В соответствии с программой отработки системы дальней радиосвязи и телевидения с использованием искусственных спутников Земли – активных ретрансляторов 23 апреля 1965 года в Советском Союзе осуществлен запуск на высокую эллиптическую орбиту спутника связи «Молния-1».

По данным вычислительного центра, спутник выведен на орбиту с апогеем 39 380 километров в северном полушарии и перигеем 497 километров в южном полушарии. Период обращения спутника 11 часов 48 минут. Наклонение орбиты 65 градусов.

На борту спутника установлена ретрансляционная аппаратура для передачи программ телевидения и дальней радиосвязи, а также аппаратура командно-измерительного комплекса, системы ориентации спутника и коррекции его орбиты.

Электропитание бортовой аппаратуры производится от солнечных батарей и химических источников тока.

Основной задачей запуска спутника связи «Молния-1» является осуществление передач программ телевидения и дальней двустронней многоканальной телефонной, фототелеграфной и телеграфной связи.

Вся аппаратура, установленная на борту спутника связи, а также наземный радиокомплекс работают нормально.

Проведенные первые передачи телевизионных программ между Владивостоком и Москвой прошли успешно.

23 апреля в Советском Союзе был запущен спутник связи «Молния-1». Многоступенчатая ракета сообщила ему необходимую скорость и вывела на расчетную эллиптическую орбиту с апогеем в северном полушарии.

Основная задача запуска спутника связи «Молния-1» состоит в осуществлении передач программ телевидения и дальней двусторонней и многоканальной радиотелефонной, фототелеграфной и телеграфной связи.

В чем заключается основной принцип работы системы дальней радиосвязи с использованием спутника «Молния-1»?

Полезная информация, подлежащая передаче на большое расстояние из одного пункта в другой в виде телефонных разговоров, фототелеграфных и телеграфных сообщений или программ телевидения, поступает на земные станции космической связи по действующим кабельным или радиорелейным линиям. С помощью мощных радиопередатчиков и высокоэффективных антенн земные станции передают эту информацию на спутник связи. Он принимает сигналы, усиливает их и передает (ретранслирует) на земные станции. В свою очередь эти станции передают принятую со спутника информацию по кабельным или радиорелейным соединительным линиям на междугородные телефонные станции, телеграфы или телецентры. Для обеспечения дальней радиосвязи необходимо, чтобы приемные и передающие антенны были точно наведены на спутник-ретранслятор. Это производится специальными устройствами.

Несколько слов об орбите спутника связи «Молния-1». Она, как и другие параметры системы, имеет свои особенности. Спутник связи, как уже говорилось, выведен на эллиптическую орбиту с апогеем 39 380 километров, перигеем 497 километров и наклонением орбиты 65 градусов (см. рис. 1). Период обращения спутника составляет 11 часов 48 минут, при этом над территорией Советского Союза спутник проходит в течение нескольких часов. Это позволяет обеспечить длительные сеансы связи между Москвой и Владивостоком.

Рис. 1. Схема дальней радиосвязи с использованием спутника «Молния-1» 1 – земной пункт космической радиосвязи; 2 – эллиптическая орбита; 3 – спутник связи; 4 – зона радиовидимости; 5 – промежуточная орбита

В составе бортового оборудования спутника имеется ретранслятор для передачи программ телевидения и дальней радиосвязи, а также аппаратура командно-измерительного комплекса, антенно-фидерные устройства, системы ориентации спутника и коррекции орбиты. Ширина диаграммы направленности параболических антенн спутника обеспечивает радиосвязь по всей территории Советского Союза. Для питания бортовых радиоустройств на спутнике используются кремниевые солнечные элементы и буферные батареи химических источников тока. Все системы спутника управляются автоматически.

Ретранслятор спутника «Молния-1» работает по принципу линейного усиления радиосигналов земных станций. Применение таких ретрансляторов обеспечивает возможность без задержки одновременно принимать сигналы с Земли и, усилив до необходимого уровня, передавать их на Землю без искажений.

Ретранслятор спутника по команде с Земли позволяет осуществить один из следующих видов радиосвязи:

– прием и передачу через спутник одной телевизионной программы;

– одновременную радиосвязь (прием и передачу) между земными радиостанциями большого количества двусторонних телефонных каналов с возможностью вторичного их уплотнения телеграфными системами.

Оборудование земных пунктов системы дальней радиосвязи с использованием спутника «Молния-1» состоит из сложного комплекса больших параболических антенн с поворотными и программными устройствами и следящими системами; командно-измерительной аппаратуры и комплекса связной приемо-передающей радиостанции.

Для одновременной передачи сигналов изображения и звукового сопровождения разработана специальная аппаратура совмещения этих каналов.

Отличительная особенность телевизионной системы в том, что в ней предусмотрена возможность непрерывного контроля основных качественных показателей телевизионного тракта непосредственно в процессе самой передачи телевидения. Это достигается путем введения в передаваемые сигналы изображения специальных измерительных импульсов. Применение такой системы контроля позволяет непрерывно получать достоверную информацию о качестве работы телевизионного тракта.

В телефонном режиме система с помощью специальной аппаратуры обеспечивает прием и передачу большого количества двусторонних телефонных разговоров.

Успешный полет спутника «Молния-1», нормальная работа всей установленной на его борту аппаратуры и оборудования земных станций показывают, что такие системы весьма перспективны и могут быть экономически выгодны, особенно для передачи телевидения на дальние расстояния и для связи с удаленными районами страны.

До сих пор для удовлетворения нужд народного хозяйства и населения нашей страны сооружались кабельные и радиорелейные линии. Часть их функций может быть переложена на системы связи с использованием искусственных спутников Земли. Однако этот новый способ радиосвязи и действующая земная сеть не должны противопоставляться друг другу. Этот новый вид связи будет развиваться с учетом дальнейшего совершенствования действующих наземных средств. Это позволит в короткий срок довести программы вещания и телевидения до всех населенных пунктов огромной территории Советского Союза. Большинство телецентров в будущем получат возможность ретранслировать московскую программу телевидения.

Успешный запуск спутника «Молния-1», обеспечивающего передачу телевидения, многоканальной телефонной, фототелеграфной и телеграфной связи между Москвой и Владивостоком, свидетельствует о новом успехе советской науки и техники.

В нашей стране созданы все условия для подъема науки и техники, освоения космоса и использования его для блага человека.

Успешное развитие космической техники позволило поставить на службу связи искусственные спутники Земли.

Для установления связи между наземными пунктами через спутник необходимо, чтобы он был одновременно «виден» (имеется в виду радиовидимость) из этих пунктов. В периоды одновременной «видимости» спутника с наземных пунктов проводится сеанс связи, передается информация по линии Земля – спутник – Земля.

В соответствии с программой использования спутников для построения систем сверхдальней связи в Советском Союзе, как уже сообщалось ранее, 23 апреля 1965 года был выведен на орбиту спутник связи «Молния-1». Непосредственно после вывода орбита спутника имела следующие параметры: высота апогея 39 380 километров, высота перигея 497 километров, наклонение орбиты 65 градусов, период обращения 11 часов 48 минут.

Апогей орбиты находится над северным полушарием, а перигей – над южным.

Выведение спутника на эту орбиту производилось последовательно в два этапа. Сначала на промежуточную низкую орбиту был выведен спутник с последней ступенью ракеты-носителя. Затем над южным полушарием был произведен запуск последней ступени ракеты-носителя. Спутник получил дополнительную скорость и был выведен на высокую эллиптическую орбиту с апогеем над северным полушарием.

Совершая каждые сутки два витка вокруг Земли, на одном витке он пролетает над территорией Советского Союза, а на другом – над территорией Северной Америки. Пролетая над территорией Советского Союза, спутник находится в зоне одновременной «видимости» его из Москвы и Владивостока. Продолжительность полета спутника в зоне одновременной «видимости» из Москвы и Владивостока, определяющая длительность сеанса связи, зависит от расположения спутника относительно этих наземных пунктов. При определенных параметрах орбиты сеансы связи между Москвой и Владивостоком будут наибольшими.

При отклонении периода обращения спутника от расчетного оптимальное взаимное расположение спутника и наземных пунктов будет нарушаться, что приведет к постепенному уменьшению длительности сеансов связи. Даже при высокой точности выведения на расчетную орбиту период обращения спутника изменяется вследствие воздействия на его движение Солнца, Луны и Земли. В связи с этим возникает необходимость периодически корректировать период обращения спутника «Молния-1». Для этого достаточно изменять скорость движения спутника в перигее.

При больших отклонениях периода обращения от расчетного коррекция производится с помощью установленного на спутнике реактивного двигателя. Такая коррекция периода обращения была проведена. 2 мая 1965 года. Период обращения после этого стал 12 часов, высота перигея – 548 километров, а высота апогея – 39 957 километров. Для этого в перигее был произведен запуск корректирующей двигательной установки. Перед этим спутник устанавливается в такое положение, при котором продольная ось двигателя была направлена по направлению скорости.

Спутник имеет герметичный корпус цилиндрической формы с коническими днищами. Снаружи на нем установлены шесть панелей солнечной батареи и две параболические антенны. Во время выведения на орбиту панели солнечной батареи и антенны находятся в сложенном состоянии и после отделения спутника от ракеты-носителя автоматически раскрываются.

На днище корпуса размещены корректирующая двигательная установка и система микродвигателей. На другом днище расположены датчики ориентации на Солнце и Землю.

Рис. 2. Спутник связи «Молния-1» 1 – герметичный корпус; 2 – солнечная батарея; 3 – остронаправленная антенна; 4 – датчик ориентации антенны на Землю; 5 – антенный привод; 6 – радиатор-холодильник; 7 – запас рабочего тела для проведения микрокоррекции; 8 – корректирующая двигательная установка; 9 – датчик ориентации для проведения коррекции; 10 – датчик солнечной ориентации; 11 – панель-нагреватель

К корпусу прикреплены радиационные поверхности системы терморегулирования – радиатор-холодильник цилиндрической формы и панель-нагреватель в виде плоского кольца. Конструкция нагревателя используется для размещения части элементов солнечной батареи.

Внутри корпуса размещены радиоэлектронная аппаратура и другое оборудование спутника. Для обеспечения нормальной работы аппаратуры внутри корпуса автоматически поддерживаются необходимые давление и температура.

Для обеспечения электрической энергией аппаратуры, установленной на спутнике, служит система энергопитания, состоящая из солнечных батарей, химических источников тока и автоматического устройства регулирования энергопитания.

В течение всего полета спутник ориентируется солнечной батареей на Солнце. При этом вся поверхность батареи освещается Солнцем, что позволяет получать электроэнергию со всей площади солнечной батареи. Одновременно с ориентацией спутника на Солнце в сеансах связи одна из параболических антенн направляется на Землю и с помощью специального привода с высокой точностью следит за Землей. Вторая антенна является резервной. В процессе слежения управление приводом производится сигналами датчика ориентации, установленного на этой антенне.

Для работы с резервной антенной спутник необходимо повернуть на 180 градусов вокруг своей продольной оси.

После ориентации антенны на Землю включается аппаратура ретрансляции. Передатчик излучает радиосигналы с помощью параболической антенны. Эта антенна направляет радиосигналы узким пучком непосредственно на Землю. Такое направленное излучение создает высокий уровень сигнала у поверхности Земли, что позволяет использовать на наземных пунктах антенны сравнительно небольших размеров.

С помощью аппаратуры ретрансляции через спутник можно передавать телевизионную программу или производить большое количество телефонных переговоров, передавать неподвижные изображения, телеграфные сообщения и другие виды информации.

Для контроля состояния и работы всех систем спутника на нем установлена специальная телеметрическая аппаратура. С помощью бортовой командно-измерительной аппаратуры и наземного командно-измерительного комплекса с большой точностью определяются траектория полета и параметры спутника. Этой же аппаратурой производится выдача и прием команд, передаваемых с Земли на спутник для управления работой отдельных систем.

Управление аппаратурой и системами спутника производится бортовым электронным программно-вычислительным устройством по программам, задаваемым командами с Земли.

В своем движении по орбите спутник «Молния-1» значительную часть времени пролетает в поясах радиации Земли. При длительном воздействии радиации па аппаратуру спутника отдельные ее элементы и системы могут изменять свои характеристики или даже выйти из строя. Для изучения влияния поясов радиации на системы спутника «Молния-1», а также для постоянного замера дозы радиации, получаемой спутником в полете, на нем установлена специальная аппаратура дозиметрического контроля.

