В настоящее время не существует единого мнения относительно того, где проходит граница космоса. Некоторые ученые считают, что космическое пространство начинается в интервале высот 1000-3200 км над поверхностью Земли. В этой области столкновениями между молекулами атмосферных газов можно пренебречь; плотность атмосферы ничтожно мала и составляет 1 -100 частица/см³ (на уровне моря плотность атмосферы 10¹⁸ частица/см³); наиболее легкие молекулы (например, водород) освобождаются от силы земного притяжения.

Другие ученые считают, что границей космоса следует считать высоты 120-160 км, на которых атмосфера становится настолько разреженной, что средняя длина свободного пробега молекул соизмерима с характерными размерами движущихся тел, и аэродинамические методы описания течений, базирующиеся на представлении о сплошной среде, становятся непригодными.

Атмосфера Земли Атмосфера Земли состоит из нескольких слоев. Наиболее важными являются: А – тропосфера, В – стратосфера, С – мезосфера, D – термосфера, Е – экзосфера. Нижние слои показаны справа в увеличенном масштабе. Обозначены максимальные высоты, достижимые различными исследовательскими аппаратами. Атмосферные газы поддерживают жизнь на Земле и защищают нас от опасной радиации и космических частиц. Ионосфера, область электрических заряженных частиц, расположена между областями В и Е. В ее состав входят отражающие слои D и E, F1 и F2 сформированные проникающими туда ультрафиолетовыми и рентгеновскими лучами. Их структура изменяется в зависимости от температуры и времени суток (день – ночь). Cпутники позволили человеку впервые исследовать эти области верхней атмосферы.

В течение многих лет изучение атмосферы и наблюдения земной поверхности производились с помощью аппаратуры, установленной на шарах-баллонах, самолетах и аэростатах. В конце второй мировой войны потолок наиболее совершенных самолетов достигал 8-10 км, а аэростаты могли подниматься на высоту до 30 км.

Развитие ракетной техники настоятельно требовало изучения состава и свойств атмосферы на больших высотах. За последние два года войны в Германии были разработаны планы использования ракеты А-4 для исследования верхней атмосферы. В научно-исследовательском институте физики стратосферы была разработана и испытана аппаратура для регистрации ультрафиолетового излучения Солнца, радиационных потоков, записи давления и температуры на разных высотах, а также для отбора проб воздуха. Чтобы проверить летные характеристики ракеты в вертикальном полете, были запущены две ракеты (без приборов). Однако в последний период войны исследовательские полеты ракет А-4 были отменены.

После окончания войны ракеты А-4 и их системы были вывезены в США, Англию, Францию и СССР.

В СССР вывезенные из Германии технические материалы и ракеты A-4s были частично использованы при разработке ракеты Р-1, которая положила начало серии советских ракет для исследования верхней атмосферы. 24 мая 1949 г. состоялся первый полет ракеты Р--1А, на которой были установлены два контейнера массой по 80 кг каждый с научно-исследовательской аппаратурой. Контейнеры были снабжены парашютами, раскрывавшимися при снижении до высоты 20 км. В 1949-1956 гг. были созданы и испытаны другие модифицированные ракеты этой серии: Р-1Б, Р-1В, Р-1Д, Р-1Е. Масса исследовательской аппаратуры на ракетах Р-1Б и Р-1В составляла 1160 кг, на ракетах Р-1Д и Р-1Е – 1500-1800 кг. Всего за этот период было произведено 18 успешных пусков. До высот 110 км были проведены исследования атмосферы, космического излучения, спектрального состава и излучения Солнца, жизнедеятельности животных и т. п.

Ракета Р-2А новой серии с общей массой полезного груза 2200 кг достигла высоты 212 км. Ракету запускали в период 1957-1960 гг. (11 успешных пусков). Ракета служила для исследования верхней атмосферы, фотографирования спектра Солнца, проведения медико-биологических исследований и отработки системы спуска (приземления) аппаратуры и животных.

Осенью 1945 г. детали и узлы в количестве, достаточном для сборки 100 ракет A-4s, были доставлены из Германии в США во вновь созданный испытательный центр в Уайт-Сэндсе (шт. Нью-Мексико). Запуски этих ракет производились с целью накопления данных о физических и paдиационных условиях в верхней атмосфере, а также для тренировки американских гражданских и военных специалистов в сборке, испытаниях и запуске крупноразмерных ракет.

Первая из ракет A-4s, доставившая научную аппаратуру для регистрации космических лучей на высоту 112 км, была запущена 10 мая 1946 г. За этим пуском в течение этого года последовало несколько других как с аварийными, так и с успешными исходами. Однако система сопровождения ракеты, телеметрия, научная аппаратура и техника возвращения на парашюте уже достигли такого совершенства, что удалось собрать большое количество ценных научных данных о верхней атмосфере. В космических экспериментах были заинтересованы правительственные исследовательские организации, вооруженные силы и промышленность. 16 января 1947 г. была собрана группа экспертов по исследованию верхней атмосферы с помощью ракеты A-4s, чтобы обсудить имеющиеся запросы и установить приоритеты для полетов.

Вверху. Трофейная немецкая ракета А-4, поднявшая научные приборы в верхнюю атмосферу. Запуск произведен в Уайт-Сэндсе (шт. Нью-Мексико). Наибольшая высота, достигнутая в США ракетой А-4, составила 212 км.	Вверху. Советские геофизические ракеты в павильоне ВДНХ в Москве. На переднем плане ракета, выводившая подопытных животных – собак – в ближний космос. Сзади – ракета, выводившая капсулу с приборами на большую высоту.

Семь специально приспособленных ракет A-4s были использованы Группой авиационных материалов ВВС США и Лабораторией космической медицины. В этих полетах в носовом конусе ракеты размещали небольшие контейнеры, возвращаемые на Землю с помощью парашюта. В контейнерах находились насекомые и растения для изучения влияния на них радиации на больших высотах. Несколько ракет поднимали в космос животных (мышей и обезьян), однако число возвращаемых объектов было небольшим вследствие непрерывных повреждений механизма разделения и парашютной системы.

