крупные метеорные тела. К числу наиболее крупных принадлежит, например, знаменитый Сихотэ-Алиньский метеорит1 (1947 год) или не менее знаменитый Тунгусский метеорит, упавший в 1908 году на реке Подкаменной Тунгуске в Якутии и заставивший воспламениться фантазию писателей, не замедливших принять это небесное тело за взорвавшийся атомный корабль каких-нибудь марсиан или жителей Венеры2.
Подобные метеориты так редки, что о них не стоит и говорить.
Большинство метеорных тел земной поверхности не достигает, они сгорают в атмосфере, образуя яркий светящийся след метеора — «падающей звезды» 3. Этот след позволяет установить примерное число метеоров, падающих на Землю по ночам, и таким образом хотя бы очень приблизительно определить общее число метеоров, падающих за сутки.
1 Несмотря на то что скорость, с которой этот метеорит ворвался в земную атмосферу, была сравнительно малой, примерно 14 километров в секунду, большая часть его рассеялась в воздухе. Поверхности Земли достигла лишь небольшая часть (около 10 процентов), массы метеорита, вес которого составлял примерно 150 тонн. Наиболее крупные осколки образовали в скалистых отрогах Сихотэ-Алиня примерно 110 воронок различных размеров.
2 Можно думать, что оба эти гигантские метеориты были небольшими астероидами, которые, вообще говоря, имеют одну общую природу с метеоритами.
3 Обычно возгорание метеоров происходит на высотах от 160 до 100 километров, а затухание — на высотах 60 — 40 километров.
В последнее время наряду с таким методом наблюдений появился еще один чрезвычайно ценный метод, позволяющий регистрировать падение гораздо более мелких метеорных тел, не улавливаемых при наблюдении в телескоп, и, кроме того, с равным успехом пригодный для наблюдений как ночью, так и днем. Этот метод основан на использовании радиолокационных станций.
Кинетическая энергия метеорного тела, с огромной скоростью врывающегося в земную атмосферу и сгорающего в ней, преобразуется в тепловую энергию, которая раскаляет «воздушную подушку», движущуюся перед метеором. Она также преобразуется в световую энергию, что и позволяет видеть метеор, и в энергию ионизации молекул воздуха, расположенных вблизи падающего метеора.
Распределение этих видов энергии примерно таково, что тепловая энергия в 100 раз превышает световую, а эта последняя в 100 раз превышает энергию ионизации, то есть только 1 процент всей кинетической энергии переходит в световую и 0,01 процента — в энергию ионизации, вся же остальная энергия переходит в тепло.
Тем не менее столб ионизированного воздуха, который образуется в атмосфере после пролета метеора, имеет в длину несколько километров и является тем несомненным признаком, по которому радиолокационная станция не только устанавливает сам факт пролета метеора, но и определяет его примерную величину. Радиолуч, посылаемый в небо, наталкивается на этот столб наэлектризованного воздуха и отражается от него, как от препятствия. Отраженный луч улавливается в качестве радиоэха приемной частью установки, что позволяет судить о высоте пролета метеора и его величине.
По имеющимся данным наблюдений, общее число метеорных частиц, с которыми грозит столкновение межпланетному кораблю, может быть оценено исходя из того, что на Землю в сутки падает примерно 100 миллионов таких частиц. При этом во внимание принимаются лишь частицы с массой не меньше 1 миллиграмма. Даже и такая ничтожно малая частица, по размерам не превышающая пылинки, если она имеет скорость в десятки километров в секунду, представляет собой смертельную опасность для человека, так как она произведет на него такое же действие, как и выстрел в упор из пистолета крупного калибра1.
1 Характерный случай, показывающий, насколько опасно столкновение при большой скорости, произошел с одним реактивным бомбардировщиком. Он столкнулся в полете с чайкой. В результате такого столкновения в крыле бомбардировщика образовалась дыра размером 150x200 миллиметров. Птица пробила толстый слой металла!
Зная общую плотность метеорных тел и допуская, что во все стороны мчится одно и то же их количество, можно определить время, которое пройдет между двумя последовательными столкновениями межпланетного корабля с метеорным телом.
Такой расчет показывает, что столкновение межпланетного корабля с метеорным телом, которое может пробить его оболочку, будет происходить не чаще одного раза в десятки лет. Попадание молнии в человека является гораздо более вероятным событием у нас на Земле.
Правда, в каждом полете корабль будет обязательно сталкиваться, и по многу раз, с микроскопическими метеорными телами, имеющими диаметр меньше 0,01 миллиметра. Подобной метеорной пылью «кишмя кишит» наша солнечная система, в особенности в плоскости эклиптики. О ее существовании ученые судят по так называемому зодиакальному свету — яркому конусу, простирающемуся в вечернем небе с места, где зашло Солнце; он образуется метеорной пылью, рассеивающей солнечный свет, когда самого Солнца уже не видно. Некоторое время назад наука получила еще одно, несколько неожиданное, подтверждение существования межпланетного пылевого облака. Это подтверждение было найдено на дне... океана! Глубоководные экспедиции обнаружили на океанском дне отложения с очень большим, необычным для земной коры, но характерным для железных метеоритов содержанием никеля. Как попал никель на дно океана? Считается, что единственной возможностью является метеорная пыль. Оказывается, достигать земной поверхности, не успевая сгореть в атмосфере, способны не только самые большие метеорные тела, но и самые малые. На этот раз спасительной является именно малая масса пылинок. Поверхность пылинок настолько велика по сравнению с массой и энергией, что пылинка при падении в атмосфере не нагревается до большой температуры и благополучно достигает земной поверхности. На дне глубоких океанских впадин метеорная пыль накапливалась веками и там-то она и была обнаружена.
Конечно, метеорная пыль попадает и на сушу. Отмечены многократные подобные случаи, в частности в Сибири. Иногда пыль выпадает с дождем, отчего он приобретает красноватый цвет, что случилось, например, 2 июля 1941 года в районе Омска. А иногда пыль просто оседает на почве, например 3 сентября 1956 года тоже в Омске; хрупкие пылинки диаметром от пяти сотых до одной тысячной миллиметра содержали в себе железо, никель и другие металлы.
Кстати сказать, имеется предположение, что частицы метеорной пыли, медленно падающие на Землю (они дрейфуют в атмосфере 30 — 40 дней), могут оказаться центрами кристаллизации льда в переохлажденных облаках и поэтому вызывать осадки. Если это предположение верно, то искусственные спутники, регистрирующие появление метеорных дождей, могут тем самым сигнализировать о приближающемся периоде дождей настоящих.
Все имеющиеся данные показывают, что ежедневно на Землю падают тонны метеорной пыли. Космическому кораблю придется буквально пробиваться через толщу пыли; хотя, по расчетам, одна метеорная пылинка отстоит от другой на расстоянии 25 — 30 метров, из-за большой скорости корабля он будет встречаться с огромным числом пылинок.
Действительно, значительное число попаданий микрометеоритов было зафиксировано в полетах высотных ракет. Однако подобные столкновения способны лишь сделать матовой, испещрить ничтожными крапинками первоначально блестящую поверхность металла. Обычно для регистрации попаданий микрометеоритов на обшивке ракет укрепляют пластинки полированного металла, чтобы по изменению их поверхности судить о количестве и характере столкновений. Иногда заподлицо с обшивкой устанавливают небольшие микрофоны, в которых возникает характерный щелчок при каждом столкновении с метеоритом. Щелчок регистрируется на магнитной ленте или передается на Землю по радио. На третьем советском искусственном спутнике Земли для этой же цели были использованы пьезометрические датчики, в которых механическая энергия соударения метеорита со спутником преобразуется в электрический импульс. Таким образом удавалось судить как о количестве соударяющихся метеоритов, так и об их энергии. Эти данные передавались земным наблюдательным станциям.
 Метеорный рой. |
Итак, микрометеоритов множество, но они не страшны кораблю, опасных же столкновений можно ждать лишь раз в десятки лет. Правда, когда корабль попадет в метеорный рой, вероятность столкновения резко увеличится, и вместо одного опасного столкновения в десятки лет оно может происходить примерно один раз в несколько месяцев.
Поэтому метеорных потоков, конечно, придется избегать, хотя и они не будут очень опасными для кораблей, совершающих полет на Луну, если учесть, что его длительность не превышает 100 часов. Ведь даже для советских искусственных спутников метеорные потоки не оказались опасными.
Второй важнейший вопрос в проблеме столкновения межпланетного корабля с метеорным телом связан с тем, какое разрушение будет причинено кораблю. Ведь как ни редки возможные столкновения корабля с достаточно крупным метеорным телом, в соответствии с приведенными выше расчетами, основанными на теории вероятности, но они все-таки возможны. Экипаж корабля, столкнувшегося с метеорным телом, вряд ли в последнюю секунду своей жизни найдет утешение в том, что это исключительно редкий случай.
Конечно, надо предусмотреть и редкую возможность столкновения, чтобы сделать межпланетный полет максимально безопасным и в этом отношении.
К сожалению, достоверными данными о разрушениях, причиняемых снарядами, мчащимися со скоростями до 100 и более километров в секунду, наука в настоящее время не располагает. Артиллерия имеет дело со снарядами, скорость которых не превышает обычно 1,5 километра в секунду.
Можно лишь предполагать, что основные разрушения, вызываемые столкновением корабля с метеорным телом, будут связаны со взрывным испарением самого метеорного тела и некоторой части оболочки корабля. Ведь уже при скорости 4 — 5 километров в секунду твердое тело становится подобным сильно сжатому газу — при столкновении оно взрывается. Именно этим объясняется, очевидно, то обстоятельство, что на месте падения Тунгусского метеорита не удалось обнаружить ни малейшего его кусочка — он испарился!
Большую опасность представляет также ударная волна, возникающая в оболочке корабля при столкновении с метеоритом. В особенности опасна эта волна для приборов и оборудования, связанного с оболочкой, — они почти наверняка выйдут из строя, не выдержав огромных, хотя и мгновенных, нагрузок. Это должно быть тщательно учтено при проектировании корабля.
Некоторые проведенные расчеты показали, что глубина проникновения метеорного тела в оболочку межпланетного корабля будет примерно пропорциональна диаметру этого тела. В самом легком случае, когда оболочка корабля изготовлена из стали, а метеорит каменный, он проникает в оболочку на глубину, примерно в 3 раза превышающую его диаметр. В самом тяжелом случае, когда оболочка сделана из дюраля, а метеорит железный, глубина проникновения составит примерно 16 диаметров. Это позволяет подсчитать, зная материал, из которого изготовлена оболочка, ее толщину, а также вероятность столкновения корабля с метеорным телом, как часто можно ожидать пробоя оболочки корабля при столкновении.
Оказывается, судя по этим приближенным расчетам, пробой стальной оболочки корабля толщиной в 1 миллиметр будет происходить примерно 1 раз в несколько месяцев полета (если считать, что метеоры имеют рыхлую структуру, о чем упоминалось выше, то вероятность пробоя гораздо меньше). Конечно, не всякое такое столкновение приведет к катастрофе — образовавшуюся пробоину можно закрыть пластырем; можно также сделать стенки пассажирской кабины протестированными, как это делается с топливными баками самолетов и, в последнее время, даже с самолетными и автомобильными шинами. В этом случае слой специального вещества, нанесенного на внутреннюю поверхность стенки, сам затянет пробоину.
Опасность пробоя оболочки корабля можно значительно уменьшить, если снабдить его специальным противометеорным защитным экраном. Изготовленный из листового дюраля толщиной в 1 миллиметр, в виде оболочки, облегающей корабль с зазором 20 — 30 миллиметров, экран уменьшит вероятность пробоя оболочки корабля с 1 раза за несколько месяцев до 1 раза за десятки лет, так как большая часть всех метеорных тел будет испаряться при столкновении с экраном. Экран защитит оболочку корабля и от опасного действия ударной волны.
Таким образом, угроза столкновения с метеорным телом не может оказаться препятствием для совершения межпланетного полета. И все же межпланетный корабль должен быть полностью избавлен от риска даже случайного столкновения, грозящего ему гибелью. Этого можно добиться с помощью радиолокационной установки на корабле. Радиолуч, посылаемый установкой, будет непрерывно «прощупывать» все пространство вокруг корабля на сотни тысяч километров. Если луч обнаружит метеорит1, то на экране у командира корабля вспыхнет предупреждающий сигнал. Включенные командиром или автоматом устройства определят скорость и направление полета опасного соседа корабля в мировом пространстве, произведут необходимые вычисления и, если имеется угроза столкновения, укажут необходимое изменение курса корабля. Двигатель корабля будет включен на мгновение, и этого будет достаточно, чтобы избежать трагического столкновения. Возможно, что вместо включения двигателя корабля можно будет воспользоваться лучистой «пушкой», посылающей с корабля навстречу метеориту мощный пучок электрически заряженных молекул2 — ионов какого-либо вещества — или же коротковолновых радиолучей. Сила реакции этих лучей немного отклонит корабль, немного — метеорит, и в результате их ранее пересекавшиеся траектории разойдутся. Пассажиры межпланетного корабля смогут при удаче лишь на мгновение увидеть метеорит, когда он, освещенный мощным прожектором корабля, молнией промелькнет мимо иллюминаторов пассажирской кабины, как бы беззвучно напоминая о только что миновавшей страшной опасности.