С 23 апреля с. г. через спутник связи «Молния-1» ежедневно проводятся испытания двусторонней линии космической радиосвязи между Москвой и Владивостоком. В течение сеансов связи, длительность каждого из которых превышает 9 часов, ведутся эксперименты по передаче телевидения, телефонных разговоров, телеграфных и фототелеграфных сообщений.

В последние дни были проведены экспериментальные передачи цветного телевидения. Эти испытания прошли весьма успешно и дали вполне обнадеживающие результаты. Испытания показали, что, используя достижения советских и французских ученых в области цветного телевидения на базе системы СЕКАМ и ее стандарта, можно создать весьма совершенную систему цветного телевидения, разработка и внедрение которой предусмотрено соглашением между правительствами СССР и Франции.

Можно считать, что в будущих эксплуатационных системах цветного телевидения наряду с наземными радиосредствами будут широко использоваться космические линии связи и что спутники «Молния-1» могут явиться основой для построения таких линий.

Дальнейшие испытания и отработка линии сверхдальней радио- и телевизионной связи с использованием спутника «Молния-1» продолжаются.

Запуск спутника «Молния-1» и создание с его помощью экспериментальной линии сверхдальней радио- и телевизионной связи открывают новые возможности в использовании космической техники для непосредственных нужд населения и народного хозяйства нашей страны.

Спутник «Молния-1», запущенный 25 апреля 1966 года, продолжает полет по высокоэллиптической орбите, успешно обеспечивая выполнение намеченной программы по дальнейшей отработке и опытной эксплуатации системы дальней двусторонней телевизионной и телефонно-телеграфной радиосвязи.

В соответствии с программой научных исследований на спутнике «Молния-1», помимо связной ретрансляционной аппаратуры, установлена экспериментальная аппаратура для наблюдения Земли из космического пространства с больших расстояний.

18 мая 1966 года при помощи этой аппаратуры был проведен опыт по наблюдению Земли и впервые получено телевизионное изображение Земли. Съемки производились с высоты 30 – 40 тыс. километров. Изображения принимались станциями командно-измерительного комплекса, расположенными в различных районах СССР.

Телевизионная камера направлялась на Землю с помощью автономной бортовой системы наведения. В процессе съемки производилась смена объективов и светофильтров, что позволило получить изображение Земли в различных масштабах и наблюдать элементы земной поверхности различной освещенности.

Коллегия Главного управления гидрометеорологической службы при Совете Министров СССР совместно с представителями научных и промышленных организаций рассмотрела результаты пусков некоторых искусственных спутников Земли, проведенных в соответствии с программой научных исследований космического пространства, объявленной ТАСС 16 марта 1962 г., на которых устанавливалась аппаратура для метеорологических измерений, в том числе запущенного на орбиту 25 июня 1966 года спутника «Космос-122».

На спутнике «Космос-122» установлены приборы для телевизионной съемки обычного покрова, камеры для съемки облаков в инфракрасных лучах на дневной и ночной стороне Земли и приборы для измерения радиации в системе Земля – атмосфера.

Учитывая результаты проведенной отработки бортовых систем спутника и нормальную работу указанной метеорологической аппаратуры, рекомендовано приступить к опытному использованию этих измерений в оперативной службе погоды. Мировому метеорологическому центру в Москве даны указания включать наиболее интересные данные, получаемые при указанных измерениях, в информацию, предназначенную для сообщения органам службы погоды СССР и других стран.

Атмосфера Земли – своеобразная и сложная природная среда. Она все время в движении, все время меняет свои свойства. Чтобы знать состояние воздушной оболочки нашей планеты в каждый данный момент и предвидеть ее изменения, надо следить за всей атмосферой в десятки тысяч глаз.

Именно для этого создана огромная сеть метеорологических станций на всех материках. Но несмотря на усилия, которые прилагаются для наблюдения за атмосферой во всех странах, в этой сети есть большие пробелы. «Неохваченными» остаются огромные просторы океанов. Да и на суше встречаются пустыни, территории, покрытые девственным лесом, льдом или высокими горами, где содержать метеостанции очень трудно.

Потребность в информации о состоянии атмосферы все время увеличивается. Самолеты преодолевают сейчас без посадки гигантские маршруты, такие, как Москва – Гавана, Москва – Хабаровск. Чтобы обеспечить прогнозами погоды подобные полеты, а также составить прогнозы погоды на длительный срок, надо знать состояние атмосферы практически над всей поверхностью земного шара. Такие сведения оперативно могут дать только метеорологические наблюдения со спутников. Поэтому эксперимент, который ведется сейчас на спутнике «Космос-122», имеет очень важное значение.

«Космос-122» передает на Землю телевизионные изображения облаков, покрывающих большую часть земной поверхности. Своеобразная форма облаков, их расположение дают опытному глазу много сведений о состоянии атмосферы. Из мозаики отдельных снимков, сделанных телекамерой спутника во время облета земного шара и переданных па приемные пункты, составляются схемы облачного покрова. Они позволяют метеорологам определить характер движения атмосферы, расположение фронтов, разделяющих воздушные массы с разными свойствами, направление и скорость воздушных потоков в верхних слоях атмосферы.

Однако телевизионные камеры могут вести наблюдения за облаками только на освещенной – дневной стороне Земли. Чтобы определить расположение облачного покрова на ночной – теневой стороне планеты, нужно делать фотографии не в видимом свете, а в инфракрасных лучах. Правда, значительная часть их поглощается водяным паром, всегда имеющимся в атмосфере. Но есть несколько участков инфракрасного спектра, в которых излучение практически не поглощается водяным паром. На спутнике «Космос-122» используется один из них с длиной волны от 8 до 12 микрон. Через это своеобразное «окно» диапазона инфракрасного излучения можно сделать снимки не только в ночное, но и в дневное время. Это позволяет сравнить изображения одной и той же облачности, полученные в видимых и инфракрасных лучах.

Третья важная часть метеорологических исследований на спутнике «Космос-122» – измерение интенсивности радиации, уходящей от Земли. Солнечные лучи, падающие на земную поверхность, – основной источник энергии и причина движения атмосферы. Для анализа атмосферных процессов интересно и важно определить, в каких районах Земли и сколько энергии получено земной поверхностью (и может пойти на нагревание атмосферы), сколько отражено в мировое пространство и сколько тепловой энергии излучается нагретой земной поверхностью и атмосферой в космос. Такие данные об основных элементах радиационного баланса в системе «Земля – атмосфера» получают с помощью актинометрической аппаратуры, установленной на спутнике «Космос-122».

Приборы измеряют интенсивность идущей снизу радиации в трех диапазонах. Измерения в диапазоне 0,3 – 3 микрона (видимый свет и ближняя инфракрасная область) позволяют определить интенсивность отраженной радиации. Больше всего – около 70 – 80 процентов – отражают облака, меньше – около 30 процентов – суша и еще меньше – поверхность моря. Исследование излучения в диапазоне 8 – 12 микрон дает возможность оценить температуру видимой со спутника поверхности Земли или облаков. Кстати, температура верхней поверхности облаков характеризует и ее высоту над Землей. Наконец, измерения радиации в диапазоне от 3 до 30 микрон дают возможность определить общий поток теплового излучения Земли и атмосферы, уходящий в космос.

Если анализ фотографий облачности, сделанных в видимом свете или с помощью инфракрасного излучения, может выполнять человек путем визуального просмотра фотографий, то обработка и анализ данных радиации невозможны без помощи вычислительных машин. Со спутника на приемные пункты передается огромное количество чисел. Только «электронный вычислитель» в состоянии обработать их быстро. Ведь за время одного оборота спутника нужно суметь не только принять, но и расшифровать и представить в наглядной форме все данные, переданные из космоса.

Советские ученые создали методы обработки радиационных измерений на электронно-вычислительных машинах. Сигналы, посылаемые спутником о радиационной обстановке, попадают в электронно-вычислительную машину. Она сопоставляет измерения радиации с данными о траектории спутника, вносит необходимые поправки и выдает информацию в виде карты распределения интенсивности радиации по земному шару.

Для того чтобы было обеспечено правильное действие всей метеорологической аппаратуры, к конструкции спутника предъявляются очень серьезные требования. Он должен быть постоянно ориентирован по отношению к земной поверхности. Объективы его приборов должны смотреть все время на Землю. Недопустимо покачивание или вращение спутника вокруг какой-либо из осей. Поддержание постоянной ориентировки и стабилизации спутника в определенном положении требует специальных устройств непрерывного действия. Все эти устройства, так же как и приспособления для запоминания информации, устройства связи и другие, нуждаются в значительной энергии. На «Космосе-122» ее дают большие солнечные батареи.

Создание комплекса «космической» метеорологической аппаратуры и всех необходимых для ее действия устройств потребовало больших усилий конструкторов, инженеров, ученых. Характеристики этой аппаратуры в основном соответствуют нормам, выработанным экспертами Всемирной метеорологической организации.

Сейчас аппаратура испытывается на некоторых спутниках серии «Космос». Пока, по условиям работы спутника «Космос-122» в целом, опытная метеорологическая информация собирается на части его траектории. Однако эти результаты уже можно использовать для оперативной службы,, тренировки специалистов бюро погоды и для научных исследований. Поэтому результаты наблюдений передаются в подразделения Гидрометеорологической службы СССР, а также метеорологическим службам и научно-исследовательским учреждениям других стран.

Метеорологические наблюдения со спутников производятся также в США. Американские спутники «Эсса» передают значительную информацию об облачном покрове планеты. Но эти спутники не имеют постоянной ориентации на Землю и не дают сведений о радиации и облачности на ночной стороне Земли. Отдельные опытные снимки облачности в инфракрасных лучах и измерения радиации производились в США, однако в оперативной службе они пока но используются.

Наблюдения со спутников открывают новые, очень большие возможности для метеорологической службы и для исследования атмосферы. Но вместе с тем применение спутников ставит своеобразные и трудные задачи.

Сейчас, как известно, гидрометеорологическая служба Советского Союза, как и многих других стран, переходит на объективные, численные методы прогнозов основных элементов погоды. Расчеты по этим методам делаются на электронно-вычислительных машинах. Теперь в эти расчеты надо включать новые характеристики, которые до сих пор не учитывались. Наряду с использованием температуры приземного слоя воздуха следует вводить в расчеты температуру поверхности Земли, наряду с вертикальным разрезом температуры атмосферы целесообразно использовать данные о радиационном балансе и т. д.

Как можно мыслить себе дальнейшее развитие наблюдений со спутников Земли? По-видимому, будут созданы системы спутников, позволяющие составлять карты состояния атмосферы один-два раза в сутки так, чтобы на получение каждой карты уходило несколько часов времени. Для этого нужны 2 – 3 постоянно действующих метеорологических спутника.

Большой интерес представляют наблюдения со спутника, расположенного на большой высоте над земной поверхностью, так, чтобы его приборы «видели» сразу большой район Земли. Первые опыты по фотографированию Земли с расстояния 20 – 40 тысяч километров были сделаны на одном из советских спутников связи «Молния».

В дальнейшем со спутников можно будет получать и другие данные, например об осадках, волнении в океане. Это позволит значительно усовершенствовать морские прогнозы и рекомендации выбора путей для кораблей дальнего плавания и т. д.

Развитие наблюдений со спутников требует вместе с тем совершенствования способов анализа полученных данных на электронно-вычислительных машинах. В дальнейшем электронно-вычислительные машины должны будут отыскивать в огромной массе принимаемого материала сведения о наиболее важных, и прежде всего об опасных явлениях погоды, и быстро выдавать материалы об ураганах в океане, о штормах, грозах. Только полная автоматизация всех этапов переработки информации, вплоть до вычерчивания карт облачности, поля температуры земной поверхности, поля излучения по всему земному шару, позволит должным образом использовать обильный материал.

Будут ли необходимы наземные метеорологические станции? Конечно, хотя программа их работ может серьезно измениться. Не надо забывать, что наряду с обеспечением прогнозов погоды по большим территориям и на большие дистанции необходимо учитывать и местные нужды: прежде всего сельскохозяйственного производства, местных авиалиний и другие. Для этих целей нужна информация наземных станций.