Располагая ракетами А-4, США смогли также провести первые эксперименты с большими двухступенчатыми ракетами, проект которых был предложен полковником (позже генерал-майором) X. Н. Тофтоем. Ракета «Бампер», восемь образцов которой были запущены в период 1947-1950 гг., включала ракету А-4 в качестве первой ступени и трехсоткилограммовую исследовательскую ракету «ВАК-Корпорал» в качестве второй ступени. На нескольких образцах второй ступени была установлена аппаратура для измерения температуры и космической радиации на высотах, не достижимых для ракеты А-4, запускаемой отдельно. Ракета «Бампер-5», запущенная 24 февраля 1949 г., достигла высоты 393 км, рекордной для того времени. Две последние ракеты «Бампер» были запущены с нового испытательного полигона в Лонг-Рэйндже (теперь Восточный испытательный полигон ВВС США).

С начала Международного геофизического года (МГГ) 1957-1958 гг. исследовательские ракеты получили дальнейшее развитие как средство исследования областей космического пространства, окружающего земной шар. В течение этого периода исследовательские ракеты появились в таких странах, как Франция, Япония, Канада и Австралия. Исследовательские ракеты оказались особо ценными при проведении метеорологических наблюдений в масштабах всего земного шара. В настоящее время разработаны совершенные образцы исследовательских ракет, позволяющие доставлять научную аппаратуру на требуемые высоты.

Слева. Первый запуск с мыса Канаверал исследовательской ракеты LC-3 («Фау-2»/ «ВАК-Корпорал»). В те годы не было еще системы сопровождения ракет и радиотелеметрии. Пусковым столом служила бетонная плита, башней обслуживания – строительные леса.

Век спутников

Международный геофизический год вызвал к жизни новое средство изучения космоса в областях, находящихся за пределами досягаемости исследовательских ракет и их полезных грузов, – исследовательский спутник, орбита которого могла располагаться на высотах, где столкновения с редкими молекулами воздуха вызывали пренебрежимо малое торможение. Спутники могли оставаться на орбитах годами, и ограничением для них являлся только ресурс их научной аппаратуры, телеметрических и других систем.

Слева. Экспериментальный образец ракеты-носителя «Авангард» TV 1 в момент заправки жидким кислородом при наземных испытаниях на мысе Канаверал 15 апреля 1957 г. Испытания проводились только с первой ступенью в соответствии с технологией, разработанной Исследовательской лабораторией ВМФ (входящей в состав Отдела исследований ВМФ) в рамках программы для исследовательской ракеты «Викинг».

Идея искусственного спутника вынашивалась в США в течение нескольких лет. Еще в 1945 г. Бюро аэронавтики ВМФ США приступило к рассмотрению вопроса о спутнике, предназначенном для доставки научной аппаратуры в космическое пространство. Годом позже ВВС США подробно изучили возможность создания спутника в рамках проекта фирмы «РЭНД» (в то время полуавтономная организация авиационной фирмы «Дуглас»). Отчет включал аванпроект экспериментального орбитального космического корабля (ЭОКК). В 1946 г. Бюро аэронавтики ВМФ США совместно с фирмой «Норт америкен авиэйшн» предложило экспериментальный высотный космический корабль (ЭВКК). Это был спутник, объединенный с ракетой-носителем на жидком водороде и жидком кислороде, способной вывести 450 кг на орбиту высотой 240 км.

Справа. Спутник «Авангард» SLV2 при проверке на мысе Канаверал. Спутник для исследования рентгеновского излучения Солнца был запущен 28 июня 1958 г. Однако двигатель второй ступени носителя преждевременно выключился из-за низкого давления в камере, и полет закончился. Этот запуск был частью американской программы в рамках Международного геофизического года и проводился под руководством Отдела исследований ВМФ США.

В конце 40-х годов были разработаны и другие предложения о разных спутниках, но ни одно из них в дальнейшем не рассматривалось серьезно. Военные управления поддерживали работы, хотя они еще не определили области военного применения спутников. В 1949 г. научная конференция США поддержала проект фирмы «РЭНД». Группа специалистов разработала некоторые технические предложения, касающиеся космического корабля, и определила, что он будет иметь значение для демонстрации технического превосходства США, как средство связи и наблюдения за земной поверхностью и как инструмент политической стратегии. Эти недостаточно четкие обоснования привели к тому, что ассигнования на проект «РЭНД» не были выделены немедленно, хотя имелись определенные перспективы использования спутников в военных целях для систем связи и разведки.

Одним из первых предложений в области спутников был совместный проект, разработанный Агентством баллистических ракет армии и Отделом исследований ВМФ США в сотрудничестве с промышленными («Аэроджет дженерал») и университетскими исследовательскими организациями. Речь идет о проекте «Орбитер», который был рассмотрен на совместном совещании всех его участников в Вашингтоне 25 июня 1954 г. Было предложено осуществить запуск небольшого спутника Земли с помощью ракеты «Юнона-1», модифицированной армейской баллистической ракеты средней дальности «Редстоун» с твердотопливными верхними ступенями «Локи» (позднее были использованы в качестве верхних ступеней ракеты «Сержант»). На следующем совещании фон Браун, являвшийся сотрудником Агентства баллистических ракет армии США, развил предложения о модификации ракеты «Редстоун» и использовании других существующих систем с целью создания ракеты для запуска спутника за короткое время при умеренной стоимости.

Предложенный для проектирования спутник имел массу 2,25-6,75 кг в зависимости от тяги ракет, применявшихся на верхних ступенях носителей. В то время специфика и технические детали конструкции спутника были, естественно, недостаточно ясными. А. Сатину, главному инженеру отделения авиации Отдела исследований ВМФ, и другим членам группы был известен проект «минимальной» ракеты-носителя для запуска спутника, разработанный К. Гэтландом, А. Диксоном и А. Кунешом из Британского межпланетного общества в 1951 г. Таким образом, все рассмотренные материалы свидетельствовали, что проект спутника осуществим.

Несмотря на энтузиазм разработчиков и официальное одобрение в ВМФ США, проект «Орбитер» был обречен, и спутник никогда не был выведен на орбиту из-за конкуренции внутри ВМФ США. Исследовательская лаборатория ВМФ (часть Отдела исследований ВМФ) выступила независимо с собственной программой создания спутника Земли. Это был проект «Авангард».