1 При современном уровне развития радиолокационной техники так можно обнаружить только очень крупный метеорит — целую «межпланетную гору». Обычные, даже довольно крупные метеориты будут обнаружены радиолокатором всего на расстоянии нескольких километров, что уже не имеет, конечно, никакого смысла. Лучших результатов можно добиться с помощью радиоволн чрезвычайно малой длины, в настоящее время не применяющихся.
2 Ф. А. Цандер предлагал воспользоваться для этой цели катодными лучами — потоком излучаемых кораблем электронов.
Но, может быть, еще лучше воспользоваться, как это иногда предлагают, не лучистой, а обычной пушкой, с помощью которой в упор «расстрелять» разрывными снарядами приближающийся метеорит? Его осколки, даже если они и столкнутся с кораблем, не будут уже представлять для него большой опасности.
Во всяком случае метеорная опасность не остановит человека на его пути к далеким мирам.
Нелепо отрицать роль фантазии и в самой строгой науке. В. И. Ленин |
МОСКВА — ЛУНА
Стоял теплый летний вечер, первый вечер июля 19... года.
В Малом зале нового Московского планетария, разместившегося на нескольких верхних этажах высотного здания Дома астрономии, было шумно. Юноши и девушки, заполнившие зал, стояли у красочных щитов, развешанных по стенам, теснились вокруг нескольких присутствовавших в зале ученых, собирались в небольшие оживленные группы. Все были полны впечатлениями от только что закончившегося собрания, и никого не тянуло домой.
На собрании были подведены итоги работы кружка юных астрономов при планетарии за минувший учебный год. Участники кружка, школьники старших классов московских школ, уже не первый раз собирались вот так вместе, чтобы оглянуться еще на один год, заполненный интересными, увлекательными делами, а заодно и проститься со своими старшими товарищами, покидающими школьный кружок.
Однако сегодняшний вечер был не совсем обычным. В этом году исполнилось 15 лет со дня первого полета людей на Луну, и общественность страны широко отмечала успехи, достигнутые с тех пор астронавтикой в борьбе за покорение мирового пространства. С каждым годом оставалось все меньше уголков солнечной системы, где не побывали бы посланцы Земли. На только что закончившемся собрании директор планетария зачитал постановление Академии наук о том, что в честь юбилея первого полета на Луну десять членов кружка юных астрономов — отличников московских школ — будут каждый год, начиная с нынешнего, премироваться экскурсией на Луну. Это сообщение и вызвало такое оживление присутствующих. Все поздравляли счастливчиков, и каждый думал, что в будущем году и он сможет завоевать право на участие в такой же экскурсии.
Но, конечно, особенно взволнованы были те, чьи фамилии оказались в списке десяти. Как много интересного предстоит им увидеть, как много нового узнать! Мысли юных астрономов были уже целиком заняты предстоящим полетом. Скорее бы день отлета! Но до него еще надо ждать целую неделю.
Впрочем, эта неделя будет занята тоже очень интересными делами. Надо подготовить многие приборы и аппаратуру — в полете и на Луне экскурсанты произведут различные наблюдения, о которых потом расскажут на кружке. Надо перечитать еще раз книги, посвященные Луне, и книги, описывающие межпланетные корабли и полеты на них, — неудобно ведь показать себя новичками и неучами экипажу корабля, на котором им придется лететь, да и самим интересно все узнать и вспомнить. Да мало ли еще какие дела надо успеть сделать до желанного дня отлета...
Вот уже на послезавтра назначен сбор в планетарии, для того чтобы отправиться на экскурсию в Московский космопорт.
Через два дня группа юных астрономов подлетала на большом вертолете к космопорту, расположенному в 30 километрах от Москвы. Посадочная площадка для вертолетов была размещена на плоской крыше главного здания космопорта. Экскурсантов, выбравшихся из кабины вертолета, встречал инженер космопорта.
Вместе с инженером ребята подошли к ажурному парапету у края крыши. Перед ними открылась панорама космопорта. Инженер стал рассказывать школьникам о работе этого крупнейшего космопорта на земном шаре, пославшего уже десятки кораблей в мировое пространство.
На большой территории, занимаемой космопортом, были разбросаны различные здания и сооружения, соединенные бетонными лентами дорог. Между ними виднелись красивые зеленые лужайки, цветочные клумбы, фонтаны. Всю заднюю часть поля занимал принадлежащий космопорту аэродром, на котором то и дело садились и снова взлетали реактивные самолеты различных типов. Они доставляли пассажиров, прибывающих из разных городов страны, чтобы отправиться в межпланетный полет, совершали исследовательские высотные полеты, обслуживали различные нужды большого хозяйства космопорта. Слева растянулись длинные светлые корпуса механического завода, способного не только ремонтировать и переоборудовать имеющиеся межпланетные корабли, но и строить новые по проектам конструкторского бюро Межпланетстроя, пятиэтажное здание которого стояло несколько в стороне, у самого леска, замыкающего территорию космопорта.
Справа, прячась в зелени садов, блистали белизной жилые коттеджи сотрудников космопорта. Чуть поодаль от них виднелся купол обсерватории, в которой научные сотрудники день и ночь следили за всем «вверенным им хозяйством» солнечной системы. У самой обсерватории можно было разглядеть характерные формы мощных радиолокационных установок радиостанции, осуществляющей непрерывную радиосвязь с поселениями на Луне и планетах, с экипажами межпланетных кораблей и межпланетных станций.
Но наибольшее внимание экскурсантов привлекли громадные, величиной с высотное здание, башни, сквозь ажурные переплеты которых угадывались стройные формы межпланетных кораблей. Эти башни были расположены на бетонных площадках перед главным зданием, на расстоянии в несколько десятков метров друг от друга.
На заднем плане, ближе к аэродрому, в довольно отдаленном углу, стояли еще две — три похожие на них башни меньшего размера. Экскурсовод объяснил, что меньшие башни используются для исследовательских целей и для различных испытаний межпланетных кораблей, тогда как главные башни служат для подготовки кораблей к межпланетному полету. На глубине в десятки метров под космопортом расположены, добавил инженер, гигантские подземные хранилища топлива для реактивных двигателей кораблей.
Один из школьников не выдержал и спросил, можно ли поближе посмотреть межпланетные корабли. Его сразу же поддержали и другие.
— Я понимаю ваше нетерпение, — сказал, улыбаясь, инженер. — Мы сейчас к ним отправимся. Только условимся самим ничего руками не трогать, а не то нас сразу оттуда попросят.
Лифт быстро доставил всю группу вниз, в вестибюль главного здания, где на мраморной доске красочная мозаичная карта показывала, куда уже залетали межпланетные корабли, стартовавшие с Московского космопорта. Обилие линий, исходящих из красной звездочки с надписью «Москва», без слов говорило об успехах наших астронавтов за годы, прошедшие со времени первого полета.
Но скорее к кораблям!
Нечего и говорить, что экскурсанты с воодушевлением приняли предложение инженера познакомить их с тем самым кораблем, на котором всего через пять дней им предстояло совершить полет на Луну. Этот корабль был установлен в одной из башен и снаряжался в путь. Вверх и вниз по шахтам башни сновали лифты, на которых поднимались и опускались какие-то грузы; люди везли приборы и оборудование. На разных уровнях, от низа корабля до самой его вершины, высоко уходящей в небо, на платформах-лифтах стояли рабочие в одиночку, по двое и по трое и вели работы на поверхности корабля. Гудели электродрели, вспыхивали молнии сварки, раздавались пулеметные трели пневматических молотков.
Корабль стоял вертикально внутри башни, опираясь на бетонный фундамент. Это был красавец экспресс линии прямого сообщения Москва — Луна. Значительно больший по размерам, чем стоявшие в соседних башнях корабли, совершавшие рейсы только до межпланетных станций, этот корабль как-то сразу полюбился его будущим пассажирам.
На трассе Москва — Луна летали уже первые опытные корабли с атомными реактивными двигателями, но регулярных рейсов с пассажирами они еще не совершали. Корабль, на котором предстояло лететь юным астрономам, имел реактивные двигатели, работавшие на обычных химических топливах.
Экскурсанты остановились невдалеке от башни, в которой стоял «их» корабль. Уже первая цифра, названная инженером, поразила слушателей, и они переглянулись с удивлением и восхищением. Корабль весит при взлете 940 тонн! Это во много раз больше самых тяжелых самолетов и примерно соответствует весу четырех мощных железнодорожных локомотивов. Впрочем, сказал инженер, первые корабли, стартовавшие на Луну, были еще более тяжелыми, ведь они должны были обеспечить возврат пассажиров на Землю и не могли рассчитывать на то, что им удастся заправиться топливом где-либо в пути. Зато корабли, заправляющиеся сейчас на межпланетных станциях — в частности, те, что стоят рядом, — почти вдвое легче.
— Кстати, — добавил инженер, — судите сами о том, как трудно было осуществить полет на Луну нашим отцам. В их времена, в начале второй половины нашего века, топлива, применявшиеся в реактивной технике, были почти вдвое хуже нынешних. Но это значит, что такой же корабль, как этот, должен был весить при взлете не 940 тонн, а сотни тысяч тонн! Вот почему так долго оставалась неосуществленной мечта о межпланетном полете. Высота корабля — более 50 метров, а его диаметр в самой широкой части — 6 метров. По форме он, как видите, напоминает гигантский снаряд, снабженный спереди треугольными крыльями. При взлете из общего веса корабля 940 тонн 814 приходится на долю топлива. Это составляет более 86 процентов. Меньше 14 процентов, всего 126 тонн, весят конструкция корабля, его оборудование и пассажиры. Но значит ли это, что, когда корабль совершит посадку на Луне с опустошенными топливными баками, он будет весить 126 тонн?
Инженер выжидательно посмотрел на слушателей.
Несколько ребят наперебой закричали:
— Нет, он же составной!
— Ну, вы уже настоящие астронавты, ничего не скажешь. Да, конечно, корабль, на котором вы полетите, составной. Вот почему вы не узнаете своего корабля, когда выберетесь из него на Луне: он будет гораздо менее внушительным. До Луны доберется только самая передняя часть корабля. Да, да, с вами, конечно, не волнуйтесь... Корабль трехступенчатый. Нижняя, самая большая часть корабля — это первая ступень. Она весит 100 тонн да на ней помещается 685 тонн топлива, так что ее общий вес 785 тонн. Следующая, вторая, ступень весит в 5 раз меньше — 20 тонн, а вместе со 113 тоннами топлива — 133 тонны. Наконец, последняя, третья, крылатая ступень, на которой находится и пассажирская кабина, весит всего 4 тонны, а вместе с пассажирами, необходимым оборудованием, запасами пищи и проч. — одним словом, с полезной нагрузкой — 6 тонн. На этой ступени находится 16 тонн топлива, так что ее общий вес составляет 22 тонны. Когда корабль совершит посадку на Луну, он будет весить менее 6 тонн1, если будет израсходовано все топливо, или несколько больше, если, как это и полагается, в баках корабля еще останется некоторый запас топлива. Вот вам и ответ на мой вопрос. Вы видите, что от момента взлета до момента посадки вес корабля уменьшится с 940 до 6 тонн, он «похудеет» в 157 раз. Неудивительно, что Циолковскому пришлось создать новую главу механики — теорию движения тел переменной массы. Без этого нельзя было бы рассчитать полет межпланетного корабля.
1 Точнее говоря, столько он весил бы на Земле. На Луне его вес будет в 6 раз меньше.
Необходимый запас топлива на корабле определяется, конечно, точным расчетом, который производится по формуле Циолковского. Вы можете сами произвести такой расчет еще до отлета, чтобы быть уверенными, что топлива на корабле хватит на весь длинный путь. При этом вам следует иметь в виду, что в баки корабля залито новое топливо с высокой теплотворной способностью: окислителем служит жидкий озон, а горючим — один из бороводородов, то есть соединение металла бора с водородом. Скорость истечения газообразных продуктов сгорания этого топлива из двигателей корабля больше 4 километров в секунду. Запас топлива на корабле был определен исходя из того, что энергия, выделяемая этим топливом при сгорании, должна была бы сообщить кораблю при отсутствии влияния тяжести и воздушного сопротивления скорость, равную 15,6 километра в секунду...
— А какую тягу развивают двигатели корабля? — спросил кто-то из ребят.
— Ну что ж, поговорим о двигателях, — сказал инженер. — Тяга двигателей корабля не может быть произвольной, она зависит главным образом от ускорения при взлете корабля, ну и, конечно, от его веса. Чем больше ускорение при взлете, тем больше должна быть тяга двигателей. Взлет с большим ускорением выгоден в отношении расхода топлива, но здесь выступает на первый план здоровье пассажиров. Вам-то еще повезло: этот корабль рассчитан на перегрузки, не превышающие трех, а ведь другие корабли и сейчас еще летают при перегрузке, равной четырем; их пассажиры чувствуют себя похуже.
Но если инерционные перегрузки равны трем, то это значит, что ускорение корабля в полете, создаваемое двигателем, втрое больше, чем ускорение земного притяжения, равное, как известно, примерно 10 метрам в секунду за каждую секунду. Следовательно, тяга двигателей увеличивает скорость корабля каждую секунду на 30 метров в секунду. Поэтому каждый из вас будет весить на корабле, пока работает двигатель, втрое больше, чем вы весите сейчас. Я вам рекомендую взвеситься до отлета, чтобы знать потом свой рекордный вес на корабле. Но, значит, и общий вес корабля при таком разгоне увеличится втрое, и при взлете, например, он будет весить не 940, а 2820 тонн. Вот такую тягу и должны были бы развивать двигатели первой ступени корабля при взлете, если бы не нужно было еще преодолевать воздушного сопротивления.