Метеорологические наблюдения со спутников открывают широкие перспективы для службы погоды и для исследования атмосферы. Коллектив советской гидрометеорологической службы глубоко благодарен нашим конструкторам, инженерам, ученым и рабочим, успешно решившим основные задачи создания сложного комплекса разнообразных приборов для метеорологических наблюдений со спутников.

Пять лет назад, в соответствии с программой, объявленной ТАСС 16 марта 1962 года, в нашей стране был выведен на орбиту первый искусственный спутник Земли серии «Космос». С тех пор спутники этой серии запускаются регулярно. Число их уже приближается к полутора сотням. Спутники «Космос» внесли весомый вклад в изучение космического пространства, помогли раскрыть картину ряда физических процессов, протекающих на Солнце, дали новые важные сведения о далеких объектах Вселенной.

Но кроме большого научного значения, их запуски начинают приобретать существенную народнохозяйственную ценность. Сегодня мы публикуем рассказ об одном из спутников серии – «Космос-144», предназначенном для сбора метеорологической информации и передачи ее на Землю.

Сейчас нашу планету облетает второй советский метеоспутник «Космос-144», запущенный 28 февраля на круговую околополярную орбиту высотой 625 километров. На нем, так же, как и на борту его предшественника – «Космоса-122», установлена научная аппаратура, позволяющая метеослужбе получать очень ценные данные о состоянии атмосферы над обширными территориями планеты. Запуск спутника «Космос-144» продолжает работы в области космической метеорологии, выполняемые нашей страной в соответствии с международным соглашением.

Заманчивые перспективы использования искусственных спутников Земли в метеорологии убедительно подтверждаются на практике. Сведения о состоянии атмосферных процессов, передаваемые с космических орбит, используются для прогнозов погоды, для предупреждения о штормах и тайфунах. Особенно велика ценность метеорологической информации, собираемой спутниками с обширных территорий океанов, полярных областей, пустынных и горных районов.

Предыдущий метеоспутник «Космос-122» непрерывно нес службу в течение четырех месяцев и регулярно поставлял обширную метеорологическую информацию. Телевизионная, инфракрасная и актинометрическая аппаратура, а также бортовые системы управления и обеспечения заданного режима работы спутника функционировали в космосе несколько тысяч часов. Анализ работы спутника подтвердил правильность расчетов и технических решений, принятых в процессе его разработки и создания. Во время эксплуатации спутника был накоплен опыт оперативной обработки и использования сведений, получаемых с орбиты, в службе прогнозов погоды. Применение современных электронных вычислительных машин для обработки потока информации, поступающей из космоса, позволило Гидрометеоцентру СССР Главного управления Гидрометеослужбы СССР передать результаты измерений метеорологическим службам ряда стран.

Опыт показал, что принятое в нашей стране решение о создании метеорологического спутника, обеспечивающего одновременное измерение ряда показателей состояния атмосферы, было правильным и наиболее эффективным. Осуществление этой задачи потребовало от создателей спутника и наземных систем решения новых проблем космической техники, вытекающих из требований длительной работы систем и измерительной аппаратуры на орбите в строго заданном режиме, автоматизации обработки и распространения полученной метеорологической информации.

Общий вид спутника «Космос-144» показан на рис. 3. Две панели солнечных батарей, состоящих из многих тысяч фотоэлементов, обеспечивают его электроэнергией. Основные служебные системы располагаются в верхнем отсеке контейнера, в нижнем отсеке размещена научная аппаратура спутника. «Крылья» солнечных батарей раскрываются после отделения спутника от ракеты-носителя. Они снабжены автономной системой слежения, обеспечивающей ориентацию плоскости батарей перпендикулярно направлению солнечных лучей, так, чтобы обеспечить максимальное производство электроэнергии. Для предохранения от перезарядки аккумуляторов или недопустимого снижения напряжения на борту имеется автоматическая система регулирования энергоснабжения спутника.

Рис. 3. Общий вид спутника «Космос-144»

Для большинства бортовых приборов спутника электроэнергия необходима в виде переменного тока в широком диапазоне частот – от десятков до сотен герц. Постоянный ток аккумуляторной батареи превращается в переменный статическими полупроводниковыми преобразователями, которые одновременно являются автоматическими регуляторами напряжения и частоты переменного тока и обеспечивают синхронность работы электрических двигателей, установленных в различных механизмах на борту спутника.

Во время полета спутник строго ориентирован на Землю. Одна его ось направлена на центр Земли, вторая – вдоль траектории и третья – перпендикулярно плоскости орбиты. Успешное решение задачи точной пространственной ориентации спутника длительного непрерывного действия с помощью электродвигателей-маховиков – замечательное достижение советской космической техники. Строгая ориентация спутника позволила применить так называемую сканирующую инфракрасную и актинометрическую аппаратуру, которая следит с орбиты за процессами в атмосфере Земли, просматривая ее все время в поперечной плоскости справа налево и слева направо. А за счет движения спутника по орбите получается полоса обзора. Кроме того, такая ориентация существенно облегчила обработку результатов измерений. В бортовое оборудование спутника, кроме системы ориентации и энергоснабжения, входит ряд радиоэлектронных и электромеханических устройств. Они обеспечивают запоминание результатов измерений и передачу их на Землю; радионаблюдение за спутником и измерение параметров его движения; заданный режим температуры; единое время для привязки результатов измерений к местности; контроль и регулирование режима работы аппаратуры. Управление сложным комплексом аппаратуры спутника осуществляется с помощью бортового автоматического устройства, а также по командам с Земли.

Аппаратура спутника «Космос-144» позволяет получать изображение облачности, снежного покрова, ледовых полей на освещенной и теневой сторонах Земли, измерять потоки радиации, отраженной и излучаемой системой «Земля – атмосфера». Для наблюдения за облачностью на освещенной стороне Земли используется телевизионная аппаратура. Две камеры производят покадровую съемку поверхности Земли вдоль траектории полета спутника. Телевизионная аппаратура включается автоматически при углах возвышения Солнца над горизонтом более 5 градусов.

В процессе полета спутника освещенность Земли существенно меняется как за счет изменения характера подстилающей поверхности, так и за счет высоты Солнца. Для того чтобы получить высококачественные снимки, экспозиция регулируется с помощью автоматического устройства, измеряющего освещенность Земли и устанавливающего нужную диафрагму оптической аппаратуры. С высоты около 625 километров телевизионные камеры обеспечивают фотографирование поверхности Земли вдоль траектории полета спутника с шириной захвата около тысячи километров. Высокая разрешающая способность фотографирования позволяет четко определить форму облачности и провести детальный анализ атмосферных процессов, происходящих в данном районе.

В качестве иллюстрации мы помещаем фотографию, полученную со спутника 2 марта в 16 часов 01 минуту на 29-м витке его полета. Траектория спутника проходила через Индийский океан с юга на север. На снимке четко виден восточный берег Африки, севернее острова Занзибар. Безоблачная погода вдоль побережья простирается более чем на тысячу километров. На расстоянии около 100 километров от береговой черты – на огромной территории кучевые облака, легкие облака хорошей погоды, возникающие за счет восходящих потоков. На северо-западе от острова Занзибар значительный район закрыт облаками. В правом верхнем углу четко видны три огромных очага мощной кучевой облачности. Эти дождевые облака с ливневыми осадками и грозами значительны, и радиус одного из них составляет около 50 километров.

Рис. 4. Восточный берег Африки севернее острова Занзибар

Наблюдение за облачностью на теневой стороне Земли осуществляется с помощью инфракрасной аппаратуры, измеряющей уходящее излучение земной поверхности и облаков, величина которого зависит от их температуры. Инфракрасный участок спектра выбран для измерения, исходя из того, что в этом диапазоне волн излучение тепловой энергии земной поверхностью и облаками максимально, а поглощение излучения атмосферой Земли минимально. Величина уходящей тепловой энергии определяется температурой излучающей поверхности, а так как облака всегда холоднее поверхности Земли, то и их излучение менее интенсивно.

Непрерывное измерение величин теплового излучения поверхности, «осматриваемой» спутником, позволяет получить данные об облачности не только на теневой, но и на освещенной стороне Земли.

Как правило, инфракрасная аппаратура включается на полные «облеты» спутника вокруг Земли. Приемное устройство инфракрасной аппаратуры, установленной на борту спутника, осуществляет сканирующее движение перпендикулярно плоскости полета спутника, это позволяет получать ширину полосы обзора около 1100 километров. Тепловое излучение подстилающей поверхности и облаков преобразуется аппаратурой в электрические сигналы, пропорциональные величине излучаемого потока. Они регистрируются запоминающим устройством и в заданный момент передаются на Землю.

Снимки облачных систем, получаемые с помощью инфракрасной аппаратуры, менее детальны, чем телевизионные, но достаточно подробны для анализа крупных атмосферных образований (циклоны, тайфуны, атмосферные фронты) с характерными облачными системами, размеры которых измеряются сотнями и более тысячи километров. Информация об облачности в полярных областях, особенно Южного полушария, получаемая с помощью инфракрасной аппаратуры, в настоящее время является единственным источником сведений, позволяющих дать необходимую справку о характере погоды в этих районах.

Кроме сканирующих приборов, на борту спутника работают две широкоугольные камеры, захватывающие весь видимый со спутника диск Земли.

В комплекс системы, обеспечивающей метеорологические измерения со спутника, входят пункты приема, обработки и передачи данных учреждениям Гидрометеослужбы СССР и других стран. Естественно, что каждый вид измерений имеет свою методику обработки, но общим является непривычное «изобилие» информации и всего только 96 минут, которые даются на то, чтобы ее обработать. Когда спутник завершает свой патрульный виток, информация, полученная во время предыдущего витка, должна быть уже обработана.

Фотографии, сделанные телевизионными камерами, надо исправить от неизбежных перспективных искажений оптики, которые получаются при фотографировании широкой полосы поверхности Земли. Необходимо далее привязать изображение к географической местности и нанести координатную сетку. Почти весь этот сложный комплекс работ производится с помощью специальных электронных устройств.

Инфракрасное изображение облачности с помощью особой аппаратуры преобразуется в макрокарту облачности. В результате изучения фотографий составляются карты нефанализа (анализа облачности), которые передаются по линиям связи в метеорологические центры, на авиаметеостанции аэродромов, в гидрометеорологические бюро.

Обработка огромного потока результатов актинометрических измерений (измерений теплового излучения) производится с помощью специальных электронно-вычислительных машин.

Создание метеорологического искусственного спутника Земли, комплекса наземного оборудования, управления, приема и обработки информации – большая заслуга коллективов ряда институтов, конструкторских бюро и промышленных предприятий нашей страны. Это творческий вклад большой армии специалистов в летопись славных дел юбилейного года пятидесятилетия нашей Родины.

В настоящее время на орбитах находятся два метеорологических искусственных спутника Земли, которые совместно с пунктами приема, обработки и распространения метеорологической информации образуют экспериментальную космическую метеорологическую систему «Метеор».

Главное управление Гидрометеорологической службы совместно с представителями научных и промышленных организаций рассмотрело результаты метеорологических наблюдений, проводимых с помощью двух искусственных спутников Земли – «Космос-144» и «Космос-156».

Как уже сообщалось ТАСС 27 апреля 1967 года, на орбиту был выведен искусственный спутник Земли «Космос-156». Спутник «Космос-156» так же, как спутник «Космос-144», запущенный 28 февраля 1967 года, выполняет широкую программу метеорологических наблюдений.

На спутнике установлена:

– телевизионная аппаратура, предназначенная для регистрации изображений облачного, снежного и ледового покровов на дневной стороне Земли;

– инфракрасная аппаратура для регистрации изображений облачного, ледового и снежного покровов на освещенной и теневой сторонах Земли;

– актинометрическая аппаратура для регистрации интенсивности радиации, излученной и отраженной системой Земля – атмосфера, а также измерения температуры облаков и подстилающей поверхности.

Регистрация метеорологической информации осуществляется бортовыми устройствами спутника с запоминанием и последующими передачами на наземные станции.

Для обеспечения географической привязки метеорологической информации на спутнике установлены функциональные системы, осуществляющие постоянную точную ориентацию спутника на Землю и по направлению полета, а также синхронизацию всех регистрирующих и запоминающих устройств.

Электроснабжение бортовой аппаратуры спутника обеспечивается солнечными батареями с автономной системой ориентации на Солнце и химическими батареями с необходимой автоматикой.