Проект «Авангард» был официально объявлен 9 сентября 1955 г. В нем предлагался трехступенчатый носитель, состоящий из модифицированной ракеты «Викинг» в качестве первой ступени, модифицированной ракеты «Аэроби-Хи» в качестве второй ступени и твердотопливной третьей ступени. Ракета была спроектирована для выведения исследовательского спутника, имеющего массу 9,7 кг, на орбиту с перигеем 320 км. Она имела стартовую массу 10 250 кг и тягу двигателя первой ступени 12 700 кгс. (Усовершенствованная третья ступень позволила впоследствии увеличить массу спутника до 24,7 кг.)

Ракета «Викинг» (первая ступень) была исследовательской ракетой, созданной ВМФ. В технологическом отношении и в экспериментальной отработке она оказалась более сложной, чем ракета А-4, однако имела несколько перспективных особенностей, таких, как подвеска двигателя в кардане, использование в качестве горючего керосина и др. В модифицированной ракете «Аэроби-Хи» (вторая ступень) в качестве топлива использовались азотная кислота и несимметричный диметилгидразин. Третьей ступенью мог быть любой из двух твердотопливных двигателей, разработанных специально для ракеты «Авангард».

Проект «Орбитер» В канун 20-летней годовщины запуска первого американского искусственного спутника Земли «Эксплорер-1» три английских исследователя узнали о том, что проекты многоступенчатых ракет, которые они разработали 27 лет назад, сыграли определенную роль в подготовке американского старта в космос. Двое из них, К. Гэтланд и А. Диксон, были в то время молодыми членами проектной группы фирмы «Хокер эйркрафт», ответственными за работы по самолету-перехватчику «Харрикейн», широко известному во время второй мировой войны. Третий автор, А. Кунеш, работал в фирме «Филм кулин тауэрс». Их технические рекомендации относительно ракет-носителей, подготовленные для Британского межпланетного общества (БМО), были представлены в работе «Минимальные корабли-спутники» на международном совещании ученых и инженеров – Втором международном астронавтическом конгрессе в Лондоне, состоявшемся в 1951 г., за 6 лет до запуска первого спутника. Письмо, подписанное А. Сатиным и датированное 23 ноября 1977 г., начиналось так: «Джентльмены! Я намеревался в ближайшее время написать вам

К. Гэтланд сравнивает модели ступени «минимального корабля-спутника» со сферой, имеющей металлическое покрытие, которая была предназначена для выведения на орбиту. Это предложение проложило путь спутнику «Эксплорер-1». Аппаратура для научных исследований «Маус» (MOUSE), спроектированная в 1953 г. проф. С. Ф. Зингером. В настоящее время экспонируется в Национальном музее авиации и космонавтики в Вашингтоне. Заслуживают внимания малые размеры аппаратуры. относительно вашей блестящей работы «Минимальные корабли-спутники», опубликованной в книге «Искусственный спутник», Лондон, 1951 г. (Труды 2-го Международного астронавтического конгресса.) Позвольте сообщить вам, что эта работа была использована мною в 1952-1954 гг. при разработке первого космического проекта США в Отделе исследований ВМФ в Вашингтоне, где я был главным инженером отделения авиации. Нашей целью было создание в короткий срок ракеты

для запуска спутника на основе существующей в США технической базы. Когда я проанализировал ваши данные, я понял, что, используя доступную нам технику, мы можем создать трехступенчатую ракету, способную вывести на околоземную орбиту небольшой полезный груз. Это в конце концов определило облик нашего проекта «Орбитер» и позволило запустить спутник «Эксплорер-1» в январе 1958 г.». Теоретическая работа специалистов из Великобритании о минимальных ракетах-носителях позволила отказаться от дорогостоящей и сложной ракетно-космической техники в пользу систем, для создания которых был достаточен умеренный прогресс в области ракетных топлив и инженерной практики. Реализация предложений группы Британского межпланетного общества привела к созданию малых многоступенчатых ракет «Юнона-1» и «Авангард», которые вывели на околоземную орбиту скромные полезные грузы первых американских спутников. В Европе подобные принципы были развиты при создании французской ракеты «Диамант» и английской ракеты «Блэк эрроу». Предлагая небольшие по габаритам и массе научные спутники, английские специалисты сосредоточили свое внимание на миниатюризации научных приборов и радиоаппаратуры, что привело к революционным преобразованиям микроэлектроники.

Во время второй мировой войны высокого совершенства достигли многие новые виды военной техники, в том числе ракеты и управляемые реактивные снаряды, что оказало существенное влияние на развитие техники в послевоенный период. Бюро аэронавтики ВМФ США разработало проект одноступенчатой ракеты на жидких О₂ и Н₂, способной выйти на околоземную орбиту. Ориентировочная стоимость проекта (в ценах 1946 г.) 8 млн. долл., и для облегчения его проведения через официальные каналы проекту было дано прозаическое название «Экспериментальный высотный космический корабль» (ЭВКК). В разработке проекта участвовали фирмы «Норт америкен авиэишн», «Гленн Л. Мартин», «Аэроджет дженерал».

«Спутник-1» Спутник, которым Советский Союз удивил мир 4 октября 1957 г., передал информацию о плотности и температуре верхней атмосферы. Диаметр 58 см. Масса 83,6 кг. Радиочастоты: 20,005 и 40,002 МГц. Бортовые источники электропитания – химические батареи. Параметры орбиты: 228 X 947 км X 65,1°. «Спутник-2» В этом первом в мире биологическом спутнике, выведенном на орбиту 3 ноября 1957 г., находилось подопытное животное – собака Лайка. Проведенные измерения дали СССР важную информацию о состоянии живого организма в условиях космического полета. Данные передавались телеметрической системой на Землю. Герметичная кабина с Лайкой и остальная аппаратура были размещены в конечной ступени ракеты-носителя. Второй ИСЗ просуществовал на орбите до 14 апреля 1958 г. Полезный груз 508,3 кг. Параметры орбиты: 225 Х 1671 км X 65,3°.