На первой ступени корабля установлено семь жидкостных ракетных двигателей, каждый из которых может развивать максимальную тягу 450 тонн. Это огромная тяга, равная тяге 20 мощных тепловозов. Когда все эти двигатели работают при взлете корабля на максимальной тяге, они расходуют каждую секунду более 7½ тонн топлива, по тонне с лишним на двигатель. Турбины, приводящие в действие насосы для подачи топлива в камеры сгорания двигателей, развивают при этом мощность свыше 25 тысяч лошадиных сил — такую мощность имеют электростанции больших городов.
По мере расходования топлива общий вес корабля быстро уменьшается. Поэтому должна уменьшаться и тяга двигателей, чтобы перегрузка оставалась все время постоянной, равной трем. Для уменьшения тяги двигателей специальный автомат, связанный с прибором для измерения ускорения — акселерометром, уменьшает подачу топлива. Давление в камерах сгорания двигателей вследствие этого уменьшается, и тяга падает. К концу работы двигателей первой ступени, когда уже израсходовано все топливо, запасенное на этой ступени, все 685 тонн, вес корабля уменьшается до 255 тонн, а тяга двигателей — примерно до 800 тонн.
Вслед за этим первая ступень автоматически отделяется и опускается на Землю на специальном большом парашюте; она еще послужит не одному кораблю. Автоматически же включаются двигатели второй ступени. Перерыв в работе двигателей должен быть минимальным, так как он приведет к потере скорости, — он не должен превышать десятых долей секунды. На этом корабле такого перерыва вообще нет; для этого конструкторы корабля пошли на одну хитрость. Я вам сейчас о ней расскажу, если только вы не устали.
— Нет, нет! — послышалось со всех сторон.
— Ну, так слушайте. Стенки корабля, которые вы видите, это вовсе не его стенки. Снаружи корабля установлены кольцевые топливные баки — их поверхность вы и видите. Вон с той стороны этот бак еще не установлен, и там можно видеть настоящую стенку корабля. Когда все топливо из этих баков вырабатывается, а оно расходуется в первую очередь, баки отделяются от корабля и сбрасываются. Эта идея сбрасываемых баков заимствована из авиации; они уже давно применяются на самолетах, в частности реактивных. Так вот, когда сбрасываются баки первой ступени, они обнажают выходные сопла двигателей второй ступени, расположенных по окружности на особых кронштейнах. Это позволяет включить двигатели второй ступени еще до отделения первой, так что перерыва в работе двигателей не происходит. Понятно?
— Здóрово! — восхищенно заговорили ребята. — А со следующей ступенью происходит то же самое?
— Нет. Вторая ступень тоже имеет сбрасываемые баки, но двигатель последней, третьей, ступени расположен в центре, по оси корабля, причем не сзади, а спереди.
Так сделано потому, что этот двигатель включается только для торможения при спуске на Луну.
Так как после отделения первой ступени общий вес корабля становится равным 155 тоннам, то максимальная тяга двигателей второй ступени почти достигает 500 тонн — она должна ведь снова втрое превышать вес корабля. Потом постепенно тяга уменьшается до 130 тонн, когда вырабатываются все 113 тонн топлива, запасенные на этой ступени. На второй ступени установлено тоже семь двигателей с максимальной тягой по 70 тонн каждый. Один такой двигатель установлен и на последней,третьей, ступени корабля, которая достигнет вместе с вами Луны. Минимальная тяга этого двигателя при посадке разна всего нескольким тоннам.
— Сколько же времени работают в общей сложности двигатели корабля?
— Немногим более 8 минут, из них около 6 минут — при взлете. Все остальное время, а ваш полет до Луны будет длиться чуть больше трех суток, двигатели будут выключены. Какие же силы будут при этом действовать на корабль? Только силы тяжести. Корабль будет притягиваться Землей, Луной, Солнцем. Сначала сильнее всего будет сказываться притяжение к Земле — вследствие этого корабль будет свободно падать на нее, как падает яблоко с дерева. Но только яблоко-то на Землю упадет, а ваш корабль, конечно, нет — ведь он мчится от Земли с огромной скоростью. Притяжение к Земле скажется только на том, что скорость корабля будет все время уменьшаться. Когда корабль приблизится к Луне настолько, что притяжение к ней станет больше земного, он начнет падать уже не на Землю, а на Луну — скорость корабля снова начнет расти. Выходит, что вы будете все время свободно падать сначала на Землю, а потом на Луну.
— Значит, мы ничего не будем весить? — закричали ребята в один голос.
— Да, ваш вес исчезнет вовсе. Чтобы несколько подготовить вас к чувству невесомости и помочь избежать всяких ошибок в первые минуты такого свободного полета, вам, как и всем другим межпланетным путешественникам, придется потренироваться на специальной установке здесь у нас, в космопорте. Вам надо будет приехать сюда еще разок-другой специально для этой цели. Не возражаете?..
Этот вопрос был явно лишним. Долго еще ребята с инженером ходили по космопорту, взбирались на башни, заглядывали внутрь кораблей, осматривали обсерваторию, побывали на заводе и в конструкторском бюро Межпланетстроя.
Стало уже совсем темно, когда усталые, но счастливые и гордые тем, что они сегодня узнали, садились юные экскурсанты в вертолет. Мощные прожекторы освещали всю территорию космопорта и посадочные полосы аэродрома; на вершинах башен сверкали красные звездочки предохранительных огней. Когда вертолет почти беззвучно взмыл в воздух, ребята увидели впереди море огней их родного города, красавицы Москвы. Скорее домой, чтобы завтра снова заняться подготовкой к полету.
Оставшееся время промелькнуло в суете бесчисленных дел, и вот наступил торжественный день отлета.
Взлет корабля был назначен на 3 часа. Но задолго до этого юные астрономы были на месте, окруженные родными, товарищами по школе и совместной работе в планетарии. Уже выслушаны (в который раз!) все наставления, все просьбы, все пожелания — и путешественников просят занять места в корабле.
Вот и корабль. Башня теперь примыкает к кораблю только с одной стороны. Вторая половина башни (оказывается, она состоит из двух половин) отведена в сторону по специальному рельсовому пути. Лифт быстро доставляет пассажиров на высоко расположенную площадку, откуда они по трапу входят в раскрытую дверь пассажирской кабины корабля. Заняли свои места и встречавшие их члены экипажа — командир корабля, второй пилот, штурман-радист и медсестра-буфетчица. Дверь корабля закрывается и задраивается. Башня отводится в сторону, и корабль стоит теперь в гордом одиночестве.
Взлетела вверх зеленая ракета, и в то же мгновение воздух наполнился густым, могучим ревом двигателей корабля. Секунду они работают на пониженной тяге — последняя проверка, — и рев становится невыносимым. Огненные факелы вырываются из сопел двигателей. Корабль вздрагивает, медленно, как бы нехотя, отрывается от опор, и устремляется вверх, все быстрее и быстрее, оставляя за собой длинный, похожий на дымовой след. Несколько мгновений видна серебристая черточка в небе, а затем и она исчезает. Счастливого пути!
Перенесемся в кабину корабля и посмотрим, как чувствуют себя наши астронавты.
Дверь корабля захлопнулась, и ребята оказались запертыми в кабине. Здесь им предстояло провести трое суток при полете до Луны, а потом столько же обратно. Каждый занял свое место. Места были расположены у окон, вдоль двух уходивших вверх стен кабины, и напоминали матросские койки, подвешенные одна над другой, по пяти в вертикальном ряду — пятиярусная спальня. По веревочным лестницам каждый взобрался на свою койку и улегся на ней. Нашлись было шутники («Свистать всех наверх!», «Уже спать?»), но торжественность момента заставила их смутиться: ведь все хорошо знали, что при взлете надо лежать, чтобы легче было перенести инерционные нагрузки.
Впрочем, койки были отличными, пружинящими, и лежать на них было очень удобно. Все легли на спину, головой к стене, на которой горел вертикальный ряд электрических лампочек, и ногами к другой стене, покрытой толстым ковром, с какой-то черной вертикальной дорожкой посередине. В потолке была сделана дверь, которая, как потом оказалось, вела в помещение экипажа.
Наступила тишина. Никому не хотелось говорить, все взволнованно к чему-то прислушивались, чего-то ждали. Вот оно! Раздался рев двигателей, впрочем мягкий, приглушенный стенками кабины. Еще мгновение — и какая-то мощная сила вдавила ребят в койки. Теперь захочешь — не поднимешься! Даже дышать стало труднее. Ребята поняли, что корабль находится в полете.
По часам с большой секундной стрелкой, расположенным на потолке, над дверью в кабину экипажа, ребята стали следить за временем. Прошло 3 минуты — значит, первая ступень корабля с опустошенными баками и остановившимися двигателями уже летит к Земле, опускаясь на парашюте. Момента отделения и включения двигателей второй ступени даже не удалось ощутить.
Стрелка прибора, висевшего на потолке рядом с часами, неустанно двигалась по кругу. Она показывала высоту над Землей. Пройдена вторая сотня километров. Вместо привычного голубого неба в окнах виднелся темно-темно-фиолетовый, почти иссиня-черный, наполненный каким-то необыкновенным матовым свечением небосвод с тысячами звезд. В этом непривычном небе ребята увидели такую же необычную Землю. Они не сразу ее узнали, настолько она была не похожа на знакомую им, родную Землю. Открывавшаяся перед ними картина Земли и отдаленно не напоминала ту, которую они видели с борта вертолета.
«Какие же это места мы пролетаем? — подумали ребята. — Даже не узнаешь. Во всяком случае, где-то на востоке, ведь корабль должен лететь на восток, чтобы использовать скорость Земли в ее вращении вокруг оси».
Все темнее становилось небо, все больше звезд показывалось на нем. А из противоположных окон неслись ослепительные потоки солнечного света. День и ночь одновременно господствовали в кабине корабля.
Прошло 5, 5½ минут. Скоро двигатели остановятся, корабль расстанется и со второй, средней, ступенью. Сейчас, вот сейчас исчезнет тяжесть, сдавившая все тело...
Несмотря на то, что все ждали этого момента, он пришел все же неожиданно. Смолк грохот двигателя, и всем показалось, что койки под ними провалились и что они вдруг начали падать, падать в глубокий, бездонный колодец. Судорожно схватившись руками за края койки, ребята напряженно ждали, что вот-вот последует удар и наступит конец...
Только через некоторое время ребята вспомнили, что так же они чувствовали себя и при тренировке в космопорте. Все вскочили с коек, но... повисли в воздухе в самых смешных положениях. Очень скоро кутерьма, которая вслед за этим поднялась в кабине, наскучила ребятам. Совсем не так уж весело болтаться в воздухе, тыкаться головой в самые неподходящие для этого места и не знать, где верх, а где низ («падаем, но вверх!»). Да притом и чувствовали себя все как-то непривычно — ребят слегка мутило, как при качке на корабле.
Некоторый порядок навела медсестра, появившаяся в двери на потолке, — впрочем, теперь уже это нельзя было даже назвать потолком, так все перепуталось. Прежде всего она распорядилась насчет того, что отныне должно считаться в кабине полом, а что потолком, что верхом и что низом. С помощью ребят она быстро превратила койки в удобные кресла, расположенные у окон одно за другим, как в обычном автобусе, с проходом между ними. Теперь стена с рядом лампочек стала потолком, а другая стена, с дорожкой посередине — полом. Кстати, разъяснилась и загадка этой дорожки. Чтобы каждое неосторожное движение не заставляло взмывать кверху, все получили специальные магнитные подошвы, прикреплявшиеся к ботинкам. Эти подошвы приставали к железной дорожке, и требовалось известное усилие, чтобы оторвать ногу от пола. Так приятно было почувствовать снова, что есть пол, за который не надо держаться руками, чтобы по нему ходить.
Дверь в кабину экипажа, в переднюю часть корабля, теперь оказалась спереди. Над дверью по-прежнему вертелись стрелки на круглых циферблатах часов и высотомера — счетчика километров, пройденных от Земли. Высота уже достигла 3000 километров, корабль мчался со скоростью около 35 тысяч километров в час. В окна была видна Земля, милая, далекая Земля, на которой остались родные и знакомые, осталась Москва. Затянутая дымкой облаков, в разрывы которых угадывались очертания знакомых материков с размытыми, туманными краями, Земля была неповторимо прекрасной.
Из-за края Земли стал выползать небольшой темный диск. Ба, да это Луна! Далекая и, кажется, неприступная. Ну погоди, пройдет немного времени — и ты будешь гораздо ближе.
Все уже постепенно привыкли к необычному и, надо сказать, в общем, неприятному ощущению отсутствия веса. Помогла и тренировка. Некоторым ребятам, кто чувствовал себя хуже остальных, пришла на помощь медсестра — она раздала им какие-то приятно пахнущие таблетки, после которых становилось, по крайней мере на время, лучше.
