В соответствии с программой исследований космического пространство, 12 февраля 1961 года в Советском Союзе усовершенствованной многоступенчатой ракетой выведен на орбиту тяжелый искусственный спутник Земли.

В тот же день с этого спутника стартовала управляемая космическая ракета, которая вывела автоматическую межпланетную станцию на траекторию к планете Венера.

Автоматическая межпланетная станция достигнет района планеты Венера во второй половине мая 1961 года.

Основными задачами этого пуска являются проверка методов вывода космического объекта на межпланетную трассу, проверка сверхдальней радиосвязи и управления космической станцией, уточнение масштаба солнечной системы и проведение ряда физических исследований в космосе.

Аппаратура, установленная на борту межпланетной станции, работает нормально. Вес автоматической межпланетной станции составляет 643,5 килограмма.

Радиопередачи с автоматической межпланетной станции ведутся на частоте 922,8 мегагерца по командам с Земли.

Автоматическая межпланетная станция несет вымпел с изображением Государственного герба СССР.

Слежение за полетом автоматической межпланетной станции осуществляется специальным измерительным центром.

По полученным данным, движение автоматической межпланетной станции происходит по орбите, близкой к расчетной.

12 февраля 1961 года в 12 часов дня по московскому времени станция находилась на расстоянии 126 тысяч 300 километров от поверхности Земли над точкой земной поверхности с географическими координатами 86 градусов 40 минут восточной долготы и 6 градусов 04 минуты северной широты.

Успешный запуск космической ракеты к планете Венера прокладывает первую межпланетную трассу к планетам солнечной системы.

Рис. 1. Сферический вымпел с изображением Государственного герба СССР На внешней поверхности вымпела нанесено изображение контуров материков. Внутри вымпела помещена медаль с изображением Государственного герба СССР. На оборотной стороне медали в центре изображена схема солнечной системы с орбитами Меркурия, Венеры, Земли и Марса, а по краю надпись «Союз Советских Социалистических Республик – 1961». Вымпел помещен в специальную защитную оболочку, внешняя поверхность которой образована пятиугольными элементами из нержавеющей стали с изображением Государственного герба СССР и надписью «Земля – Венера. 1961»

12 февраля 1961 года в Советском Союзе начат полет автоматической межпланетной станции по траектории к планете Венера.

После запуска искусственных спутников Земли, полетов к Луне и полета по орбите, окружающей Луну, с фотографированием ее обратной стороны положено начало новому этапу в освоении космического пространства и исследовании планет солнечной системы, предпринят первый полет космического аппарата к ближайшей планете Венера.

Мощные двигатели разгоняли многоступенчатую ракету, увеличивая ее скорость и высоту полета над поверхностью Земли. Система управления вела ракету по заранее рассчитанной траектории. Когда скорость ракеты достигла первой космической, от ракеты отделился тяжелый спутник, несущий космическую ракету, на которой была расположена автоматическая межпланетная станция (АМС). Спутник шел по почти круговой орбите с минимальным расстоянием от центра Земли 6601 километр, максимальным расстоянием от центра Земли 6658 километров и наклонением орбиты к экватору 65 градусов.

Космическая ракета стартовала с борта спутника в заранее рассчитанной точке орбиты. Когда скорость полета этой ракеты относительно Земли стала больше второй космической на 661 метр в секунду и ракета вышла в заранее рассчитанную точку пространства, двигатель ракеты выключился, и от нее отделилась автоматическая межпланетная станция. Начался ее свободный полет по траектории к планете Венера. Таким образом впервые был осуществлен запуск управляемого аппарата с борта искусственного спутника Земли на межпланетную трассу.

Дальнейшее движение АМС происходит под действием сил притяжения Земли, Солнца и планет. Силы тяготения Земли оказывают значительное влияние на движение АМС на расстояниях до миллиона километров от центра Земли. Сферу с радиусом миллион километров, окружающую Землю, условно называют сферой действия Земли. После выхода из сферы действия Земли на движение АМС влияет в основном сила тяготения Солнца и она движется по тем же законам, как планеты солнечной системы.

Внутри сферы действия Земли АМС двигалась по кривой, близкой к гиперболе. Эта кривая расположена в плоскости, проходящей через центр Земли и неизменно ориентированной относительно звезд. Эта плоскость близка к плоскости, в которой двигался спутник. При удалении скорость АМС относительно Земли постепенно падала. АМС достигла границы сферы действия Земли 14 февраля в 23 часа московского времени и имела при этом скорость около 4 километров в секунду относительно Земли.

Скорость АМС относительно Солнца получается сложением вектора скорости Земли относительно Солнца и вектора скорости АМС относительно Земли. В момент выхода из сферы действия Земли скорость относительно Солнца была 27,7 километра в секунду.

После этого движение АМС, как и движение планет, происходит по эллиптической орбите с фокусом в центре Солнца. Эта орбита имеет:

– максимальное расстояние от Солнца (расстояние в афелии) – 151 миллион километров;

– минимальное расстояние от Солнца (расстояние в перигелии) – 106 миллионов километров;

– наклонение к плоскости эклиптики (т. е. к плоскости орбиты Земли) – 0,5 градуса.

Плоскости движения Земли, Венеры и АМС мало наклонены друг к другу.

Рис. 2. Движение автоматической межпланетной станции относительно Солнца (в проекции на плоскость орбиты Земли) 1 – положение Земли в момент сближения АМС с Венерой; 2 – положение Земли в момент старта; 3 – линия узлов орбиты АМС; 4 – положение Венеры в момент сближения с АМС; 5 – положение Венеры в момент старта; 6 – Солнце; 7 – орбита Венеры; 8 – орбита Земли; 9 – направление в точку весеннего равноденствия

На рис. 2 изображено движение АМС, Земли и Венеры в проекции на плоскость орбиты Земли. Движение Земли и Венеры происходит по орбитам, весьма близким к круговым. Одновременные положения Земли, Венеры и АМС соединены прямыми. В начале движения вокруг Солнца ракета отстает от Земли. Незадолго до дня весеннего равноденствия Солнце, АМС и Земля будут примерно на одной прямой. Затем ракета обгонит Землю в угловом движении вокруг Солнца. Расстояние от Земли до АМС в течение всего полета к Венере будет непрерывно возрастать и к моменту сближения составит 70 миллионов километров.

Угол между направлениями из центра Солнца на Землю в момент старта и на Венеру в момент сближения с нею составляет 120 градусов. Время движения АМС до сближения с Венерой составит немного более трех месяцев. Сближение с Венерой произойдет 19 – 20 мая 1961 года.

Венера, так же как и Земля, имеет сферу действия (радиусом 600 тысяч километров). Внутри этой сферы влияние Венеры на движение является преобладающим над влиянием Солнца. Движение относительно Венеры внутри ее сферы действия будет происходить по траектории, близкой к гиперболе, с фокусом в центре Венеры.

Расчет по полученным данным измерений орбиты показывает, что АМС зайдет глубоко в сферу действия Венеры. Минимальное расстояние АМС от Венеры при движении по той траектории, по которой она сейчас движется, должно быть меньше 100 тысяч километров при общем пройденном пути в 270 миллионов километров. Это свидетельствует о высокой точности вывода АМС на ее траекторию.

Если бы межпланетная станция была яркой точкой, то с Земли можно было бы наблюдать перемещение станции на фоне неподвижных звезд. Ее путь на небесной сфере представлен на звездной карте.

В начале движения перемещение станции относительно звезд было быстрым. При выходе из сферы действия Земли станция находилась в области небосвода, расположенной на границе созвездий Кита и Рыб, в центре треугольника, составленного звездами бета Овна, альфа Пегаса и бета Кита. К этому времени угловые перемещения АМС по небосводу уже были очень медленными. На этом участке АМС движется относительно Земли примерно вдоль радиуса.

Рис. 3. Карта видимого движения автоматической межпланетной станции (сплошная линия) и Венеры (пунктирная линия) на небесной сфере Цифрами отмечены положения автоматической межпланетной станции и Венеры через каждые 10 суток полета. По вертикальной оси указаны склонения в градусах, по горизонтальной оси – прямое восхождение в часах (h)

В дальнейшем движение АМС на небесной сфере, как видно из карты, похоже на движения планет. До начала апреля АМС будет находиться в созвездии Рыб, перемещаясь так называемым попятным движением. В начале апреля АМС начнет перемещаться на небесной сфере прямым движением. Точка, когда попятное движение переходит в прямое, носит название точки стояния. Прямое движение среди звезд будет продолжаться вплоть до сближения станции с Венерой, которое произойдет недалеко от звезды эпсилон Рыб.

Венера в момент старта АМС находилась в созвездии Рыб, перемещаясь среди созвездий прямым движением. Прямое движение постепенно замедляется, и в конце марта наступит стояние Венеры. После стояния начнется попятное движение Венеры, которое продолжится до начала мая 1961 года, а затем сменится прямым движением. На этом участке прямого движения Венеры и произойдет сближение АМС с планетой.

В следующей таблице приведены предварительные округленные значения расстояний АМС от Земли, Венеры и Солнца и значения углов прямого восхождения и склонения через каждые десять суток после старта.

Чтобы осуществить полет к Венере, надо было выбрать траекторию полета, удовлетворяющую ряду условий. Если намечены дата старта ракеты и дата сближения АМС с Венерой, то орбита АМС в солнечной системе, вне сферы действия Земли, определяется однозначно. При этом АМС, выходя из сферы действия Земли, должна иметь скорость вполне определенную как по величине, так и по направлению. Однако при неудачном выборе дат старта и сближения величина потребной скорости будет столь велика, что разгон АМС даже очень малого веса будет неосуществим с помощью самых мощных технически мыслимых ракет. Поэтому даты старта и сближения выбираются так, чтобы необходимая скорость выхода АМС из сферы действия Земли была бы возможно меньше. При этом величина скорости, которую ракета-носитель должна сообщить АМС на участке разгона, также будет минимальной.

Существенное значение имеет метод разгона АМС ракетой-носителем. При непрерывной работе всех ступеней ракеты вес полезного груза зависит не только от величины скорости, которую надо сообщить АМС в конце участка разгона, но и от угла наклона скорости к горизонту. При больших углах наклона скорости сила тяготения Земли препятствует разгону. Поэтому заданную скорость легче сообщить в горизонтальном направлении, а большие углы наклона могут привести к лишнему расходу топлива и большим потерям в весе автоматической межпланетной станции. Чтобы АМС вошла в сферу действия Земли, имея скорость к нужном направлении, при непрерывном разгоне может потребоваться в конце участка разгона скорость, круто наклоненная к горизонту.

Этого можно избежать, если применить метод разгона с промежуточным выходом на орбиту спутника. Спутник, несущий на борту космическую ракету, выводится ракетой-носителем на круговую орбиту с минимальными потерями. Разгон космической ракеты, стартующей с борта спутника, производится почти в горизонтальном направлении. Выбрав надлежащим образом плоскость орбиты спутника, место и время старта со спутника, можно обеспечить выход АМС в сферу действия с нужным направлением скорости.

Наличие мощной ракеты-носителя и применение старта с борта спутника позволили вывести на межпланетную орбиту к Венере АМС весом 643,5 килограмма.

Используя старт с борта спутника, выгодно осуществлять разгон космических аппаратов при их запусках не только к Венере, но и по самым разнообразным космическим трассам.

Как уже говорилось, даты старта и сближения с Венерой выбираются так, чтобы величина скорости выхода АМС из сферы действия Земли была возможно меньше. Это определяет ряд диапазонов дат старта и сближения, выгодных с точки зрения энергетики ракеты. Приемлемые интервалы дат старта составляют 1 – 2 месяца и периодически повторяются примерно через 19 месяцев. Один из таких интервалов приходится на конец 1960 – начало 1961 года. Это и было использовано при запуске 12 февраля.

Из сферы действия Земли АМС выходит на эллиптическую орбиту периодического движения вокруг Солнца. В связи с этим для различных энергетически выгодных траекторий время полета до сближения с Венерой может сильно различаться. Существуют траектории при полете, но которым встреча АМС с Венерой происходит на первой половине оборота АМС вокруг Солнца, на второй половине оборота и т. д.

