 |
БОРЬБА ЗА СКОРОСТЬ
нженер-конструктор И. А. Меркулов, один из создателей первого прямоточного воздушно-реактивного двигателя, считает, что решение задачи космических сообщений явится логическим развитием сегодняшней скоростной авиации. Постепенный рост скоростей и высот, достигнутых человеком, приведет к созданию сначала сверхвысотных самолетов, способных летать в ионосфере, затем — искусственного спутника, а после этого и к созданию аппарата, который сможет совершить полет к Луне или даже к Марсу.
С этим утверждением можно согласиться только отчасти. Космический полет по самой своей сути принципиально отличается от полета в атмосфере Земли. Космическим полетом называется полет, при котором созданный человеком аппарат движется вне атмосферы под влиянием сил двоякого рода: во-первых, сил инерции, сообщенных аппарату работой реактивных двигателей, во-вторых, сил всемирного тяготения. Современные летательные аппараты всегда в большей или меньшей степени используют для полета атмосферу, как аэропланы, или испытывают сопротивление воздуха, как высотные ракеты. Поэтому все эти полеты принципиально отличаются от полета космического.
Поэтому и нельзя ожидать постепенного перерастания авиации атмосферной в авиацию космическую. Пути развития той и другой по временам сближались, перекрещивались, но уже сегодня разошлись, и чем дальше, тем больше будут расходиться. Генеалогическую линию самолета надо начинать с идей Леонардо да Винчи и модели вертолета М. В. Ломоносова, проводить через аэродинамические исследования Н. Е. Жуковского, через реальные конструкции турбомоторных и реактивных самолетов вплоть до сегодняшних сверхзвуковых машин.
Развитие же космического корабля начинается с пороховой ракеты — всем известной игрушки, изобретенной в Китае в незапамятные времена — проходит через работы К. Э. Циолковского и ведет через сегодняшние составные жидкостные ракеты, которые уже далеко перекрыли достижения авиации и по скорости и по высоте полета и которые нельзя считать логическим развитием авиации. Видимо, эти ракетные аппараты и явятся прямыми предками грядущих космических кораблей.
Вместе с тем было бы неправильно считать, что развитие авиации не способствовало развитию высотной ракетной техники, что авиация не осуществила своим опытом разведку полета вообще, что целым рядом интереснейших технических решений, найденных в авиации, не пользуются конструкторы высотных ракет и не воспользуются конструкторы космических кораблей. И в этом плане развитие авиации, ее современное состояние и главным образом современное состояние реактивного двигателя, принятого на вооружение современной авиацией, не может не представить огромного интереса для астронавтики.
Авиация и астронавтика — родственные области науки и техники. Было время, когда развитие первой подготовляло путь для второй; настанет время, когда вторая поделится своими достижениями с первой и поможет ее дальнейшему развитию.
Развитие авиации было стремительным, торжество ее — беспримерным в истории. Ни одна отрасль науки и техники никогда до этого не развивалась с такой быстротой и размахом.
За кратчайший исторический срок в авиации сменился целый ряд двигателей. Первые изобретатели пытались ставить на свои самолеты паровую машину. Ее скоро сменил двигатель внутреннего сгорания, достигший значительного совершенства. В последнее десятилетие он был вытеснен со скоростных самолетов реактивным двигателем. А в настоящее время в ряде стран ведутся работы по использованию в качестве самолетного двигателя атомного реактора.
Соответственно изменялась и предельная высота полета — так называемый «потолок» самолета.
Семейство реактивных двигателей (снизу вверх): 1 — пороховые ракеты и сегодня применяющиеся как дополнительные двигатели при взлете тяжело нагруженных воздушных кораблей. 2 — турбокомпрессорный реактивный двигатель — самый распространенный двигатель современной скоростной авиации. Встречный воздух сжимается компрессором а; в него в камере сгорания б впрыскивается горючее; газы горения вращают турбину в и, вылетая через сопло г, создают реактивную силу. 3 — в прямоточном реактивном двигателе встречный воздух, пройдя решетку а, попадает в камеру сгорания б, и газы горения выбрасываются через сопло в. 4 — жидкостный реактивный двигатель — двигатель будущих космических кораблей. Горючее а и окислитель б подаются турбонасосами в в смесительную камеру г. Горючая смесь сгорает в камере д, и газы горения вырываются в сопло е. Для привода турбонасоса используется перекись водорода ж.
 Боевые пороховые ракеты — близкие родственники осветительных ракет — были могучим оружием советских летчиков в борьбе против фашистских оккупантов |
Первые самолеты летали очень низко над землей — высота их подъема едва достигала нескольких десятков метров. К 1920 году «потолок» самолета поднялся до 4000 метров. Сегодня он превзошел 18 тыс. метров, хотя серийные самолеты, как правило, и не поднимаются на такую высоту.
История авиации — это в значительной степени история борьбы за скорость и высоту полета.
Первые самолеты имели скорость 40-50 километров в час, и это казалось тогда стремительным полетом. Всего 45 лет назад она не превышала 80 километров в час, а сегодня зарегистрированным рекордом скорости самолета является 1215 километров в час! Эта скорость почти равна скорости звука. Нерегистрируемые скорости на пикировании в высотных слоях атмосферы значительно превосходят и эту официальную скорость. Скорости же в 1100, 1200 километров в час стали обычными скоростями серийных скоростных самолетов.
Исследователи истории авиации начертили по годам кривую роста скоростей самолета. И вот оказалось, что получилась не плавная линия, на которой год за годом происходил рост скоростей на определенную величину, а волнистая линия с участками крутого роста, сменяемыми участками почти горизонтальными — роста скорости не происходило.
Ученые сопоставили эти участки крутого подъема с появившимися в те годы конструкциями самолетов, и оказалось, что они совпадали с моментом, когда в конструкцию самолета вводилось какое-либо серьезное техническое новшество.
Так, в 20-х годах быстрый рост скоростей самолетов объясняется переходом от тонкого крыла к толстому, в котором можно было спрятать шасси с колесами, что в значительной степени уменьшало сопротивление самолету потока воздуха. Следующий скачкообразный рост скоростей в первой половине 30-х годов совпадает с введением наддува в цилиндры двигателя. До этого двигатель вынужден был «дышать» забортным воздухом, который чем выше, тем становился разреженнее. Двигатель «задыхался» в этом разреженном воздухе, терял мощность. И самолет не мог использовать из-за этого преимуществ, даваемых уменьшившимся сопротивлением воздуха.
 Двигатели этих скоростных реактивных самолетов — ближайшие родственники двигателей будущих космических кораблей |
Введение наддува обеспечило двигателю самолета возможность и в разреженных слоях атмосферы «дышать» уплотненным воздухом. И скорость самолета повысилась на добрых 150-200 километров в час.
Но самый большой и резкий скачок кривой роста скоростей самолетов произошел где-то около 1945 года. Это в авиацию пришел реактивный двигатель. Скорость самолета поднялась на 250-300 километров в час. Замена поршневого двигателя на самолете реактивным двигателем была подлинной технической революцией. Вместе с тем это момент, когда линии развития авиации и астронавтики сблизились и пересеклись, взаимно обогащая друг друга.
Первое и основное преимущество реактивного двигателя перед поршневым состояло в чрезвычайно высокой мощности при небольшом весе. Борьба за снижение «удельного веса» авиационного двигателя — снижение веса двигателя на единицу развиваемой мощности — велась очень давно. Если в 1910 году «вес 1 лошадиной силы» составлял свыше 2,5 килограмма, то к 1950 году — за 40 лет — он упал до 0,4 килограмма.
Мощность реактивного двигателя имеет несколько иное выражение, чем у поршневых двигателей, поэтому сравнение «удельных весов» поршневых и реактивных двигателей несколько затруднительно. Однако все же некоторое сравнение возможно. Так, если взять обычный авиационный жидкостный реактивный двигатель весом в 150 килограммов, развивающий силу тяги до 3000 килограммов, то при скорости полета в 2000 километров в час полезную тяговую мощность такого двигателя следует считать равной примерно 22 тыс. лошадиных сил. Значит, каждая лошадиная сила этого двигателя «весит» всего 6 граммов — в несколько десятков раз меньше, чем у лучших поршневых двигателей.
О возможностях, которые открыл реактивный двигатель авиации, говорит такой факт. В настоящее время в авиации не редки реактивные скоростные самолеты с тяговым усилием двигателей в 4300 килограммов. Пересчет показывает, что при обычной для таких самолетов скорости в 1100 километров в час это тяговое усилие эквивалентно мощности поршневого двигателя в 35 тыс. лошадиных сил. Даже самые лучшие поршневые двигатели с «удельным весом» всего в 400 граммов на лошадиную силу, развивающие такую мощность, должны весить около 14 тонн. Между тем общий взлетный вес скоростного реактивного самолета с рассматриваемыми характеристиками может быть меньше 14 тонн, а вес самих реактивных двигателей едва ли превосходит 3 тонны.
Современные авиационные реактивные двигатели очень отличаются от тех двигателей, которые будут работать на космических кораблях. Однако многое из этих двигателей может быть освоено и использовано двигателями космических кораблей. Это относится и к жаропрочным материалам и к форме камер сгорания и сопел и т. д.
Посмотрим, как устроены и работают современные авиационные реактивные двигатели.
Предложенный К. Э. Циолковским ракетный двигатель, работающий на жидком топливе, содержал в своих баках все — и горючее и окислитель. Он был рассчитан для работы в безвоздушном пространстве; для этой цели предложенная Циолковским конструкция была единственно возможной и единственно правильной.
Но ведь самолет рассчитан для полета в воздухе, в котором вполне достаточно кислорода для горения любого практически применяемого топлива. Поэтому не следует возить с собой на самолете окислитель, который можно брать прямо из атмосферы.
В том, что реактивный двигатель самолета использует в качестве окислителя кислород воздуха, а ракетный двигатель космического корабля должен будет взять его с собой — основная разница между ними.
...С прозрачного синего неба, в котором, словно подчеркивая его синеву и прозрачность, лишь кое-где плавают легкие кучевые облачка, доносится гул самолета. Люди поднимают головы, смотрят в сторону этого гула, стараясь увидеть его источник. Но небо в той стороне чисто. И только совсем в стороне случайно некоторые замечают черную точку, несущуюся по небосклону. Вот она качнулась в воздухе, и в лучах солнца сверкнули серебристые крылья. Она изменила движение и пошла почти вертикально вверх. Вот она почти растаяла в голубом просторе. А звуки доносятся к нам из той части неба, в которой ее уже давно нет. Это летает реактивный самолет.
Еще несколько стремительных разворотов в воздухе, мертвых петель, вертикальных взлетов и падений — и, стремительно снизившись, краснозвездный самолет уже бежит по бетонной дорожке аэродрома. У него красивое тонкое тело, узкие, отброшенные назад, крылья, высоко поднятое хвостовое оперение. Он похож на метательный снаряд, на стрелу, выбрасываемую гигантской катапультой. И полет его — отнюдь не парение в воздухе прежних самолетов. Воздух больше мешает, чем помогает его полету...
В передней части корпуса самолета большое круглое отверстие. Когда самолет движется с большой скоростью, в это отверстие попадает встречная струя воздуха. Она сразу же поступает на лопасти компрессора, вращающиеся со скоростью 14-15 тыс. оборотов в минуту. Компрессор сжимает воздух, делает его более плотным. Этот сжатый воздух направляется в камеры сгорания, в которые вбрызгивается и жидкое топливо. Оно смешивается с воздухом и моментально сгорает. Температура в камере сгорания поднимается выше 1500°, и этот раскаленный поток сжатых газов устремляется в выхлопные сопла. Но на пути их встречается неожиданное препятствие — лопасти газовой турбины. Огненный вихрь ударяет в них и заставляет вращаться. Эта турбина и приводит в движение компрессор, который сжимает входящий в двигатель воздух. Пройдя турбину, поток раскаленного газа попадает в выхлопное сопло.
Сопло устроено расширяющимся к выходному отверстию. В таком расширяющемся сопле по мере продвижения газов от наиболее узкого места к широкому газы расширяются, снижаются их температура и давление, но непрерывно растет скорость движения. А мы уже знаем, что чем больше скорость выхлопных газов, тем больше будет тяга двигателя, тем он будет мощнее.
Современный реактивный авиационный двигатель — двигатель высоких параметров. Свыше 1500° температура в его камере сгорания, сотни и тысячи метров в секунду — скорость газовых потоков в реактивном сопле, 15 тыс. оборотов в секунду — скорость вращения дисков компрессора и турбины.
Вместе с тем реактивный двигатель очень прост по своему устройству. У него нет частей, совершающих возвратно-поступательное движение, как у поршневого двигателя, нет или почти нет зубчатых и других передач. Даже в тех случаях, когда на валу такого двигателя устанавливают впереди пропеллер, это не требует сложных устройств, вроде тех, что существуют у поршневых моторов для превращения возвратно-поступательного движения во вращательное.
Но, конечно, торжество реактивного двигателя в авиации еще отнюдь не означает окончательной смерти поршневого двигателя. Реактивный двигатель в настоящее время еще несколько менее экономичен, чем поршневой. Поэтому он применяется главным образом в тех случаях, когда необходимо развить высокую скорость полета. На малых же скоростях полета, километров до 750 в час, еще долго основным видом самолетного двигателя будет поршневой двигатель внутреннего сгорания.
Современная техника знает несколько видов реактивного двигателя. Мы здесь рассказали о так называемом турбореактивном двигателе (сокращенно — ТРД), наиболее широко распространенном в наше время. Такой двигатель наиболее удобен, экономичен для работы на скоростях свыше 750 километров в час и до 1500 километров в час.
При более высокой, чем последняя названная скорость целый ряд деталей реактивного двигателя становится ненужным, лишним. Двигатель еще упрощается.
В первую очередь отпадает необходимость в компрессоре. При скоростях свыше 1500 километров в час воздух специально сжимать уже не надо; он достаточно уплотняется стремительным движением самолета. Отпадает необходимость и в газовой турбине. Двигатель превращается по существу в трубу, в головное отверстие которой врывается сжатый движением воздух, в середине производится впрыскивание топлива и его сгорание, а задняя часть представляет собой расширяющееся сопло. Вообще никаких вращающихся и движущихся частей (если не учитывать насосов для подачи горючего) не содержит такой двигатель. Он называется прямоточным воздушно-реактивным двигателем (сокращенно— ПВРД).
ПВРД — двигатель будущего, двигатель сверхзвуковых самолетов.
Есть и другие системы реактивных двигателей: пульсирующий, с открывающимися и закрывающимися клапанами, турбовинтовые, снабженные в качестве движителя не только соплом, но и винтом, пороховые, работающие на твердом топливе, и т. д. Но они удобны при более низких скоростях, чем ТРД и ПВРД. В решении проблемы космических полетов они не сыграли и, по всей вероятности, не сыграют никакой роли.
А какое же значение могут иметь для решения проблемы космических полетов турбореактивный и прямоточный воздушнореактивный двигатели? Ведь они могут работать только в атмосфере, да и то не более чем до высоты в 40-50 километров. Дальше воздух становится столь разреженным, что его практически ни на какой скорости нельзя уже сжать до плотности, достаточной для горения топлива.
Но ведь этот первый участок пути — 40-50 километров сквозь атмосферу — и есть самый трудный участок. Большая часть горючего современной высотной ракеты тратится именно на преодоление этого участка пути.
Один из советских деятелей астронавтики, Н. А. Варваров, предложил применить для преодоления этого участка пути именно наиболее экономичные и удобные здесь турбореактивные и прямоточные воздушнореактивные двигатели.
Вот как представляет он себе взлет космического корабля.
Гигантский крылатый корабль с широкими крыльями, в которые вмонтированы прямоточные воздушнореактивные двигатели и под которыми в специальных кабинках подвешены турбореактивные двигатели, встанет у края наклоненной, устремленной ввысь эстакады, похожей на половину моста, ведущего в небо, но почему-то не достроенного его создателями.
Почти 5 километров будет длина этого моста — стартовой площадки для космического полета.
Крылатый корабль, очень похожий на сверхтяжелый самолет и не похожий на космическую ракету, какой мы ее себе сегодня представляем, не включая двигателей, помчится по эстакаде, увлекаемый специальной стартовой тележкой. Достигнув края эстакады, он, как камень, брошенный из пращи, полетит по воздуху. И вот тогда-то включаются турбореактивные двигатели, подвешенные под его крыльями. Они подхватят гигантский самолет и понесут его вперед и ввысь, все ускоряя скорость полета. До высоты около 20 километров и до скорости порядка 1500 километров в час поднимут и разгонят они корабль. А когда будут достигнуты эти величины, они отцепятся от широких крыльев самолета и спустятся на парашютах вниз.