На спутнике имеются также радиотелеметрические системы и системы, обеспечивающие точные измерения элементов орбиты.

Прием метеорологических данных с обоих спутников производится сетью специально созданных наземных пунктов, оборудованных средствами регистрации и обработки полученной информации, которые соединены прямыми каналами связи с Гидрометеорологическим центром СССР.

На пунктах приема метеорологической информации с помощью автоматических устройств и электронно-вычислительных машин производятся дешифрирование, географическая привязка и обработка телевизионной, инфракрасной и актинометрической информации.

Аппаратура, установленная на спутниках «Космос-144» и «Космос-156», а также наземный комплекс приема, обработки и распространения метеорологической информации образуют экспериментальную космическую метеорологическую систему «Метеор».

Экспериментальная система «Метеор» предназначена для регулярного сбора метеорологической информации, которая будет поступать для обработки в Гидрометеорологический центр СССР и использоваться оперативной службой погоды в интересах народного хозяйства и для международного обмена.

В юбилейном 1967 году исполняется десять лет со дня запуска первого искусственного спутника Земли. Наша Родина первой открыла человечеству путь в космическое пространство, эру мирного использования космоса. Осуществление десятилетней программы исследований космического пространства явилось яркой демонстрацией огромных достижений советской науки и техники.

Исследования физических условий космического пространства, в котором длительное время работают сложные автоматические космические обсерватории, позволили создать современные метеорологические спутники Земли, использование которых открывает огромные возможности для метеорологии.

Современная служба погоды находится в стадии чрезвычайно быстрой перестройки. Если в прошлом прогноз погоды был рассчитан на обеспечение хозяйственной деятельности в относительно небольших районах внутри страны, то сейчас задачи метеорологов резко изменились. Так, например, советские самолеты, вылетающие из Москвы, достигают через 10 – 12 часов пунктов, расположенных в другом полушарии Земли. Регулярные рейсы протяженностью более десяти тысяч километров практически покрывают весь земной шар. Таковы регулярные авиалинии на Кубу, в Монреаль, в Токио, межконтинентальные перелеты в Антарктиду. Это требует полной информации о состоянии атмосферы в масштабах всей Земли.

Не менее важны точные прогнозы погоды и для морского транспортного и рыболовного флотов. Их поле деятельности сейчас – весь Мировой океан. Эффективность работы моряков и рыбаков в значительной мере определяется правильным учетом гидрометеорологической обстановки, которая складывается на море.

Прежняя организация службы погоды не может удовлетворить этим растущим требованиям. Мало того, что информация должна быть собрана с любой точки земного шара, она должна быть получена вовремя и сконцентрирована в метеорологических центрах за весьма короткие сроки.

Чтобы справиться с одной из самых трудных задач современной науки – надежным долгосрочным предсказанием погоды, метеорологам необходимо разработать теорию общей циркуляции атмосферы на земном шаре. Построить эту теорию, учитывая всю сложность процессов, действующих в воздушном океане Земли, невозможно без систематических метеорологических наблюдений но всей поверхности земного шара. Обычными техническими средствами, которыми раньше располагали метеорологи, этого сделать нельзя, так как огромные пространства океанов и малообжитых территорий земного шара остаются практически без метеорологических наблюдений. И только метеорологический спутник – «космический глаз», перемещающийся по орбите, в состоянии уследить за погодой на всей планете.

Синоптики наших дней уже не представляют себе анализа атмосферных процессов без использования спутниковой информации – настолько быстро и решительно она вошла в жизнь службы погоды. С помощью спутников наука об атмосфере обогащается сведениями о тепловых радиационных потоках, пронизывающих воздушный океан Земли. Без этих данных нельзя рассчитать действие «тепловой машины», приводящей в движение атмосферу.

Для количественных расчетов атмосферных процессов, на которых базируются современные способы численных краткосрочных и долгосрочных прогнозов погоды, глобальная информация метеорологических спутников является особенно важной.

Разработка экспериментальной метеорологической космической системы «Метеор», в состав которой входят искусственные спутники Земли, пункты приема и обработки данных, служба контроля состояния бортовых систем и управления ими, потребовала решения многих научных и технических задач. С ними успешно справились коллективы научно-исследовательских, конструкторских и промышленных организаций.

Так как полный анализ состояния атмосферных процессов может быть выполнен лишь с учетом ряда метеорологических характеристик, было решено создать спутник, обеспечивающий одновременное измерение радиационных потоков в разных участках спектра и фотографирование облачного покрова в видимых и инфракрасных лучах. Это выполняется комплексом научной аппаратуры, в состав которой входят: телевизионные камеры дневного и ночного видения, инфракрасная техника для измерения температуры поверхности Земли и облаков, а также актинометрические приборы для измерения отраженной и излученной тепловой энергии Земли и атмосферы.

Комплекс научной аппаратуры предъявляет особые требования в отношении энергоснабжения, ориентации и стабилизации спутника. На орбите необходимо не только зарегистрировать атмосферные процессы, но и «запомнить» полученную информацию, обеспечить ее точную географическую привязку. Принципиальное значение имеет длительность активного существования спутника на орбите и, наконец, безотказность различных электротехнических и радиотехнических его систем.

Разработка метеорологических спутников началась в соответствии с программой создания спутников серии «Космос», объявленной 16 марта 1962 года.

На первом этапе были созданы и испытаны на спутниках типа «Кос-мос-23» электротехнические устройства, обеспечивающие стабилизацию спутника и ориентацию его корпуса на центр Земли, Тщательно проверялась работа автоматических устройств энергетической системы спутника, управляющих солнечными и химическими батареями.

Исследования солнечных батарей показали, что при длительном воздействии на них космической среды, а также при продолжительной работе происходит старение фотоэлементов и изменение их характеристик. Это приводит к. понижению коэффициента полезного действия батарей.

Результаты исследований были использованы при создании более совершенных источников электроэнергии на последующих типах спутников.

На втором этапе работ по экспериментальной метеорологической системе был создан и испытан искусственный спутник Земли «Космос-122». На этом спутнике комплекс приборов для метеорологических наблюдений – телевизионных, актинометрических, инфракрасных – сочетался с системой, обеспечивающей многомесячное функционирование спутника на орбите. Обеспечение столь длительной работы спутника потребовало решений множества сложных технических вопросов. Так, на спутнике «Космос-122» были использованы две независимые системы ориентации: одна – для непрерывной ориентации приборного отсека на Землю, другая – для ориентации солнечных батарей на Солнце.

В качестве датчиков направления на Солнце применялись специальные фотоэлементы, реагирующие лишь на определенную часть спектра его лучей. Для определения направления на Землю применялись приборы, реагирующие на ее тепловое излучение, датчики которых очень чувствительны к различным электромагнитным помехам. Были приняты соответствующие меры по ликвидации влияния любых помех на борту метеорологического спутника.

Было проведено специальное изучение работы подшипниковых узлов электрических машин и других механизмов в условиях глубокого вакуума – в космическом пространстве. Большое внимание было уделено вопросам терморегулирования для обеспечения нормального режима внутри спутника для всех приборов, чувствительных к изменениям температуры.

Третий этап работ над созданием экспериментальной космической метеорологической системы ознаменовался запуском 28 февраля и 27 апреля с. г. спутников «Космос-144» и «Космос-156» на близкие круговые орбиты, проходящие на высоте 625 – 630 километров над Землей.

Запуск спутника «Космое-156» осуществлен с таким расчетом, чтобы начальная плоскость его орбиты была смещена относительно плоскости орбиты спутника «Космос-144» на 95 градусов.

Каждый из спутников ныне вступившей в строй экспериментальной метеорологической системы «Метеор» только за один оборот вокруг Земли позволяет получить информацию об облачности с территории, составляющей около восьми процентов, а данные о радиационных потоках – приблизительно с 20 процентов поверхности земного шара.

Взаимное расположение орбит спутников выбрано так, что они производят наблюдения за погодой над каждым из районов земного шара с интервалом в шесть часов.

Это позволяет следить за развитием атмосферных процессов в различных районах земного шара. Существующая система из двух спутников дает возможность уже сейчас в течение суток получить метеорологическую информацию с половины поверхности нашей планеты.

При одновременном нахождении на орбитах нескольких метеорологических спутников в значительной степени усложняются задачи управления ими и системой в целом.

Для нормального функционирования системы метеорологических спутников необходимо при прохождении каждого из них над пунктами приема в короткие сроки обрабатывать телеметрическую информацию, которая содержит метеорологические данные и сведения о работе бортовой аппаратуры.

Эта сложная задача успешно решена с помощью наземного комплекса управления. Телеметрическая информация вводится в быстродействующие электронно-вычислительные машины. Практически сразу после окончания сеанса связи со спутником машины заканчивают обработку всех телеметрических данных, редактируют их и выдают в форме, удобной для использования.

До поступления информации со следующей орбиты метеорологические данные должны быть полностью обработаны и представлены в виде графиков и карт для оперативной службы погоды.

Эти материалы быстро доводятся до метеорологических учреждений как внутри страны, так и за рубежом. Для этого используются специальные каналы связи, которые позволяют по проводам или по радио передавать карты погоды, графики и фотографии облачного покрова.

Информация, поступающая со спутников «Космос-144» и «Космос-156», широко применяется в повседневной работе научных центров службы погоды. В Гидрометеорологическом научно-исследовательском центре СССР на основании этой информации уточняются анализы синоптических карт, а также прогнозы погоды на 1 – 3 суток вперед. Особенно большую пользу материалы спутниковых наблюдений приносят при анализе состояния погоды над районами с редкой сетью метеорологических станций. Так, в настоящее время информация спутников «Космос-144» и «Космос-156» успешно используется для прогнозов ветра и волнения при проводке через несколько океанов большего плавучего дока, который сейчас находится в Тихом океане. Большой интерес представляют также данные о расположении льда в Ледовитом океане, получаемые со спутников. Сейчас эта космическая ледовая разведка над районами Ледовитого океана особенно ценна в связи с начинающейся навигацией по Северному морскому пути.

Экспериментальная метеорологическая система «Метеор» – результат осуществления большой программы работ по использованию искусственных спутников Земли в интересах народного хозяйства нашей страны.

1957-1958 годы ознаменовались крупнейшими достижениями Советского Союза в области ракетостроения. Запуски советских искусственных спутников Земли позволили накопить необходимый материал для осуществления космических полетов и достижения других планет солнечной системы. Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, проводимые в СССР, были направлены на создание больших по размерам и весам искусственных спутников Земли. Вес третьего советского искусственного спутника, как известно, составлял 1327 килограммов.

При успешном запуске 4 октября 1957 г. первого в мире искусственного спутника Земли и последующих запусках тяжелых советских спутников по программе Международного геофизического года была получена первая космическая скорость - 8 километров в секунду.

В результате дальнейшей творческой работы советских ученых, конструкторов, инженеров и рабочих в настоящее время создана многоступенчатая ракета, последняя ступень которой способна достигнуть второй космической скорости - 11,2 километра в секунду, обеспечивающей возможность межпланетных полетов.

2 января 1959 года в СССР осуществлен пуск космической ракеты в сторону Луны. Многоступенчатая космическая ракета по заданной программе вышла на траекторию движения в направлении к Луне. По предварительным данным, последняя ступень ракеты получила необходимую вторую космическую скорость. Продолжая свое движение, ракета пересекла восточную границу Советского Союза, прошла над Гавайскими островами и продолжает движение над Тихим океаном, быстро удаляясь от Земли.

В 3 часа 10 минут московского времени 3 января космическая ракета, двигаясь по направлению к Луне, пройдет над южной частью острова Суматра, находясь от Земли на расстоянии около 110 тысяч километров. По предварительным расчетам, которые уточняются прямыми наблюдениями, приблизительно в 7 часов 4 января 1959 года космическая ракета достигнет района Луны.

Последняя ступень космической ракеты весом 1472 килограмма без топлива оборудована специальным контейнером, внутри которого находится измерительная аппаратура для проведения следующих научных исследований:

- обнаружения магнитного поля Луны;

- изучения интенсивности и вариаций интенсивности космических лучей вне магнитного поля Земли;

- регистрации фотонов в космическом излучении;

- обнаружения радиоактивности Луны;

- изучения распределения тяжелых ядер в космическом излучении;

- изучения газовой компоненты межпланетного вещества;

- изучения корпускулярного излучения Солнца;

- изучения метеорных частиц.