«Эксплорер-1» Первый успешно запущенный спутник США. Выведен на орбиту 31 января 1958 г. С помощью установленной на нем аппаратуры было сделано открытие, что Земля oпoяcaна зоной радиации, захваченной земным магнитным полем. Параметры орбиты: 360 X 2534 км X 33,24° (см. также рисунок ниже). «Авангард-1» Небольшой экспериментальный спутник. Выведен на орбиту 17 марта 1958 г. На нем впервые были установлены солнечные элементы (которые подзаряжали ртутные батареи). Произведены из измерения плотности атмосферы, выполнены геодезические исследования. Диаметр 16,3 см. Масса 1,47 кг. Частоты: 108 МГц при 10 мВт, 108,03 МГц при 5 мВт. Параметры орбиты: 650 X 3968 км X 34,25°.

«Авангард-3» Введен на орбиту 18 сентября 1959 г. Продолжил картирование магнитного поля Земли, определил нижнюю границу и флуктуации радиационного пояса и произвел точные измерения потока микрометеоритов. Диаметр 50,8 см. Масса полезного груза 1 кг. Параметры орбиты: 512 X 3744 км X 33,35°. «Спутник-3» Третьим советским сюрпризом был геофизический спутник массой 1327 кг. Выведен на орбиту 15 мая 1958 г., исследовал ионосферу Земли, магнитное и электростатическое поле, радиационный пояс, космические лучи, метеорные частицы и др. Длина 357 см. Ширина основания 173 см. Частоты: 20,005, 40,008 МГц. Солнечные и серебряно-цинковые батареи. Параметры орбиты: 226 X 1881 км X 65,2°.

Так как ВМФ США был не в состоянии выделить такую сумму на исследовательские цели, для участия в этом проекте были приглашены ВВС США. Однако ВВС предпочли провести независимые исследования и обратились к вновь сформированной в Калифорнии фирме «РЭНД» (англ. RAND от Research ANd Development), которая включала фирмы «Дуглас эйркрафт», «Норт америкен авиэишн» и «Нортроп». К 12 мая 1946 г. «РЭНД» разработала аванпроект экспериментального орбитального космического корабля (ЭОКК) в виде многоступенчатой ракеты, предназначенной для сбора информации о космических лучах, гравитации, магнитном поле Земли, об астрономических и метеорологических явлениях и о характеристиках верхней атмосферы. Предлагаемая ракета имела 4 ступени и максимальный полезный груз 227 кг. Ориентировочная стоимость (в ценах 1946 г.) 150 млн. долл.

Во втором проекте фирмы «РЭНД» в конце 1946 г. рассматривалась трехступенчатая ракета на жидком О₂ и гидразине со стартовой массой около 37 000 кг. Она предназначалась для выведения полезного груза на круговую орбиту высотой 560 км. По разным причинам (высокая стоимость проекта, первоочередность разработок стратегических бомбардировщиков и боевых ракет и др.) эти исследования были прекращены.

Работа была передана небольшой исследовательской группе Британского межпланетного общества, которой было предложено найти более перспективное решение. Эта группа провела в 1948-1951 гг. исследования, полностью игнорируя результаты «РЭНД» (которые были в то время секретными), и нашла путь уменьшения размеров системы для запуска спутников и ее стоимости. Было сделано заключение, что правильно спроектированная трехступенчатая ракета, имеющая массу менее 17 т, способна вывести на орбиту прибор для регистрации космических лучей и радиопередатчик. Эти результаты стимулировали интерес в США к минимальным ракетам-носителям, первому проекту спутника «Орбитер», а затем к спутникам «Авангард» и ракете-носителю «Юнона-1».

1 ЭОКК, 1946 Четырехступенчатый носитель, стартовая масса 106 000 кг. Топливо: жидкий О2 – спирт. Полезный груз 227 кг на круговой орбите высотой 480 км.	2 ЭВКК, 1946 Одноступенчатая ракета-носитель с 9 основными ракетными двигателями. Длина 26,2 м. Диаметр 4,9 м. Стартовая масса 45 800 кг. Стартовая тяга 136 000 кгс. Топливо: О2 (ж.) – Н2(ж.). Полезный груз 450 кг.	3 Проект БМО, 1948-1951 Попытка уменьшить размеры и стоимость носителя, уменьшая массу спутника для научных исследований. Три ступени плюс дополнительные баки; топливо: О2(ж.) – гидразин. Трехосная гироплатформа, управляющие газодинамические рули, на второй ступени двигатель в кардановом подвесе. Длина 13,7 м. Диаметр 3,2 м. Стартовая масса 77 100 кг. Стартовая тяга 124 700 кгс. Полезный груз 160 кг.	4 Минимальный корабль спутник, 1951 Конечный проектный облик минимальной ракеты-носителя для запуска спутников на околоземные орбиты. Трехступенчатая ракета с системой наддува баков для сохранения их устойчивости; топливо: О2(ж.) – гидразин. Трехосная гироплатформа, двигатели в кардановом подвесе. Длина 15,6 м. Максимальный диаметр 1,9 м. Стартовая масса 16 800 кг. Полезный груз 0 – 4,5 кг.

5. Проект «Орбитер», 1952-1955 Был объявлен в 1955 г. как национальный проект США искусственного спутника Земли в рамках программы Международного геофизического года. Первая ступень ракеты-носителя – модифицированная баллистическая ракета средней дальности «Редстоун», верхние ступени – связка твердотопливных ракет «Локи». Проект был заменен впоследствии проектом «Авангард».

6 Ракета-носитель первых советских спутников, 1957 Первая в мире ракета-носитель, созданная на базе советской межконтинентальной ракеты Р-7, с помощью которой были успешно запущены первые три советских ИСЗ.

7 Ракета-носитель «Авангард», 1957 Трехступенчатая ракета, заменившая носитель «Орбитер», предложенный в рамках проекта. 8 Ракета-носитель «Юнона-1», 1957-1958 Первая американская ракета-носитель, доставившая на орбиту спутник «Эксплорер-1». В основу положен проект «Орбитер»

«Эксплорер-1» 1. Носовой конус. 2. Температурный датчик носового конуса. 3. Маломощный передатчик: 10 мВт, 108,00 МГц. 4. Датчик для измерения температуры окружающей среды. 5. Щелевая антенна. 6. Блок исследования космических лучей и микрометеоритов (научная аппаратура Ван Аллена). 7. Микрометеоритный ультразвуковой микрофон. 8. Передатчик высокой мощности: 60 мВт, 108,03 МГц. 9. Датчик для измерения температуры внутри спутника. 10. Щелевая антенна. 11. Обечайка двигателя ракеты «Сержант» (в уменьшенном масштабе). Остается пристыкованной к полезному грузу на орбите. 12. Датчики для измерения микрометеоритной эрозии (12 шт.). 13. Гибкая антенна длиной 55,9 см (4 шт.). 14. Датчик для измерения температуры окружающей среды. Технические характеристики Общая длина 205 см. Диаметр приборного контейнера 16,5 см. Диаметр обечайки ракеты 15,2 см. Масса (с ракетой) 14 кг, из которых 8,32 кг – масса научной аппаратуры.