А своеобразна все-таки жизнь в условиях невесомости — ничто не упадет, не разобьется, спать можно хоть на иголках...
В кабине корабля был свежий, чистый воздух, тепло и уютно. Слабый ветерок дул из вентиляционных жалюзи. Трудно было представить себе, что за тонкими стенками корабля царят вечный холод и тишина безвоздушного пространства.
Наступило время обеда. Сервировка была необычной. Каждый получил свою порцию в особых, межпланетных, сосудах. В особенности приходилось быть осторожным с различными жидкостями: они свертывались в шарики разных размеров, разлетавшиеся по всей кабине. Встреча с шариком горячего какао, например, вовсе не сулила ничего хорошего. Все эти шарики вели себя просто неприлично — проглотить их было трудно, но зато они легко расползались тонким слоем по коже лица. Но, в общем, и с этой трудностью скоро научились справляться, и все, что полагалось, было с аппетитом съедено. Суп и какао приходилось высасывать из сосудов через трубочки вроде тех, с помощью которых ребята раньше, бывало, пускали мыльные пузыри.
Тяжести больше нет!
После обеда к ребятам вышел штурман-радист. Он оказался веселым, разговорчивым человеком, имевшим, несмотря на свою молодость, немалый опыт межпланетных полетов. Его «налет» в мировом пространстве составлял уже несколько сот миллионов километров, и он мечтал в будущем стать «миллиардером». Летчики на Земле давно перестали завидовать в этом отношении своим межпланетным коллегам, махнув рукой на безнадежные попытки когда-либо их догнать.
Штурман познакомился с ребятами, передал им последние радиограммы, полученные с Земли. Потом начался оживленный разговор на различные межпланетные темы. Десятки вопросов посыпались со всех сторон на штурмана, который едва успевал на них отвечать. Все, что можно, он старался показывать наглядно. Так, например, когда кто-то спросил его, будет ли гореть спичка в кабине корабля, он немедленно зажег ее, и все убедились, что она горит отлично. Кто-то из ребят начал было: «А как же мы слышали...», но тут штурман понимающе подмигнул и сказал: «Подождите-ка». Он вышел на мгновение и, возвратившись, снова зажег спичку. Она вспыхнула, потом ее пламя быстро свернулось в шар и погасло. Штурман снова вышел, и после его возвращения спичка снова горела совершенно нормально. В чем тут загвоздка?
— Вы выключили вентиляцию! — воскликнул кто-то.
— Верно, — заметил штурман. — При отсутствии веса, если нет специальной искусственной вентиляции, пламя «задыхается». Впрочем, вы бы тоже задохнулись, — добавил он, — если бы я выключил вентиляцию надолго.
Второй день полета был ознаменован встречей корабля с межпланетной станцией — целым поселком из сооружений различной формы, мчавшихся, не нарушая порядка, как выводок каких-то странных птиц, по своей орбите вокруг Земли на высоте свыше 100 тысяч километров. Ребята молча смотрели, прижавшись к окнам, как вдали проплывали серебрившиеся в лучах озарявшего их Солнца, созданные волей и гением людей «острова у берегов Земли». Штурман объяснил, как велико значение межпланетных станций для науки и для межпланетных сообщений. Долго потом говорили ребята об искусственных спутниках Земли, впервые в мире предложенных Циолковским еще в самом начале XX века.
Такие же спутники вращаются теперь и вокруг Луны, но увидеть их в этом полете не удастся.
Незаметно (если бы только не эта невесомость!) летело время на корабле, заполненное увлекательными наблюдениями. Наступил третий день полета. Это был необыкновенный день. Командир корабля разрешил своим юным пассажирам, получив на это заблаговременно согласие Земли, совершить экскурсию за пределы корабля, наружу, в мировое пространство. Целых полдня длилась веселая суматоха на корабле, связанная с этим необычайным «путешествием». Ребята отправлялись в него поодиночке, сопровождаемые каждый раз вторым пилотом корабля. Все вместе снаряжали очередного счастливчика в путь-дорогу. Эта подготовка должна была быть очень тщательной, так как какая-нибудь неосторожность могла иметь тяжелые последствия. Взволнованный, залезал он в массивный межпланетный скафандр, с устройством которого экскурсанты были хорошо знакомы. Вот уже все готово, дано разрешение на выход. Оба «экскурсанта» прощаются и выходят за дверь кабины в герметический шлюз-тамбур. Дверь за ними задраивается, из тамбура выкачивается воздух — жалко его терять, — и затем открывается наружная дверь. Экскурсанты уже вне корабля. Сквозь окна кабины наблюдают за ними остальные пассажиры, весело смеясь при виде довольно-таки неуклюжих движений «пловцов» в мировом пространстве, мчащихся рядом с кораблем, точно привязанные к нему невидимыми нитями. Им-то, конечно, корабль казался неподвижным...
Наконец наступил и последний день полета. Ребята были радостно взволнованы предстоящей встречей с Луной. Не отрываясь, смотрели они через окна на все увеличивающийся лунный диск, одна половина которого была освещена Солнцем, а другая лежала в тени. Перед ними открывался своеобразный, мрачный мир.
Все ближе Луна. Пройдена уже нейтральная точка, в которой притяжение корабля к Земле и к Луне одинаково по величине; теперь корабль падает уже не на Землю, а на Луну, до которой осталось меньше 50 тысяч километров. Впрочем, пассажиры в кабине корабля не в состоянии заметить этого изменения — им, в общем, все равно, куда падать. Другое дело — командир корабля; для него это важно. Скорость корабля, которая постепенно уменьшалась и у нейтральной точки была минимальной, немногим меньше километра в секунду, теперь начала снова увеличиваться.
Луна неумолимо приближается. Получен приказ — снова всем лечь на койки, как и при отлете с Земли, но только ложиться приходится на обратную сторону койки. Опять кабина превращается в пятиярусную спальню, но кто был раньше наверху, на этот раз оказывается внизу.
До Луны осталось 1000 километров, 500 километров... Радиолуч точно отсчитывает километры, как эхолот — глубину моря. Скорость корабля достигла уже почти 3 километров в секунду. Надо начинать торможение, иначе можно разбиться при посадке — до поверхности Луны осталось около 150 километров. Кстати, на Луне вспыхивают мощные прожектора, освещая посадочную площадку, лежащую на темной, еще не освещенной солнцем части Луны, у самой границы света и тени, пересекающей лунный диск. Командир включает двигатели, и снова знакомая уже по взлету с Земли сила вдавливает пассажиров глубоко в койки. Струя раскаленных газов вырывается из сопла двигателя и мчится, к Луне, опережая корабль на четыре с лишним километра каждую секунду. Реактивная тяга двигателя как бы упирается могучей рукой в лоб корабля, уменьшая скорость его падения.
Скорость корабля все уменьшается; последние километры он приближается к Луне очень медленно; тяга двигателя лишь немногим превышает вес корабля, который сейчас в 6 раз меньше, чем у Земли, в связи с меньшей силой притяжения к Луне. Наконец пройдены последние метры, сантиметры. Корабль плавно касается поверхности Луны и становится на амортизаторы-шасси, представляющие собой четыре стальные «ноги» с опорными дисками на концах. Это шасси убирающееся, его «ноги» выпускаются перед посадкой, как на самолетах. Толчок почти не ощущается — мастерское «прилунение»! Посадка длилась примерно 1½ минуты, а всего с момента отлета с Земли прошло чуть больше трех суток.
Сбылась мечта ребят — они на Луне! С любопытством выглядывают они в окна, рассматривая посадочную площадку, по которой разгуливают люди в скафандрах, видят странные сооружения вдали, мачты радиостанции.
Несмотря на ночь, на Луне светло. Земля, беловато-голубоватый диск которой (в 4 раза больше лунного) висит на небе, ярко освещает поверхность Луны. Свет Земли примерно в 80 раз ярче лунного света у нас на Земле. При свете Земли на Луне можно без напряжения читать книгу.
Прошло немного времени, и наши юные путешественники по очереди выбрались из корабля и в скафандрах переправились в жилища селенитов — лунных жителей. Жилища людей, расположенные у этой посадочной площадки (были и другие поселения), находились под поверхностью почвы, и только круглые купола выдавали местоположение некоторых из них. Через уже знакомый по устройству шлюз-тамбур все путешественники вошли внутрь одного такого «подлунного» дома-гостиницы для новоприбывших. После первых приветствий путешественников быстро накормили и уложили спать — утром надо встать пораньше, предстоит что-то очень интересное...
НА ЛУНЕ
Рано утром юных путешественников подняли с постели. Ночь на Луне длится, как известно, две недели, и столько же потом длится день, но в данном случае утро на Земле и утро на Луне совпадали. Это было раннее утро и на Луне, ибо скоро должно было взойти Солнце, которого здесь уже не видели полмесяца. Вот в чем заключался тот сюрприз, на который юным астрономам намекали еще на Земле; как ни бились они над этой загадкой в пути, так и не додумались до ее решения. Прибытие экскурсантов на Луну было заранее рассчитано так, чтобы они могли видеть восход Солнца на Луне — необычайно красивое и, как видите, довольно редкое явление. Зато, правда, длится восход Солнца на Луне не 1 — 2 минуты, как на Земле, а целый час.
Уже через полчаса все ребята во главе с руководителем, который был выделен для них на Луне, в скафандрах гуськом отправились на то место, которое было намечено для наблюдения за восходом Солнца. Пока ничто не указывало на близкое появление нашего дневного светила. Небо на востоке не было окрашено, как это бывает перед восходом Солнца у нас на Земле, потому что на Луне нет необходимой для этого атмосферы. Только холодно блистали мириады немерцающих звезд, да в наполненном их матовым свечением черном небе висел земной диск, все там же, где и вчера, при посадке. Он, как пришпиленный, стоял в одной и той же точке неба: ведь Земля не передвигается по лунному небосводу, как Луна по земному, так что на Луне не бывает ни восхода, ни захода Земли. Эта особенность лунного ландшафта честно служит людям на Луне — по положению Земли на небе они легко определяют свое местоположение на лунной поверхности. Заблудиться на Луне трудно, ведь Земля видна на всей поверхности Луны, которую мы всегда видим с Земли. Другое дело — на «задней» стороне Луны. Посадочная площадка была расположена сравнительно недалеко от края видимого с Земли лунного диска, в Море Дождей, вблизи знаменитой уединенной вершины Питон, и поэтому Земля стояла довольно низко. Если бы наши экскурсанты сели вблизи лунного полюса, они видели бы Землю у самого горизонта.
А как много звезд на небосводе! На Земле мы видим простым глазом около 3000 звезд, а здесь как бы пелена спадает с глаз... Впрочем, расположение знакомых, наиболее ярких звезд не изменилось — что значат по сравнению с расстоянием до звезд те 384 тысячи километров, которые отделяют Луну от Земли!
Внезапно на черном фоне неба ослепительно ярко засияли вершины высоких гор, точно освещенные мощными прожекторами. Сверкали только вершины; граница между ярким светом и черной тенью была необычайно резкой; этого не увидишь на Земле, где свет рассеивается в атмосфере.
И вот показалось Солнце. Оно совсем не было похоже на ярко-красный шар, который мы видим во время восхода на Земле. Солнце возникло, как ослепительная, пламенная гигантская звезда, предшествуемая короной, фонтанами, струями света. Незабываемая игра красок! А вдали от Солнца небо оставалось таким же бархатно-черным, наполненным матовым свечением, и так же блистали на нем звезды.
Косые лучи Солнца осветили все вокруг, и школьники огляделись. Странный, мрачный, безжизненный мир лежал перед ними.
Море Дождей, на котором они находились, как и другие «моря» на Луне, вовсе не было морем. И, конечно, там никогда не выпадало ни капли дождя. Точно так же и Болото Туманов, вблизи которого совершил посадку корабль, никогда не было болотом, и никогда над ним не расстилались туманы. Эти названия являются результатом заблуждения первых астрономов, начиная с Галилея, принимавших темные области на Луне за водные пространства. В действительности «моря» — огромные бесплодные каменистые пустыни, а более светлые места поверхности Луны образованы песчаными и глинистыми породами. Поверхность Луны покрыта слоем пыли, являющейся результатом вулканической деятельности и взрывов, происходивших при падении метеоритов. Нигде не видно ни малейшей совершенно гладкой, ровной площадки. Почва изрыта кратерами, или цирками, различной величины. Некоторые из них имеют диаметр более 100 километров. Вся местность вокруг изрезана глубокими расселинами и трещинами, покрыта грудами обломков пород и поэтому совершенно непроходима. Цвет почвы в основном темный, серый с коричневым, хотя некоторые кратеры имеют светлую поверхность, напоминающую пемзу; это сходство увеличивается пузырчатостью многих поверхностных пород.
Рельеф горных цепей резкий; всюду острые грани, выступающие пики; нигде не видно округлостей, плавных переходов — всего того, что связано у нас на Земле с действием воды и ветра.
Отсутствие атмосферы делает видимость на Луне очень хорошей, без свойственной Земле туманной дымки далей. Но здесь все так неприятно резко, такие резкие переходы от света к тени — полутеней, ласкающих взгляд на Земле, совсем нет. То, что находится в тени, увидеть нельзя, если рядом нет освещенных поверхностей. Ребята отчетливо, во всех деталях, видели горы, которые находились от них, как оказалось, на расстоянии 60 километров. Правда, эти горы показались им очень невысокими, тогда как в действительности они имели высоту около 7 километров, как величайшие горные цепи на Земле. Эта ошибка объясняется большой кривизной поверхности Луны, диаметр которой почти в 4 раза меньше земного: удаляющийся человек на Луне очень быстро скрывался за горизонтом — на расстоянии 5 километров его уже не было видно.
