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

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

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

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

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

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

— обнаружения магнитного поля Луны;

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

— регистрации фотонов в космическом излучении;

— обнаружения радиоактивности Луны;

— изучения распределения тяжелых ядер в космическом излучении;

— изучения газовой компоненты межпланетного вещества;

— изучения корпускулярного излучения Солнца;

— изучения метеорных частиц.

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

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

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

Вымпелы, находившиеся на борту первой советской космической ракеты. Вверху — сферический вымпел, символизирующий искусственную планету; внизу — вымпел-лента (с лицевой и оборотной сторон).

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

«Правда» от 3 января 1959 г.

Советская космическая ракета продолжает полет в сторону Луны. 3 января в 3 часа московского времени ракета находилась над Индийским океаном, над точкой земной поверхности с координатами 3 градуса 12 минут южной широты и 108 градусов восточной долготы на расстоянии более ста тысяч километров от Земли.

Станции наблюдения, расположенные на территории СССР, ведут непрерывные регистрации сигналов, поступающих с борта космической ракеты. Передача радиосигналов ведется на частотах 19,997, 19,995, 19,993 и 183,6 мегагерц.

Аппаратура на борту космической ракеты работает нормально. По данным измерений, внутренняя температура и давление в контейнере с научной аппаратурой поддерживаются в заданных пределах.

Советская космическая ракета продолжает полет в сторону Луны. Обработка результатов траекторных измерений показала, что ракета превысила вторую космическую скорость. Таким образом, впервые в истории человечества достигнута и превышена вторая космическая скорость, обеспечивающая выход в межпланетное пространство. В шесть часов московского времени ракета находилась над точкой земной поверхности с координатами 4 градуса 30 минут южной широты и 63 градуса 30 минут восточной долготы на расстоянии более 137 тысяч километров от земной поверхности. Все бортовые радиопередатчики продолжают устойчиво работать и обеспечивают уверенный прием их сигналов наземными станциями. Научная аппаратура ракеты работает нормально. Получаемая с борта ракеты информация обрабатывается и анализируется.

3 января к 13 часам дня московского времени советская космическая ракета, продолжая полет в сторону Луны, удалилась от Земли на 209 тысяч километров. В указанное время ракета находилась над Южной Америкой, над точкой земной поверхности с координатами 40 градусов западной долготы и 7 градусов 33 минуты южной широты. Результаты обработки траекторных измерений подтверждают, что ракета пройдет вблизи Луны и превратится в первую искусственную планету, то есть станет искусственным спутником Солнца. Минимальное расстояние ракеты от поверхности Луны, при прохождении вблизи нее, по данным измерений траекторий, составит 6-8 тысяч километров, то есть примерно два ее поперечника.

Научная аппаратура космической ракеты работает нормально. Наземные приемные станции продолжают вести уверенный прием научной информации. По данным первых измерений, температура на поверхности ракеты составляет плюс 15-20 градусов Цельсия.

3 января в 16 часов московского времени советская космическая ракета находилась над территорией Перу, над точкой земной поверхности с координатами 8 градусов 20 минут южной широты и 86 градусов западной долготы. В это время расстояние ее от Земли было 237 тысяч километров, а от Луны 131 тысяча километров. В 13 часов московского времени научные станции Советского Союза, ведущие наблюдения за космической ракетой и прием с нее научной информации, прекратили с ракетой радиосвязь, так как она вследствие вращения Земли зашла за горизонт.

Дальнейшее движение космической ракеты будет продолжаться в западном направлении над Тихим океаном, где она хорошо может наблюдаться из стран Северной и Южной Америки. По расчетам, основанным на данных прямых наблюдений, космическая ракета 3 января в последовательные моменты времени: в 19 часов, в 21 час, в 24 часа — пройдет над точками земной поверхности с координатами соответственно 8 градусов 57 минут, 9 градусов 18 минут, 9 градусов 45 минут южной широты, 131 градус, 160 градусов западной долготы и 155 градусов восточной долготы.

Расстояние ракеты от Земли составит соответственно 265 тысяч километров, 284 тысячи километров, 311 тысяч километров.

4 января в 1 час московского времени восточные наблюдательные станции Советского Союза вновь получат возможность наблюдать космическую ракету и начать прием научной информации. В указанное время ракета выйдет из-за горизонта с восточной стороны.

Вся научная аппаратура космической ракеты и ее радиопередатчики функционируют нормально.

Дальнейшие передачи о движении космической ракеты будут продолжены 4 января с 3 часов утра, когда она станет доступной для наблюдения с территории Советского Союза.

Измерения траектории советской космической ракеты с помощью радиотехнических систем позволили получить точные данные о параметрах ее движения. Это дало возможность надежно вычислять данные целеуказаний и выдавать долгосрочные прогнозы о движении ракеты. С их помощью были уточнены также элементы орбиты космической ракеты как искусственной планеты солнечной системы.