Первый спутник О том, как создавался первый спутник, сообщалось в советской печати в журнале «Новое время» № 40, 1977 В. Губаревым («Правда» от 7 декабря 1977 г.). В 1955 г. президент Академии наук СССР послал советским ученым следующее обращение: «Прокомментируйте, пожалуйста, использование искусственных спутников Земли. Как вы думаете, когда они будут выведены в космическое пространство?». Ответы были разными. Одни вносили различные предложения, а другие писали: «Фантастикой не увлекаюсь». «Предполагаю, что выход в космос произойдет не ранее 2000 г.». «Не представляю, какое практическое значение могут иметь искусственные спутники Земли». Эти замечания были высказаны достойными уважения учеными всего лишь за 2 года до запуска спутника. Их целесообразно было процитировать, чтобы показать, сколь дальновиден и гениален был С. П. Королев, еще в 1954 г. доказывая, что уже можно осуществить запуск искусственного спутника Земли. «Мне кажется,– писал он,– что в настоящее время была бы своевременной

Академик А. А. Благонравов знакомит с устройством первого советского спутника участников конференции, проводимой в рамках Международного геофизического года в Вашингтоне 5 октября 1957 г., через день после запуска. Он заявил, что спутник является простейшим из двух спутников, подготовленных для запуска в Советском Союзе. и целесообразной организация научно-исследовательского отдела для проведения первых поисковых работ по спутнику и более детальной проработки комплекса вопросов, связанных с этой проблемой». Спутник был задуман, когда человек, который позже стал хорошо известным как Главный конструктор, написал эти строки. Однако потребовались три года интенсивных усилий, предпринятых группой Королева, пока был запущен космический аппарат, названный простейшим спутником. 30 августа 1955 г. в кабинете вице-президента Академии наук СССР было созвано совещание. В нем приняли участие С. П. Королев, М. В. Келдыш, В. П. Глушко, М.А.Лаврентьев.

Центральный Комитет партии поставил перед Академией наук важную задачу: форсировать работы по искусственному спутнику Земли. «Через год-полтора у нас будет носитель,– сказал Королев.- Нельзя терять времени – нужна научная программа, необходимы институты, которые делали бы приборы и аппаратуру для 5-6 спутников». С высот нашего времени можно подумать, что ничего особенного в первом спутнике не было: просто металлический шар с выступающими антеннами радиопередатчика. На нем не было научных приборов, датчиков, ловушек и других приспособлений, которыми оснащены современные внеземные лаборатории. Это все появилось позже, после запуска следующего спутника с собакой Лайкой и впервые предпринятого исследования ионосферы Земли. Однако первый советский спутник возвестил начало космической эры и продемонстрировал. что человечество, ученые получили принципиально новые возможности в изучении Вселенной и Земли.

Спутники «Авангард» представляли собой покрытые золотом сферы из магний-алюминиевого сплава. Они различались диаметром, массой и составом научной аппаратуры. Спутник «Авангард-1» был экспериментальным изделием диаметром всего лишь 16,3 см и массой 1,47 кг. В нем размещались маяк сопровождения и датчики для измерения наружной и внутренней температур. «Авангард-2» имел диаметр 50,8 см и массу 9,8 кг. Его научная аппаратура включала датчики для измерения рентгеновского излучения Солнца, облачного покрова Земли, магнитных полей и энергетического баланса земного шара. «Авангард-3» по размерам был таким же, как «Авангард-2», но имел массу 45 кг (масса полезного груза 23 кг).

Первые спутники

Вверху. Второй советский спутник с собакой Лайкой на борту свидетельствовал о намерении СССР осуществить космический полет человека. В верхней части расположены приборы для измерения коротковолновой солнечной радиации, в центре – радиокапсула.

4 октября 1951 г. М. К. Тихонравов, известный советский конструктор ракет и космических аппаратов, заявил, что космическая техника СССР находится на таком уровне, при котором возможен запуск искусственного спутника Земли. 27 ноября 1953 г. на Конференции сторонников мира в Вене А. Н. Несмеянов, президент Академии наук СССР, сообщил, что создание искусственного спутника Земли является вполне реальной задачей. Затем 11 сентября 1956 г. на заседании Специального комитета по проведению Международного геофизического года (МГГ) (1957-1958 гг.) в Барселоне советский делегат заявил о намерении СССР запустить искусственный спутник Земли в течение предстоящего МГГ. Тем не менее ни один из этих голосов не был услышан или по крайней мере серьезно воспринят в США.

4 октября 1957 г. США и весь мир поняли, что это были голоса пророков, а не пропагандистов. СССР осуществил запуск первого в мире искусственного спутника Земли. Спутник представлял собой алюминиевую сферу диаметром 58 см и массой 83,6 кг с четырьмя штыревыми антеннами длиной 2,4-2,9 м В герметичном корпусе спутника размещались аппаратура и источники электропитания. Начальные параметры орбиты составляли: высота перигея 228 км, высота апогея 947 км, наклонение 65,1°. Первый советский спутник позволил впервые измерить плотность верхней атмосферы (по изменению его орбиты), получить данные о распространении радиосигналов в ионосфере, отработать вопросы выведения на орбиту, тепловой режим и др. Спутник был выведен на орбиту советской модифицированной межконтинентальной баллистической ракетой Р-7 (кодовое название НАТО SS-6, «Sapwood», обозначение на Западе А-1), разработанной конструкторским бюро Королева.