Так представляют себе некоторые ученые старт космического корабля. Целый ряд двигателей сменит он на пути в небо. Первоначальную скорость ему придает, сбросив его с наклонной эстакады, электрическая платформа. Турбореактивные двигатели, подвешенные под крыльями, пронесут корабль со все возрастающей скоростью сквозь плотные слои атмосферы. Затем включаются прямоточные воздушно-реактивные двигатели, а сменит их жидкостный реактивный двигатель, и только вторая ступень жидкостной ракеты отправится в космический рейс. Отработавшие двигатели и части космического корабля будут сбрасываться |
На смену им включаются прямоточные воздушнореактивные двигатели, вмонтированные в крылья. Все выше и выше поднимают они самолет, все больше растет его скорость. Где-то на высоте около 50 километров, сообщив самолету скорость до 5000 километров в час, выключатся они и отвалятся вместе с большей частью широких крыльев корабля, уже не нужных ни в качестве «опоры» на воздух, ни в качестве баков для горючего.
И сразу корабль перестанет быть похожим на самолет и приобретет сходство с космической ракетой. Довершая сходство, включается его жидкостный ракетный двигатель еще разгоняя корабль и унося его ввысь. Может быть, не одна ступень, а две или три ступени жидкостных реактивных двигателей будет включаться последовательно. Но уже первая из этих ступеней включается не у Земли, а там, где почти нет атмосферы, и тогда, когда корабль набрал значительную часть космической скорости, когда он сделал первый шаг на пути к звездам.
Развивая свою идею, Варваров считает, что переход с одного типа двигателя на другой в дальнейшем можно будет осуществлять, не сбрасывая двигатели, а меняя корабли. Космический корабль для взлета с Земли превращается в целую серию аэропланов, предназначенных для полета на разных высотах и с разными скоростями. Сыграв свою роль, эти самолеты, ведомые собственными экипажами, опускаются на Землю.
Идея Н. А. Варварова — сменять на различных этапах взлета тип двигателя — бесспорно содержит рациональное зерно. В настоящее время имеются уже довольно детально разработанные проекты высотных ракет, в которых использована эта мысль. Так, в иностранной печати имеются сообщения о проекте составной ракеты для запуска искусственного спутника, первая ступень которого состоит из турбореактивных двигателей, подобных тем, что устанавливаются на современных реактивных самолетах. Это позволяет хотя бы на первом этапе пути использовать кислород не из баллонов, а из окружающего воздуха и тем самым несколько снизить взлетный вес составной ракеты.
 Вот он, жидкостный реактивный двигатель современной высотной ракеты. Такие же двигатели унесут в космическое пространство и первый межпланетный корабль |
Но все же основным двигателем космического корабля ближайшего будущего станет жидкостный ракетный двигатель. Его идею выдвинул К. Э. Циолковский в 1903 году. Через 40 лет после этого жидкостный ракетный двигатель поднял ракету уже на высоту около 200 километров. Сегодня эта высота больше чем удвоена.
Устройство жидкостного ракетного двигателя просто. Никаких принципиальных изменений не смогли внести в него конструкторы и через 50 лет после рождения идеи.
И окислитель и горючее несет жидкостная ракета в своем корпусе. Они, конечно, разделены там, содержатся в разных баках. Наиболее часто в качестве горючего применяются спирты — метиловый и этиловый, реже бензин. В качестве окислителя обычно используют кислород.
Рассмотрим в качестве примера устройство жидкостной ракеты «Фау-2».
Два бака — со спиртом и с кислородом — заполняют основную часть корпуса ракеты.
Из этих баков трубопроводы ведут в камеру сгорания. В эти трубопроводы включены мощные насосы. Ведь свыше 125 килограммов топлива должны подать эти насосы в камеру сгорания за каждую секунду работы мотора. Приводятся они в движение от своего собственного двигателя — газовой турбины, работающей на перекиси водорода.
Перекись водорода для работы турбины насосов заключена в специальном баллоне. Из него перекись водорода поступает в небольшую собственную камеру сгорания, где под действием перманганата натрия она быстро разлагается на пар и газ. Эта паро-газовая смесь, имеющая сравнительно высокую температуру и давление, и вращает газовую турбину насосов. Жидкий кислород насосы подают сразу в камеру сгорания. Спирт сначала прокачивается сквозь специальные полости, окружающие сопло и камеру сгорания, и охлаждает их. Если бы не это охлаждающее действие горючего, стенки камеры сгорания и сопла расплавились бы. Ведь температура газов в камере сгорания поднимается почти до 3000°, а температура стенок при этом не превосходит 1000°.
Обеспечив охлаждение наиболее накаленных частей двигателя, спирт поступает в камеру сгорания через форсунки, находящиеся в ее задней части. Крохотные форсунки с топливом окружают большую форсунку, через которую поступает кислород.
Ежесекундно в камере сгорания вступают в реакцию свыше 125 килограммов топлива — спирта и кислорода. Раскаленные газы горения устремляются через расширяющееся сопло наружу. Скорость истечения газов горения у современных жидкостных ракетных двигателей превосходит 2000 метров в секунду. Такой двигатель развивает тягу в несколько десятков тысяч килограммов. Проработав несколько десятков секунд, двигатель поднимает ракету на высоту 150-200 километров.
В верхнем отделении обтекаемого с заостренным носом корпуса ракеты размещается полезный груз. В послевоенные годы им обычно бывают приборы для исследования верхних слоев атмосферы.
 Несколько цистерн с топливом — заряд современной крупной высотной ракеты |
Как видим, жидкостный ракетный двигатель устроен почти так же просто, как и прямоточный воздушнореактивный двигатель. В нем также нет движущихся частей, если не считать насосов для подачи топлива и турбинки, приводящей их в движение.
Жидкостный ракетный двигатель в настоящее время является единственным двигателем, с помощью которого человек поднимает свои приборы в самые верхние слои атмосферы. Этот двигатель будет, вероятно, первым двигателем, который унесет сначала приборы, а затем и людей в первые космические полеты. Может быть, освоение Луны и первые разведочные полеты вокруг ближайших планет можно будет осуществить с помощью этого двигателя.
Над жидкостным реактивным двигателем еще много будут работать ученые и инженеры, совершенствуя его, стараясь выжать из него все его возможности. Это и понятно: на него возлагаются не малые надежды, и нет сомнения, что он их не обманет. Но более отдаленное будущее космических сообщений принадлежит не ему. Оно принадлежит атомной ракете.
Всю жизнь искал К. Э. Циолковский наиболее энергоемкие топлива для космического корабля, которые бы, занимая мало места, содержали большое количество энергии. Лучшими из известных ему топлив были водород в качестве горючего и кислород в качестве окислителя. Именно на этом топливе и испытывались самые первые образцы жидкостных ракет.
Последователь К. Э. Циолковского Ю. В. Кондратюк предложил заменить обычный кислород трехатомным — так называемым озоном. По сравнению с кислородом озон может обеспечить большую энергоемкость. Кондратюк же предложил добавлять к жидким горючим твердые, сжигать в камере реактивного двигателя металлы. Но все эти горючие не обеспечивали окончательного решения задачи.
Теперь топливо, которое сможет обеспечить взлет ракеты с Земли, ее посадку на соседней планете и возвращение на Землю без заправок в пути и не особенно перегружая космический корабль, есть. Это — атомное горючее.
Однако атомное горючее обладает целым рядом специфических особенностей. Применять его для ракетного двигателя не так-то просто.
При расщеплении ядра атома урана во все стороны излучаются так называемые гамма-лучи, обладающие большой проникающей способностью, разрушительно действующие на организм человека. Мы еще не знаем никаких средств защиты от этих лучей, кроме как экранироваться от них толстым слоем бетона. Вес такого экрана составляет несколько тонн на квадратный метр его площади. Найти эффективные способы защиты от этих лучей — одна из важнейших нерешенных задач, без которых невозможно рождение атомной ракеты.
 Настанет время, и в небо поднимутся сверхскоростные ракетные самолеты, работающие на атомном горючем. Вот одна из возможных схем работы такого двигателя. Воздух поступает в компрессор 1, и в него вводится урановая пыль. Из компрессора эта смесь поступает в реактор 2, состоящий из ряда графитовых сопел. В распыленном уране начинается ядерная реакция, температура смеси резко повышается, и она устремляется в циклон 3, где выделяется направляемая для дальнейшего использования по трубе 4 урановая пыль. А сжатый, нагретый до высокой температуры, воздух проходит газовую турбину 6 и попадает в сопло 5, создавая реактивную тягу |
При расщеплении ядра атома урана осколки его движутся в разные стороны со скоростями в несколько десятков тысяч километров в секунду. Кинетическая энергия этих осколков переходит в тепловую, и металл в реакторе — так называют устройства, в которых искусственно осуществляются реакции распада ядер — нагревается до высокой температуры. Реактор приходится постоянно интенсивно охлаждать. Тепло, уносимое с охлаждающим реактор веществом, и является в настоящее время единственным, которое мы научились полезно использовать. Ни лучистой энергии, выделяющейся при расщеплении атомного ядра, ни кинетической энергии осколков ядра мы непосредственно ни улавливать, ни превращать в другие виды энергии для полезного использования еще не умеем.
Проекты атомных реактивных двигателей, уже опубликованные в печати, исходят из возможности использовать только тепловую энергию распада ядра атома. При этом во всех этих проектах предусматривается необходимость иметь на борту корабля, кроме атомного горючего, большой запас теплоносителя — вещества, которое, будучи нагрето до высокой температуры в атомном реакторе, разгоняется потом в сопле и выбрасывается наружу, как газы горения в жидкостной ракете.
Согласно одному из таких проектов, атомный космический корабль будет иметь в головной части помещение для пассажиров, а вся средняя его часть будет заполнена рабочим веществом — теплоносителем. В качестве этого вещества предполагается использовать водород, обладающий большой теплопроводностью, в связи с чем его, видимо, можно будет легко и быстро нагреть до высокой температуры.
В задней части ракеты находится атомный реактор. Баки с теплоносителями являются заслонкой, защитой от излучаемых им вредоносных гамма-лучей.
Здесь же, рядом с атомным реактором, находится теплообменник, заменяющий камеру сгорания. В нем тепло, вырабатываемое в атомном реакторе, передается водороду, раскаленная струя которого, так же как и в обычном жидкостном реактивном двигателе, выбрасывается в расширяющееся сопло.
Теплообмен между атомным реактором и рабочим телом — водородом — один из наименее разработанных и наиболее сложных элементов этого проекта.
Ведь от реактора водороду надо передать огромные количества тепла, чтобы струю его разогреть за те краткие мгновения, что она проходит теплообменник, до 8000-10 000°. И при этом надо обеспечить интенсивное охлаждение всех элементов двигателя, которые, конечно, не смогут выдерживать такой температуры. А для того, чтобы нагреть до этой температуры водород, надо, повидимому, иметь еще более высокую температуру в самом реакторе. Задача эта, с точки зрения сегодняшней техники, почти неразрешима.
Представляет интерес такая схема теплообменника. Уран, нагретый в реакторе до температуры, при которой он переходит в газообразное состояние (однако, так как он занимает прежний объем, реакции ядерного расщепления в нем не прекращаются ни на минуту), тонкой струйкой впрыскивается в теплообменник, представляющий собой нечто вроде обычной камеры сгорания. В эту же камеру вбрызгивается жидкий водород. Парообразный уран, имеющий чрезвычайно высокую температуру, передает свое тепло водороду и конденсируется в крохотные капельки жидкого металла, которые подхватываются током водорода и уносятся в расширяющееся сопло двигателя.
При движении по соплу все увеличивается скорость водородной струи, которая при этом охлаждается. Но по мере ее охлаждения все больше тепла передает ей уран, который во время этого движения из жидкого превращается в твердый, металлический. Крохотные пылинки этого урана, несколько отставая от потока водорода, продолжают двигаться к выходу из сопла. Но уран слишком дорог, чтобы выбрасывать его в качестве рабочего вещества.
Водородно-урановой струе в сопле придают вихревое движение. Центробежная сила отбрасывает тяжелые пылинки урана к периферии, где их уже не представляет труда собрать и направить обратно в атомный реактор. А струя водорода устремляется дальше, к выходу из сопла...
Американский ученый Е. Штудингер сообщил о другом интересном проекте ракеты, использующей свойства элементарных частиц. В качестве рабочего вещества он предлагает применить цезий или рубидий. Пары этих металлов ионизируются при столкновении с раскаленной платиновой сеткой, разделяются на положительно заряженные ионы и несущие отрицательный заряд электроны. Эти частицы в мощном электромагнитном поле отделяются друг от друга и разгоняются в обычных ускорителях элементарных частиц до чрезвычайно высоких скоростей в десятки и сотни километров в секунду. Оба потока элементарных частиц, доведенных до столь высокой скорости, направляются параллельными путями в реактивное сопло и там они соединяются, образуя струю быстро летящих молекул газа, которая и создает реактивную силу...
Все это только самые первые, ориентировочные, зачастую технически очень трудно выполнимые идеи. По всей вероятности, многие из них будут отброшены в ходе развития техники, многие будут так переработаны, что их и узнать будет невозможно. Разве мог себе представить первобытный человек, впервые открывший способ добывания огня, как его открытие будет использовано в топке парового котла и в цилиндре двигателя внутреннего сгорания? Открыв энергию атома, мы еще и в самой малой мере не можем себе представить всех грядущих применений этой могучей силы, всех последствий, которые она принесет человечеству, и даже конкретно того, как будет работать атомный двигатель.
Может быть, научатся направлять в одну сторону — в сторону сопла все осколки урановых ядер, производя взрыв его ядер слой за слоем, как производим сжигание в ракете обычного пороха. Этот поток обломков атомных ядер, движущихся со скоростью в десятки тысяч километров в секунду, и будет двигать ракету.
Может быть, научатся получать из уранового реактора очень экономично, с большим коэффициентом полезного действия, непосредственно не тепловую, а электрическую энергию. Тогда выхлопное сопло космической ракеты превратится в соленоид гигантской силы, в своеобразную электропушку, «стреляющую» металлической пылью, которая, проходя внутри этого соленоида, его электромагнитным полем будет разгоняться до скорости 8-10 километров в секунду.
Но это все — догадки. Ясно одно: человек овладел сказочной силой расщепленного атома. И не далек день, когда он сумеет использовать эту силу и в двигателе космического корабля.
 |
ГЛАВА ПЯТАЯ
УПРАВЛЯЮТ АВТОМАТЫ
оследние минуты прощания... Фото— и кинорепортеры делают последние снимки, прокручивают последние метры киноленты. Гигантский космический корабль стоит в центре космодрома, готовый к вылету. Заполнены эффективнейшим горючим его баки, проверены радиоприемники, радиолокаторы, механизмы автоматического управления. Но еще не задраены люки, не отодвинуты от входов легкие алюминиевые лестнички. Толпа провожающих еще
заливает площадь космодрома.
Но вот до отлета остаются считанные минуты. Схлынула толпа, убрали в кожаные чехлы свои аппараты корреспонденты газет и журналов. Задраены люки. Связь с экипажем поддерживается теперь только по радио.
В кабине корабля также заканчиваются все приготовления. Экипаж ложится в мягкие пневматические гамаки, чтобы влияние перегрузки возможно меньше отразилось на организме. Глаза всех прикованы к часовому механизму, по которому медленно движется, обегая циферблат, отсчитывающая секунды стрелка. Вот ей осталось сделать только два круга — всего 2 минуты до старта, вот только один круг, вот — 30 секунд, 20, 10, 5... Стрелка становится строго вертикально...
Раздается грохот, корабль вздрагивает, и дрожь его корпуса ощущают пассажиры в своих мягких гамаках. Потом вдруг словно свинцовой тяжестью наливаются их тела. С трудом удается открыть глаза, высунуть язык, чтобы облизать высохшие губы. Корабль дрожит легкой дрожью, — это ощущение прежде всего доходит до сознания.
Но как медленно движется эта секундная стрелка часов! С начала работы двигателей она не обошла еще и половины круга. Значит, не прошло еще и полминуты. А ведь двигатели будут работать, сообщая кораблю космическую скорость в 11,2 километра в секунду, целых 110 секунд — почти 2 минуты! Не замедлилось ли движение стрелки часов от перегрузки? Но, нет, эти часы рассчитаны на работу и в значительно более сложных условиях, чем эта первая перегрузка.
Командир корабля в этих условиях ухитряется разговаривать с Землей.
— Все в порядке, — докладывает он. — Перегрузку экипаж переносит хорошо. Действительно, на тренировках, предшествующих полету, все члены экипажа переносили перегрузку, почти в полтора раза большую, чем сейчас, — до 140 метров в секунду за секунду в течение 2 минут. А сейчас перегрузка равна всего 100 метрам в секунду за секунду, или приблизительно 10g.