Для запуска 12 февраля выбрана траектория, при которой встреча происходит на первой половине оборота. Траектории другого типа имеют по сравнению с этой некоторые недостатки: существенно увеличивается время полета, существенно возрастает зависимость величины отклонения АМС у Венеры от ошибок в конце участка разгона. Кроме того, расстояние от Земли до Венеры в момент сближения с планетой для этих траекторий, как правило, значительно больше, чем в реализованном случае.

Чтобы АМС прошла в непосредственной близости от планеты, надо было ее вывести на расчетную траекторию с большой степенью точности. Даже при очень небольших отклонениях в величине скорости, сообщенной АМС в конце участка разгона, она пролетит на значительном расстоянии от планеты. Ошибки в величине скорости на 1 – 3 метра в секунду, при полной скорости более 11 тысяч метров в секунду, и ошибки в направлении скорости на 0,1 – 0,3 градуса могут привести к изменению минимального расстояния АМС от Венеры на 100 тысяч километров. Такую же величину отклонения дает и ошибка во времени старта ракеты на 1 минуту.

Отклонения траектории АМС от Венеры могут также произойти за счет того, что положение Венеры известно лишь с определенной точностью. За счет этого в расчете отклонения орбиты АМС от Венеры могут быть ошибки, даже превышающие радиус планеты. Основным источником этой погрешности является недостаточная для этих целей точность измерения астрономической единицы (среднего расстояния от Земли до Солнца), определяющей масштаб солнечной системы.

Более точное знание астрономической единицы чрезвычайно важно для космических полетов.

По изложенным выше причинам для обеспечения достижения космическим аппаратом планеты необходимы весьма точные измерения траектории полета, а также возможность небольшой коррекции движения во время полета к планете с помощью специальных устройств.

При достаточно точных траекторных измерениях на большом участке полета АМС можно произвести уточнение астрономической единицы.

Для управления АМС, определения ее орбиты и двусторонней связи с АМС на расстоянии до сотни миллионов километров был создан автоматизированный измерительный радиотехнический комплекс.

Создание комплекса поставило перед советскими учеными и инженерами ряд серьезных проблем, связанных с обеспечением связи на громадных расстояниях, с высокими требованиями к точности определения координат и к надежности работы аппаратуры в течение длительного времени.

Всю траекторию полета космической ракеты можно условно разбить на три участка: участок полета тяжелого искусственного спутника Земли, участок старта космической ракеты с тяжелого спутника и участок движения АМС под действием сил тяготения по направлению к Венере.

Измерение элементов траектории тяжелого спутника осуществлялось специальными средствами, расположенными на территории Советского Союза. Сведения о работе узлов и агрегатов спутника принимались радиотелеметрическими станциями, установленными на территории нашей страны, а также на специальных судах в океанах.

Запуск космической ракеты с тяжелого спутника контролировался телеметрическими системами.

После отделения АМС работал измерительный комплекс приземного участка, предназначенный для проведения орбитальных и телеметрических измерений. На каждом измерительном пункте приземного участка установлены специальные радиотехнические передающие и приемо-регистрирующие устройства, параболические антенны с приборами программного наведения.

Определение фактической орбиты при удалении АМС от Земли на расстояние свыше 100 тысяч километров осуществляется радиотехническими средствами Центра дальней космической радиосвязи. Этим же Центром производится прием телеметрической информации и управление аппаратурой межпланетной станции на протяжении всего полета. По командной радиолинии включаются и выключаются соответствующие приборы АМС, изменяется скорость передачи телеметрической информации, переключаются источники питания и т. д.

Работа всех средств на дальнем участке полета АМС производится по специальной программе, которая определяет длительность сеансов связи, их периодичность и режимы работы аппаратуры.

Для приема радиосигналов на больших расстояниях используются узкополосные малошумящие приемные устройства. Это влечет за собой необходимость достаточно точного расчета значений принимаемой и излучаемой частот с учетом эффекта Допплера. Для поддержания постоянной частоты на входе узкополосных фильтров приемников, находящихся на межпланетной станции и на измерительном пункте, в излучаемую и принимаемую частоты вводится прогнозируемая допплеровская поправка.

При удалении межпланетной станции на расстояния, измеряемые десятками и сотнями миллионов километров, мощность сигнала, достигающего Земли, ничтожна. Так, например, при дальности в 70 миллионов километров на один квадратный метр земной поверхности будет приходиться всего лишь 10^–22 ватта. Для приема столь малых сигналов даже при использовании сверхвысокочувствительных приемников требуются антенны большой площади.

В пунктах Центра дальней космической радиосвязи созданы большие антенные сооружения, позволяющие принимать радиосигналы от источников, удаленных на громадные расстояния от Земли.

Антенна может быть наведена в любую точку небесной сферы с точностью до нескольких угловых минут. Программы наведения автоматически вводятся в электронно-счетную машину, управляющую антеннами.

Все данные измерений передаются по автоматической линии в Координационно-вычислительный центр, где проводится обработка траекторных измерений, с помощью быстродействующих электронных вычислительных машин осуществляется прогнозирование движения АМС и рассчитываются программы наведения антенн. Координационно-вычислительный центр осуществляет руководство всеми наземными измерительными службами по намеченной программе.

Автоматическая межпланетная станция представляет собой аппарат, оснащенный комплексом радиотехнической и научной аппаратуры, системой ориентации и управления, программными устройствами, системой регулирования теплового режима, источниками питания.

Конструктивно АМС выполнена в виде герметического корпуса, состоящего из цилиндрической части с двумя днищами. Внутри герметического корпуса станции на приборной раме установлена бортовая аппаратура и блоки химических батарей. Снаружи корпуса расположены часть датчиков научной аппаратуры, две панели солнечных батарей, жалюзи системы терморегулирования и элементы системы ориентации.

Рис. 4. Автоматическая межпланетная станция на монтажной подставке Штыревая антенна установлена в полураскрытом положении а – вид спереди; б – вид сзади; в – вид сбоку

К одной из панелей солнечных батарей крепится блок тепловых датчиков для исследования изменений оптических коэффициентов различных покрытий в условиях длительного пребывания в межпланетном пространстве на различных расстояниях от Солнца. Кроме того, снаружи корпуса станции установлены четыре антенны. Одна из них – остронаправленная – имеет форму параболоида диаметром около двух метров и обеспечивает связь с межпланетной станцией на больших расстояниях от Земли и передачу большого объема информации в течение небольшого промежутка времени.

Две крестообразные антенны, установленные на панели солнечной батареи, имеют малонаправленную диаграмму и предназначены для связи на средних расстояниях от Земли.

Всенаправленная антенна – штырь длиной 2,4 метра – предназначена для передачи информации и определения параметров траектории на приземном участке.

Наибольшие размеры станции (без учета антенн и солнечных батарей) по длине – 2035 миллиметров и по диаметру – 1050 миллиметров.

Вес автоматической межпланетной станции составляет 643,5 килограмма.

Панели солнечных батарей, параболическая и штыревая антенны до отделения станции от космической ракеты находятся в сложенном состоянии и раскрываются сразу же после отделения, кроме параболической антенны. Последняя раскрывается при сближении с Венерой.

Конструкция станции обеспечивает поддержание внутри ее герметичного корпуса первоначального давления газа около 900 миллиметров ртутного столба на протяжении всего времени полета.

Жалюзи системы терморегулирования, установленные на цилиндрической части, вращаясь, открывают и закрывают радиационную поверхность, соответственно увеличивая или уменьшая отвод тепла, выделяющегося при работе бортовой аппаратуры. Управление работой жалюзи и вентиляторами, установленными внутри корпуса, осуществляется при помощи бортового автономного программного устройства с системой температурных датчиков, установленных в местах, подверженных наибольшему перегреву или переохлаждению. Таким путем решается задача обеспечения нормального температурного режима бортовой аппаратуры на всей траектории полета от Земли к Венере, при приближении станции к Солнцу на расстоянии до 110 миллионов километров, т. е. при увеличении мощности солнечного излучения более чем в два раза.

Две панели солнечных батарей, постоянно ориентируясь на Солнце, обеспечивают непрерывную подзарядку химических источников тока на всей траектории полета АМС, обеспечивая энергопитание всех бортовых систем и аппаратуры.

Радиотехнический комплекс АМС решает следующие задачи:

– измерение параметров движения станции относительно Земли;

– передачу на Землю результатов измерений, производимых на борту научной аппаратурой;

– передачу на Землю информации о работе бортовых приборов, давлении и температуре внутри объекта и на его корпусе;

– прием с Земли радиокоманд управления работой аппаратуры на борту станции.

Управление работой бортовой аппаратуры станции производится путем передачи команд по радиолинии с наземных пунктов, а также автономными программными бортовыми устройствами.

Система ориентации АМС решает в течение полета по траектории следующие задачи:

– устранение произвольного вращения станции, полученного при отделении от космической ракеты, стартовавшей с тяжелого искусственного спутника Земли;

– обеспечение поиска Солнца из любого положения станции и осуществление ориентации солнечных батарей на Солнце в течение всего времени полета;

– обеспечение любого необходимого пространственного разворота станции и осуществление стабилизации станции;

– обеспечение вблизи Венеры ориентации остронаправленной (параболической) антенны в сторону Земли для получения более высокой скорости передачи научной информации и сведений о работе бортовой аппаратуры на Землю.

АМС оснащена комплексом научной аппаратуры для проведения физических измерений на пути Земля – Венера.

В настоящее время измерения проводят приборы, предназначенные для исследования космического пространства вдали от планет. Среди них аппаратура:

– для измерения космических лучей;

– для измерения магнитных полей в диапазоне от нескольких единиц гамм до нескольких десятков гамм;

– для измерений заряженных частиц межпланетного газа и корпускулярных потоков Солнца;

– для регистрации микрометеоров.

На борту АМС находится вымпел с изображением Государственного герба Союза Советских Социалистических Республик. Вымпел представляет собой модель Земли и конструктивно выполнен в виде полой сферы диаметром 70 миллиметров из титанового сплава. На внешней поверхности сферы нанесено изображение контуров материков. Поверхность морей и океанов имеет голубой цвет, а материков – золотисто-желтый.

Внутри сферического вымпела помещена памятная медаль с изображением Государственного герба СССР. На оборотной стороне медали в центре изображен план солнечной системы с орбитами Меркурия, Венеры, Земли и Марса, а по краю надпись – «Союз Советских Социалистических Республик – 1961».

Взаимное расположение планет соответствует моменту подлета АМС к планете Венера.

Сферический вымпел помещен в специальную защитную оболочку, внешняя поверхность которой образована пятиугольными элементами из нержавеющей стали с изображением Государственного герба СССР и надписью «Земля – Венера. 1961».

Запуск автоматической межпланетной станции к планете Венера открывает перед наукой широкие перспективы непосредственного изучения космического пространства и планет солнечной системы.

Проложена первая межпланетная трасса.

В соответствии с программой исследований космического пространства и планет солнечной системы 1 ноября 1962 года в Советском Союзе осуществлен запуск космической ракеты в сторону планеты Марс.

Подобный запуск осуществлен впервые.

Последняя ступень усовершенствованной ракеты-носителя вывела на промежуточную орбиту тяжелый искусственный спутник Земли, с борта которого была запущена космическая ракета на траекторию движения к планете Марс.

На борту космической ракеты установлена автоматическая межпланетная станция «Марс-1» весом 893,5 кг. Полет автоматической станции до планеты Марс будет продолжаться более семи месяцев.

Основными задачами пуска автоматической станции «Марс-1» являются:

– проведение длительных исследований космического пространства при полете к планете Марс;

– установление межпланетной космической радиосвязи;

– фотографирование планеты Марс с последующей передачей полученных фотографий поверхности Марса на Землю по радиоканалам.

Включение телеметрической, измерительной и научной аппаратуры производится автоматически, в соответствии с программой полета и по радиокомандам с Земли.

Слежение за полетом автоматической станции, определение параметров ее траектории, прием на Земле научной информации осуществляются специальным измерительным комплексом и Центром дальней космической радиосвязи.

Предварительные результаты обработки измерительной информации, проведенной в координационно-вычислительном центре, показали, что движение автоматической станции «Марс-1» происходит по траектории, близкой к расчетной. 2 ноября в 10 часов московского времени станция будет находиться на расстоянии 237 тысяч километров от Земли над точкой земной поверхности с координатами 37 градусов западной долготы и 48 градусов северной широты.

Вся аппаратура, установленная на борту автоматической станция «Марс-1», работает нормально.