В день запуска первого спутника группа высокопоставленных лиц министерства обороны США находилась с визитом в Агентстве баллистических ракет армии в Хантсвилле (шт. Алабама). Среди них были вновь назначенные министр обороны Нейл Мак-Элрой и командующий сухопутными войсками Брукер. Когда была объявлена новость о запуске спутника в СССР, фон Браун и бригадный генерал Дж. В. Медарис, руководитель Агентства баллистических ракет армии, обратились к министру обороны с предложением завершить разработку проекта «Орбитер» и попросили его дать разрешение на пуск первого американского спутника. Они обещали осуществить запуск в течение ближайших 90 дней. Однако новый министр не захотел проявлять торопливости в таком важном деле.

3 ноября Советский Союз сообщил о выведении на орбиту второго советского спутника. В составе его полезного груза массой 508 кг в отдельной герметичной кабине находились подопытное животное – собака Лайка и телеметрическая система для регистрации ее поведения в невесомости. Системы регенерации и терморегулирования поддерживали в кабине условия, необходимые для существования животного. Спутник был снабжен также научными приборами для исследования излучения Солнца и космических лучей.

6 декабря 1957 г. в США была предпринята попытка запустить спутник «Авангард-1» с помощью ракеты-носителя, разработанной Исследовательской лабораторией ВМФ. После зажигания ракета поднялась над пусковым столом, однако через секунду двигатели выключились и ракета упала на стол, взорвавшись от удара. Отброшенный спутник покатился по земле с работающим радиомаяком, сигналы которого ясно различались расположенными поблизости приемными устройствами. Пятью днями позже фон Браун и его группа в Хантсвилле получили одобрение своей программы запуска первого американского спутника.

Вверху. Первая американская попытка достигнуть орбиты оказалась неудачной, закончившись катастрофой 6 декабря 1957 г., когда двигатели ракеты-носителя «Авангард» выключились через 2 с. Фон Брауну и его группе из Агентства баллистических ракет в Хантсвилле (шт. Алабама) удалось вывести «Америку на орбиту» запуском ракеты-носителя «Юнона-1» 31 января 1958 г.

Вверху. Запуск ракеты-носителя «Юнона-2» с пускового комплекса № 5 на мысе Канаверал. Ракеты этого типа вывели на орбиту спутники «Эксплорер-7, -8, -11».

31 января 1958 г. был выведен на орбиту спутник «Эксплорер-1», американский ответ на запуск советских спутников. По размерам и массе он не был кандидатом в рекордсмены. Будучи длиной менее 1 м и диаметром только ~15,2 см, он имел массу всего лишь 4,8 кг. Однако его полезный груз был присоединен к четвертой, последней ступени ракеты-носителя «Юнона-1» (разработана Агентством баллистических ракет армии и Лабораторией реактивного движения). Спутник вместе с ракетой на орбите имел длину 205 см и массу 14 кг. На нем были установлены датчики наружной и внутренней температур, датчики эрозии и ударов для определения потоков микрометеоритов и счетчик Гейгера – Мюллера для регистрации проникающих космических лучей.

Вверху. Советский Союз проводил исследования радиационных поясов Земли парами спутников «Электрон», выводя их на различные орбиты одним носителем.

Данные, регистрируемые этими приборами, записывались на миниатюрный магнитофон и передавались на Землю, когда спутник проходил над наземными станциями слежения. Отличительной особенностью спутника «Эксплорер-1» была микроминиатюризация его аппаратуры и телеметрической системы, что позволило разместить оборудование небольших размеров и массы в малом объеме. Важный научный результат полета спутника состоял в открытии окружающих Землю радиационных поясов (поясов Ван Аллена). Счетчик Гейгера – Мюллера, установленный на борту космического аппарата, прекратил счет, когда аппарат находился в апогее на высоте 2530 км (высота перигея составляла 360 км). Доктор Дж. Ван Аллен, физик Университета шт. Айова, который разработал бортовой образец счетчика, рассчитал, что он будет насыщаться при наличии радиации на указанной высоте. Его гипотеза о существовании радиационных поясов была подтверждена в последующих полетах спутников и космических аппаратов, запущенных как в США, так и в СССР.

5 февраля 1958 г. в США была предпринята вторая попытка запустить спутник «Авангард-1», но она также закончилась аварией, как и первая попытка. Наконец 17 марта спутник был выведен на орбиту. В период с декабря 1957 г. по сентябрь 1959 г. было предпринято одиннадцать попыток вывести на орбиту «Авангард-1». Только три из них были успешными.

Несмотря на неодинаковый характер полученных данных, оба спутника, «Эксплорер-1» и «Авангард-1», и их ракеты-носители внесли много нового в космическую науку и космическую технику. Было показано, что в качестве бортового источника энергии можно использовать солнечные батареи на основе фотопреобразователей. Были заложены основы для создания метеорологических спутников, произведено более точное картирование островов в Тихом океане и получены новые данные об изменениях плотности верхней атмосферы. Была развита научно-техническая база проектирования и производства больших многоступенчатых ракет-носителей, подтверждена перспективность карданового подвеса двигателя и газовых рулей для управления движением ракеты. Был накоплен опыт применения твердотопливных двигателей в качестве ступеней ракет-носителей.

В период 1958-1961 гг. с помощью ракет-носителей «Юнона-1» и «Юнона-2» были запущены пять дополнительных спутников «Эксплорер». Ракета-носитель «Юнона-2» представляла собой модификацию армейской баллистической ракеты средней дальности «Юпитер». Для верхних ступеней использовались небольшие твердотопливные ракеты. Однако обе эти ракеты-носители были малоперспективными. Принцип включения в состав носителя небольших стабилизированных вращением ракет оказался непригодным для выведения на орбиты больших спутников Земли.

Вверху. На этой полноразмерной выставочной модели показана автоматическая межпланетная станция «Луна-1», установленная на последней ступени ракеты-носителя. AMС «Луна-1» прошла на расстоянии 5-6 тыс. км от Луны в январе 1959 г. АМС «Луна-2» достигла поверхности Луны.

Были созданы более мощные ракеты-носители на базе баллистических ракет «Атлас» и «Тор». С их помощью можно было запускать спутники массой в сотни и даже тысячи килограммов. На базе этих более совершенных ракет-носителей были запущены новые спутники научного и прикладного назначения. Например, ракета-носитель «Тор-Дельта» 10 июля 1962 г. вывела на орбиту первый западный коммерческий спутник связи «Телстар-1». Oн был создан вслед за успешно работавшими экспериментальными спутниками связи «Синком» и «Интелсат», которые были запущены ракетой-носителем того же типа.