Но вот секундная стрелка почти обежала второй круг. И вдруг дрожь корабля внезапно исчезла, воцарилась почти хрустальная тишина. Значит, корабль уже находится на высоте 600 километров над Землей. Нужная скорость достигнута, и моторы выключены. Скорее расшнуровать пневматические гамаки и раскрыть шторы иллюминаторов!..
Но кто в течение всего этого времени управлял полетом? Кто включил и выключил двигатели, кто регулировал их работу, обеспечивая ускорение, не превышающее допустимого, то есть непрерывно уменьшал подачу топлива, так как масса ракеты непрерывно уменьшалась? Ведь капитан корабля, как и любой из команды, практически не мог выполнять этого.
Кораблем управляли автоматы. Командир корабля перед взлетом только установил допустимую перегрузку, необходимую конечную скорость. Все остальные включения, выключения, управление они осуществляют сами.
Часть из этих механизмов находится здесь, на борту корабля. Часть на Земле. А команды от них на борт корабля приходят по радио.
На борту корабля находится, в частности, регулятор ускорения. Он представляет собой груз, укрепленный на пружине. Чем больше ускорение, тем с большей силой прогибает этот груз пружину. А подача горючего в камеру сгорания связана с величиной этого прогиба. Если он превзойдет допустимую величину, подача уменьшится. Если прогиб станет меньше допустимого, подача увеличится.
Определение скорости корабля осуществляется с Земли. За кораблем все время следят внимательные лучи радиолокаторов. Радиоимпульсы незримо касаются корабля и, отразившись, возвращаются на Землю. По времени, прошедшему с рождения радиосигнала до возврата его эхо на Землю, судят о расстоянии до корабля. А по разнице в расстояниях между двумя соседними радиолучами — о скорости его перемещения.
Когда корабль далеко улетит от Земли и радиоэхо ослабнет, на корабле включится специальный прибор. Он будет принимать сигналы с Земли и тут же передавать их назад, соответственно усилив. Принцип определения скорости и ускорения корабля и в этом случае остается тем же самым. Но дальность действия управления с Земли увеличится. По некоторым предположениям, такое земное радиоуправление полета может «достать» до самой посадки на Марсе.
Конечно, все это приборы делают автоматически. Перед пультом управления на Земле сидит дежурный диспетчер, и приборы ему докладывают результаты своих измерений в окончательной форме: скорость — столько-то километров в час, ускорение — такое-то, горючего сгорело — столько-то, а температура выхлопной струи превысила такую-то цифру.
Эти же приборы стоят и на пульте управления в корабле. Но здесь они не связаны с громоздкими механизмами измерения и вычисления; данные, полученные на Земле, передаются сюда по радио.
Желание избежать дополнительного утяжеления корабля — это только одна из причин, по которой часть аппаратуры управления осталась на Земле. А есть и вторая причина, не менее веская.
Мы уже говорили в свое время об устройстве солнечной системы, о том, что по сравнению с гигантскими расстояниями, разделяющими планеты, собственные их величины очень невелики. Попасть в крохотную песчинку — планету Марс диаметром «всего» 6860 километров на расстоянии в 55 млн. километров почти так же трудно, как послать из Константинополя пулю в глаз воробью, сидевшему на крыше колокольни в Берлине, что сделал, по рассказам барона Мюнхгаузена, один из его слуг. А ведь космические корабли, по крайней мере в первое время, по всей вероятности, будут предпочитать более длинные, но зато менее энергоемкие пути, и траектория полета на Марс будет иметь длину не 55 млн.
 Во время взлета, когда свинцовой тяжестью нальются тела астронавтов, они смогут только следить по приборам за ходом полета, за командами, отдаваемыми их товарищами на Земле |
Какой же высокой должна была быть точность расчета всех этапов взлета, полета и посадки! Ведь ошибка в принятом направлении на 1 угловую секунду или в скорости на несколько метров в минуту приведет к тому, что ракета пролетит на расстоянии сотен километров от планеты, на которую должна попасть. А такую сверхвысокую точность могут обеспечить только автоматы. И капитан корабля, и дежурный за пультом на Земле только наблюдают при взлете за тем, как устройства, приборы, механизмы выполняют заранее отданные им приказания.
Конечно, в пути, да еще таком длинном, всякое может случиться. Случайно встретившийся астероид, влияния которого не учел штурман корабля при предварительном расчете, может несколько изменить своим притяжением траекторию корабля, и ее придется выправлять работой реактивных двигателей. Может быть, траекторию придется уточнить на последних этапах, когда выявятся уже все неточности расчетов. Это все в руках капитана корабля и дежурного на Земле, в течение всего времени внимательно следящего за его полетом.
А вот посадку, по всей вероятности, снова придется поручить автоматам.
...Наш космический корабль подлетает к Луне. В иллюминаторы сквозь толстые пластмассовые стекла уже отчетливо видны ее серые, местами коричневые «моря» — по всей вероятности, застывшие озера лавы, таинственные цирки и кратеры, светлые «лучи», разбегающиеся по поверхности Луны на сотни километров от кратеров. Скоро посадка на поверхность нашего спутника. Между тем корабль летит навстречу Луне, нет, он не летит, он боком падает на Луну. Его надо развернуть дюзами вперед и включить моторы. Иначе, увлекаемый притяжением Луны, корабль, как гигантский метеорит, врежется в ее поверхность и в пламени взрыва родится, может быть, на ее поверхности новый кратер.
Капитан корабля нажимает рубильник, и четыре тонких стержня — антенны радиостанции — выбрасываются из его носовой части. Со стороны корабль, наверное, похож теперь на усатую огромную рыбу, выброшенную из глубин моря какой-то планеты в космическое пространство. Эти антенны служат для пеленгации радиосигналов, даваемых с Земли. По радиолучу, направляемому с Земли на Луну, и разворачивается космический корабль — острой мордой с чуткими усами назад, дюзами ракетных моторов вперед.
Все стремительнее приближается поверхность Луны. Уже отчетливо видны зубчатые горные хребты... Иллюминаторы закрывают металлическими заслонками, и экипаж ложится в гамаки.
Снова, как и при взлете с Земли, начинает дрожать корабль и слышится грохот работы могучих реактивных двигателей. И включил их опять не капитан, а автоматы. Радиоимпульсы, направленные с Земли, коснулись антенн корабля и, миновав их, полетели дальше к поверхности Луны. Отраженное от нее радиоэхо также было зафиксировано приемниками корабля. И когда промежуток времени между импульсом прямой волны и ее радиоэхом показал, что пора включать двигатели для торможения, они и включились.
Огненное дыхание выхлопов коснулось покрытой густым слоем пыли поверхности нашего спутника. Густым облаком взлетела эта пыль и через мгновение упала в стороне — вся сразу. А на обожженное горячим вихрем газов базальтовое плато мягко опустился посланец Земли — первый космический корабль.
Вот она, Луна, за стеклами иллюминаторов! Подобен выгибу спины чудовищного дракона горный хребет, чернеющий непроницаемыми тенями, сверкающий гранями кристаллических пород...
Так или примерно так будет осуществляться автоматическое радиотелеуправление взлетом и посадкой первых ракет, которые отправятся в космический рейс на Луну. Выдвинул и разработал такую схему радиотелеуправления космическим полетом советский ученый Ю. С. Хлебцевич.
Для геолога пласты земной коры — это книга, которую он читает почти без труда. Где-нибудь на обрывистом берегу реки или глубокго оврага, глядя на сменяющие друг друга слои глины, песка, известняка, он может рассказать вам всю историю этой местности, смену климатов, повышения и понижения уровней суши. Выковыривая из выветрившейся породы остатки костей и раковин, он может воссоздать внешний облик древних обитателей Земли, примерно сообщить время, когда они населяли нашу планету.
Древнейшие очень немногочисленные остатки водорослей, радиолярий, губок и других простейших животных, находимые геологами в Земле, относятся к протерозойской эре в истории земной коры. Этим остаткам насчитывается почти миллиард лет.
Часто встречающиеся в огромных количествах окаменевшие остатки спирально загнутых раковин — аммонитов — насчитывают примерно 150 млн. лет; белемниты, в просторечии часто называемые «чортовыми пальцами», обычно несколько моложе — им около 10 млн. лет.
Несколько сотен тысяч лет назад в результате эволюционного развития живой природы на Земле появился человек.
За прошедшие миллионы лет жизнь приспособилась к земным условиям. Конечно, условия на Земле менялись, виды животных и растений, которые не смогли приспособиться к новым условиям, вымирали, а на смену им появлялись новые. Но можно с уверенностью сказать, что целый ряд факторов, определяющих те или иные свойства, приобретенные живыми организмами на Земле, в течение длительных периодов не изменился или почти не изменился. Таковы, например, сила земного тяготения, продолжительность дня и ночи, смена времен года, величина атмосферного давления, интенсивность магнитного поля и т. д.
К этим условиям приспособился и организм человека. Первый космический полет, в который скоро отправится человек, будет первым случаем, когда человеческий организм окажется вне влияния всех этих постоянных, совершенно не замечаемых на Земле факторов. Как сможет переносить эти новые условия организм человека? До самого последнего времени эти вопросы почти не изучались и не исследовались. А между тем ответить на вопрос, сможет ли человеческий организм приспособиться хотя бы к невесомости в космическом пространстве, безусловно надо еще до отлета первой космической экспедиции.
Действительно, все органы нашего тела приспособились к тому, что на них в определенном направлении постоянно влияет сила тяжести. Мы или ходим, или стоим, или лежим. Но стоит нам неудачно лечь, свесив голову ниже положения остального тела, как к ней начнет приливать кровь. В древности существовала казнь: человека распинали на кресте и крест ставили так, что человек висел вниз головой. Казнь эта считалась менее мучительной, чем обычное распятие: человек от прилива крови к голове умирал значительно быстрее, чем во втором случае. Значит, ненормальное направление действия силы тяжести в течение даже не очень длительного промежутка времени вредно для организма человека, может привести его к смерти. А как будет переносить человек полное отсутствие этой силы? Ответа на этот вопрос мы не знаем. Одни врачи утверждают, что начнется прилив крови к голове, головокружение и смерть, другие думают, что, кроме легкой тошноты в течение первых нескольких минут, ничего не случиться. Никакие логические рассуждения в данном случае не помогут. Надо сделать опыт. Надо исследовать поведение живых организмов, желательно более близких по своей организации к человеку, в условиях искусственно созданной невесомости.
В наших лабораториях мы
 Этой обезьянке выпала честь быть первым космическим путешественником. Одетая в полный костюм астронавта, она была единственным пассажиром ракеты, поднявшейся на высоту 50 километров |
Впрочем, есть на Земле такое место, где тела не имеют веса. Это место, к сожалению, трудно доступно для ученых: оно находится на расстоянии 6370 километров от поверхности Земли, в ее центре. Притяжение всей массы Земли действовало бы на тело, помещенное там, одинаково во все стороны и взаимно уничтожалось бы.
Может быть, когда-нибудь, очень не скоро, во всяком случае значительно позже того времени, когда люди побывают на всех планетах солнечной системы и на их спутниках, человек проникнет и в самые глубинные слои Земли и построит там лабораторию невесомости. Но к тому времени уже острота необходимости создания такой лаборатории отпадет.
Ученые нашли возможность создать условия невесомости, правда, всего на несколько минут, и не прокапывая для этого колодца глубиной в 6370 километров. Недавно они осуществили такой опыт. Несколько мышей и обезьяну посадили в пассажирское помещение небольшой ракеты. Ракету запустили в воздух на высоту 50 километров. Когда выключился двигатель и ракета сначала полетела по инерции, а потом начала падать, пассажиры ракеты оказались в состоянии невесомости.
В момент свободного падения тело ничего не весит. Люди, спускающиеся вниз в скоростном лифте, замечают частичную потерю веса своего тела. Если бы кабина лифта начала свободно падать, не удерживаемая ничем, они почувствовали бы полную потерю веса. Ведь вес — это давление тела на опору, а здесь сама опора, то-есть пол кабины, под действием силы тяжести убегает у вас из-под ног с той же скоростью, с какой падаете вы сами.
Мышей, подвергнутых опыту, поместили в стеклянный баллон, обезьяну привязали к резиновому мату. На них направили внимательные зрачки автоматически действующих киноаппаратов. Каждое движение их во время опыта фиксировалось. У обезьянки во время опыта автоматы измеряли температуру тела, снимали кардиограмму и т. д. Когда ракета с пассажирами в своем падении приблизилась к поверхности Земли, над ней раскрылся парашют, и первые астронавты благополучно вернулись из космоса на Землю.
Результаты опыта оказались, вообще говоря, обнадеживающими. Никаких ни сердечных, ни нервных расстройств обнаружено у животных не было.
Но ведь это только несколько минут. Несколько минут вниз головой и гимнаст в цирке может провисеть без всякого вреда для себя. А если состояние невесомости будет продолжаться значительно дольше?
На этот вопрос ответа у врачей еще нет. Но зато на него охотно отвечают конструкторы космических кораблей.
— Пусть даже, — говорят они, — человеческий организм — сердечно-сосудистая, пищеварительная, нервная и все другие системы и органы его будут нормально работать в условиях без тяжести. Но зато, как трудно будет в таких условиях работать самому человеку! Ему придется привязывать себя к стулу, иначе случайное движение — и он улетает к потолку. Лист бумаги, на котором он захочет записать свои впечатления, ему придется приклеивать или пришпиливать к столу. Все предметы в кабине корабля тоже придется прикрепить к своим местам.
А сколько еще разных неприятностей вызовет отсутствие силы тяжести. Разольется случайно вода — и будет в виде шариков витать в воздухе, попадать в дыхательные пути человека, смачивать самые неподходящие предметы. Трудно будет зажечь спиртовку: углекислый газ, выделяемый при горении, ничто не будет удалять от пламени, и оно погаснет. Может быть, трудно будет просто дышать: выдохнутый воздух не будет достаточно интенсивно смешиваться с остальным воздухом. Будет очень трудно вскипятить чайник, зажарить котлету.
— Нет, уж лучше мы создадим в космическом корабле искусственную тяжесть, — говорят конструкторы. — Или заставим его вращаться вокруг своей оси, и центробежная сила заменит нам силу тяжести. Или не будем выключать окончательно двигатель корабля, будем все время двигаться с ускорением, которое тоже может заменить силу тяжести.
Мы часто слышим выражение: «Прозрачный, как воздух...». Действительно, воздух очень прозрачен. Если в нем нет каких-либо примесей вроде пыли или крохотных капелек сконденсировавшейся воды — тумана, трудно заметить, что воздух не абсолютно прозрачен. Только самые далекие предметы в таких случаях видны, как бы сквозь голубоватую дымку. Но нам очень редко приходится так внимательно вглядываться в даль, и мы этой непрозрачности воздуха почти не замечаем.
Но совершенно иначе ответят на вопрос о прозрачности воздуха летчики. Им часто приходится в поисках ориентира вглядываться в очертания предметов, встающих на горизонте, и эта голубоватая дымка нередко мешает им четко видеть. Кроме того, они знают, как редко бывает воздух чистым — без облаков, пыли, тумана...
Воздух толстым слоем покрывает нашу Землю. Распространено выражение, что мы живем на дне воздушного океана. Воздух, атмосфера, не пропускает к нам на Землю очень большую долю солнечного излучения. Прозрачный для волн видимого участка спектра, он почти совершенно непрозрачен для некоторых его других участков.
Огненный шар нашего Солнца непрерывно излучает во все стороны космического пространства огромное количество лучистой энергии. Излучение, радиация Солнца содержит лучи с самой различной длиной волны. Поставьте на пути солнечного луча трехгранную стеклянную призму, и, пройдя через нее, белый луч словно разложится на разноцветную полоску — спектр. В нем и синий, и зеленый, и красный цвета, значит, все они содержались в белом луче. А отличаются эти отдельные цвета друг от друга именно длиной волны.
Но радиация Солнца не ограничивается лучами видимого спектра. С помощью специальных методов можно доказать, что за красными лучами в спектре расположены еще какие-то лучи. Их можно обнаружить, поместив туда термометр. Ртуть в нем поднимается, ее нагрели невидимые лучи, которые называют обычно инфракрасными.
С помощью фотопластинки можно обнаружить наличие невидимых лучей и с другой стороны спектра, за фиолетовым его участком. Эти лучи называют ультрафиолетовыми.
В последние годы открыли, что от Солнца на нашу планету приходят и радиоволны различных частот и даже рентгеновские лучи.