Запуск автоматической межпланетной станции «Марс-1» является дальнейшим этапом в изучении космического пространства и планет солнечной системы.

Рис. 5. Автоматическая межпланетная станция «Марс-1» на монтажной подставке

1 ноября 1962 года в Советском Союзе осуществлен запуск автоматической межпланетной станции «Марс-1» к планете Марс. Новый успех советской науки и техники значительно расширяет возможности познания человеком космического пространства и планет солнечной системы.

Осуществление полетов космических аппаратов к планетам солнечной системы и ближайшим из них Марсу и Венере представляет собой проблему огромной трудности. Решение ее связано с разработкой целого ряда принципиально новых задач, таких, как выведение на траекторию полета космического аппарата значительного веса, создание аппаратуры, способной надежно работать в космическом пространстве длительное время, осуществление космической радиосвязи на расстоянии в десятки и сотни миллионов километров, усовершенствование и отработка многоступенчатой ракеты-носителя, разработка новых принципов выведения космических аппаратов на межпланетные трассы, создание радиотехнической и научной аппаратуры, проведение обширных экспериментальных работ в условиях, близких к космическим.

Рис. 6. Схема устройства станции 1 – корректирующая двигательная установка; 2 – орбитальный отсек; 3 – всенаправленная антенна; 4 – баллоны системы ориентации; 5 – остронаправленная антенна; 6 – спектрорефлексометр; 7 – датчик точной звездной и солнечной ориентации; 8 – штырь магнитометра; 9 – всенаправленная антенна; 10 – радиаторы системы терморегулирования; 11 – малонаправленная антенна; 12 – панели солнечных батарей; 13 – датчик постоянной солнечной ориентации

В настоящее время благодаря запуску искусственных спутников Земли и космических ракет установлено, какое влияние оказывает на физические свойства околоземного космического пространства магнитное поле Земли. Оказалось, что Земля окружена несколькими радиационными поясами, состоящими из частиц, захваченных ее магнитным полем. Выяснено, что влияние магнитного поля Земли простирается на десятки земных радиусов. Это открытие является принципиально новым фактом в проблеме изучения планет солнечной системы и окружающего их космического пространства. Действительно, физические свойства космического пространства вблизи небесных тел, обладающих магнитным полем, должны существенным образом отличаться от физических свойств космического пространства вблизи небесных тел, не обладающих магнитным полем. Кроме того, в космическом пространстве, вдали от небесных тел. могут существовать магнитные ноля различных типов благодаря магнетизму Солнца, звезд и потоков заряженных частиц, идущих от Солнца.

Выяснение существования магнитных полей космических тел имеет непосредственное отношение к разгадке происхождения и природы постоянного магнитного поля Земли. Несмотря на усилия многих выдающихся физиков, астрофизиков и геофизиков, объяснить происхождение магнетизма Земли до сих пор не удалось. Имеется много гипотез, но ни одна из них не является общепризнанной. Если исходить из теории, объясняющей магнетизм Земли электрическими токами, якобы текущими внутри металлического жидкого ядра Земли, то можно установить величину магнитного поля на других планетах, например, на Марсе и Венере.

Возможно, что обе планеты обладают магнитным полем более слабым, чем Земля. Знание магнетизма других планет с учетом их физического состояния поможет сделать выбор между существующими многочисленными теориями. Это важно также и в другом отношении. Зная, что та или иная планета имеет магнитное поле, мы можем утверждать, что на ней существуют явления, которых не могло быть на Земле, если бы поля не существовало. В частности, если Марс обладает магнитным полем, то он окружен, так же как и Земля, радиационным поясом. Кроме самого факта существования магнитного поля у планеты, важно знать, какова его интенсивность и как расположены магнитные полюсы по отношению к оси вращения планеты.

Существующие в околосолнечном космическом пространстве магнитные поля оказывают также влияние на распространение космических лучей, проникающих в пределы солнечной системы. Известно, что в первичном (не искаженном земной атмосферой) космическом излучении отсутствуют частицы малой энергии. Это явление носит название высокоширотного обрезания спектра космических лучей, природа которого окончательно не установлена. Наиболее вероятно, что оно обусловлено магнитными полями, которые уносятся корпускулярными потоками Солнца. Возможно, однако, что какую-то роль играет также постоянно существующее магнитное поле солнечной системы. В любом случае важно установить то расстояние от Солнца, на котором происходит обрезание спектра космических лучей.

Можно ожидать, что интенсивность космических лучей не остается постоянной с изменением расстояния от Солнца. По мере удаления от Солнца минимальная энергия космических лучей должна падать, а число регистрируемых частиц расти. При этом весьма существенно измерять зависимость интенсивности космических лучей от расстояния до Солнца для различных групп ядер, входящих в состав первичного космического излучения. Если эффект обрезания космических лучей по энергиям обусловлен не магнитными полями, а какими-то другими причинами, то ход интенсивности будет, по-видимому, различным для различных групп ядер.

Для изучения механизма генерации ядер космических лучей весьма важно проведение длительных измерений интенсивности различных групп ядер во время мощных хромосферных вспышек на Солнце и сопоставление этих измерений с измерениями интенсивности протонов. Изучение космических лучей и влияния солнечной деятельности на космические лучи, приходящие из Галактики, составляют сейчас целую область исследований, тесно связанную с физикой Солнца и межпланетной средой.

Среди других задач, связанных с изучением космического пространства и планет солнечной системы, представляет большой интерес изучение энергетического спектра потоков корпускулярного излучения Солнца и межпланетной плазмы.

Удаляясь в глубину космического пространства, важно знать, какова плотность метеорного вещества. Ответ на этот вопрос имеет не только научное, но и практическое значение для будущих полетов космических аппаратов.

Согласно законам небесной механики для того, чтобы тело двигалось по орбите, отличающейся от орбиты Земли, его необходимо вывести из области, в которой земное притяжение существенно влияет на его полет (до расстояний около 1 миллиона километров), со скоростью иной, чем скорость движения Земли относительно Солнца. Наша планета, как известно, движется по орбите вокруг Солнца со скоростью около 30 километров в секунду.

Рис. 7. Схема полета советской межпланетной станции «Марс-1» 1 – энергетически не оптимальная орбита; 2 – орбита Венеры; 3 – орбита Земли; 4 – орбита искусственной планеты, не достигающей Марса; 5 – орбита Марса

На рис. 7 показаны орбиты космических аппаратов, которые соответствуют различным скоростям их движения. Так, космический аппарат, вышедший из сферы притяжения Земли со скоростью относительно Солнца не менее 33 – 34 километров в секунду, т. е. обгоняющий Землю в ее орбитальном движении на 3 – 4 километра в секунду, сможет двигаться по орбите, достигающей Марса. Космический аппарат, вышедший из сферы притяжения со скоростью 26 – 27 километров в секунду, т. е. отстающий от Земли на 3 – 4 километра в секунду, будет лететь по орбите, ведущей к Венере. В случае, если при выходе из сферы земного притяжения космический аппарат станет обгонять Землю со скоростью, превышающей минимально необходимую, он достигнет орбиты Марса даже по более короткому пути, чем при минимальной скорости. Однако для этого потребуется больший расход топлива ракеты. А это вызовет необходимость либо снижения допустимого веса космического аппарата, либо сделает полет вообще невозможным. Орбита, по которой можно долететь до Марса с наименьшим расходом топлива ракеты, называется энергетически оптимальной.

При выборе орбиты, близкой к оптимальной, следует учитывать также ряд и таких факторов, как наклонение плоскости орбиты Марса к плоскости орбиты Земли, условия радиосвязи со станцией, наиболее удобное прохождение станции вблизи планеты для проведения научных исследований и т. д. Для полета к Марсу необходимо было выбрать такое время, когда расположение Земли в момент старта ракеты и Марса в момент полета к нему станции совпадает соответственно с началом и концом оптимальной орбиты. Этим определяются наивыгоднейшие даты старта ракеты к Марсу.

Запуски до и после указанного времени связаны с необходимостью большего расхода топлива.

Оптимальные даты полета к Марсу следуют друг за другом примерно через 25 месяцев. В 1962 году этот период приходился на конец октября – начало ноября.

Этим и объясняется, что именно 1 ноября 1962 года был дан старт мощной многоступенчатой ракете-носителю, на борту которой находилась управляемая космическая ракета с автоматической межпланетной станцией. Движение ракеты-носителя проходило с высокой точностью по заранее рассчитанной траектории. Когда скорость ее полета достигла первой космической, от ракеты отделился спутник, несущий космическую ракету с автоматической станцией. Старт космической ракеты с борта спутника был произведен в заранее рассчитанной точке орбиты. Когда скорость полета этой ракеты достигла величины, превышающей примерно на 4 километра в секунду скорость спутника, с которого она стартовала, и ракета вышла в заданную точку космического пространства, двигатель ее выключился. В этот момент произошло отделение станции от космической ракеты и начался ее свободный полет по траектории к планете Марс.

Притяжение Земли сдерживало полет станции. При выходе ее из сферы земного притяжения на расстоянии около одного миллиона километров станция удалялась от Земли со скоростью 3,94 километра в секунду.

Затраты энергии на выведение ракеты на межпланетную орбиту зависят и от географического расположения точки старта. Используемый новый принцип запуска космической ракеты с орбиты искусственного спутника Земли позволил выбрать для старта с промежуточной орбиты оптимальную точку. Это дало возможность снизить требования к энергетике двигателей ракеты-носителя и значительно увеличить вес станции.

Подобная система выведения космических аппаратов для полета к планетам солнечной системы отрабатывалась в 1961 году, в результате чего 12 февраля 1961 года впервые был произведен запуск советской автоматической межпланетной станции к планете Венера. Для этого понадобилась мощная многоступенчатая ракета-носитель с высокоточной системой управления не только на активном участке ее полета, но и на участке движения спутника по орбите вокруг Земли, на борту которого находилась космическая ракета с автоматической станцией.

Наиболее сложной частью в отработке такой системы выведения являются: запуск двигателей космической ракеты в строго определенное время в условиях невесомости, обеспечение стабилизации и ориентации ракеты во время работы ее двигателей. Все это потребовало впервые решения многочисленных и сложных задач, многие из которых на Земле можно было решить только теоретически. Правильность этих научных предположений была проверена непосредственно в процессе полетов к Венере и Марсу.

Несмотря на известные технические трудности, принятая система выведения автоматических станций на межпланетные трассы дает значительный энергетический выигрыш при запуске космических аппаратов, имеющих большой вес.

Рассмотрим движение станции после отделения от космической ракеты. Вначале оно происходит под действием сил притяжения Земли, Солнца и планет. При этом до расстояний примерно миллиона километров преобладающей силой является сила тяготения Земли. В дальнейшем на полет станции в основном оказывает влияние сила тяготения Солнца, и она движется по тем же законам, как планеты солнечной системы.

Рис. 8. Траектория полета автоматической межпланетной станции «Марс-1» 1 – орбита Марса; 2 – орбита Земли; 3 – положение Земли в момент сближения станции с Марсом; 4 – линия пересечения плоскостей орбит Марса и Земли; 5 – афелий; 6 – положение Марса в момент сближения со станцией; 7 – положение Марса в момент старта; 8 – линия узлов орбиты станции «Марс-1»; 9 – перигелий; 10 – положение Земли в момент старта

Наклонение плоскости орбиты станции к плоскости орбиты Земли составляет 2 градуса 37 минут и близко к наклонению плоскости орбиты Марса. На рис. 8 орбиты станции и Марса спроектированы на плоскость орбиты Земли.

Одновременные положения станции, Земли и Марса соединены прямыми. Если рассматривать движение станции и Марса в плоскости земной орбиты, то полет ее происходил бы следующим образом. Сначала скорость станции относительно Солнца превышает скорость Земли и близка к ней по направлению. Поэтому она опережает Землю в движении вокруг Солнца, одновременно удаляясь от него. При этом согласно законам небесной механики скорость станции будет падать. Следовательно, Земля догонит, а затем и перегонит станцию в ее орбитальном движении вокруг Солнца. В конце 1962 года – начале 1963 года Земля будет находиться между станцией и Солнцем, т. е. произойдет так называемое противостояние станции с Солнцем. В это время угол между направлениями со станции на Землю и на Солнце станет минимальным – около 15 градусов. В момент сближения с Марсом станция окажется от Земли на расстоянии 247 миллионов километров.