Для наблюдения за полетом последней ступени космической ракеты на ней установлены:

- радиопередатчик, излучающий на двух частотах 19,997 и 19,995 мегагерц телеграфные посылки длительностью 0,8 и 1,6 секунды;

- радиопередатчик, работающий на частоте 19,993 мегагерца телеграфными посылками переменной длительности порядка 0,5-0,9 секунды, с помощью которого передаются данные научных наблюдений;

- радиопередатчик, излучающий на частоте 183,6 мегагерц и используемый для измерения параметров движения и передачи на Землю научной информации;

- специальная аппаратура, предназначенная для создания натриевого облака - искусственной кометы.

Искусственная комета может наблюдаться и фотографироваться оптическими средствами, оборудованными светофильтрами, выделяющими спектральную линию натрия.

Искусственная комета будет образована 3 января примерно в 3 часа 57 минут московского времени и будет видима около 2-5 минут в созвездии Девы, приблизительно в центре треугольника, образованного звездами альфа Волопаса, альфа Девы и альфа Весов.

Космическая ракета несет на борту вымпел с гербом Советского Союза и надписью: «Союз Советских Социалистических Республик. Январь, 1959 год».

Общий вес научной и измерительной аппаратуры вместе с источниками питания и контейнером составляет 361,3 килограмма.

Научные измерительные станции, расположенные в различных районах Советского Союза, ведут наблюдения за первым межпланетным полетом. Определение элементов траектории осуществляется на электронных счетных машинах по данным измерений, автоматически поступающим в координационно-вычислительный центр.

Обработка результатов измерений позволит получить данные о движении космической ракеты и определить те участки межпланетного пространства, в которых производятся научные наблюдения.

Созидательный труд всего советского народа, направленный на решение важнейших проблем развития социалистического общества в интересах всего прогрессивного человечества, позволил осуществить первый успешный межпланетный полет.

Пуск советской космической ракеты еще раз показывает высокий уровень развития отечественного ракетостроения и вновь демонстрирует всему миру выдающееся достижение передовой советской науки и техники.

Величайшие тайны Вселенной сделаются более доступными человеку, который в недалеком будущем сам сможет ступить на поверхность других планет.

Коллективы научно-исследовательских институтов, конструкторских бюро, заводов и испытательных организаций, создавшие новую ракету для меяшланетных сообщений, посвящают этот пуск XXI съезду Коммунистической партии Советского Союза.

Передача данных о полете космической ракеты будет производиться регулярно всеми радиостанциями Советского Союза.

«Правда», 3 января 1959 г.

Ученым, инженерам, техникам, рабочим, всему коллективу работников, участвовавших в создании и запуске космической ракеты

Создание многоступенчатой космической ракеты и успешный ее запуск в сторону Луны 2 января 1959 года знаменуют собой величайшее достижение советской науки и техники.

Первый межпланетный полет советской космической ракеты открывает славную страницу в изучении космического пространства и демонстрирует человечеству творческий гений свободного советского народа и гигантский научно-технический прогресс, достигнутый трудящимися первой в мире страны победившего социализма.

Центральный Комитет Коммунистической партии Советского Союза и Совет Министров СССР горячо поздравляют ученых, инженеров, техников, рабочих, весь коллектив работников, участвовавших в создании и запуске космической ракеты.

Дорогие товарищи! Партия, Правительство и все советские люди высоко ценят ваш самоотверженный труд и выражают твердую уверенность в том, что вы еще не раз порадуете нашу любимую Родину и все прогрессивное человечество новыми открытиями и достижениями мирового значения.

Слава труженикам советской науки и техники, пролагающим новые пути к раскрытию тайн природы и покорению ее сил на благо человечества!

На 10 часов 5 января советская космическая ракета продолжает полет.

5 января поступающие с ракеты радиосигналы значительно ослабли.

В связи с израсходованием ресурса источников питания надежная радиосвязь с ракетой прекратилась 5 января около 10 часов московского времени.

Космическая ракета за 62 часа своего полета с момента старта, на 10 часов 5 января удалилась от Земли на 597 тыс. километров. На этом пути, через 34 часа после старта, она прошла вблизи Луны и, преодолевая притяжение Земли и Луны, выходит на свою орбиту вокруг Солнца.

В течение 62 часов, в соответствии с программой, осуществлялась надежная радиосвязь ракеты с Землей, позволившая наблюдать за движением ракеты и получать информацию о работе научной аппаратуры на борту ракеты.

Программа наблюдений за космической ракетой и программа научных исследований закончены.

Космическая ракета окончательно выйдет на периодическую орбиту искусственной планеты 7-8 января с. г.

Орбита искусственной планеты расположена между орбитами Земли и Марса.

Наименьшее расстояние между орбитами искусственной планеты и Марса составляет около 15 млн. километров, что примерно в четыре раза меньше расстояния между Землей и Марсом во время великих противостояний Марса.

Двигаясь по своей орбите вокруг Солнца с периодом обращения 450 земных суток, искусственная планета примерно через пять лет вновь приблизится к Земле, однако ее расстояние до Земли будет порядка десятков миллионов километров.

Задачи, поставленные при пуске космической ракеты, выполнены.

Получены ценные материалы для дальнейшего развития конструкции межпланетных ракет, важные результаты по дальней космической радиосвязи, проведен ряд исследований большого научного значения по физическим проблемам космического пространства, расширяющих наши сведения о Вселенной.

По мере обработки наблюдений полученные научные результаты будут публиковаться.

После создания Советским Союзом первого искусственного спутника Земли запуск 2 января 1959 года советской космической ракеты, ставшей на вечные времена первой искусственной планетой нашей солнечной системы, является величественным событием эпохи построения коммунизма и открывает эру межпланетных полетов.

«Правда», 6 января 1959 г.

(ТАСС)

2 января 1959 г. в Советском Союзе был осуществлен успешный запуск космической ракеты в сторону Луны. Впервые в истории человечества создан летательный аппарат, не только достигший, но и превысивший вторую космическую скорость. Последняя ступень ракеты весом 1472 килограмма (без топлива) пролетела вблизи Луны и стала первой искусственной планетой солнечной системы.

Это событие знаменует собой новый этап на пути покорения космического пространства. Творческим трудом советских людей создано новое небесное тело, преодолевшее земное тяготение и движущееся по эллиптической орбите вокруг Солнца.

Создание космической ракеты явилось естественным продолжением работ по межконтинентальным ракетам и большим искусственным спутникам Земли, проводившихся в Советском Союзе. Как известно, вес третьего советского искусственного спутника равен 1327 килограммам. Эти работы позволили накопить необходимый опыт для создания крупных космических летательных аппаратов.

Полет ракеты в космическом пространстве позволил осуществить комплекс важнейших научных экспериментов по исследованию межпланетной среды. Впервые реализована возможность проведения прямых научных измерений по широкой программе на столь больших расстояниях от от Земли.

Запуск космической ракеты является новым выдающимся успехом советской науки и техники. Для осуществления космического полета была создана многоступенчатая ракета, отличающаяся высоким конструктивным совершенством, с мощными высокоэффективными ракетными двигателями. Управление полетом космической ракеты при выведении ее на заданную траекторию с высокой точностью осуществлялось с помощью специальной автоматической системы.

Для осуществления программы научных экспериментов были созданы уникальная научная аппаратура и специальные радиоизмерительные системы. Общий вес научной и измерительной аппаратуры с источниками питания и контейнером, расположенных на борту последней ступени космической ракеты, составляет 361,3 килограмма. Контроль траектории движения ракеты в космическом пространстве производился с помощью комплекса радиотехнических средств, позволивших надежно определять координаты и скорость ракеты в каждый момент ее движения.

Рис. 1. Вымпел-лента (с лицевой и оборотной сторон), находящийся на борту космической ракеты

Запуск советской космической ракеты означает вступление человечества в эру межпланетных полетов. Следующими этапами на этом пути должны явиться: дальнейшие исследования космического околосолнечного пространства, исследование планет солнечной системы и полет человека на другие планеты.

Ученые, конструкторы, инженеры, техники, рабочие и испытатели, чей вдохновенный творческий труд вписал новую страницу в историю мировой науки и техники, посвятили запуск космической ракеты XXI съезду Коммунистической партии Советского Союза.

Весь советский народ обсуждает величественную программу построения коммунизма в нашей стране, выдвинутую в тезисах на XXI съезде Коммунистической партии Советского Союза. Осуществление этой программы под руководством Коммунистической партии и Советского правительства обеспечит новый, еще более бурный подъем народного хозяйства в нашей стране и приведет советский народ к завоеванию новых высот во всех отраслях науки и техники. Несомненно, мы явимся в ближайшие годы свидетелями новых выдающихся успехов нашей страны в освоении космического пространства и раскрытии новых тайн природы на благо советского народа и всего прогрессивного человечества.

Высокая оценка Центрального Комитета КПСС и Совета Министров СССР работы ученых, инженеров, техников и рабочих, создавших многоступенчатую космическую ракету и осуществивших успешный ее запуск в сторону Луны 2 января 1959 года, воодушевляет коллективы научно-исследовательских институтов, конструкторских бюро, заводов и испытательных организаций на самоотверженный труд для достижения новых успехов в освоении космического пространства.

Космическая многоступенчатая ракета стартовала с поверхности Земли вертикально. Под действием программного механизма автоматической системы, управляющей ракетой, ее траектория постепенно отклонялась от вертикали. Скорость ракеты быстро нарастала. В конце участка разгона последняя ступень ракеты набрала скорость, необходимую для своего дальнейшего движения. Автоматическая система управления последней ступени выключила ракетный двигатель и подала команду на отделение контейнера с научной аппаратурой от последней ступени. Контейнер и последняя ступень ракеты вышли на траекторию и начали движение по направлению к Луне, находясь на близком расстоянии друг от друга.

Чтобы преодолеть земное притяжение, космическая ракета должна набрать скорость, не меньшую, чем вторая космическая скорость. Вторая космическая скорость, называемая также параболической скоростью, у поверхности Земли составляет 11,2 километра в секунду. Эта скорость является критической в том смысле, что при меньших скоростях, называемых эллиптическими, тело либо становится спутником Земли, либо поднявшись на некоторую предельную высоту, возвращается на Землю. При скоростях, больших второй космической скорости (гиперболических скоростях) или равных ей, тело способно преодолеть земное тяготение и навсегда удалиться от Земли.

Советская космическая ракета к моменту выключения ракетного двигателя последней ступени превысила вторую космическую скорость. На дальнейшее движение ракеты, до сближения ее с Луной, основное влияние оказывает сила притяжения Земли. Вследствие этого, согласно законам небесной механики, траектория движения ракеты относительно центра Земли очень близка к гиперболе, для которой центр Земли является одним из ее фокусов. Траектория наиболее искривлена вблизи Земли и распрямляется с удалением от Земли. На больших расстояниях от Земли траектория становится весьма близкой к прямой линии. В начале движения ракеты по гиперболической траектории она движется весьма быстро. Однако, по мере удаления от Земли, скорость ракеты под действием силы земного тяготения уменьшается. Так, если на высоте 1500 километров скорость ракеты относительно центра Земли была несколько более 10 километров в секунду, то на высоте 100 тысяч километров она равнялась примерно 3,5 километра в секунду.

Скорость поворота радиуса-вектора, соединяющего центр Земли с ракетой, убывает, согласно второму закону Кеплера, обратно пропорционально квадрату расстояния от центра Земли. Если в начале движения эта скорость составляла примерно 0,07 градусов в секунду, т. е. более чем в 15 раз превышала угловую скорость суточного вращения Земли, то примерно через час она стала меньше угловой скорости Земли. Когда же ракета приближалась к Луне, то скорость поворота ее радиуса-вектора уменьшилась более чем в 2 000 раз и стала уже в пять раз меньше угловой скорости обращения Луны вокруг Земли. Скорость же обращения Луны составляет лишь V27 угловой скорости Земли.