На Земле наши экскурсанты много слышали о том, что из-за малой массы Луны вес на ней в 6 раз меньше земного, и потому на Луне можно, не рискуя, спрыгнуть со скалы высотой в 20 метров или перепрыгнуть такой же ширины ущелье. Кое-кто из наших путешественников жаждал поскорее испытать эти ощущения, чтобы потом на Земле с гордостью рассказать об этом приятелям. Однако, к их сожалению, тяжелый скафандр со всем необходимым снаряжением делал их только немногим более легкими, чем на Земле, а массивность этих костюмов превратила подвижных ребят в весьма степенных «дядей», способных передвигаться по Луне лишь с удручающей медлительностью. Тут уж не до цирковых трюков!
Незаметно промелькнули дни, в течение которых юным астрономам разрешили погостить на Луне. Какими только интересными делами не были они заполнены! Школьники занимались астрономическими наблюдениями, невозможными на Земле. Фотографировали солнечную корону, устраивая искусственное «солнечное затмение», — для этого достаточно было закрыть солнечный диск кружком картона. Как потом гордились они этими уникальными снимками!
Запомнились школьникам экскурсии к различным «знаменитым» местам на Луне, вызывавшим в свое время жаркие дискуссии астрономов, — их загадки были разрешены только после посадки на Луну. Одним из первых они посетили расположенный недалеко от места посадки огромный кратер Платон, чтобы выяснить, почему цвет дна этого кратера становится более темным, когда на него падают солнечные лучи. Этот кратер привлекал их внимание еще и потому, что некоторые астрономы утверждали, будто видели в 1948 году вблизи него яркое желто-коричневое свечение — след падения огромного метеорита, вроде Тунгусского. Очень интересно было это проверить.
Побывали они и в кратере Аристарх, имеющем диаметр более 45 километров и глубину 1,5 километра. Центральный пик этого кратера — самое светлое пятно на лунной поверхности, видимой с Земли: он ярко сияет даже в пепельном свете Земли. Ребята выяснили, какая это порода так хорошо отражает солнечный свет. Интересно было выяснить и то, что это за темные радиальные полосы идут от центрального пика этого кратера наружу.
Были ребята и в кратере Теофил — типичном кратере с кольцевой горой по окружности и горой в центре, и в кратере, названном именем великого польского астронома Николая Коперника. По пути на Теофил они пролетали над самым центром видимого с Земли лунного диска. Любовались одним из высочайших горных хребтов на Луне, расположенным почти у самого южного полюса, — горами Лейбница, чьи вершины возносятся на высоту почти 9 километров над средним уровнем лунной поверхности. Там же, вблизи южного полюса, они видели один из самых больших кратеров на Луне, Клавий, — его диаметр превышает 200 километров, и один из самых глубоких кратеров, глубиной около 8 километров. Побывали они и в единственной в своем роде на Луне долине Альп, отгороженной высокими горами от Моря Дождей. Эта долина, имеющая 10 километров в ширину в самой широкой своей части и более 120 километров в длину, представляет площадку с гладкой поверхностью, какой-то гигантский разрез горной цепи, происхождение которого не получило еще удовлетворительного объяснения. Были они и у другой такой «диковинки» на Луне — Прямой Стены, расположенной в Море Облаков. Этот уступ — вертикальный обрыв высотой до 600 метров — очень поразил наших путешественников: отчего он такой прямой и высокий? Неужели он образовался во время какого-то страшного «лунотрясения»!
На кратере Теофил.
Вид на центр лунного диска.
Побывав в Море Облаков, путешественники не смогли, конечно, не заглянуть и на расположенный недалеко от Прямой Стены кратер Альфонса, ставший знаменитым с тех пор, как советский астроном Н. А. Козырев обнаружил 3 ноября 1958 года вулканическое извержение, происходящее из центрального пика этого кратера. Ведь это был первый случай подобного рода!
Перелетев через Лунный Кавказ, ребята побывали в Море Ясности, у загадочного кратера Линнея, почти исчезнувшего на глазах изумленных астрономов, наблюдавших за ним с Земли. В прошлом столетии этот кратер был виден отчетливо, а теперь еле заметен. Как было не выяснить, что стряслось с этим необыкновенным кратером!
Лазили внутрь загадочного, как многое на Луне, кратера Тихо Браге, почти на самом южном краю лунного диска; этот кратер является центром самой мощной на лунной поверхности системы «лучей» — светлых полос, расходящихся от кратера почти по всей поверхности лунного диска. Эти «лучи» ничто не останавливает: ни горы, ни впадины. Что представляют собой таинственные «лучи» — следы взрывов при вулканических извержениях или при падениях гигантских метеоритов? Сконденсированные пары, заполнившие трещины, образовавшиеся вместе с самим кратером? Возвратившись на Землю, юные астрономы расскажут об этом своим товарищам.
У величайшего горного хребта на Луне — гор Лейбница.
Во время путешествий по Луне экскурсанты пользовались специальным экскурсионным ракетным кораблем. Они фотографировали и с корабля и после посадки все, что казалось им примечательным и что могло заинтересовать их друзей на Земле, — ведь им надо будет обо всем рассказать после возвращения.
С особенным интересом осматривали школьники сооружения, воздвигнутые на Луне за годы, которые прошли с тех пор, как первый человек ступил на лунную поверхность. Они познакомились с «подлунными» заводами по производству топлива для жидкостных ракетных двигателей межпланетных кораблей. Эти заводы уже не только полностью обеспечивали топливом корабли, совершавшие посадку на Луну, но и снабжали им межпланетные станции — искусственные спутники Земли и Луны. Контейнеры с топливом отправлялись на эти станции с помощью огромной электромагнитной катапульты.
Экскурсанты осмотрели гигантские солнечные энергостанции, снабжавшие электроэнергией и теплом предприятия и жилые сооружения лунных поселений. Были в центральной диспетчерской, откуда осуществлялось управление несколькими атомными электростанциями, расположенными на расстоянии до 150 километров от этой диспетчерской. Спускались в шахты рудников, в которых велась добыча многих редких и ценных металлов и минералов.
Межпланетный корабль прибыл на лунную базу.
По вечерам в «подлунном» клубе ребята смотрели телевизионные передачи с Земли, причем в одной передаче, устроенной специально для них, они увидели своих родных и товарищей. Подолгу затягивались беседы с ветеранами, прожившими на Луне по нескольку лет и только отпуск проводившими на Земле, в черноморских здравницах и подмосковных санаториях. Эти беседы были едва ли не самым любимым времяпровождением ребят — так много интересного и увлекательного узнавали они о героической борьбе людей за освоение Луны.
С огромным удовольствием проводили ребята время и в таком же «подлунном» спортзале. Вначале, когда им предложили позаниматься спортом на Луне, это не вызвало никакого энтузиазма: «Не для этого же мы летели сюда, нам время здесь дорого, спортом мы и дома займемся...» Но потом каждый старался при первой же возможности заглянуть в спортзал — таким необычным и увлекательным оказался этот спорт на Луне! Колоссальных размеров спортзал, под который была приспособлена одна из обнаруженных на Луне гигантских пещер, был почти пуст. Когда ребята впервые вошли в него, они сначала не заметили ничего особенного, но затем ахнули, да так и остались с раскрытыми ртами: под самым куполом летал... человек! Он то парил на больших крыльях из какой-то прозрачной пластмассы, натянутой на легкий каркас, то стремительно бросался вниз, чтобы у самого пола снова взмыть вверх, Это было потрясающее, невиданное, захватывающее дух зрелище.
Долина Альп.
Что видели юные путешественники на Луне.
1. Море Холода 2. Кратер Платон 3. Кратер Линней 4. Альпы 5. Залив Радуг 6. Болото Туманов 7. Кавказ 8. Озеро Снов | 9. Море Дождей 10. Место посадки корабля 11. Кратер Архимед 12. Море Ясности 13. Кратер Аристарх 14. Болото Гниения 15. Апеннины 16. Карпаты | 17. Море Паров 18. Океан Бурь 19. Кратер Коперник 20. Море Спокойствия 21. Море Изобилия 22. Кратер Птолемей 23. Кратер Теофил 24. Прямая Стена | 25. Море Нектара 26. Пиренеи 27. Море Облаков 28. Море Влажности 29. Кратер Тихо 30. Кратер Клавий 31. Кратер Ньютон 32. Горы Лейбница |
Вскоре ребята узнали, в чем секрет это-го «плавания» в воздухе на Луне, почему здесь люди смогли научиться искусству птиц. Секрет заключался в малой силе тяжести на Луне. При такой небольшой тяжести силы человеческих мышц уже оказалось достаточным для того, чтобы осуществить этот «безмоторный» полет. «Эх, жаль, — сейчас же подумали ребята, — что на Луне нет воздуха. Вот бы парить над лунными горами!» С большими предосторожностями разрешили и юным путешественникам полетать в спортзале. «Лучше этого ощущения ничего не было», — признавались они потом.
Во время пребывания на Луне выяснилось, что для ребят припасен еще один сюрприз. О нем рассказал штурман. Улетая с Луны, корабль облетит ее «заднюю» сторону, которая стала доступной людям только после того, как их межпланетные корабли смогли облететь вокруг Луны. Тысячелетиями люди наблюдают с Земли одну и ту же поверхность лунного диска, чуть больше половины, около 3/5 всей поверхности Луны. (Ребята с интересом узнали, что по площади видимая нами с Земли поверхность Луны примерно равна поверхности Советского Союза.) Вот почему во всех планетариях мира одна сторона шара, изображающего Луну, была гладкой — люди не знали, какова эта часть Луны. Это объясняется тем, что вращение Луны вокруг своей оси под действием приливных сил, вызываемых силой земного тяготения, постепенно замедлилось. Когда-то оно было быстрым, теперь же Луна делает только один оборот вокруг своей оси за время одного полного обращения вокруг Земли, то есть примерно за месяц. Поэтому и обращена она к Земле всегда одной и той же стороной. Она лишь слегка покачивается относительно этого положения равновесия, что и позволяет чуть-чуть заглядывать «за Луну». Эти же приливные силы превратили Луну из шара в какое-то подобие гигантской груши, образовав на ней выступ высотой почти в километр, которым Луна и «глядит» все время на Землю.
И вот ребятам удастся видеть оборотную сторону Луны, сфотографировать ее, рассказать о ней потом друзьям. Какая удача!
Но ребятам повезло не только в этом. На черном небе Луны они увидели редкую гостью у «берегов Земли» — комету, «косматую звезду». Это была комета Галлея, которая движется вокруг Солнца по вытянутой эллиптической орбите, возвращаясь к нему раз в три четверти века (точнее раз в 76 лет). Кометы представляют собой, пожалуй, наиболее загадочные, хотя и весьма многочисленные, небесные тела в солнечной системе (еще известный астроном XVII века Иоганн Кеплер говорил, что «комет в небесном пространстве столько же, сколько рыб в океане»; советские ученые установили, что в пределах солнечной системы движутся тысячи миллиардов комет). Большая часть комет движется вокруг Солнца по орбитам, практически не отличающимся от параболы. Такие кометы возвращаются к Солнцу лишь раз за несколько десятков тысяч, а может быть, и сотен тысяч лет.
 Путь кометы Галлея в солнечной системе. |
 19 мая 1910 года Земля прошла сквозь хвост кометы Галлея. |
Кстати сказать, по новейшим представлениям, «поставщиком» комет является колоссальное «облако» ледяных глыб, образованных из замерзших газов с твердыми включениями. Эти глыбы сравнительно медленно движутся вокруг Солнца на огромных расстояниях от него — поперечник этого «кометного облака» в 2000 раз превышает поперечник нашей солнечной системы. Вот еще через какой «барьер» придется пробиться межзвездным кораблям! Некоторые из этих замерзших глыб, когда они приближаются к Солнцу на меньшие расстояния, и становятся кометами.
Комета Галлея, пожалуй, наиболее интересная из всех комет, которые наблюдались уже при нескольких возвращениях к Солнцу. Она очень ярка, тогда как все остальные кометы этого вида слабы. Ее период обращения — наибольший по сравнению с другими подобными кометами. Направление движения кометы Галлея — противоположное не только вращению планет вокруг Солнца, но и всех других известных комет; она в этом отношении единственное известное исключение.
Комета Галлея названа так по имени астронома — современника Ньютона. Галлей в 1682 году, во время очередного появления этой кометы, предсказал ее возвращение через 75 лет; это было первое предсказание такого рода. Возвращение кометы Галлея можно проследить по старинным рукописям на 2000 лет назад. Последнее появление кометы Галлея вблизи Солнца произошло в 1910 году. 19 мая 1910 года комета прошла между Солнцем и Землей на расстоянии 24 миллионов километров от Земли, так что Земля, вероятно, «пронзила» хвост кометы, имеющий гораздо большую длину — около 30 миллионов километров.
И вот эта комета снова вернулась...1
1 Возвращение кометы Галлея должно произойти в 1986 году.