Взвихренная ураганами раскаленных газов, поверхность Солнца выбрасывает в космическое пространство целые тучи крохотных частиц вещества — корпускул. Эти крохотные частицы, приближаясь к Земле, попадают в ее магнитное поле и отбрасываются к полюсам. Там, проникая в верхние слои атмосферы, они рождают пленительную игру трепетных огней полярного сияния.
Из всего состава солнечной радиации до поверхности Земли в различное время (в зависимости от высоты над горизонтом) от нашего дневного светила доходит от 70 до 20 процентов лучистой энергии. Остальная часть задерживается атмосферой.
Особенно сильно задерживаются атмосферой лучи ультрафиолетового участка спектра. На высоте 20-55 километров в атмосфере содержится большое количество озона. Этот слой озона съедает, поглощает ультрафиолетовые лучи почти целиком. Только очень незначительная часть их доходит до поверхности Земли.
Лет 50 назад радиолюбителей поразило одно очень любопытное явление. Когда они работали на коротких радиоволнах, слышимость передачи на сравнительно небольшом расстоянии от передатчика падала, а затем исчезала совершенно. На большем же расстоянии она внезапно возникала и достигала довольно значительной величины. Причины появления зон молчания в течение долгого времени никто объяснить не мог.
А секрет заключался опять-таки в непрозрачности атмосферы. Радиоволны отражались от ее высоких слоев и, подобно зайчику, отраженному зеркалом, падали обратно на Землю. В зоне этого-то радиозайчика и возникала слышимость радиопередачи.
В течение многих уже лет бьются ученые над загадкой космических лучей.
Эти лучи содержат больше энергии, чем все другие известные нам, обладают колоссальной проникающей способностью. Не Солнце является главным источником этих лучей: они падают на нашу Землю со всех сторон со средней интенсивностью, мало зависящей от времени суток и от времени года.
Когда ученые начали исследовать природу этих лучей, они пришли к выводу, что в нижние слои атмосферы проникают собственно не лучи, а ливни осколков атомных ядер, разбитых быстролетящими частицами материи в верхних слоях атмосферы. И в этом случае атмосфера заслоняет нашу Землю от проникновения могучих и таинственных посланцев космоса.
Ну, а что будет, когда космический корабль вылетит за пределы атмосферы и на него обрушатся во всем богатстве своего спектра яростное излучение Солнца, всепронизывающие потоки космических лучей, и другие, может быть, вообще не известные нам излучения, которые целиком «застревают» в нашей атмосфере и о которых мы не знаем ничего? Как эти излучения будут влиять на человеческие организмы? Не вызовут ли потоки космических лучей радиоактивного распада материалов космического корабля?
Ученые делали опыты: поднимали в кабинах стратостатов мышей и кроликов на большую высоту и оставляли их там на продолжительное время. На несколько минут животных поднимали с помощью ракет на высоту свыше 100 км. Но окончательно ответить на вопрос о влиянии солнечной радиации на живые и в частности на человеческие организмы наука еще в настоящее время не может.
Ультрафиолетовые лучи, почти не достигающие поверхности Земли, имеют, однако, огромное физиологическое влияние на живые организмы. Это благодаря их действию кожа загоревшего на солнце человека приобретает золотистый оттенок. Облучение этими лучами в небольших дозах вызывает усиленный рост цыплят и телят; на животноводческих фермах и птицефабриках уже используется это их свойство. Однако в больших количествах эти лучи смертельны. И если бы защищающий слой озона исчез, поверхность Земли превратилась бы в безжизненную пустыню.
Обезопасить пассажиров космического корабля от вредного действия ультрафиолетовых лучей будет не очень трудно: ведь материалов, не пропускающих эти лучи, очень много. В частности, обыкновенное оконное стекло для них почти непрозрачно. Поэтому лампы — излучатели ультрафиолетовых лучей, которые широко применяются в медицине, сельском хозяйстве и в промышленности, делаются не из стекла, а из кварца.
Значительно сложнее будет защититься от действия космических лучей. Однако влияние их на живые организмы и на различные материалы практически почти не изучено. Это — задача ближайшего будущего
А каково будет общее влияние всего потока солнечной радиации? Не произойдет ли с космическим кораблем во время его полета нечто подобное тому, что произошло с Икаром, подлетевшим слишком близко к Солнцу, — не раскалят ли лучи Солнца космический корабль, как жестяную коробку с консервами, брошенную в костер? Не случится ли обратное: холод мирового пространства проникнет сквозь стенки корабля и морозным дыханием своим убьет в нем все живое?
На этот вопрос можно ответить сразу: пассажиры космического корабля смогут в широких пределах обеспечить у себя в помещениях именно ту температуру, которая им больше всего понравится. И заботы об обогреве корабля возьмет на себя как раз наше Солнце. Обогревает же оно нашу Землю — гигантский космический корабль, построенный самой природой.
Положите на солнце блестящую отполированную или покрытую тонким слоем хрома или никеля металлическую пластинку и рядом такую же металлическую, но покрытую черной матовой краской. Через 5 минут потрогайте поверхности пластинок: блестящая будет попрежнему холодной, а покрытая черной краской заметно нагреется лучами Солнца. Блестящая пластинка отражала бóльшую часть падающих на нее лучей и поэтому не согрелась. Черная матовая, наоборот, бóльшую, часть лучей поглощала, и пластинка согрелась.
Если бы мы могли изготовить абсолютно черный шарик, то есть такой, который поглощал бы все падающие на него лучи, поместили этот шарик в космическом пространстве где-то рядом с Землей и придали ему быстрое вращение вокруг оси, его температура была бы равна 3° тепла. Абсолютно черный цилиндр с длиной, равной пяти радиусам, расположенный боковой поверхностью к солнечным лучам, на орбите Земли имел бы температуру свыше 12°.
При приближении к Солнцу температура этих тел быстро увеличивалась бы. На орбите Венеры шарик нагрелся бы до 52°, цилиндр — до 64°, на орбите Меркурия температура их достигла бы соответственно 171° и 187°. Зато на орбите Марса их температуры упали бы до минус 49° и минус 41°. Но это же трескучий мороз! Как жить и работать при такой температуре в космическом пространстве?! Солнце явно не справляется со своей обязанностью обогревать космических путешественников.
...Вот величественно движется в космическом пространстве гигантский корабль, взявший курс с Земли к далекому Плутону — в царство льда, мрака и холода.
Почти в 40 раз дальше нашей Земли расположен он от Солнца и в 1600 раз меньше тепла получает от него на единицу своей площади. Уже на Уране, находящемся в два раза ближе Плутона к Солнцу, температура на освещенной стороне падает до минус 183°. На поверхности Плутона можно ожидать температур ниже минус 210°. Там путешественников могут встретить скалы и горы из твердой углекислоты, реки из жидкого азота и кислорода, стремительно бегущие по глубоким руслам, прорытым в этих скалах, небесно-голубого цвета кислородно-азотные облака, плывущие в водородно-гелиевой атмосфере.
Но, по всей вероятности, на Плутоне нет этих сжижающихся только при очень низких температурах газов в таких количествах, чтобы они могли образовать атмосферу. По всей вероятности, Плутон — это мертвая холодная планета, поверхность которой покрыта толстым слоем кислородно-азотного льда. В прозрачных ледяных глыбах и скалах, дробясь, отражается подобное крупной звезде Солнце, бессильное на таком расстоянии растопить эти вечные льды.
 Батареи термоэлементов, скрытые в этом оригинальном абажуре, вырабатывают электрический ток, питающий лампы радиоприемника |
Космический корабль несется к крайним границам нашей солнечной системы со скоростью, значительно превосходящей освобождающую скорость. Свыше 100 километров в секунду пролетает он в пространстве. Но и при такой скорости перелет на Плутон займет свыше 2 лет...
В конструкции корабля все тщательно продумано для того, чтобы обеспечить экипажу сносные температурные условия. Корпус корабля покрыт черной матовой краской, рассчитанной на то, чтобы поглощать большую часть солнечных лучей.
Он оборудован внутри мощной теплоизоляцией, которая может быть снята со стороны, обращенной к Солнцу и обогреваемой его лучами, и, наоборот, усилена на теневой стороне корабля, излучающей его тепло в космическое пространство. В начале пути капитан корабля держал корабль обращенным к нашему светилу торцевой частью, но по мере удаления от Солнца он поворачивает его боком, все большую поверхность подвергая действию солнечных лучей. Но, наконец, за орбитой Марса и этого становится недостаточно. Температура внутри корабля снижается ниже допустимой. Можно, конечно, осуществлять внутренний обогрев корабля топливом, взятым с Земли. Мощная теплоизоляция позволит обойтись сравнительно небольшим расходом этого топлива. Но слишком драгоценная вещь каждый килограмм топлива здесь, в космических пространствах, на расстоянии миллионов и миллиардов километров от Земли. Оно еще может пригодиться для работы двигателей при посадке или в случае, если надо будет уйти. от какого-нибудь слишком приблизившегося астероида, влияние притяжения которого может изменить траекторию корабля. Топливо безусловно надо беречь..
Командир корабля отдает распоряжение, и рядом с кораблем в пространстве появляются огромные, обращенные к Солнцу плоскости. С одной стороны — с той, которой они обращены к Солнцу, — эти плоскости покрашены той же матовой
 Если нагреть один из спаев и охладить другой, гальванометр покажет прохождение тока |
Эта разность температур и используется для получения электрической энергии с помощью термоэлементов.
Ученые заметили, что если взять две проволочки из разных металлов и спаять их концы, а затем один из спаев охлаждать, а другой нагревать, то есть создать между спаями разность температур, то по проволочкам пойдет ток.
Это явление уже давно применяется для точного измерения температур. Сравнительно недавно оно нашло и другое практическое применение. Наша промышленность начала выпускать красивые металлические абажуры для керосиновых ламп. В этих абажурах заключены сотни крохотных термоэлементиков, вырабатывающих электрический ток благодаря разнице температур газов горения лампы и окружающего воздуха.
Этот ток невелик, но он уже может использоваться для работы, например радиоприемника. Для этой цели и предназначаются такие «абажуры», используемые в тех сельских местностях, где еще нет электростанций.
Вот такие же батарейки соединенных друг с другом термоэлементов работают в гелиоэлектростанциях, созданных экипажем космического корабля. А вырабатываемая ими электроэнергия — превращенные лучи Солнца — используется для обогрева и освещения корабля и для других нужд. И не страшным становится для астронавтов холод космического пространства!
Возможно, что на походных гелиоэлектростанциях космического корабля будут работать не термоэлементы, а фотоэлементы, непосредственно превращающие энергию солнечных лучей в электрический ток.
Устройство фотоэлементов может быть даже проще, чем термоэлементов. Это просто тонкие медные пластинки, покрытые еще более тонким — не более 0,1 миллиметра — слоем закиси меди. К этому слою прижимается тонкая проволочная сетка. Под влиянием солнечных лучей электроны будут переходить из слоя закиси меди в медь. Между сеткой, лежащей на слое закиси меди, и медной пластинкой возникнет разность потенциалов, а если соединить их проводником, то пойдет электрический ток.
 Схема работы простейшего фотоэлемента. Под действием солнечных лучей начинается переход электронов из слоя закиси меди 1 в чистую медь 2. Если теперь замкнуть цепь между сеткой 3 и медью, в ней обнаружится электрический ток |
Может быть, из таких вот фотоэлементов, а не из термоэлементов, будут состоять походные электростанции космического корабля.
Для поддержания жизнедеятельности своего организма человек должен потреблять в сутки, при условии, что он занимается физическим трудом, около 140 граммов сухого белка, примерно такое же количество жиров, около 400 граммов углеводов, несколько граммов минеральных солей и витаминов. Кроме того, за сутки человек потребляет от 2 до 5 литров воды. Таким образом, суточная норма воды и пищи для каждого члена экипажа космического корабля составляет не менее 3-4 килограммов. К этому надо прибавить еще необходимый для дыхания человека кислород, затраты которого также составят, видимо, около 1 килограмма в сутки.
Пять килограммов в сутки на человека, — это 150-килограммовый месячный запас, то есть несколько тонн, если космический рейс затянется на год. А продолжительность космических рейсов в несколько лет и даже десятков лет вполне вероятна, если только мы не захотим ограничить круг исследуемых человеком планет Луной, Марсом и Венерой. В этом случае необходимые запасы для экспедиции в 10 человек составят десятки и сотни тонн! Космический корабль должен будет везти за собой целые склады продовольствия, цистерны с водой и жидким кислородом для дыхания.
Впрочем, так обстоит дело только при первом взгляде. В действительности лишь для кратковременных полетов, например на Луну и обратно, будет целесообразно брать с собой полный запас продовольствия, воды и кислорода на все время пути. При более продолжительных рейсах будет рациональнее организовать на корабле полный кругооборот всех веществ, необходимых для жизни человека.
Легче всего организовать кругооборот воды. Надо заметить, что человеческий организм выделяет «воды даже больше, чем потребляет ее. Вода является одним из окончательных продуктов переработки пищевых веществ в процессе жизнедеятельности организма. Превышение выделения организмом воды по сравнению с потреблением составляет примерно 400 граммов в сутки.
Для очищения отработанной в организме воды проще всего применить обычную дистилляцию. Энергию для испарения воды дадут те же, уже описанные нами, гелиоэлектростанции.
Не больше затруднений вызовет и извлечение избытков воды из воздуха. Ведь при дыхании человек выдыхает воздух, значительно обогащенный влагой. Убедиться в этом легко, подышав на блестящую поверхность холодного зеркала — там сразу же появится крохотное пятнышко из сконденсировавшихся паров воды. В зимнее время влага человеческого дыхания образует толстые налеты инея на внутренней стороне оконных стекол.
Для удаления и извлечения избыточной влаги из воздуха весь воздух космического корабля надо будет систематически прогонять сквозь холодильник, где вода будет конденсироваться. Если обеспечить в этом холодильнике достаточно низкую температуру — ниже 78°, — в нем можно будет осуществлять очистку воздуха и от углекислого газа, который сжижается при этой температуре.
Снова расходы энергии! Теперь уже для работы холодильных устройств!
Нет, работа холодильника не потребует расходования энергии. К услугам экипажа космического корабля будет холод всего мирового пространства. Нужно будет только трубку холодильника вывести за обшивку корабля с затененной стороны и можно будет получить без труда температуру холодильного вещества минус 100, минус 150, минус 200°.
Таким образом решается вопрос с запасами воды и очисткой воздуха в космическом корабле. Сложнее обстоит дело с созданием кругооборота кислорода и продуктов питания.
Когда-то, по предположениям ученых, атмосфера Земли содержала значительно большее количество углекислого газа, чем сейчас. Очистили ее от содержания этого газа растения. Для них он является основным материалом, используемым при построении тканей — стволов, листьев. При этом, поглощая углекислый газ из воздуха, растения усваивают только одну его составную часть — углерод. А кислород возвращают обратно в атмосферу. Гигантские залежи каменного угля, имеющиеся на всех материках, — это и есть углерод, взятый растениями из воздуха.
Жизнедеятельность животных организмов, наоборот, как правило, сопровождается поглощением кислорода и выделением углекислого газа. Углекислый газ образуется и при всех процессах горения — в топках паровозов и котельных ТЭЦ, в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания ив камерах реактивных двигателей. Но зато в солнечные дни, когда яркие лучи Солнца освещают глянцевитую листву растений, в них осуществляется обратный процесс: выделяется кислород и поглощается углекислый газ. Эти два процесса уравновешивают друг друга, содержание углекислого газа в атмосфере Земли остается постоянным.
 Схема устройства для очистки воздуха в космическом корабле от избытков углекислого газа и воды. Насос 1 качает холодильный агрегат через спиральную трубку 2, находящуюся в затененной кораблем части космического пространства. Подаваемый вентилятором 3 в шкаф холодильника воздух соприкасается с охлажденной трубкой 4 и на ней в виде инея осаждается углекислый газ и вода. Охлажденный воздух проходит через спиральную трубку 5, находящуюся на освещенной солнцем стороне космического корабля, и нагревается до комнатной температуры |
Этот процесс можно моделировать. В колбу насыпают немного земли и проросшие семена растений, например гороха. Землю в меру увлажняют, отверстие колбы герметически закупоривают и переворачивают вниз горлышком. И этот изолированный в колбе мир ставят на подоконник.
Семена растений в колбе нормально прорастают, развиваются, свежая зелень лепестков заполняет все воздушное пространство колбы. Нет сомнения, что растения там для своего роста так же поглощают из воздуха углекислый газ, как и все растения на Земле. А восстанавливается он за счет жизнедеятельности бактерий, живущих в почве и питающихся опавшими листьями, отмершими частями корневой системы, веток и т. д. В колбе осуществляется полный кругооборот питательных веществ, воды и кислорода.
А почему бы такой кругооборот не осуществить на космическом корабле?