Ракета-носитель «Атлас-Аджена» обнаружила высокую надежность npи запусках больших комплексных астрономических и геофизических спутников в период 1964-1972 гг.

В СССР так же, как и в США, были созданы новые ракеты-носители на базе баллистических ракет средней и большой дальности. Типичными советскими ракетами, приспособленными для выведения космических аппаратов, были ракеты: СС-4 (англ. SS-4, «Sandal»), СС-5 (англ. SS-5, «Skean»), CC-6 (англ. SS-6, «Sapwood») и СС-9 (англ. SS-9, «Scarp»)¹. Советские ракеты-носители имели большие массу и тяги двигателей по сравнению с американскими ракетами того же назначения и могли выводить на орбиты более тяжелые полезные грузы. Они были использованы для запусков научных спутников, таких, как «Космос», «Электрон», «Полет» и «Прогноз», а также для выведения спутников связи «Молния». Некоторые из этих ракет используются и до настоящего времени.

¹ Названия приведены по классификации НАТО.

Учитывая высокое совершенство сверхмощных и надежных советских ракет-носителей, нетрудно понять, почему Советский Союз оказался лидером на третьей стадии проникновения человека в космическое пространство – стадии запуска автоматических аппаратов для изучения межпланетного пространства и планет Солнечной системы.

17 августа 1958 г. в США была предпринята первая попытка послать с мыса Канаверал в окрестности Луны зонд с научной аппаратурой. Она оказалась неудачной. Ракета-носитель «Тор-Эйбл» с первым американским лунным зондом, которая запускалась по программе Международного геофизического года, поднялась и пролетела только 1/27 400 часть расстояния до Луны, т. е. всего 16 км. Первая ступень ракеты взорвалась на 77 с полета. 11 октября 1958 г. была предпринята вторая попытка запуска лунного зонда «Пионер-1», также оказавшаяся неудачной. 8 ноября того же года еще один лунный зонд не достиг цели, набрав высоту 1550 км.

Космический аппарат «Пионер-3», установленный на борту ракеты-носителя «Юнона-2», был запущен 6 декабря 1958 г. Из-за преждевременного выключения первой ступени ракеты-носителя программа полета не была выполнена, хотя зонд достиг расстояния от Земли 102 300 км, передав ценные данные, полученные при прохождении радиационных поясов Земли как при движении в сторону Луны, так и при возвращении к Земле.

Конструкция бака с наддувом Когда английские специалисты в 50-х годах выполняли свои исследования «минимальных ракет-носителей для запусков спутников», они описали метод снижения пассивного веса конструкции ракет, который наряду с усовершенствованием двигателя мог привести к значительному повышению массы выводимого полезного груза. Они показали, что правильно спроектированный топливный бак с тонкими стенками и полусферическими днищами, нагруженный избыточным внутренним давлением, может стать эффективной несущей конструкцией. Это фактически превращало ракету в летающий бак с двигателем и давало ей заметные преимущества по сравнению с немецкой ракетой А-4, которая имела тяжелую монококовую конструкцию наружной оболочки с шпангоутами и стрингерами и специальными баками для горючего и окислителя. В новой схеме использовался наддув газообразным азотом как способ обеспечения устойчивости стенок ракеты, что позволило отказаться от внутреннего силового набора и одновременно уменьшить ее массу. Однако оказалось, что эта идея была не нова. Работая по секретному контракту с ВВС США, фирма «Конвэйр» разработала проект МХ-774, в котором были предложены перспективные технические решения применительно к межконтинентальной баллистической ракете. Группу энтузиастов возглавлял К. Дж. Боссарт, технический директор Отдела астронавтики фирмы «Конвэйр», который предложил несущие баки, используемые на летающих лодках. В проекте МХ-774 было предложено несколько важных усовершенствований, в том числе: 1. Использование в качестве оболочки ракеты стенки топливного бака. 2. Использование давления газообразного азота, применяемого для вытеснения топлива, как средства обеспечения устойчивости оболочки ракеты.

Бак межконтинентальной баллистической ракеты «Атлас» на заводе фирмы «Конвэйр» в Сан-Диего. Тонкостенный бак-баллон нагружен внутренним давлением, чтобы сохранить форму при транспортировке. 3. Применение отделяемой головной части, исключающей необходимость защиты всей поверхности ракеты от интенсивного нагрева при возвращении в атмосферу Земли. 4. Управление движением ракеты с помощью поворотных двигателей в противоположность использованному в «Фау-2» методу введения в реактивную струю подвижных газовых рулей, которые уменьшают на 17% тягу двигателей. Несмотря на эти важные предложения, в июле 1947 г. контракт был аннулирован из-за отсутствия ассигнований. Однако фирма «Конвэйр» на собственные средства и средства, оставшиеся после аннулирования контракта, упорно продолжала работу и через год запустила первую из трех экспериментальных ракет. В 1951 г. был заключен новый контракт ВВС (МХ-1593, впоследствии проект «Атлас») с целью изучения относительных достоинств баллистических и планирующих аппаратов. В сентябре 1951 г. фирма «Конвэйр» предложила ракету баллистического типа, удовлетворяющую требованиям контракта МХ-774. Большие достижения в области термоядерного синтеза в 1953 г. открыли дорогу легким и более мощным боевым головкам, что привело к пересмотру проекта, который был

завершен в январе 1955 г. В этом же году фирма «Конвэйр» приступила к изготовлению первой экспериментальной ракеты. Первый полет ракеты «Атлас» был выполнен в июне 1957 г., и в сентябре 1959 г. она была принята на вооружение. Отдел астронавтики фирмы «Конвэйр» приступил к рассмотрению возможности выведения спутников ракетой «Атлас» в 1952 г., на год позже завершения работ по изучению «минимальных носителей» Британским межпланетным обществом. Одна из рекомендаций предусматривала разработку верхней ступени ракеты на жидком кислороде и жидком водороде. Эта рекомендация была в конечном счете использована в проекте «Центавр» под руководством К. Эрике, участвовавшего в создании ракеты «Фау-2» и ставшего впоследствии одним из основных разработчиков американской космической программы. Ракета «Атлас» с ее тонкостенной конструкцией с несущими баками начала свою космическую эпопею, когда в декабре 1958 г. была выведена на орбиту (были сброшены только два бустерных двигателя) по схеме запуска, подобной предложенной ранее ВВС США для спутника. Оберт предложил баллоноподобные баки еще в 1923 г., однако это оказалось незамеченным. Фирмы «Гленн Л. Мартин», «Норт америкен авиэйшн» и «Аэроджет дженерал» использовали это конструктивное решение в первых проектах ракет-носителей. Это был классический случай повторного изобретения базовой техники.