Наступил наконец и день возвращения на Землю. Пора было собираться — Солнце уже стояло над самым горизонтом. Вот-вот должна была наступить долгая лунная ночь с ее немилосердными морозами. Наши путешественники, в суете лунных дел совсем было забывшие о своем корабле, теперь его даже не узнали. Корабль по-прежнему стоял носом вниз на своих четырех «ногах», но теперь сверху на нем установили громадный добавочный бак с топливом. В этом баке, собственный вес которого составлял 3 тонны, помещалось 36 тонн топлива. Кроме того, на концах крыльев установили еще два шарообразных бака с топливом. Каждый из них весил всего по 250 килограммов, и в нем находилось по 3,25 тонны топлива. Таким образом, корабль весил теперь 68 тонн (весил бы на Земле столько, так как на Луне его вес составлял всего 11 тонн с небольшим), из которых 58,5 тонны приходилось на долю топлива.
Штурман-радист, о дружбе с которым ребята не забывали и во время пребывания на Луне, объяснил им, почему корабль при взлете с Луны весит меньше, чем при отправлении с Земли. Скорость отрыва от Луны равна всего 2⅓ километра в секунду (вот почему неудивительно, что Луна давным-давно растеряла свою атмосферу — молекулы газов обладали большей скоростью и навсегда покинули Луну). Кроме того, при посадке на Землю торможение двигателем погасит примерно только половину всей скорости падающего корабля, а остальная часть скорости будет погашена за счет сопротивления воздуха при полете в земной атмосфере. Вот здесь-то и пригодятся крылья — с их помощью корабль сможет совершить длительный планирующий полет вокруг Земли, при котором и будет погашена оставшаяся излишняя скорость.
— В общем, — сказал штурман, — запас топлива на обратный путь был определен исходя из того, что этого топлива должно было бы хватить на разгон корабля при отсутствии влияния тяжести и воздушного сопротивления до скорости 9,2 километра в секунду, что составляет только 60 процентов этой скорости при взлете с Земли. На уменьшении запаса топлива сказываются и уменьшение потерь скорости при взлете с Луны по сравнению с торможением во время посадки на нее, и меньший вес добавочных баков.
Тепло попрощавшись со своими лунными друзьями, захватив их письма на Землю, наши путешественники забрались снова в кабину корабля, имевшую тот же вид, что и в момент посадки на Луну. Та же пятиярусная спальня, опять экипаж под пассажирами и часы на полу.
Задраены двери, опробован двигатель, зеленая ракета — и корабль, вздрогнув, отрывается от Луны.
Тяга двигателя, равная, как вы, наверное, помните, 70 тоннам, способна сообщить кораблю, весящему при взлете с Луны 68 тонн, ускорение, почти равное земному: 10 метров в секунду каждую секунду. Это, конечно, в 6 раз больше, чем ускорение лунного притяжения, так что во время вертикального подъема скорость корабля увеличивается на 8 с лишним метров в секунду за каждую секунду подъема. Вес пассажиров в этот момент практически равен их земному весу, перегрузка равна единице.
Однако по мере выработки топлива вес корабля будет уменьшаться, а ускорение — увеличиваться, так как тяга двигателя при этом остается неизменной. К концу взлета, когда корабль приобретет скорость около 3 километров в секунду и все топливо из дополнительного бака будет выработано, корабль будет весить всего 32 тонны, и перегрузка достигнет двух. Все равно это меньше, чем при взлете с Земли, но всем было снова приказано лечь на койки.
Грохочет двигатель. Как интересно получается: внутри корабля, за изолированными стенками, его рев слышен, хотя и приглушенно, а провожающие корабль жители лунного поселения ничего слышать не могут, для них корабль взлетает бесшумно — по лишенному воздуха пространству звук не передается.
Совсем немного поднялся корабль над поверхностью Луны, а командир уже поворачивает его круто набок. Для этого ось двигателя несколько отклоняется от оси корабля — двигатель устроен поворотным, как это делается уже давно на тяжелых дальних ракетах. Теперь корабль увеличивает свою скорость, летя на сравнительно небольшой высоте над лунной поверхностью. Так лететь удобнее: потери скорости из-за притяжения к Луне отсутствуют, и пассажирам лучше видно, что делается внизу.
И ребята охотно пользуются предоставляемой им возможностью. Сначала они летят над уже знакомыми местами, узнают горы, моря, кратеры. Но вот все ближе лунный полюс, Земля уже почти скрывается за горизонтом, сейчас она совсем исчезнет, скрытая Луной. Перед глазами ребят расстилается картина лунной поверхности, еще никем не виденная с Земли. Обычный для Луны ландшафт, только, пожалуй, еще более изрезанный рельеф, еще более неровная поверхность.
Поверхность Луны меняет свой вид крайне медленно, так что за все время существования науки ученым не удалось установить сколько-нибудь достоверных изменений этой поверхности1. Конечно, нельзя сказать, что на Луне вообще ничего не случается. Ее поверхность подвергается непрерывной бомбардировке метеоритами, воздействию космических лучей и электронных потоков, мчащихся из мирового пространства. На Луну действует сила притяжения к Земле. Смена температур при переходе от дня к ночи и наоборот производит расслаивание горных пород на Луне. Однако из-за отсутствия атмосферы и влаги процессы изменения характера поверхности на Луне идут гораздо медленнее тех, которые происходят у нас на Земле.
1 По отдельным наблюдениям, некоторые небольшие кратеры на Луне — например, кратер Линнея, расположенный в Море Ясности, — на некоторое время исчезали, а потом появлялись вновь. Значит ли это, что они заволакивались какой-то дымкой, может быть, в связи с вулканической деятельностью, или заполнялись лавой, потом снова уходившей вглубь? Возможно. Наличие вулканической деятельности на Луне впервые доказано пулковским астрономом Н. А. Козыревым путем спектрального анализа снимков кратера Альфонса 3 ноября 1958 года.
Наиболее активные из этих процессов вызываются метеоритными дождями и сменой температур. При переходе от полудня к полуночи температура на поверхности Луны падает на 300° — жара в 130 — 140° сменяется трескучим морозом, достигающим 150 — 160°1. Однако эта смена температур происходит медленно, постепенно, и ее влияние на изменение лунной поверхности может сказаться только за многие миллионы лет.
1 Колебания температуры в околополярных районах гораздо меньше, чем у лунного экватора. Несмотря на отсутствие атмосферы, «климат» в разных районах Луны все-таки, оказывается, разный. Вот почему, в частности, площадка для расположения базы на Луне была избрана сравнительно близко к полюсу.
Гораздо сильнее сказывается относительно резкая смена температур во время лунных затмений. Когда Земля становится на пути солнечных лучей, мчащихся к Луне, температура лунной поверхности, как показали измерения, снижается больше чем на 250° — с плюс 120° до минус 150° — в течение полутора часов.
Но лунные затмения происходят только на стороне Луны, обращенной к Земле; противоположная ее сторона избавлена от резких температурных изменений, и потому расслаивание лунных пород на этой, «задней», стороне происходит медленнее и ее поверхность оказывается более неровной.
Увлеченные наблюдениями, ребята даже не заметили, как был выключен двигатель и корабль перешел в свободный полет вокруг Луны, чтобы потом направить свой путь к Земле. Снова исчезла тяжесть. Ребят нельзя было оторвать от окон ни на минуту — так необычайно красива была открывающаяся перед ними картина. Два узких серпа: ближний, лунный, и дальний, меньший, земной, — сверкали в лучах Солнца, комета Галлея ослепительно блистала, разбросав на целую половину черно-бархатного неба свой распущенный хвост, Венера сияла над кометой драгоценным алмазом. Незабываемые мгновения!..
Быстро промелькнули два последующих дня в ставшей уже привычной, обжитой кабине корабля. Теперь ребята не отрывают глаз от все увеличивающейся в размерах Земли. Они узнают знакомые очертания материков, любуются отражением Солнца в океане, пытаются угадать точку на земной поверхности, в которой находится Москва.
Над лунным полюсом по пути на «заднюю» сторону Луны. Земля вот-вот скроется за горизонтом.
Готовясь к посадке на Землю, командир корабля решил повернуть его носом к Земле. Это нужно и для торможения корабля с помощью двигателя, установленного в самом острие носа корабля, и для осуществления планирующего полета в земной атмосфере. Корабль должен иметь минимальное сопротивление, иначе торможение будет слишком резким — и корабль может раскалиться и вспыхнуть, повторив судьбу бесчисленных метеоров.
Загудел маховичок в кабине экипажа, раскручиваемый электродвигателем, и корабль стал медленно разворачиваться в противоположную сторону. Поплыли в сторону звезды, Земля. Только по их движению и можно было догадаться об этом повороте корабля. Теперь корабль мчится носом вперед, готовый к опасной встрече с земной атмосферой.
Ставший ненужным огромный топливный бак сбрасывается и сгорает в атмосфере, куда он врывается с огромной, космической скоростью.
Быстро движется стрелка, отсчитывающая теперь километры, оставшиеся до земной поверхности. Вот уже осталось 2000, 1500 километров. Промелькнул автоматический искусственный спутник, безостановочно движущийся вокруг Земли по двухчасовой орбите на высоте 1670 километров, то есть совершающий один полный облет Земли за 2 часа. Судя по форме этого спутника, он используется в качестве автоматической станции ретрансляции передач телевидения.
Скорость корабля превышает 10 километров в секунду, более 36 тысяч километров в час. Чтобы сделать посадку безопасной, надо уменьшить скорость корабля путем торможения его двигателем.
Командир включает двигатель, и снова на 3 с лишним минуты инерционная перегрузка вдавливает тела путешественников в пружинящие сетки коек. Скорость корабля снижается до 5 километров в секунду. Меньше чем через 40 секунд после начала торможения сбрасываются ставшие ненужными крыльевые баки.
Корабль начинает планирующий спуск с высоты в несколько сот километров. Больше одного полного оборота вокруг земного шара совершит он, пока его скорость снизится до скорости полета реактивных самолетов, потом станет еще меньше. Конечно, корабль летит навстречу Солнцу, на восток, то есть в том же направлении, в котором Земля вращается вокруг своей оси, — в этом случае вращение Земли помогает скорее погасить относительную скорость корабля. Вот уже видна на горизонте Москва. Она остается немного в стороне; корабль летит к тому же космопорту, с которого он недавно стартовал в свое далекое путешествие. Уже совсем близко аэродром космопорта. Движением ручки управления от себя командир корабля направляет его нос вниз, к Земле. Включенный двигатель гасит оставшуюся скорость — корабль плавно садится на заранее выпущенные «ноги»-шасси.
Приветственные крики, радостные возгласы, все машут руками, суетятся... Земля!
Вы скажете: «Мечта, фантазия». Верно, мечта. Конечно, фантазия. Но сколько таких дерзновенных мечтаний уже превращено наукой, творческим человеческим трудом в реальную действительность!
И мы твердо знаем, что придет время — и время это не за горами, — когда будет осуществлена и эта дерзновеннейшая из дерзновенных мечта человечества.
Мы убеждены, что осуществить эту мечту суждено советскому народу, строящему светлое будущее человеческого общества — коммунизм.
Мы твердо верим, что пройдут годы, и межпланетные корабли с людьми отправятся в полет к далеким и таким манящим мирам.
Разрешите же пожелать и вам, мои юные читатели, участвовать в таком полете.
ПРИЛОЖЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ
И СПРАВОЧНЫЕ СВЕДЕНИЯ
ИЗ ОБЛАСТИ АСТРОНАВТИКИ
(ДЛЯ ЛЮБИТЕЛЕЙ МАТЕМАТИКИ)
Приложение состоит из трех разделов.
В первом разделе приводятся основные формулы реактивного движения. Эти формулы позволяют определить необходимый запас топлива на космической ракете для достижения ею заданной скорости или, наоборот, скорость, которая может быть достигнута данной космической ракетой как одноступенчатой, так и многоступенчатой. Кроме того, приводятся формулы для определения силы тяги различных реактивных двигателей. Таким образом, в этом разделе сообщаются основные сведения, необходимые для расчета космического корабля и его двигателя. Эти сведения нужны, в первую очередь, конструктору корабля и его бортинженеру.
Во втором разделе приводятся основные формулы, определяющие законы движения тела в поле тяготения другого тела, то есть формулы небесной механики, преобразованные для решения задач астронавтики. Эти формулы позволяют решать задачи, связанные с полетом межпланетного корабля — находить траекторию его движения, величину скорости в различные моменты времени, продолжительность полета. Такие сведения нужны, прежде всего, штурману межпланетного корабля.
Наконец, в третьем разделе сообщаются основные сведения из области астрономии, нужные астронавту, прежде всего, для характеристики возможных целей его будущих полетов — планет солнечной системы и их спутников, а также некоторых звезд.
В наиболее важных случаях формулы даются с выводами, если они не требуют использования высшей математики. Это должно помочь лучшему усвоению физической закономерности, описываемой данной формулой.
Приводятся также примеры, иллюстрирующие применение формул.
ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ РЕАКТИВНОГО ДВИЖЕНИЯ И РЕАКТИВНОЙ ТЕХНИКИ
I. ФОРМУЛА ЦИОЛКОВСКОГО — ОСНОВНОЙ ЗАКОН РЕАКТИВНОГО ДВИЖЕНИЯ (РАКЕТОДИНАМИКИ)
Формула служит для определения скорости ракеты.