По данным предварительных расчетов, космическая ракета, выйдя на орбиту искусственного спутника Солнца, т.е. искусственной планеты, будет совершать движение, близкое к окружности. Наибольший диаметр орбиты искусственной планеты будет равен 343,6 миллиона километров, а период обращения составит около 15 месяцев. Эксцентриситет эллиптической орбиты будет равен 0,148, а большая ось орбиты искусственной планеты будет составлять с большой осью орбиты Земли угол, равный 15 градусам. Плоскость ее орбиты практически совпадает с плоскостью орбиты Земли.

Двигаясь по орбите, советская искусственная планета достигнет наиболее близкой к Солнцу точки (перигелий) 14 января 1959 года и будет находиться при этом от него на расстоянии около 146,4 миллиона километров. Наибольшего удаления от Солнца (афелий) — 197,2 миллиона километров искусственная планета достигнет в начале сентября 1959 года.

Координационно-вычислительный центр продолжает вести обработку обширного материала траекторных измерений и уточнять параметры движения космической ракеты.

3 января с 20 часов 36 минут научные наблюдательные станции, расположенные в восточной части Советского Союза, возобновили прием радиосигналов советской космической ракеты на частотах 19,993; 19,995; 19,997 мегагерц. Прием начался значительно раньше, чем ракета вышла из-за горизонта, 4 января с 00 часов 30 минут возобновился прием радиосигналов на частоте 183,6 мегагерц. Научная аппаратура и радиопередатчики, установленные на борту ракеты, продолжают функционировать нормально. Получаемая информация свидетельствует о том, что ракета продолжает полет по заданной траектории в направлении к Луне.

4 января в 3 часа московского времени ракета находилась на расстоянии 336 тысяч 600 километров от Земли над Индийским океаном южнее острова Ява, над точкой земной поверхности с координатами 110 градусов восточной долготы и 10 градусов 7 минут южной широты. Ракета движется, приближаясь к Луне. В 5 часов 59 минут московского времени ракета пройдет в непосредственной близости от Луны, на расстоянии 7 с половиной тысяч километров от поверхности Луны. При этом ракета будет находиться на расстоянии 370 тысяч километров от центра Земли.

В дальнейшем движении ракета, удаляясь от Луны, будет постепенно выходить на свою орбиту планеты солнечной системы.

Научная информация с борта космической ракеты продолжает поступать в соответствии с намеченной программой измерений.

4 января в 5 часов 59 минут московского времени советская космическая ракета прошла наиболее близкую к Луне точку своей траектории. Приборы и передатчики ракеты продолжают работать нормально и сообщают на Землю приемным станциям ценную научную информацию. Научные задачи, поставленные перед запуском космической ракеты, полностью выполнены.

В связи с возрастающим удалением от Земли, а также истощением источников питания радиосвязь с космической ракетой будет постепенно ухудшаться и, по-видимому, прекратится в течение ближайших суток.

В настоящее время космическая ракета медленно перемещается по небесному своду и находится по-прежнему в созвездии Девы.

В 7 часов 1 минуту московского времени склонение ракеты составит минус 10,8 градуса, а прямое восхождение — 14 часов 14 минут. В 9 часов утра космическая ракета будет находиться над Анголой (Южная Африка), над пунктом, имеющим координаты 20 градусов восточной долготы и 11 градусов 25 минут южной широты, на расстоянии 390 тысяч километров от Земли.

По мере удаления космической ракеты от Земли и Луны их влияние на движение ракеты ослабевает. Движение ракеты будет все в большей степени определяться лишь силой тяготения Солнца. Ракета выйдет на свою окончательную эллиптическую орбиту вокруг Солнца, став тем самым первой искусственной планетой солнечной системы. Практически это произойдет 7-8 января.

Результаты экспериментальных наблюдений, полученные при помощи советской космической ракеты, будут публиковаться по мере их обработки.

Во время прохождения 4 января советской космической ракеты в непосредственной близости от Луны наблюдательные станции с территории Советского Союза продолжали измерять параметры ее движения.

Измерения радиальной скорости ракеты при прохождении около Луны позволили зафиксировать в 5 часов 57 минут 4 января местное максимальное значение радиальной скорости, равное 2,45 километра в секунду, что хорошо согласуется с данными других траекторных измерений, выполненных в период наибольшего сближения ракеты с Луной.

Таким образом, менее чем за полутора суток (34 часа) космическая ракета преодолела расстояние 370 тысяч километров от Земли до Луны.

Результаты произведенных траекторных измерений дали большой материал для определения элементов орбиты ракеты вблизи Луны и для пространственной привязки данных научных наблюдений. В настоящее время эти результаты подвергаются обработке на электронных вычислительных машинах.

На 12 часов московского времени 4 января космическая ракета, удаляясь от Луны и Земли, находилась на расстоянии 422 тысячи километров от центра Земли и 60 тысяч километров от центра Луны. В это время координаты ракеты были равны: прямое восхождение — 14 часов 15 минут и склонение — минус 12 градусов.