Надо будет только захватить с собой устройства, в которых можно бы было разводить растения. Для осуществления кругооборота кислорода величина этой «космической оранжереи» может быть не очень большой: всего нескольких квадратных метров листвы растений будет достаточно, учитывая повышенную интенсивность солнечных лучей в мировом пространстве, для того чтобы восстанавливать кислород, окисляемый дыханием одного человека.
Есть предположение применить для восстановления кислорода водоросли. В этом случае вместо оранжерей сопровождать корабль в пространстве будут своеобразные аквариумы, видимо, состоящие из близко расположенных друг к другу прозрачной и непрозрачной стенок, между которыми в тонкой прослойке воды будут обитать водоросли. К лучам Солнца эти аквариумы будто повернуты прозрачной стороной.
Сквозь воду будет систематически продуваться воздух. В процессе этого прохождения он и будет освобождаться от углекислоты и насыщаться кислородом.
 В этой колбе — целый изолированный мир с полным кругооборотом всех веществ, необходимых для жизнедеятельности населяющих его растений и бактерий |
Для полного кругооборота пищевых веществ «космические оранжереи», конечно, должны быть значительно больше по величине, но не так уже намного, как может показаться с первого взгляда.
Действительно, при интенсивном ведении сельского хозяйства в полевых условиях обыкновенная клубника дает урожай в 200 центнеров ягод с гектара — по 2 килограмма с квадратного метра. Некоторые садовые культуры, например капуста, дают урожай до 900 центнеров с гектара. Это при условии получения одного урожая в год.
Значительно больше пищевых продуктов дает человеку 1 кв. метр парника или оранжереи. Прежде всего в парниках за год выращивают не один, а несколько урожаев. Затем в лучших условиях парников растения дают большие урожаи.
Трудно сейчас сказать, как удастся приспособить наши земные растения к жизни в космическом пространстве, как они будут развиваться в условиях отсутствия тяжести, интенсивного облучения обогащенным светом Солнца, и т. д. Но, по всей вероятности, можно будет подобрать такие виды земных культурных растений, которые смогут плодоносить в этих новых условиях не менее, а более интенсивно, чем на Земле. И учитывая, во-первых, повышенную интенсивность солнечной радиации, не ослабляемой земной атмосферой, во-вторых, непрерывность этого облучения, можно рассчитывать значительно превзойти предельные для Земли цифры производительности 1 метра оранжереи. И тогда оранжерея, обеспечивающая полный кругооборот не только кислорода, но и пищевых веществ для всего экипажа корабля, будет иметь площадь всего в несколько сотен или тысяч квадратных метров.
...Пройдемте в космическую оранжерею. С помещением корабля она соединена довольно длинным коридором, стенки которого являются как бы осью, соединяющей корабль и оранжерею в одну систему, вращающуюся вокруг общего центра тяжести таким образом, что поверхность оранжереи все время остается перпендикулярна к лучам Солнца.
Издали оранжерея похожа, повидимому, на огромный противень, закрытый прозрачным пластмассовым листом. Этой прозрачной стороной она обращена к Солнцу, на ее непрозрачной задней стороне уложено несколько рядов пластмассовых сеток, между которыми находится некоторое количество почвы и за которые хорошо держатся корни растений.
Впрочем, не из этой почвы, которая по существу является просто заполнителем, получают необходимые пищевые вещества растения оранжереи, а из воды, непрерывно подаваемой на один край этого поля. С этой водой к растениям в измельченном виде попадают и все отбросы. Под влиянием центробежной силы вода медленно протекает сквозь заполнитель, омывая корни растений.
Воздуходувки и вентиляторы обеспечивают в оранжерее непрерывный ток воздуха. Пройдя фильтр из активированного угля, богатый кислородом и озоном, образовавшимся из-за влияния ультрафиолетовых лучей, не задерживаемых пластмассовым стеклом оранжереи, воздух поступает в жилые помещения корабля. А оттуда в оранжерею направляется «отработанный» воздух, богатый углекислым газом и бедный кислородом.
Уцепившись корнями за переплетение сеток, растения в оранжерее тянут свои стволы и ветви «вверх», к общему центру вращения корабля и оранжереи. Их листья повернуты навстречу горячим лучам Солнца.
Снабженный такой оранжереей, космический корабль сможет неопределенно долгое время пробыть в мировом пространстве, не возобновляя никаких запасов. Так же, как не возобновляет никаких запасов вечно летящая в мировом пространстве Земля.
Но, может быть, нам вовсе не следует тащить за собой в космос такое колоссальное сооружение, как оранжерея? Тем более что ее громадная поверхность представляет отличную мишень для метеоритов, может быть легко разрушена ими.
Некоторые ученые считают, что кругооборот веществ в космическом корабле можно будет обеспечить с помощью химических реакций, искусственным образом синтезируя из пищевых и других отбросов исходные питательные вещества. Возражать трудно. Да, действительно, уже достижения сегодняшней химии позволяют осуществлять синтез многих органических веществ, в том числе и таких, которые могут быть использованы для питания. Стремительное развитие химии сможет, видимо, в ближайшем будущем осуществить синтез белков и жиров в таких границах, что полный кругооборот веществ на космическом корабле можно будет обеспечить искусственно и без помощи растений. Но это станет возможно только при условии, что лаборатория, в которой пойдут эти реакции синтеза, будет обеспечена достаточными количествами энергии.
Действительно, ведь потребляя пищевые продукты, разлагая в конечном итоге сложные молекулы белков, жиров, углеводов на более простые, мы используем выделяющуюся при этом энергию, как бы «сжигаем» пищевые вещества у себя в организме. В этом отношении живой организм до какой-то степени подобен топке парового котла, в которой освобождающаяся при горении топлива энергия используется для нагревания воды и пара. Вылетающие в трубу этой топки газы и упавшая сквозь колосниковую решётку зола содержат в себе все вещества, которые входили в состав топлива. Недостает только энергии, которая в скрытом виде была заключена в молекулах топлива. И создать снова эти сложные молекулы из более простых молекул газов и золы можно, только вернув отнятую у топлива энергию.
Космический корабль 1, отправившийся в дальний рейс — это настоящая искусственная планетка, в которой осуществлен полный кругооборот всех веществ. Для регенерации воздуха и пищевых запасов служит оранжерея 2, связанная с основными помещениями корабля туннелем 3. Для создания искусственной тяжести как в жилых помещениях, так и в оранжерее вся система вращается вокруг общего центра тяжести, оставаясь постоянно обращенной прозрачной стенкой оранжереи перпендикулярно к лучам Солнца. Внизу схема движения питающей воды в оранжерее.
Точно так же потребуются большие количества энергии и для обратного синтеза пищевых веществ.
Откуда взять эту энергию? От Солнца, построив для этой цели гигантскую гелиоэлектростанцию. Но разве гигантская гелиоэлектростанция, поверхность которой должна быть значительно больше поверхности оранжереи, более удобное сооружение? Ведь в экономичности использования энергии солнечных лучей для целей синтеза все известные нам инженерные способы очень уступают экономичности растений. И разве изготовленные искусственно пищевые продукты смогут так уж сразу соперничать с теми, которые будут обеспечивать нам растения?
Конечно, сейчас еще невозможно окончательно решить вопрос, какая точка зрения победит. По всей вероятности, на первых этапах будут использоваться оранжереи. А затем, по мере совершенствования синтетической химии и гелиоэнергетики, искусственные методы восстановления пищевых веществ смогут соперничать с изобретенными природой, коэффициент полезного действия синтетической лаборатории приблизится, к «коэффициенту полезного действия» крохотных и сегодня во многом еще таинственных лабораторий в зеленых клетках листа растения. Но в том, что его смогут превысить, можно очень и очень сомневаться: ведь не будут сидеть сложа руки и специалисты по космическому садоводству. Они тоже постараются вывести сорта растений, обладающих сверхвысоким «коэффициентом полезного действия».
Но это уже в очень значительной степени область догадок и предположений... Наша же задача в таких случаях лишь указать на возможные пути решения тех или иных вопросов, пути, которые в настоящее время кажутся наиболее перспективными.
В ясную звездную ночь можно часто наблюдать, как, прочертив по черному бархату неба светлый след, падают метеоры. Иногда их бывает очень много, по нескольку штук одновременно. В ночь на 10 октября можно в некоторые годы увидеть целый метеорный дождь. Обычно же их можно заметить от нескольких штук до нескольких десятков штук в час. Не долетев до Земли, метеорные частицы в большинстве случаев испаряются без остатка.
Днем метеоров не видно. Но они падают и на дневную сторону Земли. В этом убедились, применив для наблюдения метеоров радиолокатор. Радиолуч отражается, конечно, не от самого метеора (многие из них столь малы, что не могут быть обнаружены даже радиолучом), а от следа, оставленного им, — трубки ионизированных газов.
Весьма различны размеры метеорных тел. Чаще всего это крупинки вещества весом в 1 грамм или около этого. Однако встречаются метеорные тела и значительно большей величины. В некоторых случаях они не успевают испариться в воздухе и падают на Землю в виде «небесных камней» — метеоритов. В юго-западной Африке и доныне лежит метеорит, весящий свыше 60 тонн. Он слишком тяжел, и его до сих пор не смогли увезти с места падения. Еще больше был гигантский Сихотэ-Алинский метеорит, упавший 12 февраля 1947 года в Приморском крае. Общий вес его осколков — он раскололся в воздухе — определяется в 100 тонн. Конечно, большая часть его массы, как и массы всякого метеорита, испарилась или рассеялась в виде пыли в атмосфере Земли. В космическом пространстве его масса была в несколько раз больше.
Общее количество метеорных тел огромно. Каждый час в атмосфере, являющейся как бы мощным щитом, защищающим поверхность Земли от незваных пришельцев из космоса, распыляется до 20 тыс. метеоров. И если бы не атмосфера, поверхность Земли подверглась бы ужасной бомбардировке, которая, может быть, в конце концов раздробила бы ее в пыль, как раздробили метеориты в пыль поверхность Луны.
Средняя скорость метеоров в космическом пространстве довольно велика. При встрече с Землей метеоры имеют скорость в несколько десятков (от 20 до 70) километров в секунду.
Метеоры являются, пожалуй, самой грозной опасностью для космического корабля.
Вылетевшая из дула боевой винтовки пуля имеет скорость около 850 метров в секунду. Ударившись в стальную преграду, она расплющивается и нагревается так, что ее нельзя взять в руки.
Пули, летящие с еще большей скоростью и мгновенно заторможенные, плавятся и разбрызгиваются. При еще большей скорости торможение может вызвать мгновенное испарение всего материала пули и взрыв, как если бы она была сделана не из свинца и стали, а вся состояла из нитроглицерина. Расчеты показывают, что такой взрыв имеет место уже при мгновенном торможении пули, летящей со скоростью всего около 4 километров в секунду.
 Разрушения, которые может причинить космическому кораблю столкновение даже с небольшим метеорным телом, сравнимы с разрушениями, производимыми взрывом торпеды |
А метеор летит в 10 раз быстрее. Встретившись на такой скорости с металлической обшивкой корабля, метеорное тело мгновенно останавливается. Вся кинетическая энергия его движения переходит в тепловую, от чего оно без остатка испаряется. Так же нагревается и испаряется часть обшивки корабля, подвергшаяся удару. Поскольку это происходит в неуловимо короткую долю секунды, образовавшиеся газы при очень высокой температуре не успевают расширяться, занимают
 Двухслойная стенка — одно из возможных средств защиты от губительного обстрела космической артиллерии — ударов метеорных тел |
Таким образом, метеорная частица, эта крохотная крупинка космического вещества, может вызвать разрушения, которые причинили бы несколько килограммов тола.
Метеорные тела встречаются в космическом пространстве, занимаемом нашей солнечной системой, членами которой они в большинстве случаев являются, не так уж редко. По расчетам профессора К. П. Станюковича, метеорные тела весом в несколько десятков миллиграммов находятся примерно на расстоянии 50-100 километров друг от друга. Если учесть, что протяженность траектории космического корабля при полете, например, на Марс составит сотни миллионов километров и продлится несколько месяцев, станет очевидным, что встреча с метеоритом — не такая уж невозможная вещь.
Сейчас еще очень трудно говорить о средствах борьбы с метеоритами, слишком мало изучен этот вопрос. Повидимому, крупные метеориты можно будет обнаруживать с помощью радиолокаторов заранее. Автоматы-вычислители будут мгновенно определять их направление и скорость и, если окажется, что они угрожают кораблю столкновением, на мгновение включат реактивные двигатели. Малейшего изменения скорости или направления будет достаточно, для того чтобы черная глыба космической материи, медленно поворачиваясь в пространстве, пролетела в нескольких сотнях метров от корабля.
Но крупные метеориты встречаются сравнительно редко. Гораздо чаще на путях космических кораблей будут встречаться метеориты-крошки. А мы уже знаем, к чему может привести столкновение с такой крошкой.
Радиолокаторы сегодняшнего дня отказываются взять на себя обязанность сигнализировать об их появлении. Слишком малы эти крупинки, и радиолучи применяемых длин волн пролетают мимо таких крупинок, не замечая их.
Когда-нибудь будут, конечно, созданы более чувствительные локаторы. А сегодня мы можем представить себе, что для защиты от ударов мелких метеоритов космические корабли будут иметь двухслойный корпус. Первый, тонкий слой, затем прослойку космической пустоты и второй слой — уже собственно корпус корабля. Верхний же слой будет как бы защитным верхним платьем, отданным в жертву метеоритам, сеткой, предохраняющей пасечника от пчел.
Прежде чем отправиться в полет по незнакомой трассе, штурман самолета и его командир намечают, «прокладывают» маршрут. Они внимательно изучают на карте весь путь будущего полета, отмечают возможные ориентиры, наводят справки о радиомаяках и пеленгаторных станциях, работой которых можно будет воспользоваться в полете.
Значительно сложнее будут решаться вопросы штурманской навигации в космическом пространстве.
При полете на самолете штурману нечего заботиться о том, что он залетит слишком высоко от Земли. Днем, если нет облаков, он хорошо видит Землю в окна своей кабины, ночью или в облачную погоду ему сообщает об этом высотомер-барометр или радиолокатор. Да слишком высоко ему не позволит подняться и двигатель самолета: он «тянет» только до определенной высоты.
Таким образом, упрощенно говоря, у штурмана самолета только две возможности заблудиться: свернуть или вправо или влево.
У штурмана космического корабля таких возможностей значительно больше. Ему открыты все пути — и вправо, и влево, и вверх, и вниз, и всевозможные сочетания этих основных направлений координат.
 Одна из межпланетных дорог — траектория космического корабля, направленного для облета Луны, — уже проложенная смелой мыслью ученых в черных глубинах космоса |
Дальность маршрута современного самолета не превышает нескольких тысяч километров, и выше четырех десятков тысяч километров она никогда не поднимется. Сорок тысяч километров как предельная дальность действия самолета обеспечит беспересадочный облет вокруг всего земного шара, по любому прямому маршруту.
Продолжительность полета по такому маршруту будет не больше трех-четырех десятков часов.
Самый близкий маршрут для полета космического корабля — 380 тыс. километров — на ближайшее к нам космическое тело — Луну займет около недели. Маршруты полетов на Марс и Венеру составят сотни миллионов километров в один конец и продлятся целые месяцы.
На Земле аэродромы, как правило, неподвижны. Пункт назначения самолета, в который штурман должен привести свою машину, имеет строгое географическое положение на поверхности Земли и никуда не передвинется, если самолет несколько запоздает прилететь или вообще решит лететь на другой день.
В космосе пункты назначения — планеты — не имеют своих строго установленных мест. Они движутся по гигантским эллипсам вокруг Солнца и вместе с Солнцем участвуют в движении вокруг центра Галактики. Опоздай штурман космического корабля привести свой аппарат к месту рассчитанной встречи всего на 24 земных часа, и он уже не застанет своего космодрома. Если это будет Венера, она улетит от этого места на 3 млн. километров, если Марс — он переместится за это время свыше чем на 2 млн. километров. А такие отрезки даже в космических масштабах не так уж мало значат!
А между тем маршруты межпланетных кораблей, дороги которых свяжут между собой планеты, уже проложены сквозь черную мглу космического пространства смелой мыслью ученых. Рассчитаны участки этих траекторий, подвергнуты строгому анализу с точки зрения целесообразности, требующегося расхода горючего. Большую работу в этом направлении проделал советский ученый, энтузиаст астронавтики и ее страстный популяризатор А. А. Штернфельд, а также некоторые зарубежные ученые, например Гоман, Эсно-Пельтри и др.