В этой формуле
V — конечная скорость ракеты, которую она приобретает после выработки всего имеющегося на ней топлива. При этом полет ракеты считается происходящим в пространстве, в котором нет среды, оказывающей сопротивление полету, то есть атмосферы, и не действуют силы тяготения. Такое условное пространство Циолковский называл свободным. Эти условия существуют в мировом пространстве на достаточном удалении от звезд;
С — скорость истечения газов из сопла ракетного двигателя. Величины С и V должны исчисляться в одинаковых единицах; обычно такой единицей является м/сек или км/сек;
M нач. — начальная, или взлетная, масса ракеты, то есть ее масса до запуска двигателя (с полным запасом топлива);
M кон. — конечная масса ракеты, то есть ее масса после остановки двигателя из-за выработки всего топлива, находившегося на ракете. Значит,
В литературе можно встретить и другие выражения для этой формулы, вытекающие из приведенной выше:
| V = 2,3 ·C·lgm |
(m — отношение масс,
часто это отношение называют «числом Циолковского»);| V =C·lnm |
(е — 2,71828... основание натуральных логарифмов).
Иногда вводится понятие относительного запаса топлива μT, показывающего, какая часть взлетного веса ракеты приходится на долю топлива. Очевидно,
1. Скорость истечения газов из двигателя равна 2,5 км/сек, необходимая конечная скорость ракеты 15 км/сек. Каковы должны быть отношение начальной и конечной масс ракеты и относительный запас топлива на ракете?
Воспользуемся формулой V = 2,3·C·lgm.
15 = 2,3·2,5·lgm; lgm = 2,6; m≈400.
то есть вес топлива составляет 99,75 процента взлетного веса ракеты.
Такую ракету построить нельзя.
2. Отношение масс ракеты m= 10. Какова должна быть скорость истечения газов, чтобы ракета достигла скорости 8 км/сек?
Воспользуемся формулой V = 2,3·C·lgm.
Такую скорость истечения можно получить с помощью высококалорийных топлив.
II. ФОРМУЛА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЕЧНОЙ СКОРОСТИ СОСТАВНОЙ (МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ) РАКЕТЫ
Если составная ракета состоит из n ступеней, а скорость истечения газов из двигателей всех ступеней одинакова и равна С, то конечная скорость последней (n-й) ступени
| Vn = 2,3·С·lg (m1·m2...mn) |
где m1·m2...mn — отношения масс отдельных ступеней ракеты (1-й, 2-й... n-й), представляющие собой отношение начальной массы каждой ступени (включающей массу всех последующих ступеней в качестве полезной нагрузки) к этой же массе за вычетом массы топлива, запасенного на данной ступени.
Допустим, что ракета состоит из двух ступеней со следующими весовыми данными:
1-я ступень: вес ракеты — 2000 кг, вес топлива — 8000 кг;
2-я ступень: вес ракеты — 400 кг, вес топлива — 1600 кг.
Скорость истечения газов из двигателей обеих ступеней одинакова и равна С = 2500 м/сек.
Какова будет конечная скорость второй ступени ракеты?
По вышеприведенной формуле
V2 = 2,3 ·2,5·lg15 = 6,76 км/сек.
Если бы ракета была не составной и имела такое же количество топлива, то ее конечная скорость была бы
= 4,02 км/сек.
Но тогда V3 = 2,3·C·lgm1 + 2,3·C·lgm2 + 2,3·C·lgm3 = 2,3·C·lg(m1·m2·m3).
Эта формула позволяет определить величину тяги реактивного двигателя любого типа. Формула получается на основе закона механики (следствие второго закона Ньютона), по которому изменение количества движения тела равно действующей на него силе (в единицу времени).
Для ракетного двигателя
| R = M·C |
где R — сила тяги в кг;
М — масса газов, вытекших из двигателя за секунду (масса равна секундному весовому количеству газов, деленному на ускорение земного тяготения, то есть
, где Gсек — в кг/секС — скорость истечения газов в м/сек.
Для воздушно-реактивных двигателей формула для тяги иная, так как изменение скорости воздуха, проходящего через двигатель, равно
C — V,
где V — скорость полета; добавкой топлива к воздуху обычно пренебрегают, так как она относительно невелика. Поэтому в случае воздушно-реактивного двигателя| R = М (С — V) |
1. В пороховой ракете сгорает 1 кг пороха в секунду. Газы вытекают со скоростью 1200 м/сек. Какую тягу развивает двигатель?
2. На реактивном истребителе установлен турбореактивный двигатель, через который в полете со скоростью 1440 км/час протекает 120 кг воздуха в секунду. С какой скоростью вытекают при этом газы из двигателя, если его тяга равна 6 т?
С ≈ 900 м/сек.
Скорость истечения газов из сопла ракетного двигателя зависит от теплотворности применяемого топлива и степени совершенства двигателя:
| Cмакс=91,5√H |
где Смакс. — максимальная теоретическая скорость истечения в м/сек,
Н — теплотворность топлива, то есть количество тепла, выделяющегося при сгорании 1 кг топлива (измеряется в ккал/кг).
Значит, скорость истечения изменяется пропорционально корню квадратному из теплотворности топлива.
На сколько увеличится теоретическая скорость истечения газов при переходе с пороха, имеющего теплотворность 1000 ккал/кг, на жидкое топливо (керосин + жидкий кислород) с теплотворностью 2400 ккал/кг?
Cпороха = 91,5√1000 = 2890 м/сек,
Cж.топл. = 91,5√2400 = 4490 м/сек,
Конечно, истинные скорости истечения из-за различных потерь в двигателе будут иными, значительно меньшими (для пороха 1400 — 1800 м/сек, для жидкого топлива 2200 — 2500 м/сек).
В двигателе тепловая энергия топлива преобразуется в кинетическую энергию вытекающих газов. Если это преобразование происходит без потерь, то по закону сохранения энергии
ккал.С =√2gH/A = √2·9,81·427 Н ≈ 91,5√Н
Влияние топлива на скорость истечения непосредственно сказывается через параметры газов в двигателе. Эта зависимость дается формулой
где Т — абсолютная температура газов в камере сгорания двигателя;
μ — молекулярный вес продуктов сгорания;
const — приближенно постоянная величина для данного двигателя и данных условий его работы (точнее, она несколько зависит и от состава продуктов сгорания).
Значит, скорость истечения газов прямо пропорциональна корню квадратному из абсолютной температуры газов и обратно пропорциональна корню квадратному из молекулярного веса газов.
На сколько изменится скорость истечения газов из жидкостного ракетного двигателя, если температура в нем увеличится с 2500 до 3000°К, а молекулярный вес газов уменьшится с 18 до 14?
По приведенной выше формуле
Значит, скорость истечения увеличится на 24 процента.
ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ ДВИЖЕНИЯ В ПОЛЕ ТЯГОТЕНИЯ
I. ЗАКОН ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ НЬЮТОНА
f — константа тяготения (гравитационная постоянная),
f = 6,67·10-8 см3/г сек2;
m1, m2 — массы притягивающихся тел;
r — расстояние между центрами тяжести этих тел.
Какая сила притяжения больше и на сколько — Луны и Солнца или Луны и Земли?
Сила притяжения Луны и Солнца:
Сила притяжения Земли и Луны:
Очевидно,
Значит, Луна притягивается Солнцем примерно вдвое сильнее, чем Землей.
Вес тела и ускорение земного тяготения изменяются обратно пропорционально квадрату расстояния от центра Земли:
 |  |
R — радиус земного шара (R — 6378 км);
G0 — вес тела у земной поверхности.
На сколько уменьшатся вес и ускорение земного тяготения на высоте орбиты спутника, равной 800 км?
Изменение веса:
На столько же уменьшится и ускорение земного тяготения, то есть
g = 9,81·0,79 = 7,75 м/сек2.
А. Круговая скорость
Как найти величину круговой скорости, то есть той скорости, с которой должен двигаться спутник, чтобы его высота над Землей оставалась неизменной?
Высота спутника не меняется в том случае если он каждое мгновение на столько же удаляется от Земли в своем движении по инерции, на сколько приближается к ней в результате непрекращающегося падения на Землю. Это и позволяет найти необходимую круговую скорость спутника.
Рассмотрим движение спутника за 1 секунду, причем для простоты будем считать, что спутник движется у самой поверхности Земли, то есть высота равна нулю. Тогда за 1 секунду спутник приблизится к центру Земли, в результате притяжения к ней, на величину
На эту же величину он должен удалиться от центра Земли, что позволяет построить прямоугольный треугольник (см. рисунок).
Так можно определить круговую скорость искусственного спутника Земли (масштаб построения не соблюден).
По теореме Пифагора
Vокp. = √9,81·6 378 000 = 7910 м/сек.
Эту же задачу можно решить и иначе. Если высота спутника не меняется, то это значит, что его центростремительное ускорение в точности равно ускорению земного тяготения. (Это вовсе не означает, как иногда пишут, что центробежная сила «уравновешивает» вес спутника.)
Следовательно,
и
как и ранее.
Очевидно; на высоте Н
Но так как
Это значит, что круговая скорость изменяется обратно пропорционально корню квадратному из расстояния до центра Земли.
Высота Н в км 0 255 1 000 1 670 35 800 384 000 (орбита Луны) | Круговая скорость Vкр. в м/сек 7 910 7 760 7 360 7 040 3 080 1 010 |
Б. Период обращения спутника
Время, за которое спутник совершит один полный оборот вокруг Земли, равно, очевидно, длине пути за оборот, деленной на круговую скорость:
(Т — так называемый сидерический, или звездный, период обращения).
Но
вследствие чего
 |  |
Подстановка значений R и g0 дает следующую довольно точную для приближенных расчетов формулу:
| T ≈ 0,01 (R+H)3/2 |
Высота Н в км | Период обращения спутника Т в сек |
| 0 255 1 000 1 670 35 800 384 000 | 5 070 (1,4 часа) 5 400 (1,5 часа) 6 340 (1,76 часа) 7 200 (2 часа) 86 400 (24 часа) 2,36·106 (27,3 суток) |
Скорость отрыва (или параболическая скорость) есть та скорость, которая должна быть сообщена телу у поверхности Земли, чтобы полностью преодолеть поле земного тяготения — удалить тело в бесконечность.
Величина скорости отрыва Vотр. определяется тем, что кинетическая энергия тела должна в этом случае в точности равняться работе преодоления поля тяготения; с помощью высшей математики получаем:
то есть работа полного преодоления поля земного тяготения равна работе поднятия тела при постоянном ускорении силы тяжести, равном его значению у земной поверхности g0, на высоту земного радиуса R.
Так как √g0R есть круговая скорость, то скорость отрыва Vотp. в 1,41 раза больше круговой скорости:
| Высота Н в км | Скорость отрыва Уотр. в км/сек |
| 0 300 1 000 1 670 35 800 384 000 | 11,2 10,9 10,4 9,9 4,3 1,42 |
Примеры движения по кругу или по параболе, о которых шла речь выше, являются лишь частными случаями движения тела в поле тяготения небесного тела большой массы. Как известно из небесной механики, в общем случае орбитой такого движения является одна из кривых второго порядка (так называемых конических сечений): круг, эллипс, парабола или гипербола. Общий закон этого движения дается следующей формулой (так называемое уравнение живых сил, упрощенное для случая космического корабля, то есть тела небольшой массы):
или
где V — скорость движения тела массы пренебрежимо малой по сравнению с М;
М — масса небесного тела;
f — гравитационная постоянная;
L — расстояние до центра тяжести небесного тела;
а — большая полуось орбиты;
g0 — ускорение силы тяжести на поверхности небесного тела на расстоянии R0 от его центра.
Как видно из формул, характер орбиты зависит лишь от величины, но не направления скорости V. Различные типы орбит соответствуют следующим частным случаям:
| а) а = ∞, |  |
орбита — парабола;
б) а > ◯, V < Vпараб., орбита — эллипс;
в) L = а, V = Vкруг = |  | частный случай эллиптической орбиты — круговая; |
г) а < ◯, V>Vпараб., орбита — гипербола (V гиперб.).
По какой орбите будет двигаться космический корабль, летящий на расстоянии 100 000 км от центра Земли со скоростью 5 км/сек?
По формуле
так как а < ◯, то V = Vгиперб., орбита — гипербола.
Наиболее важными для астронавтики являются эллиптические орбиты, по которым будут двигаться не только все новые искусственные спутники Земли, но чаще всего и космические корабли. Полет по гиперболической орбите — дело более отдаленного будущего (советская космическая ракета, запущенная 2 января 1959 года, летела в поле земного тяготения по гиперболе, а вокруг Солнца движется по эллипсу).
Формулы расчета эллиптических орбит могут быть получены из приведенного выше уравнения живых сил путем упрощений;
для движения вокруг Солнца:
L,a — в астрономических единицах (1 а. е. — расстояние от Земли до Солнца, равное примерно 150·106 км);
для движения вокруг Земли:
где V — в км/сек,
L, а — в радиусах земного шара.
1. Какова должна быть скорость корабля при взлете с Земли для того, чтобы он смог совершить полет на Меркурий по наивыгоднейшей, то есть касательной, эллиптической орбите?
Траектория полета на Меркурий по касательной эллиптической орбите.