Если же рассматривать движение станции с Земли по небесной сфере на фоне неподвижных звезд, то видно, что оно происходит неравномерно: вначале быстрее, а затем медленнее. Замедление объясняется тем, что движение станции относительно Земли после запуска приближается к радиальному. В течение нескольких дней после старта станция находилась в созвездии Рыси. Затем перешла в созвездие Возничего. Здесь произошла перемена направления ее видимого движения. Позднее она пересечет созвездия Близнецов, Рака и в созвездии Льва сблизится с Марсом.

Чтобы межпланетная станция пролетела достаточно близко от поверхности Марса, необходимо обеспечить чрезвычайно высокую точность выведения космической ракеты на расчетную траекторию. Так, ошибки в величине скорости космической ракеты всего лишь на 30 сантиметров в секунду или ошибки в направлении скорости на одну угловую минуту приводят к увеличению расстояния траектории от Марса на 20 тысяч километров.

Расчет движения станции по данным траекторных измерений показывает, что она пройдет на расстоянии 193 тысяч километров от Марса. Это свидетельствует о высокой точности выведения станции на заданную траекторию. Для обеспечения пролета станции на более близком расстоянии от Марса требуется осуществление коррекции ее траектории.

Автоматическая межпланетная станция «Марс-1» представляет собой два герметических отсека: орбитальный и планетный. В орбитальном расположена аппаратура, обеспечивающая работу станции во время полета к Марсу, в планетном – научные приборы, работающие у планеты. На орбитальном отсеке установлены корректирующая двигательная установка, панели солнечных батарей, полусферические радиаторы системы терморегулирования и антенны.

Наибольшие размеры станции – 3300 миллиметров по длине, 1100 миллиметров по диаметру орбитального отсека и 4000 миллиметров по ширине с учетом солнечных батарей и радиаторов.

Вес станции – 893,5 килограмма.

На начальном участке полета ракеты-носителя автоматическая станция закрыта обтекателем, сбрасывающимся после выхода из плотных слоев атмосферы. Чтобы разместить станцию под обтекателем, солнечные батареи, радиаторы и антенны находятся в сложенном состоянии. После отделения станции от последней ступени все элементы раскрываются и занимают рабочее положение.

Станция оснащена радиотехнической аппаратурой, системой ориентации и коррекции траектории, источниками энергопитания. С помощью радиосистем станции производятся траекторные измерения и передача телеметрической информации на Землю. Управление работой бортовой аппаратуры ведется автоматически, а также путем передачи команд по радиолинии с наземных пунктов.

Система ориентации предназначена для «успокоения» станции после ее отделения от космической ракеты. Она обеспечивает также постоянное направление солнечных батарей на Солнце в течение всего времени полета, заданное положение станции перед включением корректирующего двигателя. Для ориентации станции используются оптические датчики, направленные на Солнце, заданную звезду и планеты.

Тепловой режим станции определяется работой системы терморегулирования. Каждый полусферический радиатор разделен на две части, в которых имеются различные наружные покрытия, нагреваемые Солнцем до различных температур. Внутри герметических отсеков станции находятся теплообменники, в которые в зависимости от температуры станции нагнетается жидкость из холодных и теплых частей полусферических радиаторов.

Для проведения научных исследований на борту станции имеется научная аппаратура: фототелевизионное устройство для фотографирования поверхности планеты Марс; спектрорефлексометр для обнаружения органических покровов на поверхности планеты; спектрограф для изучения полос поглощения озона в атмосфере Марса; магнитометр для обнаружения магнитного поля Марса и измерения магнитных полей в космическом пространстве, газоразрядный и сцинтилляционный счетчики для выявления радиационных поясов Марса и изучения спектра космического излучения; счетчики для изучения ядерной компоненты первичного космического излучения; радиотелескоп для изучения космического радиоизлучения в диапазоне длин волн 150 и 1500 метров; специальные датчики (ловушки) для регистрации потоков малоэнергетических протонов и электронов, а также концентрации положительных ионов вблизи планеты Марс и в космическом пространстве; датчики для регистрации микрометеоров.

Телеметрическая информация, полученная с борта автоматической станции во время сеансов радиосвязи, подтвердила, что система ориентации солнечных батарей работает нормально, обеспечивая подзарядку буферных батарей станции. Значение тока заряда близко к расчетному. Давление газа внутри станции устойчиво поддерживается около 850 миллиметров ртутного столба. Измерения свидетельствуют, что внутри станции при космическом полете установилась нормальная температура в пределах 20 – 30 градусов Цельсия, на элементах конструкции была отмечена температура, подтверждающая правильность тепловых расчетов и лабораторных экспериментов, произведенных до полета.

Проведение сеансов связи показало, что станция легко управляема по командам с Земли. Прохождение команд на борт станции, их отработка производятся четко.

Установление надежной радиосвязи между станцией «Марс-1» и Землей при расстояниях, достигающих сотен миллионов километров космического пространства, при ограниченной мощности электропитания на борту – важное техническое достижение. В этих условиях радиотелеметрические системы должны автоматически формировать и без искажений передавать на Землю кодовые сигналы, содержащие информацию о поведении конструкции и механизмов станции (температура, давление, герметичность, ток солнечных батарей и т. д.), а также информацию о научных измерениях. Перед командной радиолинией стоит задача – четко и безошибочно принимать десятки подаваемых с Земли команд, автоматически расшифровывать их с тем, чтобы последовательно включались те или иные бортовые приборы. Система траекторных измерений станции на орбите, принимая запросный сигнал от наземных измерительных пунктов и передавая обратно ответный радиосигнал, обязана обеспечивать возможность измерения на наземных пунктах расстояния до станции, ее скорости и угловых координат (направления).

На станции установлены три радиосистемы, работающие на волнах в метровом (1,6 м), дециметровом (32 см) и сантиметровом (5 и 8 см) диапазонах. Для передач телеметрической информации на борту станции имеется несколько коммутаторов, которые во время радиосвязи с Землей поочередно подключают к передатчику научную аппаратуру и датчики, регистрирующие состояние станции. Запоминающие устройства фиксируют показания научных приборов, работающих в промежутке между сеансами, и передают информацию на Землю во время радиосеансов.

Радиокомплекс метрового диапазона волн, наряду с передачей телеметрической информации о состоянии станции, служит для поддержания связи с Землей в случае ненормальной работы системы ориентации.

На начальном участке движения станции по траектории к планете Марс вступили в действие наземные радиотехнические средства пунктов приземного участка. Они осуществляли двустороннюю радиосвязь с автоматической межпланетной станцией, производили измерения ее радиальной скорости и дальности, а также принимали телеметрическую информацию, характеризующую работу всех ее систем и агрегатов, и информацию or научной аппаратуры, установленной на ее борту.

Телеметрическая информация поступает автоматически по линиям связи в координационно-вычислительный центр, где на быстродействующих электронно-вычислительных машинах она обрабатывается и анализируется, определяется траектория движения станции.

Для траекторных измерений движения станции был использован также мощный телескоп Крымской астрофизической обсерватории. С его помощью в ночное время осуществлялось фотографирование космической ракеты и автоматической межпланетной станции при их движении на фоне звездного неба.

Результаты радиотехнических и оптических траекторных измерений позволяют точно рассчитывать параметры траектории движения автоматической межпланетной станции и данные целеуказаний для антенных систем Центра дальней космической радиосвязи.

Сеансы связи со станцией осуществлялись как автоматически, так и по командам с Земли. Программа работы бортовых систем предусматривает автоматическое проведение сеансов с интервалом между ними в двое, пять и пятнадцать суток. Выбор интервала между сеансами производится по командной радиолинии с Земли. Интервалы между сеансами необходимы, во-первых, для того, чтобы солнечная батарея смогла зарядить буферную химическую батарею, энергия которой расходуется во время сеансов, во-вторых, для того, чтобы радиосеанс проходил в момент наилучшей радиовидимости станции, которая повторяется каждые сутки вследствие вращения Земли вокруг своей оси.

До 13 декабря этого года станция работала в режиме регулярных двухсуточных сеансов, а в настоящее время в режиме пяти суток. Каждый сеанс начинается с приема телеметрической информации, содержащей результаты научных измерений и данные о состоянии станции, измерения ее скорости и дальности. Затем по командам с Земли производится включение запоминающего устройства для воспроизведения полученной ранее информации. Сеанс оканчивается получением телеметрической информации о состоянии станции в конце ее работы. Проведенные радиосеансы свидетельствуют о нормальной работе всех бортовых систем станции. За первый месяц, прошедший с момента старта станции, было проведено 37 сеансов, передано более 600 команд, получено много сотен метров телеметрической пленки с информацией.

Управление работой бортовой аппаратуры станции на протяжении всего времени полета свидетельствует о четкой работе всех звеньев и систем командно-измерительного и вычислительного комплекса.

Во время сеансов радиосвязи со станцией были получены данные о межпланетной среде, излучениях и полях в космическом пространстве на расстояниях до 6 – 8 миллионов километров от Земли.

Вблизи Земли и в околоземном космическом пространстве получены новые данные о распределении заряженных частиц в так называемой геокороне – плазменной оболочке Земли, зарегистрированы потоки корпускул, идущих от Солнца.

Так, 30 ноября, по предварительным данным, отмечен случай исключительно интенсивного потока солнечных корпускул, достигающего величины более 600 миллионов частиц на квадратный сантиметр в секунду. Проведены измерения интенсивности излучения в районе радиационных поясов Земли, а также интенсивности фона космического излучения при больших удалениях в космос. При этом оказалось, что со времени полета лунных советских космических ракет интенсивность фона космического излучения увеличилась примерно на 50 – 70 процентов. Это возрастание связано, по-видимому, с тем, что наблюдения на станции проходят в другой период цикла солнечной активности. Вдали от Земли зарегистрированы вариации (изменения) напряженности магнитного поля порядка 4 – 12 гамм (гамма – единица измерения напряженности магнитного поля).

Во время полета станции в околоземном космическом пространство были зарегистрированы неоднократные соударения микрометеоров. После выхода станции на значительные расстояния число соударений резко сократилось, что указывает на крайне малую плотность метеоритного вещества вдали от Земли.

Информация, полученная с борта станции «Марс-1», обрабатывается и будет публиковаться в научных журналах.

2 апреля 1964 года в Советском Союзе в целях отработки космической системы для дальних межпланетных полетов осуществлен экспериментальный запуск многоступенчатой ракеты-носителя с автоматической станцией «Зонд-1».

Последняя ступень усовершенствованной ракеты-носителя вывела на промежуточную орбиту тяжелый искусственный спутник Земли, затем в заданной точке пространства с борта этого спутника стартовала космическая ракета, которая, сообщив автоматической станции «Зонд-1» вторую космическую скорость, вывела ее на траекторию движения, близкую к расчетной.

Включение бортовой аппаратуры станции «Зонд-1» производится автоматически в соответствии с программой полета, а также по радиокомандам, подаваемым с Земли.

Со станцией «Зонд-1» было проведено несколько сеансов связи.

Наблюдение за полетом автоматической станции и определение параметров ее траектории осуществляются специальным измерительным комплексом на территории Советского Союза.

Координационно-вычислительный центр ведет обработку поступающей информации.

В соответствии с программой исследований космического пространства 30 ноября 1964 года в Советском Союзе осуществлен запуск космической многоступенчатой ракеты-носителя с автоматической станцией «Зонд-2» в направлении планеты Марс.

Последняя ступень ракеты-носителя вывела на промежуточную орбиту тяжелый искусственный спутник Земли, затем в расчетное время с борта спутника стартовала космическая ракета, которая сообщила автоматической станции «Зонд-2» скорость, необходимую для вывода на траекторию движения к планете Марс.

Целью запуска является отработка систем станции в реальных условиях длительного космического полета и накопление практического опыта. Одновременно проводятся научные исследования в межпланетном пространстве.

Управление полетом автоматической станции, определение параметров ее траектории и прием информации осуществляются специальным командно-измерительным комплексом.

Со станцией «Зонд-2» были проведены сеансы связи, во время которых получены данные о траектории полета станции и функционировании бортовых систем. По данным телеметрии, полученным в первых сеансах связи, энергоснабжение на борту станции приблизительно вдвое меньше ожидаемого.