...Вот штурман будущего космического корабля развернул огромный, величиной в несколько квадратных метров план того участка солнечной системы, через который он должен провести маршрут своего корабля. На белой бумаге переплетаются бесчисленные линии. Разобраться в их запутанном лабиринте нелегко. Здесь и пунктирные концентрические дуги эллипсов двух интересующих его планет — Земли и Венеры. Здесь и своеобразные изобары — линии, обозначающие величины могучего притяжения Солнца, во власти которого окажется корабль, едва он вырвется из плена Земли. Здесь и разноцветные штрихи, обозначающие влияние в данной точке пространства притяжений разных планет, в зависимости от их положения на своих орбитах. Сквозь кажущийся хаос переплетения этих линий проведет штурман корабля тонко очинённым красным карандашом четкую линию своего полета.
Развернув толстые книги астрономических таблиц, штурман садится за вычисления. Прежде всего надо выбрать время отлета. Это дело не такое простое, как кажется. Это на Земле вы можете выехать в путешествие и в любой день года и в любое время суток. Это стрелок по неподвижной мишени может не думать о том, когда нажать курок. Стрелок по движущейся мишени должен точно выбрать мгновение, когда спустить курок, иначе мишень пролетит мимо.
Выбирая время для космического полета, надо предусмотреть такое взаимное положение планет, чтобы к тому моменту, когда космический корабль приблизится к орбите планеты назначения, эта планета оказалась именно на данном участке орбиты.
Такое взаимное положение планет бывает далеко не часто. Может быть, на 2-3 месяца придется отложить перелет, а может быть, и на полгода. Долгое время взаимное положение планет будет таким, что всякое сообщение между ними исключается. В расписании вылетов пассажирских кораблей будущего, поддерживающих сообщения между планетами, будут целые месяцы, когда с Земли не вылетит ни один корабль и ни один корабль не приземлится на земном космодроме. Это будут мертвые сезоны в межпланетных сообщениях. И только применение атомного двигателя сможет в значительной степени сократить их.
Итак, день вылета выбран. Теперь надо выбрать час вылета.
Этот вопрос тоже не так прост, как кажется.
Штурман знает, что первая его задача рассчитать маршрут так, чтобы обеспечить максимальную экономию горючего. А для этого ему надо помнить о том, что при наборе кораблем нужной скорости можно использовать скорость движения Земли по своей орбите и скорость вращения ее вокруг своей оси.
Расчеты показывают, что наиболее рациональной, с точки зрения затрат энергии траекторией межпланетного полета является эллипс, вписанный в орбиты планет. Для того чтобы направить свой корабль по дуге этого эллипса, штурман предполагает сообщить своему кораблю скорость относительно Земли в 11,484 км/сек. Часть этой скорости он может получить, используя вращение Земли вокруг своей оси. Для этого он должен будет стартовать ровно в полдень, как раз в тот момент, когда Солнце выше всего поднимается над горизонтом. Ни опоздать, ни вылететь раньше нельзя. А. А. Штернфельд взлет космического корабля сравнивает не только со стрельбой по движущимся мишеням, но и со стрельбой с качающегося корабля. Наводчик прильнул к перископу. В окулярах качается цель. Если он упустит мгновение выстрела, ядро зароется в волнах у самого борта корабля или перелетит за цель, описав широкую дугу в небе.
Направление взлета корабля противоположно движению Земли. На плане под карандашом штурмана появляется кружок — Земля. Со скоростью почти в 30 километров в секунду движется она по своей орбите. Дерзко покинувший ее корабль повисает в космическом пространстве и все дальше удаляется от нее. Его скорость вокруг Солнца почти на 11,5 км/сек. меньше земной. И, очутившись во власти могучего притяжения Солнца, он начинает медленно падать на него.
Но одновременно космический корабль еще движется и вперед, вслед за улетевшей Землей, со скоростью, превосходящей 18 километров в секунду. Поэтому он падает не прямо на Солнце, а описывает в поле его тяготения гигантскую дугу. Как раз ту дугу, которая и должна соединить две планеты.
Миллиметр за миллиметром ведет штурман эту дугу по своему плану. Вот карандаш его остановился. Начиная с этого места на корабль начнет заметно влиять возмущающее притяжение Марса и Юпитера — обе планеты занимают неприятно близкое положение на своих орбитах. Штурман проводит ряд вычислений. Да, траекторию придется выправлять непродолжительной работой в полнагрузки реактивных двигателей. Штурман записывает на плане точное время, когда и на сколько минут надо будет включить двигатели.
Но вот красная линия — дуга эллипса приблизилась к пунктиру орбиты Венеры и коснулась ее. Самый ответственный участок пути.. Посадка.
Двигаясь по своей траектории под влиянием солнечного притяжения, космический корабль подчиняется тем самым законам, которые открыл великий «законодатель неба» — Иоганн Кеплер и которые человек научился использовать для своих целей. Поэтому, как и все планеты, корабль будет двигаться неравномерно. Приближаясь к Солнцу, он будет все ускорять и ускорять свой бег. И когда он приблизится к орбите Венеры, несмотря на то, что ее скорость движения превосходит скорость Земли больше чем на 5 километров в секунду (а корабль в начале своего пути значительно отставал от своей родной планеты), его скорость будет на 2,7 километра в секунду больше скорости движения планеты назначения.
Штурман представляет себе величественную картину. Гигантское, словно выросшее, косматое Солнце на черном небе. Далекая голубоватая звездочка — Земля. И быстро растущий впереди диск новой планеты — таинственной Венеры. Планеты, на которой никто еще не был, лица которой никто не мог увидеть, даже в телескоп. Оно закрыто, словно чадрой, густой непроницаемой пеленой облаков.
Каждую секунду расстояние до этой планеты уменьшается почти на 3 километра.
Карандаш штурмана проводит на плане последние сантиметры. Начинает чувствоваться собственное притяжение Венеры. Корабль падает на ее поверхность, словно камень, с чудовищной скоростью брошенный из пращи, да к тому же притягиваемый целью. Но еще рано включать реактивные двигатели. Как при взлете, так и при посадке, чем позже начать торможение, чем интенсивнее его провести, тем меньше придется затратить горючего. Предел и здесь ставит только способность человеческих организмов переносить перегрузку ускорения.
А может быть, торможения работой двигателей удастся вообще избежать. На всякий случай сделав соответствующие расчеты, штурман делает ориентировочную прикидку другого варианта посадки — с торможением в атмосфере Венеры. Правда, тут слишком много неизвестных: плотность, состав, глубина этой атмосферы. Но не тратить горючего — так заманчиво! И штурман снова склоняется над расчетами.
Вот корабль, как гигантская торпеда, по касательной к поверхности атмосферы врезается в ее густые непрозрачные облака. Надо не очень углубиться в плотные слои, иначе торможение будет слишком стремительным и экипаж не выдержит толчка. Ведь метеориты — эти небесные камни, врезавшиеся в земную атмосферу, на высоте 40-45 километров, где она очень разрежена, нередко теряют в скорости до 5 километров в секунду. Это в 50 раз больше, чем может допустить штурман космического корабля.
Поэтому, словно только задев по касательной атмосферу, он снова выводит из нее корабль. Это необходимо еще и для другой цели. От трения об атмосферу обшивка космического корабля может сильно разогреться. Штурман вспоминает, как испаряются, разогревшись о воздух, метеоры, как красным светом светятся раскаленные обшивки крупных ракет, летящих сквозь земную атмосферу со скоростью всего в 1,5 километра в секунду. Нет, он не хочет, чтобы его корабль стал гигантским метеором в атмосфере Венеры. Поэтому вывести на время замедливший свою скорость корабль из атмосферы, чтобы он несколько охладился, излучая свое тепло в космическое пространство, совершенно необходимо.
Корабль летит по дуге вытянутого эллипса. Но вот снова изменяется направление корабля и снова по касательной он врезается в атмосферу. Штурман рассчитывает: на поворот можно будет почти не тратить горючее, надо только умело использовать тяготение планеты. И снова корабль вылетает из атмосферы в космическое пространство. Точь-в-точь как летучая рыба южных морей, которая на миг погружается в родную стихию и, выпрыгнув, летит по воздуху до следующего мгновенного погружения.
Летучей рыбе погружения нужны, чтобы набрать скорость, оттолкнуться от воды для полета по воздуху. Космическому кораблю они нужны, наоборот, — для того чтобы погасить скорость.
И вот это уже достигнуто, скорости корабля уже не хватает, чтобы «выпрыгнуть» еще раз из атмосферы. Дальнейший путь корабль совершит, медленно планируя на крыльях в густой непрозрачной атмосфере Венеры, ощупывая лучами радиолокаторов путь впереди себя и поверхность планеты, выискивая удобное место для приземления.
Резко повернув нажимом рукояти корабль, штурман сажает его вертикально на зыбкую почву, вновь открытой планеты.
Сброшены шторы с окон. Экипаж прильнул к стеклам. Низко нависший облачный покров скрывает даль. А в прорыве облаков, поминутно меняя цвета и оттенки, придавая всему пейзажу фантастический феерический характер, бушует холодное пламя полярного сияния...
Штурман отложил в сторону красный карандаш и свернул начертанный им план полета. Теперь он пойдет и «продиктует» его автоматическим аппаратам, которые во время полета с абсолютной точностью выполнят его...
Примерно так, по представлениям ученых, будет проложен один из первых маршрутов, соединяющих планеты.
Конечно, космические корабли будут совершенствоваться. Место двигателя, работающего на химическом горючем, займет двигатель, работающий на энергии расщепленного атома. И жалкими, неудобными, тихоходными покажутся первые космические корабли, о которых мы сейчас так мечтаем!
Когда на космическом корабле будет установлен атомный реактивный двигатель, резко изменятся и межпланетные маршруты. Не нужно будет дрожать в полете над каждой крохой энергии, над каждым килограммом горючего. В несколько раз увеличатся скорости космических кораблей, как вдвое увеличились скорости самолетов при переходе на реактивный двигатель. С нескольких месяцев до нескольких недель сократятся сроки перелетов. И не эллиптические, но более короткие — параболические, а в некоторых случаях и прямые траектории станут обычными для межпланетных перелетов.
Но это уже не завтрашний, а послезавтрашний день астронавтической техники.
 ,,Человечество ... сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а потом завоюет себе все околосолнечное пространство". К. Э. Циолковский  |
РАЗВЕДКА В ИОНОСФЕРУ
оставная ракета «Фау-2» как ракета-носитель, первая ступень, и «Вак Корпораль» как вторая ступень поднялись на высоту 402 километра над земной поверхностью. Известен случай, когда вторая ступень ракеты достигла высоты 480 километров.Много это или мало?
На первый взгляд, это очень мало. Ведь даже для того, чтобы долететь до Луны, надо проделать путь, почти в 800 раз больший. Подпрыгнув, человек больше приближается к вершине Ай-Петри, чем наша ракета к Луне. А маршруты на Марс и Венеру вообще почти несоизмеримы с таким прыжком.
Но, говорят, первый шаг самый трудный. Кроме того, если разобраться, этот шаг в 400 километров отнюдь не является 1/1000 пути человека к Луне.
С энергетической точки зрения, ракета, способная подняться на высоту 400 километров, уже на 1/9 — космическая ракета. Она развивает 1/9 энергии, необходимой для того, чтобы превратить тело в искусственный спутник Земли.
С точки зрения развиваемой скорости, эта ракета является на 1/3 космической ракетой. Она развивает скорость несколько меньше 2,5 километра в секунду. А для того чтобы тело стало спутником Земли на высоте 300 километров, ему надо сообщить скорость в 7,732 километра в секунду.
Как видим, прыжок на 400-500 километров, с точки зрения инженеров, — не такая уж ничтожная вещь.
Новое в технике никогда не рождается сразу. Много ли груза мог возить паровоз Черепановых? 3,2 тонны — 1/20 груза, вмещающегося в один современный вагон! Быстро ли ездил первый паровоз Стефенсона? Когда он на испытаниях прошел отрезок пути со скоростью 22 километра в час, зрители бросали в небо шапки и кричали: «Летит, как стрела». Сегодня же электровоз легко тянет состав с «авиационной» скоростью — свыше 100 километров в час! А рекордная скорость пробега по железной дороге превосходит 330 километров в час. Но кто посмеет сказать, что без работ Стефенсона и Черепановых, без их примитивных паровозов, могли бы появиться современные локомотивы? Их машины — очередной неизбежный этап развития техники, далеко превзойденный нами сегодня.
— Мы живем накануне космического полета, — сказал советский ученый, которому астронавтика обязана многими смелыми идеями, — А. А. Штернфельд. Будем же смотреть и на нашу ракету, «подпрыгнувшую» на высоту 480 километров, как на первую разведчицу большого пути к звездам, пути, на который уже неотвратимо ступило человечество. Тем более, что эти полеты действительно преследуют не чисто спортивные цели, а используются учеными для расширения наших знаний о верхних слоях атмосферы, о космическом пространстве.
Еще 15 лет назад жидкостная ракета, достигшая сегодня предельных границ атмосферы и фактически выглянувшая уже в космическое пространство, не могла подняться и на несколько километров от Земли. Ведь она родилась только в 1930 году, когда советский инженер Ф. А. Цандер построил и испытал первые модели реактивного двигателя, работающего на жидком горючем.
Исследование атмосферы поэтому в те годы вели с помощью стратостатов и шаров-зондов.
 Вот она, одна из разведчиц ионосферы, — ракета «Вак Корпораль», перед взлетом |
Максимальная высота, достигнутая стратостатом, составляла 22 тыс. метров. На такую высоту поднялся в 1934 году советский стратостат «Осоавиахим». В 1935 году американский стратостат «Эксплорер2» превзошел рекорд советского стратостата на 66 метров.
Много выше поднимаются шары-зонды. Рекордная высота, достигнутая этим способом, равна почти 44 километрам.
Сведения о вышележащих слоях атмосферы удавалось получить только, наблюдая полярные сияния, вспышки метеоров, движение серебристых облаков, отражение звуковых и радиоволн.
Ракета позволила поднять хрупкие приборы ученых на высоту, вдесятеро большую, и принесла массу новых сведений о самых предельных далях ионосферы. В настоящее время мы уже знаем температуры различных слоев атмосферы, распределение давлений по высоте, скорости и направления ветра на различных расстояниях от Земли, степень ионизации, химический состав газов.
Некоторые сведения из принесенных ракетой оказались совершенно неожиданными, в корне изменили наши, основывающиеся на теоретических данных, предположения, другие — подтвердили уже существующие теории.
Так подтвердилась догадка, что химический состав атмосферы, вплоть до предельных исследованных нами слоев, остается почти тем же самым, что и на поверхности Земли. А по некоторым теоретическим расчетам можно было предполагать «слоистое» строение атмосферы: на больших высотах преобладание легких газов — водорода и гелия, как в приземных слоях преобладают азот и кислород.
Неожиданной оказалась и чрезвычайно высокая температура верхних слоев атмосферы, достигающая на высоте 200 километров 700°. Конечно, воздух, даже при этой высокой температуре, там не может обжечь, он не сможет даже нагреть предмет, оказавшийся на этой высоте. Атмосфера там уже слишком разрежена, и понятие температуры имеет не совсем привычный нам смысл. Этим словом определяется средняя скорость движения молекул.
 Так выглядит до предела нафаршированное приборами и механизмами грузовое отделение современной ракеты, используемой для исследования высотных слоев ионосферы |
Неожиданностью было для ученых и существование на большой высоте сильных, имеющих постоянное направление воздушных течений.
Высотная жидкостная ракета родилась в дни второй мировой войны. Огненные линии фронтов опоясывали Европу и Азию. В глухой тайне, в тишине засекреченных специальных конструкторских бюро светлую идею гениального русского ученого К. Э. Циолковского гитлеровские инженеры спешно приспосабливали для целей убийства.
Приспособили. На пустыре, огороженном со всех сторон несколькими рядами ржавой колючей проволоки, встало вершинное создание человеческой мысли, основывающееся на трудах, идеях и выводах нескольких поколений ученых многих народов. В красивом сигарообразном корпусе был скрыт двигатель в полмиллиона лошадиных сил, способный бросить ракету на расстояние нескольких сотен километров.
Это было чудо техники, ее величайшее достижение. Но оно сразу же было опозорено преступлением, как все, к чему прикасалась коричневая рука фашизма. Не умные самодействующие приборы, а желтозеленая тупая масса тола — спящая смерть — была впрессована в головной части ракеты. И не великие научные открытия, двигающие вперед человечество по пути прогресса, а губительный взрыв в густонаселенном квартале Лондона принес полет первой высотной жидкостной ракеты.
Кончилась война, и эта ракета стала оружием науки.
Не спресованную в желтом камне смерть, а приборы для исследования космических лучей подняла она в заоблачные выси ионосферы.