Рис. 2. Схема трассы движения космической ракеты Цифры на схеме соответствуют последовательным положениям проекции ракеты на поверхность Земли 1 - 3 часа 3 января, 100 тысяч километров от Земли; 2 - образование искусственной кометы; 3 - 6 часов, 137 тысяч километров; 4 - 13 часов, 209 тысяч километров;   5 - 19 часов, 265 тысяч километров; 6 - 21 час, 284 тысячи километров; 7 - 5 часов 59 минут 4 января, 370 тысяч километров - момент наибольшего сближения с Луной; 8 - 12 часов, 422 тысячи километров; 9 - 22 часа, 510 тысяч километров; 10 - 10 часов 5 января, 597 тысяч километров

Рис. 3. Траектория сближения ракеты с Луной 1 - орбита Луны; 2 - траектория ракеты;   4 - положение Луны в момент сближения с ракетой 3 - положение Луны в момент старта ракеты:

Эти особенности движения ракеты по траектории определили характер ее перемещения относительно поверхности Земли.

На карте изображено перемещение проекции ракеты на поверхность Земли с течением времени. Пока скорость поворота радиуса-вектора ракеты была велика по сравнению со скоростью вращения Земли, эта проекция перемещалась на восток, постепенно отклоняясь на юг. Затем проекция стала перемещаться сначала на юго-запад и через 6-7 часов после старта ракеты, когда скорость поворота радиуса-вектора стала весьма мала, почти точно на запад.

Движение ракеты среди созвездий на небесной сфере изображено на схеме (рис. 4). Движение ракеты на небесной сфере было очень неравномерным - быстрое в начале и очень медленное к концу.

Примерно через час полета путь ракеты на небесной сфере вошел в созвездие Волосы Вероники. Затем ракета перешла на небесном своде в созвездие Девы, в котором и произошло ее сближение с Луной.

3 января в 3 часа 57 минут московского времени, когда ракета находилась в созвездии Девы, примерно в середине треугольника, образованного звездами Арктуром, Спикой и Альфой Весов, специальным устройством, установленным на борту ракеты, была создана искусственная комета, состоящая из паров натрия, светящихся в лучах Солнца. Эту комету можно было наблюдать с Земли оптическими средствами в течение нескольких минут. Во время прохождения около Луны ракета находилась на небесной сфере между звездами Спика и Альфа Весов. Путь ракеты на небесном своде при сближении с Луной наклонен к пути Луны примерно на 50 градусов. Вблизи Луны ракета двигалась на небесной сфере приблизительно в 5 раз медленнее, чем Луна.

Луна, двигаясь по своей орбите вокруг Земли, подходила к точке сближения с ракетой справа, если смотреть с северной части Земли. Ракета приближалась к этой точке сверху и справа. В период наибольшего сближения ракета находилась выше и немного правее Луны.

Время полета ракеты до орбиты Луны зависит от избытка начальной скорости ракеты над второй космической скоростью и будет тем меньше, чем больше этот избыток. Выбор величины этого избытка был произведен с учетом того, чтобы прохождение ракеты вблизи Луны можно было наблюдать радиосредствами, расположенными на территории Советского Союза и в других странах Европы, а также в Африке и в большей части Азии. Время движения космической ракеты до Луны составило 34 часа.

Во время наибольшего сближения расстояние между ракетой и Луной составляло, по уточненным данным, 5-6 тысяч километров, т. е. примерно полтора поперечника Луны.

Когда космическая ракета приблизилась к Луне на расстояние в несколько десятков тысяч километров, притяжение Луны начало оказывать заметное влияние на движение ракеты. Действие тяготения Луны привело к отклонению направления движения ракеты и изменению величины скорости ее полета вблизи Луны. При сближении Луна была ниже ракеты, и потому, вследствие притяжения Луны, направление полета ракеты отклонилось вниз. Притяжение Луны создало также местное увеличение скорости. Это увеличение достигло максимума в районе наибольшего сближения.

После сближения с Луной космическая ракета продолжала удаляться от Земли, скорость ее относительно центра Земли убывала, приближаясь к величине, равной примерно 2 километрам в секунду.

Рис. 4. Схема пути ракеты к Луне на карте звездного неба 1 - орбита Луны; 2 - место сближения ракеты с Луной;   3 - положение Луны в момент старта ракеты

Рис. 5. Расчетная орбита искусственной планеты относительно Солнца (планета на схеме показана в момент максимального сближения ракеты с Луной) 1 - афелий искусственной планеты; 2 - орбита Земли; 3 - орбита Марса; 4 - орбита искусственной планеты; 5 - перигелий искусственной планеты; 6 - Земля; 7 - Марс; 8 - точка выхода ракеты на орбиту

На расстоянии от Земли порядка 1 миллиона километров и более влияние притяжения Земли на ракету настолько ослабевает, что движение ракеты можно считать происходящим лишь под действием силы тяготения Солнца. Примерно 7-8 января советская космическая ракета вышла на свою самостоятельную орбиту вокруг Солнца, стала его спутником, превратившись в первую в мире искусственную планету солнечной системы.

Скорость ракеты относительно центра Земли в период 7-8 января была направлена примерно в ту же сторону, что и скорость Земли в ее движении вокруг Солнца. Так как скорость Земли равняется 30 километрам в секунду, а скорость ракеты относительно Земли - 2 километра в секунду, то скорость движения ракеты как планеты вокруг Солнца была равна приблизительно 32 километрам в секунду.

Точные данные о положении ракеты, направлении и величине ее скорости на больших расстояниях от Земли позволяют по законам небесной механики рассчитать движение космической ракеты как планеты солнечной системы. Расчет орбиты произведен без учета возмущений, которые могут вызвать планеты и другие тела солнечной системы. Вычисленная орбита характеризуется следующими данными:

- наклонение орбиты к плоскости орбиты Земли составляет около 1 градуса, т. е. весьма мало;

- эксцентриситет орбиты искусственной планеты равен 0,148, что заметно больше, чем эксцентриситет земной орбиты, равный 0,017;

- минимальное расстояние от Солнца составит около 146 миллионов километров, т. е. будет лишь на несколько миллионов километров меньше расстояния Земли от Солнца (среднее расстояние Земли от Солнца составляет 150 миллионов километров);

- максимальное расстояние искусственной планеты от Солнца составит около 197 миллионов километров, т. е. космическая ракета при этом будет находиться от Солнца на 47 миллионов километров дальше, чем Земля;

- период обращения искусственной планеты вокруг Солнца будет 450 суток, т. е. около 15 месяцев. Минимальное расстояние от Солнца будет достигнуто впервые в середине января 1959 г., а максимальное - в начале сентября 1959 года.

Интересно отметить, что орбита советской искусственной планеты подходит к орбите Марса на расстояние порядка 15 миллионов километров, т. е. примерно в 4 раза ближе, чем орбита Земли.

Расстояние между ракетой и Землей при их движении вокруг Солнца будет изменяться, то увеличиваясь, то уменьшаясь. Наибольшее расстояние между ними может достигать величин 300-350 миллионов километров.

В процессе обращения искусственной планеты и Земли вокруг Солнца они могут сблизиться на расстояние порядка миллиона километров.

Последняя ступень космической ракеты является управляемой ракетой, крепящейся посредством переходника к предшествующей ступени.

Управление ракетой осуществляется автоматической системой, стабилизирующей положение ракеты на заданной траектории и обеспечивающей расчетную скорость в конце работы двигателя. Последняя ступень космической ракеты после израсходования рабочего запаса топлива весит 1472 килограмма.

Кроме устройств, обеспечивающих нормальный полет последней ступени ракеты, в корпусе ее расположены:

- герметичный, отделяемый контейнер с научной и радиотехнической аппаратурой;

- два передатчика с антеннами, работающие на частотах 19,997 и 19,995 мегагерц;

- счетчик космических лучей;

- радиосистема, с помощью которой определяется траектория полета космической ракеты и прогнозируется ее дальнейшее движение;

- аппаратура для образования искусственной натриевой кометы.

Контейнер расположен в верхней части последней ступени космической ракеты ж защищен от нагрева при прохождении ракетой плотных слоев атмосферы сбрасываемым конусом.

Контейнер состоит из двух сферических тонких полуоболочек, герметично соединенных между собой шпангоутами с уплотнительной прокладкой из специальной резины. На одной из полуоболочек контейнера расположены 4 стержня антенн радиопередатчика, работающего на частоте 183,6 мегагерц. Эти антенны закреплены на корпусе симметрично относительно полого алюминиевого штыря, на конце которого расположен датчик для измерения магнитного поля Земли и обнаружения магнитного поля Луны. До момента сброса защитного конуса антенны сложены и закреплены на штыре магнитометра. После сброса защитного конуса антенны раскрываются. На этой же полуоболочке расположены две протонные ловушки для обнаружения газовой компоненты межпланетного вещества и два пьезоэлектрических датчика для изучения метеорных частиц.

Полуоболочки контейнера выполнены из специального алюминиево-магниевого сплава. На шпангоуте нижней полуоболочки крепится приборная рама трубчатой конструкции из магниевого сплава, на которой расположены приборы контейнера.

Внутри контейнера размещена следующая аппаратура.

1. Аппаратура для радиоконтроля траектории движения ракеты, состоящая из передатчика, работающего на частоте 183,6 мегагерц, и блока приемников.

2. Радиопередатчик, работающий на частоте 19,993 мегагерц.

3. Телеметрический блок, предназначенный для передачи по радиосистемам на Землю данных научных измерений, а также данных о температуре и давлении в контейнере.

Рис. 6. Пятиугольные элементы сферического вымпела

4. Аппаратура для изучения газовой компоненты межпланетного вещества и корпускулярного излучения Солнца.

5. Аппаратура для измерения магнитного поля Земли и обнаружения магнитного поля Луны.

6. Аппаратура для изучения метеорных частиц.

7. Аппаратура для регистрации тяжелых ядер в первичном космическом излучении.

8. Аппаратура для регистрации интенсивности и вариаций интенсивности космических лучей и для регистрации фотонов в космическом излучении.

Радиоаппаратура и научная аппаратура контейнера получают электропитание от серебряно-цинковых аккумуляторов и окисно-ртутных батарей, размещенных на приборной раме контейнера.

Контейнер наполнен газом при давлении 1,3 атм. Конструкция контейнера обеспечивает высокую герметичность внутреннего объема. Температура газа внутри контейнера поддерживается в заданных пределах (около 20°С). Указанный температурный режим обеспечивается приданием оболочке контейнера определенных коэффициентов отражения и излучения за счет специальной обработки оболочки. Кроме того, в контейнере установлен вентилятор, обеспечивающий принудительную циркуляцию газа. Циркулирующий в контейнере газ отбирает тепло от приборов и отдает его оболочке, являющейся своеобразным радиатором.

Отделение контейнера от последней ступени космической ракеты происходит после окончания работы двигательной установки последней ступени.

Отделение контейнера необходимо с точки зрения обеспечения теплового режима контейнера. Дело в том, что в контейнере расположены приборы, выделяющие большое количество тепла. Тепловой режим, как указано выше, обеспечивается сохранением определенного баланса между теплом, излучаемым оболочкой контейнера, и теплом, получаемым оболочкой от Солнца.

Отделение контейнера обеспечивает нормальный режим работы антенн контейнера и аппаратуры для измерения магнитного поля Земли и обнаружения магнитного поля Луны; в результате отделения контейнера устраняются магнитные влияния металлической конструкции ракеты на показания магнитометра.

Общий вес научной и измерительной аппаратуры с контейнером, вместе с источниками питания, размещенными на последней ступени космической ракеты, составляет 361,3 килограмма.

В ознаменование создания в Советском Союзе первой космической ракеты, ставшей искусственной планетой солнечной системы, на ракете установлены два вымпела с Государственным гербом Советского Союза. Эти вымпелы расположены в контейнере.

Один вымпел выполнен в виде тонкой металлической ленты. На одной стороне ленты имеется надпись: «Союз Советских Социалистических Республик», а на другой изображены гербы Советского Союза и надпись: «Январь 1959 Январь». Надписи нанесены специальным, фотохимическим способом, обеспечивающим длительное их сохранение.

Второй вымпел имеет сферическую форму, символизирующую искусственную планету. Поверхность сферы покрыта пятиугольными элементами из специальной нержавеющей стали. На одной стороне каждого элемента вычеканена надпись: «СССР. Январь 1959 г.», на другой - герб Советского Союза и надпись «СССР».

Для наблюдения за полетом космической ракеты, измерения параметров ее орбиты и приема с борта данных научных измерений был использован большой комплекс измерительных средств, расположенных по всей территории Советского Союза.