Движение автоматической станции, по предварительным данным, происходит по траектории, близкой к расчетной. В 20 часов московского времени 30 ноября станция находилась на расстоянии 40 тысяч километров от Земли над точкой земной поверхности с координатами: 156 градусов 09 минут восточной долготы и 12 градусов 50 минут северной широты.

Координационно-вычислительный центр ведет обработку поступающей информации.

Советская автоматическая станция «Зонд-2» заполнила еще одну знаменательную страницу в летописи космических достижений. Впервые на борту космического аппарата проведено успешное испытание плазменных двигателей.

На большом расстоянии от Земли по команде с пункта управления система ориентации была переключена на плазменные двигатели, которые работали в соответствии с сигналами, поступающими из логических блоков системы ориентации. Шесть двигателей, установленных на ней, в течение продолжительного времени поддерживали требуемое положение станции относительно Солнца. Теперь практически доказана работоспособность конструкции плазменного двигателя в условиях космического пространства. Так впервые в мире плазма начала свою работу в космосе. Это – событие весьма важного значения.

Но прежде чем говорить об этом, очевидно, следует попытаться объяснить принцип действия плазменных двигателей. Хотя широкую известность плазма получила только в последнее десятилетие (особенно после начала работ по термоядерному синтезу), с этим состоянием вещества вы сталкиваетесь гораздо чаще, чем думаете. Например, пламя обыкновенной спички – это низкотемпературная плазма. В затейливой вязи неоновых реклам светится плазма газового разряда. Луч света в темном зале кино бросает плазменный шнур, горящий между двумя угольными электродами. Золотистый диск Солнца, огни электросварки, звезды в ночном небе... Здесь всюду мы имеем дело с четвертым состоянием вещества – плазмой.

В общем случае плазма – это газообразная смесь отрицательно заряженных частиц – электронов, положительно заряженных частиц – ионов (атомов, которые лишены одного или нескольких электронов) и нейтральных атомов. Плазма может быть «холодной» и «горячей», с температурой от тысяч до сотен миллионов градусов. В горячей плазме уже нет нейтральных атомов. Плазма хотя и содержит заряженные частицы, но в целом электрически нейтральна: положительных и отрицательных зарядов в ней поровну.

Наличие в плазме свободных электронов делает ее хорошим проводником тока. Это свойство можно как раз использовать для создания электромагнитных плазменных двигателей.

Известно, что проводник с током в магнитном поле начинает двигаться по законам, хорошо знакомым всем со школьных времен. Именно на этом принципе работают все электромоторы. Если плазму поместить в магнитное поле и пропустить через нее ток, на нее начнет действовать сила и она получит ускорение. Истечение такой разогнанной до больших скоростей плазмы в космос будет создавать реактивную тягу. Это один из возможных типов плазменного двигателя.

В других схемах используются высокие температуры плазмы. Мощные электрические дуги дают значительно большие температуры, чем любая химическая реакция. Если разогреть «рабочий газ» в пламени такой дуги и выбросить через сопло космического двигателя, можно получить скорости истечения существенно большие, чем у ракет, работающих на химическом топливе. Высокие скорости истечения рабочего тела – основное преимущество электрических двигателей.

Величина тяги определяется произведением массы выброшенного вещества на скорость его истечения. Выбросить ли много топлива, но с небольшой скоростью или же немного, но с большой – «отдача» будет одинаковой. Естественно поэтому, что двигатель с высокой скоростью истечения вещества выгоднее. За счет уменьшения количества топлива можно увеличить полезную нагрузку. К сожалению, энергия химических реакций не позволяет разгонять рабочее тело больше, чем до четырех километров в секунду. Но для плазменных двигателей этот предел значительно выше. Скажем, электромагнитные могут давать скорости истечения выше ста километров в секунду. Правда, бороться с земным тяготением таким двигателям не под силу, они не смогли бы оторвать ракету от Земли. Но в «открытом космосе» их использование весьма перспективно.

Энергию для электропитания этих двигателей можно брать в космосе непосредственно от солнечных батарей или от какого-то специального источника. Тягу плазменного двигателя очень легко регулировать в широких пределах изменением параметров его электропитания. Такие двигатели могут работать длительное время.

На «Зонде-2» плазменные двигатели использованы в системе ориентации автоматической станции, имеющей жизненно важное значение для любого современного космического аппарата. На всем многомиллионном пути к далеким планетам система ориентации обязана сохранять заданное положение аппарата в пространстве или изменять его определенным образом, если в этом возникает необходимость. Она должна, например, следить за тем, чтобы на полупроводниковые панели солнечных батарей попадало максимум энергии Солнца, иными словами, чтобы они всегда были перпендикулярны его лучам.

Система ориентации направляет на Землю антенну станции во время сеанса связи.

Допустим, выяснилось, что автоматическая станция отклонилась от курса. В атом случае система ориентации должна повернуть аппарат в сторону пункта назначения, чтобы можно было включить двигатели системы коррекции и исправить ошибку.

Как видите, «круг обязанностей» плазменных двигателей в одной только системе ориентации весьма обширен. Но этим далеко не исчерпываются их возможности. Плазменные двигатели можно использовать для перевода спутников с одной орбиты на другую, для выполнения различных маневров при сборке околоземных космических станций. Наконец, они могут служить и «маршевым двигателем» для многоступенчатых межпланетных ракет. Возможно, грузовые межпланетные лайнеры будущего будут именно такими.

Использование на борту «Зонда-2» – это только первое крещение плазменных двигателей, они только что покинули лабораторную колыбель. Но уже сейчас ясно, что у этих новоселов космоса – блестящее будущее.

В соответствии с программой исследований космического пространства 18 июля 1965 года в Советском Союзе осуществлен запуск космической многоступенчатой ракеты-носителя с автоматической станцией «Зонд-3».

Последняя ступень ракеты-носителя вывела на промежуточную орбиту тяжелый искусственный спутник Земли. Затем в расчетное время с борта спутника стартовала космическая ракета, которая сообщила автоматической станции «Зонд-3» скорость, необходимую для выведения на гелиоцентрическую орбиту.

Целью запуска является отработка систем станции в реальных условиях длительного космического полета и проведение научных исследований в межпланетном пространстве.

Управление полетом автоматической станции, определение параметров ее траектории и прием информации осуществляется специальным командно-измерительным комплексом.

Со станцией «Зонд-3» были проведены сеансы связи, во время которых получены параметры траектории полета станции и данные о функционировании бортовых систем. Связь со станцией «Зонд-3» устойчива. По данным телеметрии, все системы и научная аппаратура работают нормально. Движение автоматической станции, по предварительным данным, происходит по траектории, близкой к расчетной.

Координационно-вычислительный центр ведет обработку поступающей информации.

Автоматическая станция «Зонд-3» продолжает свой полет по гелиоцентрической орбите.

В соответствии с программой при полете автоматической станции «Зонд-3» производится отработка и испытание различных бортовых систем в реальных условиях длительного полета и исследование физических свойств дальнего космического пространства.

Наряду с научными приборами на борту станции находится аппаратура для фотографирования в космическом пространстве и передачи изображений на Землю с больших расстояний.

Для этого на станции имеются фототелевизионное устройство и передающая радиосистема с остронаправленной параболической антенной, работающая в сантиметровом диапазоне. В сеансах связи эта антенна направляется на Землю с высокой точностью при помощи системы ориентации.

Режим передачи изображения, а также управление остальной аппаратурой станции осуществляется по командной радиолинии.

С целью испытания фототелевизионной аппаратуры и радиоканалов передачи изображения траектория полета станции была выбрана таким образом, чтобы она проходила в непосредственной близости от Луны, что дало возможность попутно осуществить фотографирование ее поверхности.

Фотографирование Луны было начато 20 июля с. г., через 1,5 суток после старта – в 4 часа 24 минуты по московскому времени, когда автоматическая станция «Зонд-3» находилась на расстоянии 11 600 километров от поверхности Луны, и было закончено в 5 часов 32 минуты на расстоянии около 10 тысяч километров.

После пролета Луны станция продолжает свое движение по гелиоцентрической орбите, удаляясь от Земли и Солнца.

Передача изображения началась в соответствии с программой 29 июля с расстояния 2,2 миллиона километров, когда угловой размер Земли стал достаточно малым для точного наведения бортовой параболической антенны на Землю.

Со станции «Зонд-3» впервые была сфотографирована та часть невидимой с Земли стороны Луны, которая осталась неохваченной при съемке, осуществленной впервые советской автоматической межпланетной станцией в октябре 1959 года.

В момент начала фотографирования фаза Луны, видимая со станции «Зонд-3», была близка к полнолунию, а в конце фотографирования почти половина диска Луны была в тени. Начальные кадры захватывали значительную часть Луны, видимую с Земли. Дальнейшие кадры дают поверхность Луны при боковом освещении Солнцем, когда рельефные образования отбрасывают хорошо видимые тени.

Изображения с борта станции «Зонд-3» передаются с четкостью 1100 строк. При фотографировании с расстояния порядка 10 тысяч километров обеспечивается получение изображений лунной поверхности площадью около 5 миллионов квадратных километров.

Качество полученных фотографий позволяет видеть многочисленные детали лунного рельефа, представляющего большой интерес.

Снимки, полученные с борта станции «Зонд-3», будут опубликованы в центральных газетах и научных изданиях.

Для анализа полученных результатов и наименования кратеров, хребтов и других образований на сфотографированной новой части лунной поверхности Академией наук СССР создана специальная комиссия.

На автоматической станции «Зонд-3» продолжаются научные исследования.

Для дальнейших испытаний радиолинии передача фотографий обратной стороны Луны с борта станции будет продолжаться во время последующих сеансов связи, вплоть до предельных расстояний от Земли.

Со станцией «Зонд-3» было проведено 38 сеансов связи.

Все бортовые системы функционируют нормально.

В 10 часов московского времени 14 августа станция «Зонд-3» находилась на расстоянии 5 миллионов 340 тысяч километров от Земли.

Минуло почти восемь лет с тех пор, как запуском первого искусственного спутника Земли Советский Союз положил начало освоению космического пространства. Многочисленные спутники вращаются по околоземным орбитам, принося ценные научные данные, а космические ракеты проникают далеко в солнечную систему, принося новые данные о ее строении. Мы стали свидетелями стремительного развития космонавтики – от первого полета в космос Ю. А. Гагарина до первого выхода человека из кабины корабля в космос, осуществленного при полете корабля «Восход-2» с экипажем в составе П. И. Беляева и А. А. Леонова.

Важным этапом на пути к другим планетам был первый полет по маршруту Земля – Луна. Он был осуществлен в 1959 году советской космической ракетой, доставившей на наш естественный спутник вымпел с Государственным гербом СССР и позволившей получить новые ценные научные данные о Луне. После этого лунной поверхности достигли еще несколько земных аппаратов. Можно не сомневаться, что в ближайшие годы космические ракеты позволят раскрыть новые тайны нашего естественного спутника.

Что ожидает будущих отважных путешественников там, на другом небесном теле? Что мы встретим в неизведанном мире Луны?

Многие сведения о нем удалось получить на земных обсерваториях. По мере совершенствования телескопов и приборов получаемые с их помощью данные, несмотря на помехи земной атмосферы, становились все более разнообразными. Разделяющие нас 400 000 километров уже не могли помешать, например, измерению температуры лунной поверхности. Оказалось, что в лунный полдень температура на экваторе достигает 110 – 120 градусов выше нуля, а лунной ночью она опускается до минус 150 – 160 градусов. Были открыты кратеры, основания которых оказались теплее окружающей поверхности, изучены особенности отражения света различными деталями и т. д.

В течение многих веков особенно большое внимание уделялось топографии лунной поверхности. Сотни тысяч ее деталей обнаружены путем визуальных и фотографических наблюдений. Самыми характерными образованиями лунной поверхности являются кольцевые горы, кратеры и обширные темные впадины, называемые по традиции морями, хотя уже давно известно, что в них нет воды. В противоположность «морям» светлые гористые районы получили название «материков». Сейчас составлены подробные крупномасштабные карты видимой с Земли поверхности Луны. На современных хороших фотографиях, полученных с Земли, можно увидеть объекты, имеющие угловые размеры не меньше чем 0,4 – 0,6 угловой секунды. Для деталей, расположенных в центре видимого диска, это соответствует на лунной поверхности размерам в 700 – 1000 метров, а в других районах – объектам величиной в километры.