С ее помощью производились и взрывы. Но это были укрощенные взрывы гранат, поднятых в те области атмосферы, где мы наблюдаем светящиеся следы метеоров. Ученые хотели искусственно воспроизвести это явление природы, моделировать болиды, по своему желанию создать звездный дождь. Этот опыт не удался, искусственного звездного дождя не получилось. Видимо, скорость, которую удалось при взрыве гранаты сообщить осколкам ее, была слишком мала по сравнению со скоростью метеоров. А может быть, дело в другом. Падение метеора, свечение следа, оставленного им, — еще очень мало изученные явления. Возможно, в образовании этого следа существенную роль играет, как считает В. Ф. Соляник, потенциальный электрический заряд космического тела, влетающего в нашу атмосферу. Электрический разряд тела в разреженных слоях атмосферы и вызывает ионизацию и свечение близлежащего воздуха, подобно тому как электрический разряд заставляет светиться разреженные газы в газосветных трубках. Скорее же всего светящийся след метеора вызывается совокупностью нескольких причин.
Зато блестяще удался другой опыт — определение направления воздушных течений. На ракете установили аппаратуру, выбрасывающую на определенной высоте небольшие пылевые облака. Эта пыль была такая мелкая, что не сразу осела, несмотря на чрезвычайно разреженную атмосферу, падая через которую, пушинка вряд ли отстала бы от свинцового шарика. Облака этой пыли, освещенные Солнцем и поэтому хорошо видимые с помощью приборов с Земли, подхватывались и уносились воздушными течениями, о существовании которых люди знали очень мало. Особое внимание при исследовании ионосферы обращали ученые на ее электрическое строение: концентрацию ионов газов, распределение слоев ионизации и т. д. Это и понятно: ведь от этих слоев зависит качество нашей дальней радиосвязи. Разве не представляло интереса «потрогать» тот «потолок», ударяясь о который отражаются радиоволны обратно на Землю?!
Немало и других исследований, представляющих интерес для специалистов, провели и проведут еще ученые с помощью ракет в самых высоких слоях атмосферы.
Самых высоких? Но ведь следы атмосферы наблюдаются до высоты около 1000 километров!
Верно. И исследование этих областей явится очередной задачей, которую поставят перед высотной ракетой. Жидкостная ракета поможет ученым открыть все тайны атмосферы, узнать не только примыкающую к Земле часть ее, но исследовать все ее слои, все ее участки.
В ближайшем будущем туда, к верхним границам атмосферы, отправится в ракете и человек. Есть целый ряд исследований, которые нельзя доверить приборам и которые человек должен выполнить сам. Вот с этой целью и совершит человек полет на высотной ракете.
Необъятна наша родная страна! На северных островах ее и побережьях стоят трескучие морозы, в меховые шубы кутаются жители, и северное сияние полощет над ними своими цветными лентами. А в это же время на юге греет жаркое субтропическое солнце, цветут вишни, и ребятишки из колхозного детского сада в одних трусиках гоняются с сачками за яркими, похожими на цветы, бабочками.
Стальные нити железных дорог, асфальтовые ленты шоссе, незримые трассы воздушных пассажирских линий соединяют области и города нашей Родины. Самыми различными средствами сообщения можно воспользоваться для того, чтобы посетить тот или иной город, побывать в том или ином районе.
А ведь совсем недавно всех этих средств сообщения по существу не было. Едва прошло пять десятков лет с первых полетов самолетов. Всего на несколько десятков лет старше автомобиль. Немногим более 125 лет насчитывает история железнодорожных сообщений. А до этого все путешествия совершались или на лошадях, или пешком.
Сколько же времени понадобилось бы для того, чтобы добраться с помощью разнообразных видов транспорта от Москвы до Владивостока?
Пешком, делая в день по 30-40 километров, без выходных и отпусков, на это придется затратить 250-300 дней. Практически же вряд ли удастся совершить этот путь и за год. Некоторые высокопоставленные чиновники, направлявшиеся царским правительством в Сибирь, до места назначения — в Якутск, Иркутск или Владивосток на лошадях, и то ехали больше года.
Но при нормальной езде на лошадях, меняя их по пути и делая по 150 километров в сутки, путешествие до Владивостока заняло бы свыше 2 месяцев. Да и то при условии, что нигде не придется ждать лошадей, дороги будут хорошие, не будет ни аварий, ни задержек в пути.
Поезд из Москвы до Владивостока идет около 10 суток. Это уже в 30 раз быстрее, чем пешком.
Еще сокращает время на путешествие из Москвы во Владивосток, как бы скрадывает это гигантское расстояние, самолет. Всего 30 часов полета — и вместо подмосковных садов и рощ вы увидите бескрайний Тихий океан, бьющий о берег серосвинцовыми, покрытыми по гребешкам белой пеной, волнами.
Но ведь и 30 часов не так уж мало. А если еще учесть промежуточные посадки для заправки самолетов и отдыха пассажиров, возможные задержки изза нелётной погоды, окажется, что и добрых двое суток придется пробыть в пути от Москвы до Владивостока.
А как было бы удобно, если бы можно было сократить это время до 1,5-2 часов. Ведь как мы ни стараемся заниматься в пути, в железнодорожном ли вагоне, в пассажирской ли каюте самолета, каким-нибудь делом — чтением книги, изучением иностранного языка, — все равно время получается наполовину потерянным. А ведь каждую минуту жизни надо стараться использовать как только можно полнее. Но такая продолжительность перелета — сказка, мечта...
Нет, не сказка. Так сократить расстояния, отдать весь земной шар по-настоящему во владение человеку позволят космические ракеты.
Мы называем их здесь космическими не потому, что они должны будут далеко вылетать из атмосферы в космическое пространство, а потому, что в полете они будут подчиняться тем же законам, что и космические тела. Они не будут, как аэростаты, плавать в атмосфере, они не будут, подобно самолетам, опираться крыльями и винтом о воздух. Они будут свободно падать... Совершим с вами этот волшебный перелет из Москвы во Владивосток на космической ракете. Условимся, что у нас на календаре не 1955, а 196... год.
...Не знаю, в каком из пригородов Москвы расположится будущий космопорт пассажирского сообщения Москва — Владивосток. Не знаю, каким видом транспорта приедем мы сюда. Может быть, скромный ВЧ — автомобиль, получающий энергию в виде токов высокой частоты из кабеля, проложенного под асфальтом шоссе, — затормозит свой бег у этого белого с высоким серебристым шпилем здания. Может быть, уже найдут широкое применение для пригородного сообщения небольшие вертолеты и на одной из этих машин мы и опустимся на бетонное поле космовокзала... Во всяком случае — мы уже здесь.
На середине космопорта стоит вертикально похожая на какой-то полуфантастический обелиск наша ракета. Приблизившись, рассматриваем ее в деталях. Да, это безусловно двухступенчатая ракета. Большая, видимо, первая ступень ракеты имеет в длину свыше 30 метров. Узкими соплами своих пяти реактивных двигателей она стоит на бетонном основании, имеющем форму чаши. Это сделано для того, догадываемся мы, чтобы газы горения, выбрасываемые в первые секунды работы моторов ракеты, отражались не по поверхности Земли, а вверх, и не могли повредить значительной площади.
К телу большой ракеты плотно прижалась меньшая. Она тоньше и короче первой. Ее длина всего около 20 метров. Она тоже соплами своих трех реактивных двигателей плотно опирается на бетон рядом с первой. Видимо, двигатели малой ракеты могут работать и в том случае, когда большая несущая ракета не отцепилась, то есть все восемь двигателей ракеты могут работать одновременно.
— При их одновременной работе, — поясняет подошедший к нам капитан этого сверкающего серебром в лучах заходящего Солнца корабля — человек в белом кителе с широким спокойным лицом и внимательным взглядом глаз, — все эти двигатели разовьют гигантское тяговое усилие — свыше 350 тыс. килограммов.
— Так много! — удивляемся мы.
— Это не очень много, — спокойно отвечает он, вглядываясь в наши лица. — Космические корабли для межпланетных сообщений снабжены двигателями с суммарной тягой в несколько миллионов килограммов. Я уж не говорю о кораблях для сверхдальних межпланетных рейсов, снабженных атомными двигателями... А что — вы разве совсем незнакомы с достижениями ракетной техники за последние 10 лет?..
Знакомы ли мы с ней? Конечно, нет. К сожалению, в настоящее время наши знания о ней не простираются дальше 1955 года. Об этом мы честно сообщаем капитану. Нельзя сказать неправду человеку с таким открытым и добрым лицом...
— Да, тогда для вас многое будет ново. Вам придется испытать много интересных ощущений... Впрочем, отлет через 10 минут, попрошу вас занять места в пассажирской каюте ракеты.
Мы входим в легкую алюминиевую кабину переносного лифта, и она поднимает нас прямо к входному люку малой ракеты. Проезжая, мы видим, как в помещениях большой ракеты занимает свои места экипаж.
Входим в пассажирскую каюту. Мягкие удобные сиденья, круглые иллюминаторы, закрытые темными стеклами, — догадываемся — для предохранения от возможных ожогов не ослабленной атмосферой солнечной радиацией. Впереди экран телевизора. Что ж, за время полета можно будет просмотреть последний кинофильм или второй тайм международной футбольной игры.
Устраиваемся в наших креслах. Как в них удобно! Но ведь это удобно только сейчас, когда ракета стоит вертикально. А в полете она, наверное, примет горизонтальное положение. В этом случае мы никак не усидим в креслах, мы выпадем из них, как горох из перевернутого стакана...
 Легкий толчок — и вторая ступень ракеты, отделившись от первой, рванулась ввысь |
Капитан успокаивает нас. Он советует нам подальше откинуться на спинки, полулечь. Оказывается, в полете кресла будут сами устанавливаться в том же относительно силы тяжести направлении, что и сейчас, какие бы положения ни приняла ракета. Для этого кресла оборудованы гироскопами специальной конструкции. Эти гироскопы не то у каждого кресла свои, не то на все кресла один большой гироскоп. Переспросить мы не успели, капитан поднялся в рубку управления. Да и пора. До отлета осталось всего 2 минуты. Напряженно смотрим на часы: полторы минуты, минута, 30 секунд... Ровно... Спинки и сидения кресел с силой начинают давить нам в спину. А, это действие ускорения.
Видимо, перегрузка здесь не очень большая, мы ее легко переносим. Вот я поднимаю руку, поворачиваю голову. Сквозь темное стекло иллюминатора видна поверхность Земли — примерно такая же, какой мы не раз видели ее на снимках с высотных ракет. Правда, большая часть горизонта заслоняется неудобно поставленным треугольным крылом ракеты. Небо чернеет. Значит, мы уже прошли основную часть земной атмосферы. Но почему не слышно шума реактивных двигателей, почему не чувствуется вибрации корабля? Ответ на этот вопрос сразу не приходит. Уже после посадки капитан объяснил, что сзади пассажирской каюты в ракете расположены баки для горючего и кислорода — вот они-то и поглощают в своей массе звуковые колебания и вибрации.
Прошло уже более 2 минут. По тому, как качнулся горизонт, догадываемся, что корабль резко изменил положение в пространстве. А, это отцепилась несущая ракета. Экипаж благополучно вернет ее на свой космопорт. Она сыграла уже свою роль, подняв нашу ракету на высоту свыше 25 километров.
Двигатели нашей ракеты продолжают работать. Но чувство перегрузки, чувство излишней тяжести постепенно уменьшается и сменяется чувством необыкновенной легкости. Значит, ускорение, сообщаемое ракете двигателями, стало даже меньше земного... А вот и совсем пропали огненные струи выхлопов, тянувшиеся из сопел ракеты, видимых в иллюминатор. Ощущение необыкновенной легкости возникает во всем теле. Кажется, что ракета стремительно падает в какую-то бездонную пропасть. Вот оно, состояние той самой невесомости, о влиянии которой на человеческий организм столько спорили врачи в наше время...
Да, корабль действительно падает, точнее, он летит по инерции на высоте свыше 500 километров от поверхности Земли в столь разреженных слоях атмосферы, что они уже не оказывают ему практически никакого сопротивления. Летит он со скоростью около 5 километров в секунду по дуге эллипса, один из фокусов которого находится в центре Земли. Корабль как бы совершил прыжок: оттолкнулся от Земли и теперь летит, приближаясь к верхней точке этого прыжка. А общая длина его пути по поверхности Земли превысит 9000 километров.
Из рубки управления спускается капитан. Он по-прежнему спокоен, но, видимо, и ему не легко передвигаться в этих странных условиях невесомости. Добравшись до кресла, он садится и пристегивает себя к нему. Не будет ли бестактностью спросить его о возможности аварии?
Но, словно угадав наши мысли, он говорит.
— Авария нашей ракеты не более опасна, чем авария самолета. Если что-нибудь во время полета случиться, — даже трудно представить себе, что бы это могло быть... Ну, предположим, мы не рассчитали работу моторов, ракета начала падать и двигатели не включаются. В этом случае мы отцепляем всю заднюю часть ракеты — все баки с горючим, насосы, дозаторы, двигатели. Они падают мертвым грузом на Землю, а наша кабина, превратившись в планер, на этих крыльях спокойно скользит к Земле... Посадку ее произведу, как посадку обыкновенного планера...
 Приятно сидеть в удобном кресле, сохраняющем постоянное положение по отношению к направлению силы тяжести при любых положениях ракеты «Москва — Владивосток», и, находясь на расстоянии нескольких тысяч километров от Москвы и нескольких сотен километров от земной поверхности, смотреть передаваемый по телевизору со стадиона в Лужниках очередной международный матч |
На экране телевизора вспыхивает изображение. На зеленом поле стадиона выстроились обе команды. Начинается игра. Немножко странно смотреть это цветное телеизображение, находясь в состоянии невесомости в кабине ракетного корабля, движущегося с колоссальной скоростью в заоблачных далях ионосферы где-то между Уралом и Байкалом — на расстоянии 1000 километров от стадиона в Лужниках, где проходит состязание. А может быть, это просто с непривычки кажется странным...
Но вот прошло несколько более часа. Капитан вернулся в свою кабину. Опять заработали моторы. По тому, как снова качнулся и изменил свое положение горизонт, догадываемся о новом изменении положения, корпуса корабля в пространстве. Мы не можем еще различить на горизонте — он весь затянут пленками облаков — очертаний Азиатского материка. А огненные струи из сопел двигателей вытянулись сейчас в направлении нашего полета. Со стороны, наверное, может показаться, что это светом трех чудовищных фар освещает себе дорогу заблудившееся между звезд чудовище.
Ускорение, вернее, замедление, которое по своему действию на организм ничем не отличается от ускорения, становится все больше, но не превосходит перегрузки при взлете корабля. Оно составляет примерно 30 метров в секунду за секунду, около 3g. Это легко может перенести всякий здоровый человек...
И вот, наконец, мягкий толчок — и ракета уже бежит, как обыкновенный самолет, только вперед соплом реактивного двигателя, по бетонной дорожке космовокзала. Вот она остановилась окончательно. Открывается дверь кабины, и мы выходим наружу. Такой же космопорт, как и под Москвой. Белые здания гостиницы, управления, полосатые зонтики ресторана на крыше четвертого этажа. Вдалеке ажурные антенны радиотелеуправления. Красный флаг в синем небе на сверкающей игле шпиля. Но это не Москва. Это Владивосток. И весь перелет занял всего несколько больше часа. Сделав здесь все свои дела, вы можете вечером вернуться таким же ракетным поездом в Москву.
Такие ракетные сообщения между отдаленными пунктами на поверхности земного шара — на расстояние 2, 5, 10 тысяч километров — не фантазия, а ближайшая задача в развитии ракетной техники, одна из ступеней, на которую ракетная техника должна будет подняться.
Начиная чуть ли не со времен Галилея, когда люди узнали о существовании у некоторых планет нескольких спутников, многие астрономы пытались ответить на вопрос, является ли Луна единственным спутником нашей Земли. Неоднократно появлялись сообщения о том, что обнаружен второй спутник нашей планеты, невидимый простым глазом и трудно различимый в телескопы из-за своих слишком малых размеров. Однако проверка таких сообщений всегда опровергала их. Второй спутник нашей планеты не обнаружен и до сегодняшнего дня. По всей вероятности, такого спутника сколь-либо значительной величины Земля не имела и не имеет. Но обязательно будет иметь в будущем. И возможно, не одну, а много искусственных лун, созданных с самыми разнообразными целями, разной величины, движущихся по разным орбитам и на разных расстояниях от Земли.
Видимо, будут среди этих искусственных спутников и гигантские — целые космогорода, со своими оранжереями; гелиоэлектростанциями, астрономическими обсерваториями, может быть, с ресторанами и гостиницами для транзитных пассажиров. И будут скромные спутнички-малютки весом всего в несколько десятков килограммов, отправленные учеными, вооружившими их специальными приборами, на разведку какой-нибудь из тайн космоса. И, конечно, первым искусственным спутником нашей Земли будет не гигантский космогород, а крошечный автоматический разведчик.