Вверху. Очередной триумф Советского Союза в области космических исследований – советская автоматическая межпланетная станция «Луна-3», впервые в мире сфотографировавшая обратную сторону Луны 7 октября 1959 г. Траектория ее полета показана на табло, расположенном сзади выставочного образца. Изображения обратной стороны Луны, сфотографированной на пленку, которая автоматически обрабатывалась на борту были переданы на Землю фототелевизионной системой.

Вверху. Автоматическая межпланетная станция «Пионер-4», которая была выведена на орбиту вокруг Солнца после того, как пролетела на расстоянии 60 000 км от Луны. Станция была запущена ракетой-носителем «Юнона-2» с мыса Канаверал 3 марта 1959 г.

Так же как и в запуске спутника Земли, приоритет в запуске первого научного зонда в межпланетное космическое пространство принадлежит СССР. 2 января 1959 г. был запущен первый созданный руками человека объект, освободившийся от земного притяжения и выведенный по траектории, проходящей достаточно близко от Луны, на орбиту спутника Солнца. Таким образом, при полете автоматической межпланетной станции «Луна-1» была впервые достигнута вторая космическая скорость.

«Луна-1» (или «Мечта» как ее назвали в мировой печати) была запущена с космодрома Байконур с помощью модифицированного носителя, использованного ранее для выведения на орбиту первого искусственного спутника Земли. Для межпланетных полетов ракета-носитель СС-6 была снабжена дополнительной ступенью, что позволяло выводить из поля притяжения Земли массу около 400 кг. «Луна-1» имела массу 361,3 кг и пролетела мимо Луны на расстоянии 5-6 тыс. км на орбиту спутника Солнца. На ее борту были установлены научные приборы для измерения солнечной и космической радиации, межпланетного магнитного поля, потока метеорных частиц и газового состава межпланетного вещества. Дополнительно был поставлен эксперимент с целью обеспечения наземной службы слежения средствами оптического определения траектории космических аппаратов, а ученых – данными для расчета плотности вещества в межпланетном космическом пространстве. На расстоянии 113 000 км от Земли с ракетной ступени, пристыкованной к «Луне-1», было выпущено облако паров натрия, образовавшее искусственную комету. Солнечное излучение вызвало яркое свечение паров натрия, и оптические системы на Земле сфотографировали облако на фон созвездия Водолея.

3 марта 1959 г. США предприняли последнюю в течение Международного геофизического года попытку осуществить запуск автоматического межпланетного аппарата «Пионер» для выполнения полета аналогично полету станции «Луна-1». Эта попытка удалась лишь частично. «Пионер-4» массой 6,1 кг, запущенный с помощью ракеты-носителя «Юнона-2», предназначался для пролета мимо Луны на расстоянии около 24 000 км. Однако вторая ступень твердотопливной ракеты проработала на 1 с дольше, чем было запланировано, и расстояние пролета мимо Луны увеличилось до 60 000 км. Полет космического аппарата «Пионер-4» продолжался до орбиты Солнца. Наземные станции наблюдения потеряли с ним связь, когда он находился на расстоянии 654 800 км от Земли. Так же как и «Пионер-3», «Пионер-4» передал ценные данные о радиационных поясах Земли, так как на его борту располагался счетчик Гейгера – Мюллера.

Первые лавры исследования окололунного пространства и Луны достались советским автоматическим межпланетным станциям «Луна-2» и «Луна-3». «Луна-2», запущенная 12 сентября 1959 г. с космодрома Байконур, совершила первый в мире полет на другое небесное тело. В 390,2-килограммовой сфере размещались приборы для обнаружения и измерения магнитных полей и радиации Луны. Анализ полученной научной информации показал, что Луна практически не имеет собственного магнитного поля и радиационного пояса. Последняя ступень ракеты-носителя, объединенная с автоматической станцией «Луна-2», также выпустила натриевое облако, наблюдавшееся с Земли, «Луна-2» достигла поверхности Луны восточнее Моря Ясности и доставила на поверхность Луны вымпелы с изображением Государственного герба Советского Союза.

Автоматическая межпланетная станция «Луна-3» была запущена 4 октября 1959 г. с космодрома Байконур носителем того же типа, что и две предыдущие станции. Этот 435-килограммовый космический аппарат был большим техническим и научным достижением и убедительно продемонстрировал, что Советский Союз быстрыми темпами совершенствует технику конструирования сложных межпланетных аппаратов. На «Луне-3», как и на двух ее предшественницах, имелись приборы для изучения физической и радиационной обстановки в окололунном пространстве. Однако основной целью запуска «Луны-3» был облет Луны и фотографирование ее обратной стороны, не видимой с Земли. Фотографирование производилось 7 октября 1959 г. в течение 40 мин с высоты 6200 км над Луной. Изображения обратной стороны Луны были переданы на Землю фототелевизионной системой. По мозаичной карте, составленной советскими учеными по фотографиям, было установлено, что обратная сторона Луны существенно отличается от ее видимой стороны. Здесь меньше морей и больших кратеров, но значительно больше образований средних размеров. Замечательно, что «Луна-3» сфотографировала около 70% невидимой стороны Луны.

Осуществив посадку первых автоматических станций на Луну и передачу изображения ее обратной стороны на Землю, Советский Союз, а вместе с ним и все человечество достигли больших успехов в освоении космоса. Конечно, средства исследования космоса на начальной стадии не были столь совершенными, как более поздние, но они позволили значительно расширить наши знания об окололунном космическом пространстве и Луне.