Теоретическая разрешающая способность современных телескопов, диаметр зеркал которых достигает 5 метров, позволила бы сфотографировать детали и во много раз меньшие. Однако этому мешает неспокойствие земной атмосферы. Астрономические обсерватории в горах обладают тем преимуществом, что наиболее плотные, запыленные и неспокойные слои атмосферы находятся ниже телескопов. Это несколько улучшает условия прозрачности, но не всегда приводит к большему «спокойствию» изображения. Поэтому фотографические наблюдения приходится пополнять визуальными.

В отличие от фотографической пластинки человеческий глаз способен выбирать те немногие кратковременные промежутки, в течение которых атмосфера «успокаивается», и запоминать возникающие при этом отчетливые изображения хотя бы небольшого числа деталей. Сознание наблюдателя фиксируется на хороших изображениях и «забывает» плохие. Фотопластинка же «запоминает» и хорошие, и плохие изображения. В результате суммарное изображение на ней становится менее четким. Вот почему при составлении лунных карт используются как фотографические, так и визуальные наблюдения, хотя на них затрачивается в тысячи раз больше времени.

Космические полеты позволили перейти к новому этапу исследований Луны.

Автоматическая лунная станция «Луна-3» в октябре 1959 года дала возможность впервые получить сведения о строении невидимой с Земли части Луны.

На американских аппаратах «Рейнджер» в 1964 – 1965 гг. получены фотографии участков видимой стороны Луны с значительно большим разрешением, чем это было доступно с Земли.

Однако и сейчас мы еще очень мало знаем о физических свойствах поверхности Луны, таких, как строение, твердость, химический состав лунного грунта. А это имеет громадное значение для космогонических теорий и будущих полетов на Луну.

Ряд новых важных сведений о Луне позволил получить применение радиоастрономических методов. Например, эти измерения приводят к предположению, что на глубине больше метра под ее поверхностью температура во время лунных суток останется постоянной. Обнаружилось также, что колебания теплового излучения наружных слоев не совпадают по фазе с излучением подповерхностных слоев. Удалось, кроме того, определить среднюю плотность лунного вещества, данные о его электромагнитных свойствах, добыть другие ценные сведения.

Если оптические и радиоастрономические методы исследования дали разнообразную информацию о видимой стороне Луны, то особенности ее обратной стороны оставались абсолютно неизвестными. Ученые вынуждены были довольствоваться чисто умозрительными гипотезами.

Некоторые астрономы, например, выдвигали предположение о различии рельефа на обеих сторонах Луны, обусловленного отличием их температурных режимов. Во время лунных затмений происходит резкое кратковременное изменение температуры только на обращенной к нам стороне Луны. Обратная же сторона поверхности не подвергается столь резким перепадам температуры. Действуя в течение многих веков, этот эффект, казалось бы, должен привести к различию в рельефе. Но так ли это?

Эту и многие другие гипотезы можно проверить, лишь изучив обратную сторону Луны. Задача заключалась в глобальном исследовании нашего спутника – необходимо было получить информацию почти о двух десятках миллионов квадратных километров, не доступных земным наблюдателям. В наше время появилась возможность осуществления этой задачи – послать к Луне автоматическую межпланетную станцию, которая сфотографировала бы ее обратную сторону и радиотелевизионными средствами передала бы на Землю полученные изображения. Этот грандиозный эксперимент требовал преодоления огромных трудностей. Исключительно сложные требования предъявлялись не только к аппаратам станции, но и к траектории ее полета, мощности ракеты.

Начало этому было положено в Советском Союзе 7 октября 1959 года когда автоматическая станция «Луна-3» сфотографировала невидимую сторону Луны и передала снимки на Землю. Программа была составлена таким образом, чтобы на фотографиях имелась также восточная краевая зона, видимая с Земли. При этом часть невидимой стороны Луны осталась несфотографированной. Отождествление на фотографиях, переданных из космоса, около ста деталей восточной краевой зоны с известными координатами обеспечило привязку в единой (с видимой стороной) системе селенографических координат всех 500 выявленных на обратной стороне объектов. Кроме того, отождествленные образования краевой зоны служили образцами для дешифрирования новых деталей.

Впервые в истории пауки телевизионные изображения другого небесного тела были переданы из космоса на Землю. Результаты их изучения опубликованы в Атласе обратной стороны Луны, изданном Академией наук СССР, а также в других изданиях.

На основе впервые составленной карты обратной стороны Луны и других материалов атласа был издан первый глобус Луны с изображением ее обратной стороны. За рубежом переводы атласа и глобус выпущены в свет в Польше, Англии, США, Франции и других странах. На протяжении шести лет не производилось фотографирование обратной стороны Луны. 18 июля 1965 года стартовала автоматическая станция «Зонд-3», предназначенная для исследования физики дальнего космического пространства, отработки и испытания различных бортовых систем. В частности, на борту станции имеется аппаратура для фотографирования планет и передачи изображения с дальних расстояний, доходящих до сотен миллионов километров.

Рис. 9. Схема движения станции «Зонд-3» около Луны при фотографировании 1 – промежуточная орбита; 2 – планета Земля; 3 – траектория станции «Зонд-3»; 4 – начало фотографирования; 5 – направление солнечных лучей; 6 – конец фотографирования; 7 – планета Луна; 8 – орбита Луны вокруг Земли

После старта с орбиты искусственного спутника Земли со скоростью, превышающей вторую космическую, двигаясь по своей гелиоцентрической орбите, станция «Зонд-3» через 33 часа после старта проходила вблизи Луны. Имеющаяся на ее борту фототелевизионная аппаратура была использована для получения изображения областей Луны, оставшихся неизвестными до настоящего времени. Фототелевизионный комплекс позволяет многократно передавать каждый кадр с разложением его на 1100 строк* и при четкости, равной 860 элементов вдоль строки.

* Напомним, что в обычном телевидении число строк 625.

Так как телевизионная аппаратура рассчитана на передачу кадров с больших расстояний вплоть до сотен миллионов километров, передача одного кадра занимает 34 минуты.

Передача полученных изображений Луны выполнена в сантиметровом диапазоне радиоволн с использованием установленной на борту узконаправленной параболической антенны. В сеансах связи эта антенна направляется на Землю с высокой точностью при помощи системы ориентации. Режим передачи изображения определяется командами с Земли.

Сеанс фотографирования продолжался 1 час 08 минут. Фотографирование началось с расстояния 11,6 тысячи километров от поверхности Луны и закончилось после прохождения минимального расстояния (менее 10 тысяч километров). При фотографировании положение станции «Зонд-3» относительно Луны изменилось по долготе на 60 градусов и по широте на 12 градусов.

Передача полученных изображений на Землю началась 29 июля с расстояния 2 200 000 километров от Земли, когда угол видимости Земли со станции стал достаточно малым для точного наведения бортовой антенны. В дальнейшем подобные передачи будут производиться со значительно бóльших расстояний.

Расположение траектории относительно Луны было выбрано так, чтобы при ориентации фототелевизионных устройств на Луну в их поле зрения попадали именно те области ее обратной стороны, которые представляют наибольший интерес.

Выбор расстояния космической станции до поверхности Луны является оптимальным, ибо, с одной стороны, имелась возможность охватить фотографиями значительную часть поверхности Луны и, с другой стороны, получить снимки достаточно крупного масштаба. По мере движения по траектории в поле зрения станции появлялись участки обратной стороны Луны, не сфотографированные в 1959 году. Область фотографирования простиралась до границы освещенной части Луны.

Рис. 10. Схема расположения области, сфотографированной автоматической станцией «Зонд-3»

Утренний терминатор, граница освещенной и темной частей лунного диска, находилась к 20 июля 1965 года – дню фотографирования – близ края района обратной стороны, сфотографированной ранее. Тем самым вновь полученные фотографии практически охватывают доныне неизвестную часть поверхности Луны. Некоторые фотографии имеют перекрытия с видимой с Земли стороной Луны, а другие – со снимками 1959 года обратной стороны Луны.

Во время фотографирования Солнце находилось в зените над северным краем кратерного моря, носящего название Риччиоли. Таким образом, в наименее выгодных условиях освещения находились известные участки видимой стороны Луны, необходимые главным образом для общего отождествления фотографий. Наибольшее же количество объектов, расположенных на неизвестной ранее части обратной стороны, освещалось косыми лучами Солнца, которые нагляднее выявляют особенности рельефа.

Станция «Зонд-3» сфотографировала так называемое Восточное Море – самое характерное образование на восточном краю невидимого полушария. Как и многие лунные моря, последнее имеет овальную форму и на большом протяжении окаймлено двумя грядами горных цепей Кордильер и Рокка, между которыми располагаются темные шлейфы морей Осени и Весны. С Земли удается наблюдать лишь окраину Восточного Моря с его заливами Большой Ромб и Малый Ромб. Теперь выяснилось, что Море Весны на севере заходит за границу видимой стороны Луны, а горные цепи окаймляют Восточное Море со всех сторон.

Южнее Восточного Моря находятся два ранее неизвестных небольших моря, разделенные горной цепью.

Обращает на себя внимание аналогия между районом Восточного Моря и противолежащим ему на видимой стороне Луны Морем Кризисов. Оба овальных моря окружены сходными по строению и расположению горными цепями, среди которых размещаются небольшие лентообразные моря: Пены, Волн и Змеи вокруг Моря Кризисов и четыре упомянутых выше моря вокруг Моря Восточного. И к тому и к другому морям примыкают очень светлые материковые области.

Располагая сведениями о поверхности обоих полушарий Луны, можно составить представление о распределении темных «морей» и светлых «материков» нашего спутника. В то время как северная половина обращенного к Земле полушария Луны занята в основном морями, северная часть обратной стороны Луны занята гигантским материком. Этот материк значительно превосходит своего антипода – южный материк видимого полушария. Между тем на материковом пространстве невидимой с Земли стороны имеются обширные впадины, сильно разрушенные наложенными кратерами, напоминающие область Деландр на видимой стороне. Указанные образования поперечниками 200 – 500 километров сравнимы по размерам с морями, но не имеют характерного для них темного оттенка и отличаются также структурой.

Рис. 11. Фотография обратной стороны Луны, переданная автоматической межпланетной станцией «Зонд-3» На снимке, сделанном 20 июля 1965 года в 5 часов 16 минут по московскому времени, изображена экваториальная зона обратной стороны Луны, прилегающая к ее восточному краю. Большое темное пятно справа – Восточное Море

При обзоре обратной стороны поражает обилие крупных налагающихся один на другой кратеров (рис. 11 и 12). Общее число кратеров на обратной стороне можно характеризовать следующими данными. На территории около 5 миллионов квадратных километров, охваченной лишь одним из кадров, насчитывается 4 кратера поперечниками свыше 200 километров, около 20 кратеров – от 100 до 200 километров, 60 кратеров – от 50 до 100 километров, 100 кратеров – от 20 до 50 километров и свыше 400 кратеров – от 10 до 20 километров. На фотографиях хорошо видны многочисленные типичные для Луны кратеры с центральными пиками и кратеры со светлыми лучами.

Рис. 12. Фотография обратной стороны Луны, переданная автоматической межпланетной станцией «Зонд-3» На фотографии, сделанной 20 июля 1965 года в 5 часов 25 минут по московскому времени, изображены экваториальная и северная части обратной стороны до границы освещенной области

Наиболее интересными из вновь открытых образований, не встречающихся на видимом с Земли полушарии Луны, являются многочисленные цепочки небольших кратеров протяженностью в сотни километров, расходящихся, по-видимому, из светлого материкового района близ Восточного Моря, а также упомянутые ранее огромные мореподобные образования на материке (талассоиды).

После тщательной обработки материалов фотографирования 1959 г. были сделаны выводы об асимметрии Луны относительно плоскости, делящей ее на видимую и невидимую части: на обратной стороне сравнительно мало морей и вся она более светлая и более гористая. Кстати, подобная же асимметрия имеется и у земного шара. Тихий океан, наиболее глубокие части которого опущены более чем на 10 километров, а средняя глубина более четырех километров, занимает 50 процентов водной поверхности и расположен почти целиком в западном полушарии. Плотность расположения кратеров на обратной стороне Луны оказалась более высокой и т. д. Эти выводы полностью подтверждены фотографиями станции «Зонд-3». В настоящее время новые фотографии обратной стороны Луны тщательно изучаются и ведется составление предварительного каталога образований.