В состав измерительного комплекса входили: группа автоматизированных радиолокационных средств, предназначенных для точного определения элементов начального участка орбиты; группа радиотелеметрических станций для регистрации научной информации, передаваемой с борта космической ракеты; радиотехническая система контроля элементов траектории ракеты на больших удалениях от Земли; радиотехнические станции, используемые для приема сигналов на частотах 19,997; 19,995 и 19,993 мегагерц; оптические средства для наблюдения и фотографирования искусственной кометы.

Согласование работы всех измерительных средств и привязка результатов измерений к астрономическому времени производились с помощью специальной аппаратуры единого времени и системы радиосвязи.

Обработка данных траекторных измерений, поступающих из районов расположения станций, определение элементов орбиты и выдача целеуказаний измерительным средствам выполнялись координационно-вычислительным центром на электронных счетных машинах.

Автоматизированные радиолокационные станции использовались для оперативного определения начальных условий движения космической ракеты, выдачи долгосрочного прогноза о движении ракеты и данных целеуказаний всем измерительным и наблюдательным средствам. Данные измерений этих станций с помощью специальных счетно-решающих устройств преобразовывались в двоичный код, осреднялись, привязывались к астрономическому времени с точностью до нескольких миллисекунд и автоматически выдавались в линии связи.

Чтобы предохранить данные измерений от возможных ошибок при передаче по линиям связи, измерительная информация кодировалась. Применение кода позволяло находить и исправлять одну ошибку в передаваемом числе и находить и отбрасывать числа с двумя ошибками.

Преобразованная таким образом измерительная информация поступала в координационно-вычислительный центр. Здесь данные измерений с помощью входных устройств автоматически набивались на перфокарты, по которым электронные счетные машины производили совместную обработку результатов измерений и расчет орбиты. На основе использования большого числа траекторных измерений в результате решения краевой задачи с применением метода наименьших квадратов определялись начальные условия движения космической ракеты. Далее интегрировалась система дифференциальных уравнений, описывающая совместное движение ракеты, Луны, Земли и Солнца.

Телеметрические наземные станции производили прием научной информации с борта космической ракеты и ее регистрацию на фотопленках и магнитных лентах. Для обеспечения большой дальности приема радиосигналов были применены высокочувствительные приемники и специальные антенны с большой эффективной площадью.

Приемные радиотехнические станции, работающие на частотах 19,997, 19,995, 19,993 мегагерц, осуществляли прием радиосигналов с космической ракеты и регистрацию этих сигналов на магнитных пленках. При этом производились измерения напряженности поля и ряд других измерений, позволяющих проводить ионосферные исследования.

Изменением вида манипуляции передатчика, работающего на двух частотах 19,997 и 19,995 мегагерц, передавались данные о космических лучах. По каналу передатчика, излучающего на частоте 19,993 мегагерц, путем изменения длительности интервала между телеграфными посылками передавалась основная научная информация.

Для оптического наблюдения космической ракеты с Земли с целью подтверждения факта прохождения космической ракеты по данному участку ее траектории была использована искусственная натриевая комета. Искусственная комета была образована 3 января в 3 часа 57 минут по московскому времени на расстоянии 113 тысяч километров от Земли. Наблюдение искусственной кометы было возможно из районов Средней Азии, Кавказа, Ближнего Востока, Африки и Индии. Фотографирование искусственной кометы производилось с помощью специально созданной оптической аппаратуры, установленной на южных астрономических обсерваториях Советского Союза. Для повышения контрастности фотографических отпечатков использовались светофильтры, выделяющие спектральную линию натрия. С целью повышения чувствительности фотографической аппаратуры ряд установок был оборудован электронно-оптическими преобразователями.

Несмотря на неблагоприятную погоду в большинстве районов расположения оптических средств, ведущих наблюдение за космической ракетой, удалось получить несколько фотографий натриевой кометы.

Контроль орбиты космической ракеты вплоть до расстояний 400- 500 тысяч километров и измерение элементов ее траектории производились с помощью специальной радиотехнической системы, работающей на частоте 183,6 мегагерц. Данные измерений в строго определенные моменты времени автоматически выводились и фиксировались в цифровом коде на специальных устройствах.

Вместе со временем, в которое производился съем показаний радиотехнической системы, эти данные оперативно поступали в Координационно-вычислительный центр. Совместная обработка указанных измерений вместе с данными измерений радиолокационной системы позволяла уточнять элементы орбиты ракеты и непосредственно контролировать движение ракеты в пространстве.

Использование мощных наземных передатчиков и высокочувствительных приемных устройств обеспечивало уверенное измерение траектории космической ракеты до расстояний порядка 500 тысяч километров.

Применение указанного комплекса измерительных средств позволило получить ценные данные научных наблюдений и надежно контролировать и прогнозировать движение ракеты в космическом пространстве.

Богатый материал траекторных измерений, выполненных при полете первой советской космической ракеты, и опыт автоматической обработки траекторных измерений на электронных счетных машинах будут иметь большое значение при запусках последующих космических ракет.

Одной из главных задач научных исследований, проводимых на советской космической ракете, является изучение космических лучей.

Состав и свойства космического излучения на больших расстояниях от Земли определяются условиями возникновения космических лучей и структурой космического пространства. До настоящего времени сведения о космических лучах были получены путем измерения космических лучей вблизи Земли. Между тем, в результате действия целого ряда процессов, состав и свойства космического излучения у Земли резко отличаются от того, что присуще самим «истинным» космическим лучам. Наблюдаемые на поверхности Земли космические лучи мало похожи на те частицы, которые приходят к нам из космоса.

При использовании высотных ракет и в особенности спутников Земли на пути космических лучей из космоса к измерительному прибору уже нет существенного количества вещества. Однако Земля окружена магнитным полем, которое частично отражает космические лучи. С другой стороны, это же магнитное поле создает своеобразную ловушку для космических лучей. Один раз попав в эту ловушку, частица космических лучей блуждает там в течение очень долгого времени. В результате этого вблизи Земли накапливается большое число частиц космического излучения.

До тех пор пока измеряющий космическое излучение прибор находится в сфере действия магнитного поля Земли, результаты измерений не дадут возможности изучать космические лучи, приходящие из Вселенной. Известно, что среди частиц, присутствующих на высотах порядка 1000 километров, лишь ничтожная часть - около 0,1 процента - приходит непосредственно из космоса. Остальные 99,9 процента частиц возникают, по-видимому, от распада нейтронов, испускаемых Землей (точнее, верхними слоями ее атмосферы). Эти нейтроны в свою очередь создаются космическими лучами, бомбардирующими Землю.

Лишь после того, как прибор будет находиться не только вне атмосферы Земли, но и вне магнитного поля Земли, можно выяснить природу и происхождение космических лучей.

На советской космической ракете установлены разнообразные приборы, позволяющие всесторонне изучать состав космических лучей в межпланетном пространстве.

С помощью двух счетчиков заряженных частиц определялась интенсивность космического излучения. С помощью двух фотоумножителей с кристаллами исследовался состав космических лучей.

Для этой цели измерялись:

1. Поток энергии космического излучения в широком диапазоне энергий.

2. Число фотонов с энергией выше 50 000 электрон-вольт (жесткие рентгеновские лучи).

3. Число фотонов с энергией выше 500 000 электрон-вольт (гамма-лучи) .

4. Число частиц, обладающих способностью проходить сквозь кристалл йодистого натрия (энергия таких частиц больше 5 000 000 электрон-вольт) .

5. Суммарная ионизация, вызываемая в кристалле всеми видами излучения.

Счетчики заряженных частиц давали импульсы на специальные так называемые пересчетные схемы. С помощью таких схем оказывается возможным передать по радио сигнал тогда, когда сосчитано определенное число частиц.

Фотоумножители, соединенные с кристаллами, регистрировали вспышки света, возникающие в кристалле, при прохождении сквозь них частиц космического излучения. Величина импульса на выходе фотоумножителя в известных пределах пропорциональна количеству света, излученному в момент прохождения частицы космических лучей внутри кристалла. Эта последняя величина в свою очередь пропорциональна той энергии, которая была истрачена в кристалле на ионизацию частицей космических лучей. Выделяя те импульсы, величина которых больше определенного значения, можно исследовать состав космического излучения. Наиболее чувствительная система регистрирует все случаи, когда энергия, выделенная в кристалле, превосходит 50 ООО электрон-вольт. Однако проникающая способность частиц при таких энергиях очень мала. В этих условиях в основном будут регистрироваться рентгеновские лучи.

Счет числа импульсов осуществляется с помощью таких же пересчетных схем, которые были использованы для счета числа заряженных частиц.

Аналогичным образом выделяются импульсы, величина которых соответствует энерговыделению в кристалле более 500 000 электрон-вольт, В этих условиях в основном регистрируются гамма-лучи.

Путем выделения импульсов еще большей величины (соответствующих энерговыделению более 5 000 000 электрон-вольт) отмечаются случаи прохождения сквозь кристалл частиц космических лучей, обладающих большой энергией. Следует отметить, что заряженные частицы, входящие в состав космических лучей и летящие практически со скоростью света, будут проходить сквозь кристалл. При этом энерговыделение в кристалле в большинстве случаев будет равно примерно 20 000 000 электрон-вольт.

Помимо измерения числа импульсов, производится определение суммарной ионизации, создаваемой в кристалле всеми видами излучений. Для этой цели служит схема, состоящая из неоновой лампочки, конденсатора и сопротивлений. Эта система позволяет путем измерения числа зажиганий неоновой лампочки определять суммарный ток, текущий через фотоумножитель, и тем самым измерять суммарную ионизацию, создаваемую в кристалле.

Исследования, проведенные на космической ракете, дают возможность определить состав космических лучей в межпланетном пространстве.

До недавнего времени предполагалось, что концентрация газа в межпланетном пространстве весьма мала и измеряется единицами частиц в кубическом сантиметре. Однако некоторые астрофизические наблюдения последних лет поколебали эту точку зрения.

Давление солнечных лучей на частицы самых верхних слоев земной атмосферы создает своеобразный «газовый хвост» Земли, который направлен всегда от Солнца. Свечение его, которое проектируется на звездный фон ночного неба в виде противосияния, называется зодиакальным светом. В 1953 году были опубликованы результаты наблюдений поляризации зодиакального света, которые привели некоторых ученых к выводу о том, что в межпланетном пространстве в районе Земли содержится около 600-1000 свободных электронов в кубическом сантиметре. Если это так, и так как среда в целом электрически нейтральна, то в ней должны содержаться и положительно заряженные частицы с такой же концентрацией. При некоторых предположениях из указанных поляризационных измерений была выведена зависимость электронной концентрации в межпланетной среде от расстояния до Солнца, а следовательно и плотность газа, который должен быть полностью или почти полностью ионизирован. Плотность межпланетного газа должна убывать по мере увеличения расстояния от Солнца.

Другим опытным фактом, говорящим в пользу существования межпланетного газа с плотностью порядка 1000 частиц в кубическом сантиметре, является распространение так называемых «свистящих атмосфериков» - низкочастотных электромагнитных колебаний, вызываемых атмосферными электрическими разрядами. Для объяснения распространения этих электромагнитных колебаний от места их возникновения к месту, где они наблюдаются, приходится предполагать, что они распространяются по силовым линиям магнитного поля Земли, на расстояниях восьми - десяти земных радиусов (т. е. порядка 50-65 тысяч километров) от поверхности Земли, в среде с электронной концентрацией порядка тысячи электронов в одном кубическом сантиметре.

Однако выводы о существовании в- межпланетном пространстве столь, плотной газовой среды отнюдь не являются бесспорными. Так, ряд ученых указывает на то, что наблюдаемая поляризация зодиакального света может вызываться не свободными электронами, а межпланетной пылью. Высказываются предположения о том, что в межпланетном пространстве газ присутствует только в виде так называемых корпускулярных потоков, т. е. потоков ионизированного газа, выбрасываемых с поверхности Солнца и движущихся со скоростью 1000-3000 километров в секунду.

По-видимому, при современном состоянии астрофизики вопрос о природе и концентрации межпланетного газа нельзя решить с помощью наблюдений, проводимых с поверхности Земли. Эта проблема, имеющая большое значение для выяснения процессов обмена газом между межпланетной средой и верхними слоями земной атмосферы и для излучения условий распространения корпускулярного излучения Солнца, может быть решена с помощью приборов, устанавливаемых на ракетах, движущихся непосредственно в межпланетном пространстве.

