В печати уже сообщалось об опытах, ставившихся советскими учеными начиная с 1951 года. Собаки, за которыми велось непрерывное научное наблюдение с помощью киноаппаратов и различных приборов, совершили полеты в ракетах на высоту 110 километров. О результатах этих экспериментов рассказал на конференции по ракетам и управляемым машинам в Париже руководитель Института авиационной медицины А. В. Покровский. Академик А. А. Благонравов, возглавляющий отделение технических наук АН СССР, сказал о планах советских ученых: «Несомненно, что в ближайшее время мы поднимем животных на еще большие высоты, сделаем новый «прыжок» с мировое пространство».

Как идут исследования верхних слоев атмосферы? Что можно сообщить о первых результатах этих исследований? Какой аппаратурой пользуются ученые в своих опытах? Специалисты Академии Наук СССР доктор физико-математических наук С. М. Полосков и кандидат физико-математических наук Б. А. Миртов представили на конференцию в Париже доклад, в котором был дан ответ на эти вопросы и рассказывается о планах дальнейших исследований советских ученых.

Вот уже шесть лет живет у академика А. А. БЛАГОНРАВОВА ласковый «Цыганок». Это он в 1951 году совершил первый полет в ракете на высоту 110 километров.

Посмотрим же, какими техническими средствами пользуются советские геофизики для исследования больших высот.

...Сравнительно небольшая по размерам ракета отправляется в полет. Попав в вакуум, господствующий на большой высоте, она начинает исторгать газы, «растворенные» в материале ее деталей. Поэтому на самой ракете приборы для изучения, например, состава и температуры воздуха устанавливать не стоит: слишком много будет помех. Нужно исследовать атмосферу, не тронутую ракетой, в «чистом» виде. Для этого с двух сторон ракеты устраивают специальные мортиры. Сверху они закрыты обтекателями. На заданной высоте мортира «выстреливает» своеобразный снаряд — контейнер. Это цилиндр высотой два метра, шириной 40 сантиметров. В контейнере — измерительные приборы, аккумуляторные батареи, милли— и микроамперметры, фотоаппарат с бронированной кассетой, которая открывается только в момент съемки и уцелеет, даже если весь контейнер разобьется. Нужен фотоаппарат для того, чтобы снять, зафиксировать показания приборов. Здесь же находится так называемый программный механизм, «командующий» приборами, включающий и выключающий их, часы и мотор, который приводит в движение фотоаппарат и всю автоматику контейнера. Все это герметически закрыто в нижней части контейнера.

А верхняя часть его — открытая. Она сконструирована так, чтобы воздух мог свободно омывать приборы. Здесь установлены стеклянные баллоны объемом от 500 до 3000 кубических сантиметров, в которые берутся пробы воздуха, и манометры, измеряющие давление в атмосфере. Еще на земле из баллонов мощные насосы выкачали весь воздух, создали глубокий вакуум.

Вот автоматически на определенной высоте открылся специальный кран. Воздух в верхних слоях атмосферы очень разрежен, поэтому в баллоне его оказывается ничтожно малое количество — десятые и даже сотые доли миллиграмма. Но и этих «крох» достаточно, чтобы сделать спектральный газовый анализ. Гораздо труднее сохранить пробу воздуха, быстро доставить ее в лабораторию. Ведь даже в наглухо запаянном стеклянном сосуде через несколько часов состав газов меняется. Оказывается, разрежение в баллонах настолько сильное, что молекулы легких газов, например гелия, потихоньку просачиваются сквозь целое, без единой трещины стекло!..

Чтобы состав воздуха внутри баллона был точно таким же, как и в наружной атмосфере, пробу берут в тот момент, когда скорость «выстреленного» контейнера снижается до 50— 70 метров в секунду. На высоте 10-12 километров над падающим контейнером автоматически раскрывается парашют. Ветер может отнести его на большое расстояние от места пуска ракеты. Иногда его приходится разыскивать часами. Чтобы хрупкие стеклянные сосуды не разбились в момент приземления, контейнер снабжен хорошей амортизацией. Снизу к нему приделан гофрированный конус, складывающийся гармошкой и смягчающий удар о землю. На конусе — специальные штыки, которые вонзаются в землю. Торчащий вертикально цилиндр высотой в человеческий рост легче найти.

Но вот газовая смесь поступила в лабораторию. Наполняя баллон ртутью, воздух из него вытесняют в узенькую трубочку диаметром 0,4 миллиметра. Здесь создается давление в 5-10 миллиметров ртутного столба. Когда к внешним электродам капилляра подводят высокочастотное напряжение, газ в капилляре начинает светиться. Спектр свечения фотографируется особым прибором — спектрографом. Затем снимки сличают с эталонами — фотографиями спектров тех газовых смесей, состав которых заранее известен. Таким способом определяют количество кислорода и азота с точностью до 5 — 7 процентов, а аргона — до 3 — 4 процентов.