Материалы эксперимента, проведенного «Зондом-3» по фотографированию Луны, имеют важное научное значение. Обратная сторона Луны перестала быть загадкой.

Вчера в Москве состоялась пресс-конференция, посвященная запуску автоматической межпланетной станции «Зонд-3» и фотографированию невидимой стороны Луны. Новое крупное достижение нашей науки и техники вызвало большой интерес у советских и иностранных корреспондентов. В зале заседаний Президиума Академии наук СССР собрались многочисленные представители крупнейших газет и телеграфных агентств из различных стран мира. На пресс-конференции выступили ученые – астрономы и астрофизики.

Пресс-конференцию открыл президент Академии наук СССР академик М. В. Келдыш.

Прошло всего лишь восемь лет с момента запуска первого искусственного спутника Земли, космического аппарата, с помощью которого человечество получило реальную возможность изучения недоступных областей окружающего нас мира. Необозримо расширились горизонты науки. Получены важные сведения о физике космического пространства вблизи Земли, о межпланетной среде, излучении Солнца, физических свойствах планет. Осуществлены замечательные полеты пилотируемых космических кораблей-спутников, что еще больше расширяет наши возможности познания тайн Вселенной и полетов к другим планетам.

Важным этапом на этом пути явились первые запуски советских космических ракет к Луне, ближайшему к нам небесному телу. На протяжении многих веков для изучения Луны использовались визуальные, фотографические и другие средства, с помощью которых удалось получить детальные сведения о видимой с Земли части лунной поверхности. Более детальному изучению Луны фотографическими методами, как известно, мешает атмосфера Земли, ее неспокойствие и запыленность. Поэтому фотографические методы существенно дополняются визуальными. Это дало ценную информацию о рельефе Луны, наиболее характерными образованиями которого являются кольцевые горы, кратеры, а также впадины, называемые морями, и светлые районы, называемые материками.

В последние десятилетия широкое применение в изучении физических свойств поверхности Луны получили радиометоды, принесшие важные данные о плотности, структуре и электромагнетизме верхних слоев Луны. Все эти методы, позволяющие изучать с Земли видимую часть поверхности Луны, принципиально неприменимы для изучения ее невидимой стороны, которая в течение многих веков оставалась загадкой. О строении невидимой стороны Луны выдвигались самые противоречивые гипотезы, которые невозможно было проверить имеющимися наземными средствами. Космические ракеты открыли новый этап не только в изучении Луны, но и во всей астрономической науке, вооружив ее мощными экспериментальными методами.

В сентябре 1959 года стартовала космическая ракета с автоматической станцией «Луна-2», которая впервые достигла поверхности Луны. В результате этого полета было установлено, что у Луны нет заметного магнитного поля и пояса радиации.

Автоматическая станция «Луна-3» 7 октября 1959 года впервые произвела фотографирование невидимой стороны Луны, и полученные снимки были переданы телевизионным способом на Землю. Это были первые фотографии невидимой стороны Луны, сведения огромной научной важности.

Результаты изучения полученных снимков опубликованы в Атласе обратной стороны Луны, изданном Академией наук СССР. После полетов советских космических ракет к Луне в 1964 – 1965 годах были совершены полеты американских космических аппаратов «Рейнджер», с помощью которых удалось получить фотографии видимой стороны Луны с большим разрешением деталей на ее поверхности.

18 июля 1965 года осуществлен запуск автоматической станции «Зонд-3» для проведения научных исследований в далеком космическом пространстве, а также для решения ряда задач, связанных с отработкой бортовых систем дальних космических аппаратов.

Автоматическая станция «Зонд-3» оснащена большим комплексом научной аппаратуры для изучения магнитных свойств околоземного космического пространства и межпланетной среды, солнечного ветра, низкочастотного радиоизлучения Галактики, микрометеоров, космических лучей, а также для исследования инфракрасных и ультрафиолетовых спектров лунной поверхности. Уже получена большая научная информация, которая обрабатывается. Наряду с проведением научных исследований будет осуществлено испытание плазменных двигателей, имеющих важное значение для отработки новых средств систем ориентации и астрокоррекции. Будет проведено испытание материалов в условиях космического пространства.

На борту станции установлена фототелевизионная аппаратура для фотографирования планет и передачи изображений с расстояний в сотни миллионов километров.

Дата пуска станции «Зонд-3 и траектория ее полета были выбраны так, чтобы попутно при прохождении станции мимо Луны получить фотографии невидимой ее части, оставшейся неотснятой в 1959 году.

Фотографирование проводилось с расстояний около 10 тысяч километров, а телевизионные передачи велись с разложением кадра на 1100 строк. Выбор условий фотографирования и большое разрешение телевизионной системы позволили получить весьма детальные и четкие снимки невидимой стороны Луны, представляющие огромный интерес. По своему качеству фотографии, переданные с автоматической станции «Зонд-3», практически не уступают лучшим фотографиям видимой стороны Луны, полученным в земных обсерваториях.

Фотографии, полученные автоматическими станциями «Луна-3» и «Зонд-3», разрешили многие загадки, связанные с невидимой стороной Луны. Теперь на обратной стороне Луны почти не осталось «белых» пятен.

Астрономы всего мира получили в свои руки богатый материал, который подлежит самому тщательному анализу и изучению. Космическая астрономия делает только первые шаги, но уже сейчас можно сказать, сколь могучими средствами в виде спутников и космических ракет обогатилось человечество для дальнейшего прогресса астрономии, изучения планет солнечной системы и будущих межпланетных сообщений.

Космические аппараты будут проникать все дальше в глубины Вселенной, принося новые ценные сведения.

Межпланетная автоматическая станция «Зонд-3» удаляется сейчас от Земли и от Солнца. Сегодня в 12 часов дня она находилась на расстоянии 7175 миллиона километров от Земли. «Зонд-3» – искусственная околосолнечная планета. При наибольшем своем удалении от Солнца она пройдет близко от орбиты Марса, но дата пуска ее была выбрана так, что сближения ее с Марсом не произойдет.

Основными задачами запуска «Зонда-3» было испытание бортовой аппаратуры в условиях длительного полета и проведение научных исследований в космическом пространстве. Это удалось успешно сочетать с фотографированием не исследованной до сих пор области невидимой стороны Луны, фотографированием спектров лунной поверхности в интервале длин волн от 3500 до 2500 ангстрем, спектрофотометрированием в ультрафиолетовой области от 2700 до 1900 ангстрем и в инфракрасной от 4 до 3 микрон.

Советская станция «Луна-3», впервые осуществившая 7 октября 1959 г. фототелевизионную передачу из космоса, сфотографировала только восточную часть обратной стороны Луны протяженностью примерно 110 градусов по долготе. Около 70 градусов по долготе остались до сих пор белым пятном на карте Луны. Точнее говоря, это белое пятно ограничено лунным меридианом от видимой стороны Луны, а в области, снятой ранее, – большим кругом, пересекающим на экваторе меридиан под углом около 12 градусов. Благодаря этому неисследованная область шире в южной, нежели в северной своей части.

Выбор траектории полета и даты пуска станции «Зонд-3» были связаны с тем, что наибольшее удаление от Солнца получается в случае, когда скорость станции относительно Земли складывается со скоростью орбитального движения Земли вокруг Солнца, т. е. когда станция вылетает на гелиоцентрическую орбиту в направлении «вперед» по движению Земли. Для того чтобы при такой траектории станция могла пролететь вблизи Луны, необходимо назначать дату пуска перед последней четвертью Луны, которая в июле этого года наступила 21 числа в 20 часов 54 минуты по московскому времени.

Более точный выбор траектории полета и времени пуска производился с учетом условий освещенности в исследуемой области Луны. Дело в том, что наиболее благоприятная обстановка для фотосъемки бывает при небольшой высоте Солнца над горизонтом. Тогда горы отбрасывают тени, по длине которых можно определить их высоту, а сам снимок получается отчетливым и при рассмотрении кажется почти рельефным. Поэтому лучшие снимки лунной поверхности обычно удается получить вблизи терминатора, т. е. у границы между освещенной и темной частями лунного диска Естественно, что для съемки фотографий с «Зонда-3» выбрали время, когда вся неизученная область освещена, а терминатор проходит по ее западному краю. При этом наименее благоприятные условия съемки, когда Солнце стояло высоко над горизонтом, оказались на участке видимой стороны Луны, сфотографированном для картографической привязки к известным лунным объектам.

Станция «Зонд-3» пролетела около Луны со стороны Солнца. Траектория ее проходила южнее плоскости лунного экватора, что давало возможность лучше охватить южную, более широкую часть неисследованной области. В момент начала фотографирования станция находилась еще над видимой стороной Луны на расстоянии от ее поверхности 11,57 тысячи километров. При этом Луна, видимая со станции «Зонд-3», была в фазе, близкой к полнолунию, тогда как с Земли в это время она наблюдалась почти в последней четверти. При дальнейшем движении станция перешла на невидимую сторону Луны, постепенно приближаясь к ее поверхности до минимального расстояния 9,22 тысячи километров, после чего стала удаляться от Луны и к концу сеанса фотографирования оказалась уже на расстоянии 9,96 тысячи километров.

При расстоянии пролета около 10 тысяч километров каждый снимок охватывал большую часть неисследованной области. За время фотографирования положение станции «Зонд-3» относительно центра Луны изменилось примерно на 60 градусов, и каждый участок неисследованной области был снят под различными углами, так сказать, в различных ракурсах. Это создает дополнительные возможности как при исследовании рельефа поверхности, так и при изучении характеристик ее отражательной способности.

Оптические оси спектральных приборов были направлены параллельно оптической оси фотокамеры, что обеспечило привязку полученных спектров к местности. Результаты спектроскопических исследований обрабатываются и будут опубликованы в научных журналах.

Автоматическая научная станция «Зонд-3», кроме решения задач по исследованию; физических свойств космического пространства, обеспечивает отработку и испытание систем и приборов для дальних космических аппаратов, в том числе таких, как системы для фотографирования и передачи изображения планет.

В настоящее время достаточно разработаны два основных способа получения изображения планет с помощью космических аппаратов. Первый – телевизионный, при котором изображение на борту космического аппарата получается во время пролета мимо планеты в виде электрических сигналов, записанных на магнитную ленту с телевизионной трубки. Воспроизведение этой записи происходит в сеансах передачи на Землю.

Второй способ – фототелевизионный, при котором изображение планеты в момент пролета получается фотографированием на фотопленке, а передача изображения с фотопленки обеспечивается фототелеграфным или телевизионным методом.

Обе системы имеют свои достоинства и недостатки.

В фототелевизионной – требуется иметь на борту аппаратуру для проявления и обработки фотопленки. Кроме того, как известно, непроявленные фотоэмульсии весьма чувствительны к космической радиации и не выдерживают длительного пребывания в космосе даже при довольно массивной экранировке.

Однако у фототелевизионных систем есть свои неоспоримые достоинства: во-первых, возможность получения относительно простыми и надежными способами большого количества кадров при очень высокой четкости изображения и, во-вторых, возможность изменять четкость и стандарт разложения при передаче на Землю в зависимости от условий работы.

Эти свойства весьма полезны при работе на межпланетных расстояниях, так как появляется возможность передачи в ускоренном режиме большого количества кадров с пониженным стандартом четкости, а затем после выбора наиболее ценных из них обеспечивается передача с высокой четкостью.

В результате ряда работ, проведенных в Советском Союзе, была создана новая малогабаритная фототелевизионная система, предназначенная для фотографирования и передачи изображения планет и обеспечивающая работу в условиях длительного космического полета. В этой системе полностью решен вопрос надежной защиты фотопленки от воздействия космической радиации.

Как было сообщено, фотографирование Луны производилось с борта автоматической научной станции «Зонд-3» 20 июля между 4 час. 24 мин. и 5 час. 32 мин. по московскому времени.

Команда на начало сеанса фотографирования была выдана с Земли в 3 час. 57 мин. во время приближения станции к Луне. Все дальнейшие операции проходили автоматически без вмешательства с Земли. Сразу же после команды система ориентации начала поиск Луны и разворот станции таким образом, чтобы объектив фототелевизионной системы был направлен на освещенную часть Луны. Одновременно началось проведение подготовительных операций с фототелевизионной аппаратурой. Через 14 минут включилась система протяжки пленки и началась перемотка ракорда.