В этом случае
 | км/сек |
Так как круговая скорость Земли равна 29,8 км/сек, то, очевидно, кораблю при взлете нужно сообщить скорость против направления движения Земли по орбите, равную 29,8 — 22,3 = 7,5 км/сек.
2. Какова будет скорость корабля в упомянутой выше задаче на орбите Меркурия?
В этом случае L2=0,387 а. е., а = 0,6935 а. е., вследствие чего
 | км/сек |
Так как круговая скорость Меркурия равна 47,9 км/сек (это можно проверить и так — она равна круговой скорости Земли, деленной
Траектория полета ракеты с Земли на спутник.
| на √0,387, то есть |  , | то корабль будет двигаться быстрее Меркурия на величину 57,5 — 47,9 = 9,6 км/сек. |
3. Какова должна быть взлетная скорость ракеты, доставляющей о Земли груз на искусственный спутник, находящийся на суточной орбите (высота 35 800 км), если сопротивление воздуха не учитывать? Какова будет скорость этой ракеты на орбите спутника?
В этом случае 
При взлете L1 = 1, поэтому
 | км/сек |
, поэтому | км/сек |
Примечание. Для решения этой задачи можно воспользоваться соотношением, связывающим величины скоростей в апогее и перигее эллиптической орбиты:
где Vап., Vпер.. — соответственно скорости движения в апогее и перигее (в задаче V2, V1;)
Lап, Lпер., — расстояния апогея и перигея от центра Земли (в задаче L2, L1).
Это соотношение непосредственно вытекает из закона сохранения момента количества движения.
Так как Lап = L2 = 6,6; Lпер = 1
и
| то |  |
Точно так же в предыдущей задаче
4. Какова будет скорость советской искусственной планеты в ее движении вокруг Солнца?
По предварительным сведениям, опубликованным в советской печати, наибольшее расстояние новой планеты от Солнца будет равно 197,2 миллиона километров, а наименьшее — 146,4 миллиона километров. Следовательно, большая ось орбиты будет равна 343,6 миллиона километров.
Но тогда |  |
и максимальная скорость планеты (в перигелии):
а минимальная скорость (в афелии):
При движении по эллипсу вокруг Солнца продолжительность полного обращения может быть определена с помощью третьего закона Кеплера, по которому квадраты времен обращения планет относятся как кубы их средних расстояний от Солнца (то есть кубы больших полуосей эллиптических орбит):
где Т — продолжительность одного обращения;
а — большая полуось эллиптической орбиты.
Проще всего производить сравнение с периодом обращения Земли, равным, как известно, одному году, или 365 суткам. Тогда
| Т = 365·a3/2 |
где Т — в сутках, а — в астрономических единицах.
При движении вокруг Земли период обращения можно сравнивать с периодом обращения кругового спутника у самой поверхности, то есть на высоте Н = О. Этот период равен, как указывалось выше, 5070 секундам.
Поэтому
| Т = 5070·a3/2 |
где Т — в секундах,
а — в радиусах земного шара.
1. Какова продолжительность полета корабля с Земли до Меркурия по наивыгоднейшему касательному полуэллипсу?
Период обращения по наивыгоднейшему эллипсу
Продолжительность полета
2. Какова продолжительность полета грузовой ракеты с Земли до суточной орбиты по касательному полуэллипсу (сопротивлением воздуха и активным участком траектории пренебрегаем)?
Продолжительность полета |  | = 18 800 секунд, или ≈5,2 часа. |
3. Какова продолжительность полета на Луну по наивыгоднейшему касательному полуэллипсу?
В этом случае |  |
поэтому Т = 5070 · 30,63/2 ≈ 860 000 секунд, или около 240 часов.
Продолжительность полета | | ≈ 120 часов (5 суток). |
4. Какова величина больших полуосей орбит советских искусственных спутников?
В начале движения периоды обращения советских искусственных спутников равнялись:
первого спутника
Истинные величины больших полуосей отличаются от приведенных выше приближенных, которые даны лишь в качестве иллюстрации.
5. Каков период обращения советской искусственной планеты, запущенной 2 января 1959 года?
Так как для этого случая а =1,145 (см. выше), то
что соответствует данным, опубликованным в советской печати.
Для определения эллиптической орбиты, помимо величины большой полуоси, необходимо знать еще один из элементов орбиты — малую полуось b, полуфокусное расстояние с или эксцентриситет е. Эти величины связаны следующими соотношениями:
полуфокусное расстояние с = √a2 — b2
эксцентриситет |  |
Для искусственных спутников Земли очевидны также следующие соотношения:
средняя высота спутника над Землей
| или |  |
Hпер.— высота перигея орбиты;
полуфокусное расстояние орбиты
1. Определить элементы орбит советских искусственных спутников Земли по известным высотам апогея и перигея.
В соответствии с опубликованными данными примем следующие округленные значения для высот апогея и перигея советских искусственных спутников Земли:
Hпер. = 225 км (для всех трех спутников)1;
Hап.1 = 950 км, Hап.2 = 1670 км, Hап.3 = 1880 км.
Тогда средние высоты спутников над Землей будут равны:
для первого спутника Hср1 =
для второго спутника Hср2 =
1 Кстати сказать, практическое совпадение высоты перигея свидетельствует о большом совершенстве систем выведения спутника на орбиту.
Элементы эллиптической орбиты.
.
Теперь можно определить величины больших и малых осей орбит:
| a1= Hср1+6378 = 588 + 6378 = 6966 км,
а2 = 948 + 6378 = 7326 км, а3 = 1053 + 6378 = 7431 км, |
2. На сколько орбиты советских искусственных спутников Земли отличаются от круга?
Эксцентриситет орбит советских спутников весьма мал, то есть эллиптические орбиты спутников весьма мало отличаются от круга:
Действительно, разность полуосей орбит равна:
| а1 — b1 = 6966 — 6955 = 11 км, а2 — b2 = 7326 — 7290 = 36 км, а3 — b3 = 7431 — 7385 = 46 км, |
В масштабе чертежа, на котором схематически изображены орбиты советских спутников, эта разность неощутима, и орбиты практически становятся кругами.
Схематическое изображение орбит первых советских искусственных спутников Земли.
НЕКОТОРЫЕ СПРАВОЧНЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО АСТРОНОМИИ
(в основном по книге П. Г. Куликовского „Справочник астронома-любителя", 1953 г.
I. ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛАНЕТ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ)
II. ЭЛЕМЕНТЫ ОРБИТ ПЛАНЕТ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ
III. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СПУТНИКОВ ПЛАНЕТ
IV. ЭЛЕМЕНТЫ НЕКОТОРЫХ АСТЕРОИДОВ
V. НЕКОТОРЫЕ ПЕРИОДИЧЕСКИЕ КОМЕТЫ, НЕОДНОКРАТНО ВОЗВРАЩАВШИЕСЯ К СОЛНЦУ
VI. МЕТЕОРНЫЕ ПОТОКИ
VII. НЕКОТОРЫЕ ЗВЕЗДЫ
| От автора Вселенная вокруг нас. Введение | 5 7 |
ОТ ФАНТАЗИИ К НАУКЕ
| Глава 1. Дерзновенная мечта Глава 2. «Узники» Земли Глава 3. Рождение науки | 13 16 22 |
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
ЧУДЕСНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
| Глава 4. Третье рождение Глава 5. «Звуковой барьер» взят! Глава 6. Запряжка в полмиллиона лошадей Глава 7. «Тающие» снаряды и «тающие» поезда Глава 8. От ракетного самолета до космического корабля | 29 35 46 56 62 |
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ
ШТУРМ МИРОВОГО ПРОСТРАНСТВА
| Глава 9. Атмосфера — панцирь Земли Глава 10. В преддверии мирового пространства Глава 11. Искусственный спутник есть! Глава 12. Острова у берегов Земли | 71 80 90 126 |
«ОСВОЕНИЕ» ВСЕЛЕННОЙ
| Глава 13. Первая цель — Луна Глава 14. В полет к планетам Глава 15. Космические трассы Глава 16. В штурманской рубке межпланетного корабля Глава 17. Взлет, посадка Глава 18. Тройной прыжок | 155 165 179 193 203 218 |
ЧЕЛОВЕК И МИРОВОЕ ПРОСТРАНСТВО
| Глава 19. Вселенная на службе человеку Глава 20. На межпланетном корабле Глава 21. Нужен ли нам наш вес? Глава 22. Смертоносные лучи Глава 23. Блуждающие снаряды | 231 240 245 257 264 |
ПОБЫВАЕМ В БУДУЩЕМ
| Глава 24. Москва — Луна Глава 25. На Луне | 273 284 |
ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ И СПРАВОЧНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ОБЛАСТИ АСТРОНАВТИКИ
Раздел первый. Основные формулы реактивного движения и реактивной техники
I. Формула Циолковского — основной закон реактивного движения (ракетодинамики) II. Формула для определения конечной скорости составной (многоступенчатой) ракеты III. Формула тяги реактивного двигателя IV. Формула, связывающая скорость истечения газов с теплотворностью топлива V. Формула, связывающая скорость истечения с параметрами газов в двигателе |
298 — 299 300 — |
Раздел второй. Основные формулы движения в поле тяготения
| I. Закон всемирного тяготения Ньютона II. Искусственный спутник Земли на круговой орбите А. Круговая скорость Б. Период обращения спутника III. Скорость отрыва (параболическая скорость) IV. Общий закон движения космического корабля в поле тяготения одного небесного тела | 301 — — 303 - 304 307 308 |
Раздел третий. Некоторые справочные сведения по астрономии
| I. Физические характеристики планет солнечной системы II. Элементы орбит планет солнечной системы III. Основные элементы спутников планет IV. Элементы некоторых астероидов V. Некоторые периодические кометы, неоднократно возвращавшиеся к Солнцу VI. Метеорные потоки VII. Некоторые заезды | 311 - 312 313 - 314 - |
К ЧИТАТЕЛЯМ
|
Издательство просит отзывы об этой книге присылать по адресу: Москва, Д-47, ул. Горького, 43. Дом детской книги. |
для восьмилетней школы
Гильзин Карл Александрович
Путешествие к далеким мирам
Ответственный редактор
М. А. Зубков.
Художественный редактор
Н. Г. Холодовская.
Технический редактор
Н. А. Молоканова.
Корректора
Л. И. Гусева и Е. С. Карташова.
*********** Сдано в набор 6/XI 1958 г. Подписано к печати
29/II 1960 г. Формат S4X1081/16 — 21.15 печ. л.=35.32 усл. печ. л. (26,97+12 вклеек=28,35 уч.-изд. л.).
Тираж 100 000 (1 — 60 000) экз. А01673. Цена 11 р. 10 к. Детгиз. Москва, М. Черкасский пер., 1.
Отпечатано с матриц Минского полиграфкомбината им. Я. Коласа на Фабрике детской книги Детгиза. Москва, Сущевский вал, 49. Заказ № 3945.
ЧТО МОЖНО ПРОЧИТАТЬ О МЕЖПЛАНЕТНЫХ ПУТЕШЕСТВИЯХ
Циолковский К. Э. Полное собрание сочинений, т. П. М, Изд. АН СССР, 1954.
Труды по ракетной технике. М., Оборонгиз, 1947.
Звездоплавание (в юбилейном сборнике «Константин Эдуардович Циолковский»). М., Оборонгиз, 1932.
На Луне. М., Трудрезервиздат, 1956.
Цандер Ф. А. Проблема полета при помощи ракетных аппаратов. М., Оборонгиз, 1947.
Кондратюк Ю. В. Завоевание межпланетных пространств. М., Оборонгиз, 1947.
Чернышев Н. Г. Проблема межпланетных сообщений в работах К. Э. Циолковского и других отечественных ученых. М., «Знание», 1953.
Космодемьянский А. А. Знаменитый деятель науки К. Э. Циолковский. М., Военное издательство, 1954.
Перельман Я. И. Межпланетные путешествия. М., 1936.
Оберт Г. Пути осуществления космических полетов. М., Оборонгиз, 1948.
Эно Пельтри. Космические полеты. М., Оборонгиз, 1950.
Ноордунг. Проблема путешествия в мировом пространстве. М., Оборонгиз, 1948.
Станюкович К. П. О космических полетах. М., «Молодая гвардия», 1956.
Карпенко А. Г. Проблемы космических полетов. М., «Знание», 1955.
Добронравов В. В. Космическая навигация. М., «Знание», 1956.
Меркулов И. А. Космические ракеты. М., «Знание», 1955.
Ляпунов Б. В. Открытие мира. М., «Молодая гвардия», 1959.
Васильев М. Путешествие в Космос. М., Госкультпросветиздат, 1955.
Гильзин К. А. От ракеты до космического корабля. М., Оборонгиз, 1954.
Зигель Ф. Ю. Искусственный спутник Земли. М., Учпедгиз, 1959.
Штернфельд А. А. Искусственные спутники. М., Гостехтеориздат, 1958.
Победоносцев Ю. А. Искусственный спутник Земли. М., «Знание», 1957.
Петров В. Искусственный спутник Земли. М., Военное издательство, 1958.
Левантовский В. И. Рассказ об искусственных спутниках. М., Г остехтеориздат, 1957.
Артемьев И. Первый искусственный спутник Солнца. М., Детгиз, 1959.
Рябчиков Е. Вымпелы на Луне. М., Детгиз, 1960.
назад