В недалеком будущем наши геофизики для анализа газового, а также ионного состава атмосферы намерены применить новый прибор — радиочастотный масс-спектрометр. Он позволит отказаться от довольно сложного метода взятия проб. Оказывается, брать в стеклянные баллоны пробы воздуха на высотах свыше ста километров не удастся. Воздух на таких высотах слишком редок. И, чтобы захватить количество воздуха, достаточное для обычного анализа, пришлось бы сделать настолько большие баллоны, что они не поместились бы ни на контейнере, ни в ракете.

Радиочастотный масс-спектрометр — небольшой по размерам прибор. Применять его можно на любых больших высотах. Помещенный на контейнере, он непрерывно и автоматически определяет состав воздуха на всех высотах. Показания прибора можно или фотографировать или передавать по радио на землю.

Простой и в то же время интересный метод применили советские исследователи, чтобы узнать скорость и направление ветра на больших высотах. Вместо приборного контейнера мортиры на ракете заряжают другим «снарядом». Это дымовой контейнер. В нем — пять шашек с пятнадцатью килограммами дымообразующего вещества в каждой. И кто бы подумал, что в небольшой жестяной банке можно спрятать такое огромное облако!.. Взрывы шашек рассчитаны так, что искусственные дымовые облака появляются сразу на нескольких высотах одновременно. С этого момента зоркие приборы — кино-фототеодолиты, расположенные в стороне от места пуска ракеты, непрерывно следят за ними. На каждое облако направлено по крайней мере два таких прибора, причем ставят их друг от друга на расстоянии в несколько десятков километров. Чем больше это расстояние, или, как называют его ученые, «база», тем точнее потом по кинопленке можно определить скорость и направление движения облака. Искусственные облака довольно долго держатся в атмосфере.

Издалека виден приземлившийся в поле контейнер с приборами (верхние снимки). А это — очередной путешественник в Космос, спустившийся вместе с катапультной тележкой на парашюте (нижний снимок).

Но что это? В дальномер видно, как самое верхнее облачко, только что распустившееся на небосводе, вдруг начинает быстро падать, размываться, исчезать. Что случилось?

Оказывается, одна из пяти дымовых шашек изорвалась на высоте 30 километров. Воздух здесь настолько разреженный, молекулы газов так редки, что частичкам дыма (а каждая из них не больше половины микрона, тысячной доли миллиметра!) буквально «не на чем держаться», и они падают. Облако уже негодно для наблюдения...

Способ искусственных облаков позволил ученым представить картину движения воздуха на высотах до 80 километров. Удалось установить, что скорость ветров на больших высотах часто и резко меняется.

Высота 80 километров служит в атмосфере своеобразной условной вехой. Ниже 80 километров сосредоточена почти вся масса атмосферного воздуха — 99,5 процента. На этой высоте образуются серебристые облака. Когда ракета поднимается ввысь, температура сначала снижается до пятидесятиградусного мороза, который всегда царит на высоте 20 — 30 километров, затем поднимается выше нуля, а на 80-километровой высоте снова падает до минус 20 градусов.

Интересно проследить, как меняются плотность воздуха и давление с изменением высоты. Половина всей атмосферы сосредоточена в первом слое толщиной пять с половиной километров; выше одиннадцати километров находится одна четверть, а выше пятнадцати километров -только одна десятая часть массы атмосферы. А на высоте 60 километров в кубическом сантиметре воздуха насчитывается 8.10¹⁵ молекул. Это число можно представить, если к восьмерке приписать пятнадцать нулей. Число получается большое, громоздкое. А на самом деле за этими цифрами кроется ничтожная плотность воздуха. Она в 3250 раз меньше, чем у поверхности Земли!

Давление в высоких слоях атмосферы измерялось с помощью тепловых и газоразрядных манометров.

Обильный экспериментальный материал позволяет советским ученым уверенно наметить направление дальнейших исследований. В ближайшее время в связи с Международным геофизическим годом решено широко развернуть изучение «воздушного океана». Самыми различными методами — и прямыми, и косвенными — будут проведены исследования на высотах до 1000 километров. Это означает практически, что вся толща атмосферы, все слои воздуха, окружающие земной шар, будут подвергнуты исследованиям.

Глубина атмосферы — этого воздушного океана, омывающего нашу планету, 1000 — 1100 километров. И хотя люди живут на самом дне этого океана, они смогут скоро узнать, что делается на его поверхности, там, где начинается межпланетное космическое пространство. Исследования эти будут вестись в различных местах, в том числе и на севере, в высоких широтах. Советские ученые намерены изучить микрометеоры (метеорная пыль), которые, как показали первые опыты, оставляют следы на отполированных металлических пластинках, поднятых на большие высоты. Наконец, ракетная техника поможет ответить на вопрос, каким способом корпускулы , частицы, испускаемые солнцем , а также его ультрафиолетовые лучи влияют на поверхность атмосферы. А ведь это — та «кухня», от которой зависят климат и погода на всем земном шаре...

С. ГУЩЕВ.