Создать такой спутник Земли можно уже при современном уровне развития техники. Во многих странах мира разработаны даже проекты таких спутников и проекты ракет для отправки этих спутников на их круговую траекторию.
Во всяком случае недалек тот день, когда, взревев реактивными моторами, рванется в синее небо гигантская ракета высотой метров в 45 и шириной метров в 10. Сначала медленным будет ее подъем, как и у всякой ракеты в первые мгновения полета. Затем, отполыхав струями раскаленных газов, она прорежет небо и, превратившись в едва заметную точку, растворится в его прозрачной голубизне.
Проследим дальше за нашей ракетой. Вот иссякло все горючее первой ступени, съеденное прожорливыми реактивными двигателями. Автоматически отцепляется ее огромный корпус. Он еще летит по инерции вверх, но как быстро удаляется от него вторая ступень ракеты, беззвучно полыхающая в разреженном воздухе стратосферы огненной струей из своего реактивного двигателя!
Потеряв всю скорость инерции, заторможенная к тому же сопротивлением воздуха, на мгновение застывает неподвижно первая ступень ракеты и начинает падать вниз. Уже добрая сотня километров разделяет вторую и первую ступени. И все выше и выше дерзко рвется эта легкая, получившая большую скорость от работы своего предшественника вторая ракета. До какой высоты сможет она подняться? Обычная достигаемая составными двухступенчатыми ракетами высота лишь не намного превышает 400 километров. Значит, еще около 100 километров пути вверх предстоит пролететь ракете.
Но что это происходит с ней? Внезапно отклоняется в сторону бившая до сих пор вертикально вниз газовая струя, и ракета, совершив пологий поворот, ложится на параллельный поверхности Земли курс. Газовая струя вылетает строго горизонтально. Автоматы повернули ракету? Или команду ее механизмам передали с Земли?
И сразу же еще одно превращение происходит с ракетой, летящей с огромной скоростью на высоте 320 километров над земной поверхностью. Оказывается, ракета состояла не из двух, а из трех ступеней. И эти ступени разделились. Медленно снижаясь, по очень пологой дуге движется мертвая, пустая вторая ступень. Но зато, еще и еще увеличивая скорость, летит, подобная метеору, третья ступень ракеты. И когда последняя капля горючего из ее баков в виде тонкой струйки раскаленного газа выбрасывается в ионосферу, ракета приобретает скорость в 7650 метров в секунду — круговую скорость движения. Мы уже говорили, что двигающееся с круговой скоростью по соответствующей орбите тело вечно падает и никогда не может упасть на Землю. Видимо, такой будет и судьба этого остроконечного, похожего на обломок карандаша остатка трехступенчатой могучей ракеты.
Но, видимо, еще не все превращения, какие должны были совершиться с нашей ракетой, уже с ней совершились. Летящая со скоростью, почти невообразимой на поверхности Земли, скоростью, которую мы называем круговой, третья ступень ракеты вдруг раскрывается на две части. На ее половинках лежит, сверкая полированной алюминиевой и пластмассовой поверхностью, небольшой шар.
Этот шар и есть первый искусственный спутник нашей планеты — ее вторая Луна, при рождении которой мы сейчас присутствовали.
Новорожденная Луна, как и всякое небесное тело, имеет два главных движения. Она движется вокруг Земли и вертится вокруг своей оси. Она похожа на волчок, брошенный в космическое пространство.
Советский ученый профессор Г. И. Покровский предлагает несколько иной способ запуска искусственного спутника на его орбиту. Его предложение еще упрощает задачу создания первого искусственного спутника. Для этой цели он предлагает использовать могучую энергию, колоссальные скорости, которых позволяет достичь направленный кумулированный взрыв.
Мы уже говорили о том, что в последние десятилетия ученые нашли способ концентрировать энергию большой массы взрывчатого вещества в узком объеме. Для этого заряду придается специальная форма — в нем делается узкое конусообразное углубление, по поверхности которого и происходит стремительное горение взрывчатого вещества. Распространяющиеся перпендикулярно к плоскости горения газы сходятся в одном центре, как сходятся в одном фокусе солнечные лучи, упавшие на вогнутое зеркало телескопа. В этом центре происходит чрезвычайно высокая концентрация энергии и струйка раскаленных газов приобретает скорость в несколько десятков километров в секунду.
 Яростная сила кумулятивного заряда выбросила искусственный спутник - массивный стальной шар - параллельно земной поверхности |
Вот такой заряд взрывчатых веществ и предлагает поднять в головном отсеке двухступенчатой ракеты профессор Покровский. Когда ракета достигнет высоты 350-450 километров — потолка, на который пока может подняться современная жидкостная двухступенчатая ракета, - автоматически производится взрыв этого заряда. В яростном пламени кумулированной струйки вылетит параллельно поверхности Земли ее первый искусственный спутник - величиной с биллиардный шарик. Конечно, внутри его не будет никаких приборов. Но, наблюдая в телескопы за его полетом, ученые смогут получить некоторые данные о сопротивлении воздуха его движению вокруг Земли - как раз те данные, которые будут так необходимы при запуске более крупных спутников с приборами и людьми.
Конечно, искусственного спутника большей, чем биллиардный шарик, величины, а тем более искусственного спутника с приборами и людьми таким способом запустить не удастся. Но, возможно, что кумулированный взрыв будет использоваться при запуске некоторых видов искусственных спутников и большей величины, но не как основная сила, которая придает ему всю необходимую для движения по круговой орбите горизонтальную скорость, а как последний толчок, который выбросит искусственный спутник из третьей ступени ракеты, прибавив к скорости, набранной работой реактивных двигателей, небольшую недостающую до круговой скорость.
На расстоянии 320 километров от Земли атмосфера находится в таком разреженном состоянии, что практически она не будет оказывать почти никакого сопротивления движущимся в ней, даже с очень высокой скоростью, телам. Мы сказали «почти» не случайно. Небольшое сопротивление она все-таки оказывает. Вот алюминиевый шар искусственной луны соскочил с раскрытых половинок ракеты и начал их медленно обгонять. Видимо, его аэродинамическая форма несколько лучше и сопротивление, оказываемое ему в полете, меньше, чем остаткам ракеты. Но в течение еще сравнительно длительного времени они движутся почти рядом...
Скорость искусственной луны огромна; мы уже говорили, что она равна 7650 метрам в секунду, что составляет около 27500 км/час. Значит, вокруг земного шара полный оборот она сделает меньше чем за полтора часа. А в сутки эта искусственная луна будет восходить и заходить 16 раз. По утрам и вечерам ее, освещенную лучами уже закатившегося Солнца, можно будет увидеть в бинокль или небольшой телескоп. Можно будет увидеть в темносинем закатном небе первое космическое тело, созданное мыслью и руками человека. Познакомимся с «населением» этой искусственной планеты, посмотрим, каким целям она служит.
Искусственная луна представляет собой полый алюминиевый шар диаметром несколько более полуметра. Когда перед назначением в земные луны инженеры взвесили его в лаборатории, он весил вместе со всем оборудованием, размещенным у него внутри, чуть больше 40 килограммов. Большую часть этого веса составляет именно оборудование.
Искусственная луна движется вокруг земного шара по своеобразной траектории. Она проходит над обоими земными полюсами, и при том таким образом, что затмения этого спутника Землей в первые дни его полета случиться не может. Новая луна ни на мгновение не погружается в земную тень; она скользит по вечерним и утренним зорям, всегда оставаясь освещенной Солнцем.
Это, конечно, не случайно и вызывается двумя обстоятельствами. Во-первых, тем, что изучение радиации излучения Солнца является одной из важнейших задач, поставленных перед ее приборами. Во-вторых, потому, что Солнце дает энергию для работы всех ее приборов.
Искусственная луна стремительно вращается вокруг своей оси. Это вращение ей сообщили на Земле еще до вылета ракеты, забросившей ее сюда, в космическое пространство. А кроме того, она снабжена небольшими выступами, расположенными так, что даже очень небольшое давление атмосферы на эти выступы сообщает искусственной луне дополнительное вращение, раскручивает ее.
| Один из проектов автоматического искусственного спутника Земли. Спутник имеет вполне реальную ось, вокруг которой вращается таким образом, чтобы при своем движении вокруг Земли всегда оставаться обращенным к Солнцу одной стороной. Эта ось 1 служит и антенной радиопередатчика и помещением для аппаратуры: счетчика космических лучей 2, счетчика свободных электронов 3 и т. д. Обращенная к Солнцу сторона спутника представляет собой прозрачную линзу 4, концентрирующую лучи Солнца на поверхности гелиоэлектростанции 5. Кроме того, в ней есть отверстие для аппаратуры, исследующей ультрафиолетовое излучение Солнца 6 и рентгеновы лучи 7. Внутри спутника установлены аккумуляторы 8, радиопередатчик 9, шифрующая аппаратура 10. Запись показаний приборов ведется на магнитной ленте, растянутой на зубчатом ободе 11 с помощью записывающей головки 12. Обод вращает мотор 13 через редуктор 14. |
Эта забота о том, чтобы первый же искусственный спутник, созданный человеком, приобрел все формы движения, свойственные небесным телам, созданным самой природой, тоже, конечно, не случайна. Это обеспечивает искусственной луне устойчивость положения, гарантирует, что к лучам Солнца она всегда повернута одной стороной, точнее, одним полюсом. У этой крошки, как видим, есть даже полюса...
Вся освещенная солнечными лучами сторона искусственного спутника накрыта пластмассовой линзой, концентрирующей лучи Солнца на фотоэлектрической батарее, вырабатывающей электрический ток. Этот ток производит постоянно подзарядку небольших аккумуляторов, питающих энергией всю аппаратуру искусственного спутника. Такова гелиоэлектростанция — энергетическое сердце искусственной луны.
В обращенной к Солнцу ее пластмассовой линзе есть два отверстия. Одно из этих отверстий закрыто линзой из кварца, отлично пропускающего ультрафиолетовые лучи. Прибор, фиксирующий и записывающий их общую интенсивность, изучающий спектр ультрафиолетовых лучей, размещен как раз за этим отверстием.
Другое отверстие закрыто пластинкой из бериллия. Какие же лучи солнечного спектра смогут пройти сквозь столь непрозрачную металлическую пластинку? Только рентгеновы. Работу аппаратуры для исследования излучения Солнцем рентгеновых лучей и обеспечивает это отверстие, прикрытое бериллиевой шторой.
На поверхности искусственного спутника есть и еще одно отверстие — в области «экватора». В это отверстие открывается устройство для создания... дымовой завесы, дымового облака из паров металлического натрия, посредством которых можно бы было обнаружить местонахождение спутника на небе. Центробежная сила разбросает вырывающиеся из отверстия пары металлического натрия; их облачко, освещенное лучами заходящего Солнца, будет хорошо видно с Земли.
Если поднять крышку и посмотреть, какие еще аппараты находятся внутри нашей искусственной луны, мы удивимся их количеству и разнообразию. Здесь мы найдем и счетчики гамма-лучей и космических лучей, приборы для изучения излучений полярных сияний, счетчик электронов, магнитометр для исследования магнитного поля Земли. А у полюса, противоположного тому, который обращен к Солнцу, разместился целый узел связи.
Прежде всего вершиной этого полюса служит алюминиевый штырь довольно значительной длины. Этот штырь делает искусственную луну похожей на проткнутое карандашом яблоко. А служит он в качестве антенны. Ведь искусственному спутнику необходимо регулярно поддерживать связь с Землей, иначе не будет смысла создавать его.
Исследовательская аппаратура, размещенная в искусственном спутнике, ведет непрерывную запись показаний. Эти показания зашифровываются системой радиосигналов и поступают на передающую радиостанцию. Приборы ведут наблюдения непрерывно, а передающая станция включается периодически — через каждые 45 минут. Итоги 45-минутных исследований многочисленных приборов будут сообщаться на Землю в короткой 30-секундной передаче. Время передачи следует предельно сократить, так как она требует больших затрат энергии, которая возмещается довольно медленно. Если не выключать радиопередатчик, аккумуляторы разрядятся и приостановится работа всех приборов.
Таково внутреннее и внешнее устройство внеземной автоматической научно-исследовательской лаборатории, которой и будет по существу являться наша искусственная луна.
Примерно такой проект разработал в деталях американский ученый проф. Зингер. По его мнению, ни о каком военном использовании такой луны не может быть и речи, — она слишком мала для этого. Искусственная луна — оружие науки и прогресса, а не оружие истребления человечества.
Трудно сказать, в течение какого времени сможет оставаться автоматическая лаборатория искусственным спутником Земли. Хотя сопротивление разреженной атмосферы и незначительно, но она все же будет его испытывать и медленно терять скорость движения. А потеряв скорость, она будет снижаться, попадая во все более плотные слои атмосферы, которые все сильнее будут ее тормозить. И наконец, раскалившись от трения о воздух, она, как метеор, сгорит в вечернем небе.
По предположениям проф. Зингера, первый искусственный спутник просуществует в течение нескольких недель. Менее оптимистично настроенные ученые считают, что он сможет сделать едва один-два десятка оборотов вокруг земного шара, то есть продолжительность его жизни в космосе будет измеряться только часами и днями. Но и в том и другом случае научная возможность и ценность такого опыта несомненны.
Проект проф. Зингера — отнюдь не единственный в своем роде. В августе 1955 года на международном конгрессе астронавтов в Копенгагене немецкий специалист в области ракетного дела — Эрике, работающий в США, доложил о своем проекте искусственного спутника, проектируемого для меньших высот — всего в 150 километров. Трение об атмосферу, которая здесь более плотна и оказывает большее сопротивление, чем на высоте 300 километров, предполагается компенсировать за счет периодического дополнительного сжигания топлива в ракетных двигателях. По расчетам Эрике, для облета один раз вокруг Земли спутнику понадобится всего 15 килограммов смеси бензина и кислорода.
За луной-2 на разведку крайних слоев атмосферы и ближайших к Земле областей космического пространства отправятся луна-3, луна-4 и т. д. Разнообразнейшие задачи будут поставлены перед этими искусственными лунами. По мнению акад. Седова, уже сейчас имеется возможность создания искусственных спутников различных размеров и веса.
Одни из них будут заниматься исключительно исследованием направлений воздушных течений, степени ионизации и других явлений в верхних слоях ионосферы, а также вляния их на погоду. Сигналов от этих искусственных лун будут ждать метеорологи. Данные их исследований помогут им уточнить свои долгосрочные прогнозы погоды.
Другие искусственные луны, используя крайние области атмосферы как огромную аэродинамическую трубу, будут заниматься вопросами аэродинамики, торможения в условиях сверхвысоких разрежений и сверхвысоких скоростей. Конструкторы будущих космических ракет будут первыми интересоваться результатами этих опытов. Ведь для них чрезвычайно важно, как мы говорили уже, обеспечить торможение космического корабля при посадке на планету именно трением в высших слоях атмосферы. От результатов этих опытных исследований зависит очень многое в судьбе космических полетов...
Биологи превратят искусственный спутник в оранжерею. Ведь им тоже важно знать, как влияют на всхожесть семян и на развитие растений те или иные составляющие внеземной радиации, какие меры надо предпринять, чтобы обеспечить наиболее интенсивную работу листьев по кругообороту кислорода. Без этих опытов также невозможно будет отправиться даже в самый первый космический рейс.
Врачи отправят в серию кругосветных полетов мышей, кроликов, обезьян. Вот когда станет по-настоящему возможным изучение длительного влияния невесомости на живой организм, изучение влияния космической и ультрафиолетовой радиации на прохождение различных жизненных процессов. Все это тоже опыты, которые необходимо поставить, прежде чем в космическое пространство отправится первый человек.
Итоги всех этих исследований, которые займут, по всей вероятности, не один год, а может быть, и не одно десятилетие, бесспорно, обогатят нашу науку, позволят значительно двинуть вперед метеорологию, геофизику, аэродинамику. Возможно, в ходе этих исследований будет открыто , какое-нибудь явление природы, которое произведет революционный переворот в той или иной области науки или техники. Но самое главное — они откроют широкую возможность развития космических полетов.
В ходе этих опытов будут найдены, разработаны и проверены методы борьбы с вредным влиянием некоторых составляющих космической радиации, методы борьбы с метеоритами, уточнены вопросы отопления, освещения, использования в полете энергии Солнца и многое другое... Конечно, астронавтика не будет ждать, когда будут найдены ответы на все вопросы. Тотчас же за первыми удачными полетами животных в космическое пространство отправится человек. Искусственные спутники — новые луны станут обитаемыми.
назад