Фотографирование Луны началось на 28-й минуте и продолжалось несколько более часа. Автоматическая обработка фотопленки производилась одновременно с процессом фотографирования. Обработанная пленка поступала непосредственно в систему передачи изображения в виде, пригодном для передачи.

Съемка Луны производилась с интервалами между кадрами примерно в две с четвертью минуты. За время фотографирования было получено 25 снимков лунной поверхности.

Количество кадров определялось тем, что на станции «Зонд-3» была установлена аппаратура, предназначенная для фотографирования планет. Однако при выбранном угле зрения объектива имелась значительная повторяемость участков поверхности Луны на соседних кадрах, и 25 снимков при имеющейся четкости оказалось более чем достаточно для получения всей фотографируемой области с хорошим разрешением деталей.

Фотокамера станции «Зонд-3» работала с объективом с фокусным расстоянием 106,4 миллиметра при относительном отверстии 1 : 8. Фотографирование производилось на специальной пленке шириной 25 миллиметров с экспозициями ¹/₁₀₀ и ¹/₃₀₀ секунды.

Передача изображений производится в сеансах связи при работе через остронаправленную параболическую бортовую антенну, рассчитанную для работы на больших дальностях.

Время передачи одного кадра при четкости 1100 строк составляет 34 минуты. Это время было выбрано также исходя из условий работы на межпланетных расстояниях.

Бортовая аппаратура станции «Зонд-3» позволяет изменять время передачи кадра и четкость как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. В частности, была осуществлена передача всех кадров в режиме быстрого просмотра на низком стандарте разложения со скоростью один кадр за 2 минуты 15 секунд. Это позволило оценить качество всех кадров и выяснить, какие из них наиболее интересны по сюжету.

В настоящее время проводятся сеансы повторной передачи изображений наиболее интересных кадров, снятых с различных точек трассы пролета. В дальнейшем передачи будут повторены с больших расстояний.

Разрешите познакомить вас с предварительными результатами изучения новых фотографий обратной стороны Луны. Эти результаты получены группой ученых Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга под руководством профессора Ю. Н. Липского.

Обстоятельства фотографирования, выбранные для «Зонда-3», как указывалось, отличаются от условий фотографирования «Луны-3». Тогда, шесть лет назад, эксперимент по фотографированию другого небесного тела и передаче телеизображений на Землю ставился советскими учеными впервые в истории человечества. Была отснята огромная территория площадью свыше 10 миллионов квадратных километров, но ¹/₃ невидимого полушария Луны после фотографирования 1959 года оставалась еще неисследованной. Она-то и была сфотографирована станцией «Зонд-3».

Новые фотографии имеют исключительно высокое качество. Фототелевизионный комплекс на борту станции «Зонд-3» обеспечил не только разложение каждого кадра на 1100 строк, но и большую фотографическую широту. Фотометрическое устройство (на снимках его изображение расположено в левом нижнем углу) позволяет измерять яркости сфотографированных лунных образований. На изображениях прекрасно видны полутоновые переходы, передающие особенности конфигурации деталей. Фотографии вполне сопоставляемы со снимками видимой стороны, полученными на современных астрографах земных обсерваторий. Теперь можно выявить не только факт существования большого числа деталей, по и исследовать особенности строения лунной поверхности. Таким образом, в настоящее время мы располагаем подробной информацией практически о всей поверхности Луны.

Прежде всего следует отметить, что новые фотографии полностью подтвердили ранее сделанный вывод о малом количестве на обратной стороне Луны протяженных темных впадин, по традиции называемых морями. В то время как северная часть обращенного к Земле полушария Луны покрыта в основном морями, северная часть обратной стороны Луны занята гигантским материком – т. е. светлой возвышенностью, покрытой кратерами. Этот материк значительно превосходит по размерам своего антипода – южный материк видимого полушария.

Исключительный интерес представляют обнаруженные на обратной стороне мореподобные образования, которые следовало бы назвать талассоидами. Они представляют собой обширные впадины, дно которых усеяно кратерами. По своим размерам эти впадины сравнимы с морями – их поперечники достигают 500 километров. Однако дно их отличается структурой и не имеет характерной для морей темной окраски. На видимой стороне Луны мы не встречаем столь четко выраженных гигантских впадин. Сходство с некоторыми талассоидами имеет сильно разрушенный кратер Деландр, расположенный недалеко от известного лучистого кратера Тихо, и, возможно, самый большой из кратеров видимой стороны Байи.

Советский селенолог А. В. Хабаков неоднократно обращал внимание на своеобразную впадину, занимаемую частично Морем Нектара. Можно считать, что эта впадина в прошлом была гигантским талассоидом с поперечником в 1200 километров, окаймленным горами Пиренеи и Алтай. Часть талассоида, залитая впоследствии лавой, и носит название Моря Нектара.

Уже сейчас, после проведения первых статистических оценок, можно констатировать, что ранее сделанный вывод о высокой концентрации кратеров на обратной стороне подтвердился. На вновь полученных фотографиях уже выявлено более тысячи образований. В частности, на поверхности обратной стороны Луны, отображенной на снимках, насчитывается свыше 600 кратеров поперечниками от 5 до 20 километров, около 200 кратеров – от 20 до 50 километров, около 40 кратеров – от 50 до 100 километров и около десятка кратеров свыше 100 километров в диаметре. Наименьшие различаемые на снимках кратеры имеют поперечник около 3 километров. Исследованные кратеры имеют типичную для Луны в целом форму, причем встречаются кратеры с центральными пиками и кратеры – центры лучевых систем.

Исключительно интересными представляются цепочки кратеров большой протяженности, не встречающиеся на видимом полушарии. Их образуют кратеры средних размеров поперечниками в 10 – 30 километров. Некоторые из кратерных цепочек, расходящихся, по-видимому, из светлого материкового района к северу от Моря Восточного, имеют протяженность 600 километров и более.

Также важно отметить, что отображенная на фотографиях материковая область богата полутоновыми оттенками. Так, среди гористых светлых районов встречаются частные потемнения, не связанные с изменением видимой структуры.

Особо следует сказать о темном пятне в правой нижней части снимков. Небольшая доля его была известна по наблюдениям с Земли под названием Моря Восточного. Теперь впервые мы можем судить об истинной конфигурации этого образования. Как уже отмечалось, в непосредственной близости от него расположены темные полосы Моря Осени и Моря Весны. Теперь к ним можно прибавить два темных образования, ранее не наблюдавшихся с Земли. Кроме того, заметим, что основанное на визуальных наблюдениях предположение о существовании южнее Моря Восточного еще одного моря, условно названного Мелким, новыми фотографиями не подтверждено.

Наличие на снимках большого числа деталей, относящихся к видимому с Земли полушарию, позволило осуществить привязку новых образований в единой селенографической системе координат.

Совместное рассмотрение материалов фотографирования обратной стороны Луны 1959 года и последних снимков, сделанных «Зондом-3», подтверждает известный вывод об асимметрии Луны относительно плоскости, делящей ее на видимое и невидимое полушария: на обратной стороне мало морей, и вся она более светлая и гористая.

Вновь полученные фотографии обладают таким огромным объемом информации, что полная их обработка потребует весьма длительного времени.

В заключение от имени астрономов, занимающихся изучением Луны и планет, позволю себе поблагодарить создателей космического корабля «Зонд-3» – талантливых творцов советской космической техники. Благодаря им мы можем сегодня сказать: обратная сторона Луны перестала быть загадкой.

В то время как на видимом полушарии так называемые моря, т. е. более темные и ниже лежащие равнины, покрывают около 40 процентов поверхности, на обратной стороне площадь морей не составляет и 10 процентов поверхности. Новые снимки, охватывающие примерно третью часть площади обратной стороны Луны, которая не была покрыта прежними фотографиями «Луны-3», полностью подтверждают такое отличие – на них нет ни одного сколько-нибудь протяженного моря.

Были сделаны попытки объяснить такое различие, которое, как казалось, должно быть как-то связано с Землей и ее влиянием на видимую сторону. Прежде всего подумали о гравитационном воздействии Земли на Луну. Но ведь возникающая вследствие этого приливообразующая сила с точностью до доли процента одинакова на обоих полушариях, и поэтому приливных выступа бывает два: один со стороны притягивающего тела, в данном случае Земли, и другой, почти такой же величины,– с обратной стороны. Таким образом, этой причиной нельзя объяснить наблюдаемого различия.

Затем указывалось, что лишь на видимой стороне происходят лунные затмения, когда тень Земли надает на Луну и температура верхних слоев ее поверхности быстро, в течение какого-нибудь часа, падает более чем на сто градусов. Казалось, что такое быстрое охлаждение могло вызвать разрушение горных пород на Луне. Однако радионаблюдения показали, что поверхностный слой Луны обладает чрезвычайно малой теплопроводностью, подобно самому лучшему термоизоляционному материалу. Уже на глубине нескольких дециметров температура во время затмений остается постоянной.

Таким образом, влияние затмений могло бы привести к изменению структуры лишь самого верхнего покрова, а не столь большому различию в количестве морей, что представляет собой гораздо более глубокое изменение в строении лунной коры.

Наконец, упоминалось об экранирующем действии Земли в отношении метеоритов, падающих на видимую нам часть лунной поверхности, которое, очевидно, отсутствует для обратной стороны. Но здесь нужно отметить, что диск Земли, видимый с Луны, закрывает менее чем одну семитысячную часть всего небосвода, из каждой точки которого могут сыпаться на Луну метеориты. Поэтому такое экранирование ничтожно мало. Кроме того, Земля своим притяжением загибает пути метеоритов, пролетающих достаточно близко мимо Земли, в сторону, так сказать, «земной тени», что вызывает как раз противоположное действие, чем экранирование. Таким образом, мне представляется, что и это соображение отпадает.

Думается, что здесь дело идет не о внешнем воздействии, в частности Земли, а о каких-то внутренних причинах. Ведь и на Земле имеется очень резко выраженное различие в двух ее полушариях – восточного от западного. В восточном полушарии, где расположены большие материки Евразии и Африки, а также Австралии, целых 40 процентов поверхности занято сушей. В западном же полушарии обе Америки занимают лишь около 20 процентов всей площади. Между тем быстрое вращение земного шара вокруг оси выравнивает все внешние воздействия со стороны других тел солнечной системы, да и Галактики в целом. Стало быть, объяснение нужно искать во внутренних процессах, относящихся уже не к области астрономии, а к геологии и геофизике.

Кстати, еще несколько слов о метеоритах. Существуют две конкурирующих между собой теории происхождения наиболее приметных образований на Луне – кратеров и кольцевых гор, или цирков. Одна теория приписывает их возникновение падению гигантских метеоритов, оставивших следы наподобие столь знакомых нам воронок от разрывов авиабомб. Притом образовавшиеся в течение многих миллионов лет кратеры сохранились на Луне практически неизменными благодаря отсутствию воды и воздуха, вызывающих на Земле эрозию. Другая теории уподобляет лунные кратеры земным вулканам, или, лучше говоря, прошлой вулканической деятельности, которая согласно последним наблюдениям и по сей час еще не вполне прекратилась.

В пользу метеоритной теории говорит то, что и на Земле найдено гораздо больше следов падения больших метеоритов вроде знаменитого Тунгусского метеорита, который, быть может, представлял даже остатки кометы, и, кроме известных метеоритных кратеров в Аризоне и на эстонском острове Сарема, очевидно, сравнительно недавнего происхождения и поэтому хорошо сохранившихся, обнаружено довольно много остатков уже разрушенных эрозией метеоритных воронок. Однако статистика распределения кратеров на Луне показала большую неравномерность и даже небольшой избыток кратеров на той стороне Луны, которая находится позади в ее движении вокруг Земли, т. е. там, где метеориты должны догонять Луну, и поэтому, казалось бы, должны были падать реже.

На новых фотографиях обратной стороны Луны, полученных межпланетной станцией «Зонд-3», с поразительной отчетливостью видны во многих местах цепочки кратеров вдоль длинных трещин, которые, очевидно, могли возникнуть только в результате вулканической деятельности. Конечно, есть на Луне и кратеры метеоритного происхождения, но они по преимуществу сравнительно небольших размеров и играют лишь подчиненную роль по сравнению с более крупными образованиями вулканического происхождения.

Новые советские снимки обратной стороны Луны намного приближают нас к разгадке вопросов о структуре ее поверхности и о происхождении различных образований на ней.