Целью установки приборов для изучения газовой составляющей межпланетного вещества и корпускулярного излучения Солнца на советской космической ракете является проведение первого этапа подобных исследований - попытки прямого обнаружения стационарного газа и корпускулярных потоков в области межпланетного пространства, находящейся между Землей и Луной, и грубой оценки концентрации заряженных частиц в этой области. При подготовке эксперимента на основании имеющихся в настоящее время данных принимались в качестве наиболее вероятных две следующие модели межпланетной газовой среды:

А. Имеется стационарная газовая среда, состоящая в основном из ионизированного водорода (т. е. из электронов и протонов - ядер водорода) с электронной температурой 5000-10 000° К (близкой к ионной температуре). Через эту среду временами проходят корпускулярные потоки со скоростью 1000-3000 километров в секунду с концентрацией частиц 1 -10 в кубическом сантиметре.

Б. Имеются только спорадические корпускулярные потоки, состоящие из электронов и протонов со скоростями 1000-3000 километров в секунду, иногда достигающие максимальной концентрации 1000 частиц в кубическом сантиметре.

Эксперимент проводится с помощью протонных ловушек. Каждая протонная ловушка представляет собой систему из трех концентрически расположенных полусферических электродов с радиусами 60, 22,5 и 20 миллиметров. Два внешних электрода изготовлены из тонкой металлической сетки, третий - сплошной, служит коллектором протонов. Электрические потенциалы электродов относительно корпуса контейнера таковы, что электрические поля, образуемые между электродами ловушки, должны обеспечить как полное собирание всех протонов и выталкивание электронов, попадающих в ловушку из стационарного газа, так и подавление фототока с коллектора, возникающего под действием ультрафиолетового излучения Солнца и других излучений, действующих на коллектор.

Разделение протонного тока, создаваемого в ловушках стационарным ионизированным газом и корпускулярными потоками (если они существуют совместно), осуществляется одновременным использованием четырех протонных ловушек, отличающихся друг от друга тем, что у двух из них на оболочки (внешние сетки) подан положительный потенциал, равный 15 вольтам относительно оболочки контейнера. Этот тормозящий потенциал препятствует попаданию в ловушку протонов из стационарного газа (имеющих энергию порядка 1 электрон-вольта), но не может помешать попаданию на коллектор протонов корпускулярных потоков, обладающих гораздо большими энергиями. Две остальные ловушки должны регистрировать суммарные протонные токи, создаваемые как стационарными, так и корпускулярными протонами. Внешняя сетка у одной из них находится под потенциалом оболочки контейнера, а у другой имеется отрицательный потенциал, равный 10 вольтам относительно той же оболочки.

Токи в цепях коллекторов после усиления регистрируются с помощью радиотелеметрической системы.

Наряду с планетами и их спутниками, астероидами и кометами, в солнечной системе присутствует большое количество мелких твердых частиц, движущихся относительно Земли со скоростями от 12 до 72 километров в секунду и называемых в комплексе метеорным веществом.

К настоящему времени основные сведения о метеорном веществе, вторгающемся в земную атмосферу из межпланетного пространства, получены астрономическими, а также радиолокационными методами.

Сравнительно крупные метеорные тела, влетая с огромными скоростями в атмосферу Земли, сгорают в ней, вызывая свечение, наблюдаемое визуально и при помощи телескопов. Более мелкие частицы прослеживаются радиолокаторами по следу заряженных частиц - электронов и ионов, образующихся при движении метеорного тела.

На основании этих исследований получены данные о плотности метеорных тел вблизи Земли, их скорости и массе от 10~4 грамма и больше.

Данные о мелких и самых многочисленных частицах с поперечником в несколько микрон получаются из наблюдения рассеяния солнечного света лишь на огромном скоплении таких частиц. Исследование индивидуальной микрометеорной частицы возможно только при помощи аппаратуры, установленной на искусственных спутниках Земли, а также на высотных и космических ракетах.

Изучение метеорного вещества имеет существенное научное значение для геофизики, астрономии, для решения проблем эволюции и происхождения планетных систем.

В связи с развитием ракетной техники и началом эры межпланетных полетов, открытой первой советской космической ракетой, изучение метеорного вещества приобретает большой чисто практический интерес для определения метеорной опасности для космических ракет и искусственных спутников Земли, находящихся длительное время в полете.

Метеорные тела при соударении с ракетой способны производить на нее разного рода воздействия: разрушить ее, нарушить герметичность кабины, пробив оболочку. Микрометеорные частицы, длительное время воздействуя на оболочку ракеты, могут вызвать изменение характера ее поверхности. Поверхности оптических приборов в результате столкновения с микрометеорными телами могут превращаться из прозрачных в матовые.

Как известно, вероятность столкновения космической ракеты с метеорными частицами, способными повредить ее, мала, но она существует, и важно правильно оценить ее.

Для исследования метеорного вещества в межпланетном пространстве на приборном контейнере космической ракеты установлены два баллистических пьезоэлектрических датчика из фосфата аммония, регистрирующих удары микрометеорных частиц. Пьезоэлектрические датчики превращают механическую энергию ударяющей частицы в электрическую, величина которой зависит от массы и скорости ударяющей частицы, а число импульсов равно числу частиц, сталкивающихся с поверхностью датчика.

Электрические импульсы с датчика, имеющие вид кратковременных затухающих колебаний, подаются на вход усилителя-преобразователя, разделяющего их на три диапазона по амплитуде и подсчитывающего число импульсов в каждом амплитудном диапазоне.

Успехи советской ракетной техники открывают перед геофизиками большие возможности. Космические ракеты позволят производить непосредственные измерения магнитных полей планет специальными магнитомерами или обнаруживать поля планет благодаря их возможному влиянию на интенсивность космического излучения непосредственно в пространстве, окружающем планеты.

Полет советской космической ракеты с магнитомером в сторону Луны является первым таким экспериментом.

Помимо исследования магнитных полей космических тел, громадное значение имеет вопрос об интенсивности магнитного поля в космическом пространстве вообще. Напряженность магнитного поля Земли на расстоянии 60 земных радиусов (на расстоянии лунной орбиты) практически равна нулю. Есть основания полагать, что магнитный момент Луны невелик. Магнитное поле Луны, в случае однородного намагничивания, должно убывать по закону куба расстояния от ее центра. При неоднородном намагничивании интенсивность поля Луны будет убывать еще быстрее. Следовательно, оно может быть надежно обнаружено лишь в непосредственной близости от Луны.

Какова интенсивность поля в пространстве внутри орбиты Луны при достаточном удалении от Земли и Луны? Определяется ли оно значениями, вычисленными из магнитного потенциала Земли, или оно зависит и от других причин? Магнитное поле Земли измерено на третьем советском спутнике в диапазоне высот 230-1800 км, т. е. до 7з радиуса Земли. Относительный вклад возможной непотенциальной части постоянного магнитного поля, влияние переменной части магнитного поля будет больше на расстоянии нескольких радиусов Земли, где интенсивность ее поля уже достаточно мала. На расстоянии пяти радиусов поле Земли должно составлять примерно 400 гамм (одна гамма равна 10-5 эрстед).

Установка магнитометра на борту ракеты, летящей в сторону Луны, преследует следующие цели:

1. Измерить магнитное поле Земли и возможные поля токовых систем в пространстве внутри орбиты Луны.

2. Обнаружить магнитное поле Луны.

Вопрос о том, намагничены ли, подобно Земле, планеты солнечной системы и их спутники, является важным вопросом астрономии и геофизики.

Статистическая обработка большого числа наблюдений, выполненная магнитологами с целью обнаружения магнитных полей планет и Луны по их возможному влиянию на геометрию корпускулярных потоков, выбрасываемых Солнцем, не привела к определенным результатам.

Попытка установления общей связи между механическими моментами космических тел, известных для большинства планет солнечной системы, и их возможными магнитными моментами не нашла экспериментального подтверждения в целом ряде наземных экспериментов, которые следовали из этой гипотезы.

В настоящее время наиболее часто используется в различных гипотезах происхождения магнитного поля Земли модель регулярных токов, текущих в жидком проводящем ядре Земли и вызывающих основное магнитное поле Земли. Вращение Земли вокруг оси при этом привлекается для объяснения частных особенностей земного поля.

Таким образом, согласно этой гипотезе, существование жидкого проводящего ядра является обязательным условием наличия общего магнитного поля.

О физическом состоянии внутренних слоев Луны мы знаем очень мало. До недавнего времени полагали, исходя из вида поверхности Луны, что,, если даже горы и лунные кратеры имеют вулканическое происхождение, вулканическая деятельность на Луне давно окончилась и Луна вряд ли имеет жидкое ядро. При такой точке зрения следовало бы полагать, что Луна не обладает магнитным полем, если верна гипотеза происхождения земного магнитного поля. Однако если вулканическая деятельность на Луне продолжается, то не исключается возможность существования неоднородной намагниченности Луны и даже общей однородной намагниченности.

Чувствительность, диапазон измерения магнитометра и программа его работы для советской космической ракеты были выбраны, исходя из необходимости решения указанных выше задач. Так как ориентация измерительных датчиков относительно измеряемого магнитного поля непрерывно меняется из-за вращения контейнера и вращения Земли, для эксперимента используется трехкомпонентный магнитометр полного вектора с магнитно-насыщенными датчиками. Три взаимно перпендикулярных чувствительных датчика магнитометра закреплены неподвижно относительно корпуса контейнера на специальной немагнитной штанге длиной более метра. При этом влияние магнитных частей аппаратуры контейнера все же составляет 50-100 гамм, в зависимости от ориентации датчика. Достаточно точные результаты при измерении магнитного поля Земли могут быть получены до расстояний 4-5 ее радиусов.

Научная аппаратура, установленная на борту ракеты, функционировала нормально. Получено большое количество записей результатов измерений, которые обрабатываются. Предварительный анализ показывает, что результаты исследований имеют большое научное значение. Эти результаты будут публиковаться по мере обработки наблюдений.

Искусственная натриевая комета представляет собой облако паров натрия в атомарном состоянии, которое выбрасывается в космическое пространство с борта ракеты в определенный момент времени. Свечение натриевого облака происходит в результате резонансной флуоресценции. Сущность этого явления состоит в том, что атомы натрия рассеивают солнечный свет в узком интервале частот в желтой части солнечного спектра.

Свет, рассеиваемый натриевым облаком, обладает монохроматичностью, что делает возможным в значительной степени ослабить фон неба при наблюдении облака через специальные светофильтры.

Яркость натриевого облака, содержащего 1 килограмм натрия и образованного на расстоянии 113 000 километров от Земли, по расчету должна быть примерно равной шестой звездной величине, что соответствует предельной возможности наблюдения облака невооруженным глазом. Для сравнения следует указать, что яркость самой космической ракеты в полете на этом расстоянии равна примерно четырнадцатой звездной величине.

Следовательно, создание искусственной натриевой кометы позволяет осуществить оптическое наблюдение с Земли определенной точки траектории космической ракеты.

Наблюдение натриевой кометы возможно только в ночное время. Это обстоятельство определяет время и место образования натриевого облака при полете космической ракеты. Время образования искусственной кометы было выбрано с таким расчетом, чтобы ее могло видеть возможно большее число наблюдательных станций Советского Союза.

Для образования искусственной натриевой кометы использовалась специальная аппаратура, установленная на последней ступени космической ракеты. Основным узлом этой аппаратуры является испаритель натрия. Конструкция испарителя дает возможность осуществить испарение одного килограмма натрия в течение 5-7 секунд и выброс натриевого облака в условиях невесомости и глубокого вакуума космического пространства.

Команда, необходимая для срабатывания испарителя в строго определенный момент времени, подается от малогабаритного электронного командного устройства, основой которого являются кварцевые часы.

Успешный запуск советской космической ракеты в сторону Луны и создание первой искусственной планеты - выдающееся достижение советской науки и техники.

Уже недалеко то время, когда по космическим путям, начало которым положено запуском советской ракеты, будут двигаться межпланетные корабли к самым отдаленным уголкам солнечной системы. Человечество вступило в эпоху непосредственного проникновения во Вселенную.

«Правда», 12 января 1959 г.