Космическая ракета продолжает полет, удаляясь от Луны и Земли, постепенно выходя на свою эллиптическую орбиту вокруг Солнца.

Температура поверхности ракеты составляет плюс 10 — плюс 15 градусов Цельсия. Температура оборудования и газа внутри контейнера с научной аппаратурой в различных точках находится в пределах плюс 10 — плюс 20 градусов Цельсия, обеспечивая нормальное функционирование приборов.

Наземные наблюдательные станции 4 января продолжали прием сигналов с борта ракеты.

Советская космическая ракета продолжает свое движение, удаляясь от Земли и Луны.

На 19 часов по московскому времени ракета находилась от Земли на расстоянии 474 тысяч километров.

В это время координаты ракеты были равны: прямое восхождение — 14 часов 17 минут, склонение — минус 13 градусов 42 минуты.

Советская космическая ракета продолжает удаляться от Земли и Луны. В 22 часа 4 января ракета находилась на расстоянии 510 тысяч километров от Земли. Координаты ракеты в это время были следующими: прямое восхождение — 14 часов 17 минут, склонение — минус 14 градусов 15 минут. Удаление ракеты от Луны в 22 часа 4 января составляло 180 тысяч километров.

В 13 часов 4 января ракета, вследствие вращения Земли, вышла из зоны видимости наблюдательных станций, расположенных на территории Советского Союза. Вновь войти в эту зону ракета должна 5 января в 1 час.

5 января в 4 часа московского времени советская космическая ракета, продолжая свое движение, удалилась от Земли на 550 тысяч километров и от Луны на 235 тысяч километров.

5 января в 4 часа утра московского времени координаты ракеты были: прямое восхождение — 14 часов 18 минут и склонение — минус 15 градусов 11 минут.

Советская космическая ракета продолжает полет.

5 января поступающие с ракеты радиосигналы значительно ослабли.

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

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

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

Программа наблюдений за космической ракетой и программа научных исследований закончены.

Космическая ракета окончательно выйдет на периодическую орбиту искусственной планеты 7-8 января сего года.

Элементы этой орбиты были сообщены ранее.

Орбита искусственной планеты расположена между орбитами Земли и Марса.

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

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

Задачи, поставленные при пуске космической ракеты, выполнены.

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

По мере обработки наблюдений полученные научные результаты будут публиковаться.

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

«Правда» от 4-6 января 1959 г.

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

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

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

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

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

«Правда» от 4 января 1959 г.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Советская космическая ракета к моменту выключения ракетного двигателя последней ее ступени превысила вторую космическую скорость. На дальнейшее движение ракеты, до сближения ее с Луной, основное влияние оказывает сила притяжения Земли. Вследствие этого, согласно законам небесной механики, траектория движения ракеты относительно центра Земли очень близка к гиперболе, для которой центр Земли является одним из ее фокусов. Траектория наиболее искривлена вблизи Земли и распрямляется с удалением от Земли. На больших расстояниях от Земли траектория становится весьма близкой к прямой линии.

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

В начале движения ракеты по гиперболической траектории она движется весьма быстро. Однако, по мере удаления от Земли, скорость ракеты под действием силы земного тяготения уменьшается. Так, если на высоте 1500 км скорость ракеты относительно центра Земли была несколько более 10 километров в секунду, то на высоте 100 тысяч километров она равнялась уже примерно 3,5 километра в секунду.

Траектория сближения ракеты с Луной.

Скорость поворота радиуса-вектора, соединяющего центр Земли с ракетой, убывает, согласно второму закону Кеплера, обратно пропорционально квадрату расстояния от центра Земли. Если в начале движения эта скорость составляла примерно 0,07 градуса в секунду, т. е. более чем в 15 раз превышала угловую скорость суточного вращения Земли, то примерно через час она стала меньше угловой скорости Земли. Когда же ракета приближалась к Луне, то скорость поворота ее радиуса-вектора уменьшилась более чем в 2000 раз и стала уже в пять раз меньше угловой скорости обращения Луны вокруг Земли. Скорость же обращения Луны составляет лишь ¹/₂₇ угловой скорости Земли.

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

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

Путь ракеты к Луне на карте звездного неба.

Движение ракеты среди созвездий на небесной сфере изображено на схеме. Движение ракеты на небесной сфере было очень неравномерным — быстрое в начале и очень медленное к концу.

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

3 января в 3 часа 57 минут московского времени, когда ракета находилась в созвездии Девы, примерно в середине треугольника, образованного звездами Арктуром, Спикой и Альфой Весов, специальным устройством, установленным на борту ракеты, была создана искусственная комета, состоящая из паров натрия, светящихся в лучах Солнца. Эту комету можно было наблюдать с Земли оптическими средствами в течение нескольких минут. Во время прохождения около Луны ракета находилась на небесной сфере между звездами Спика и Альфа Весов.

Путь ракеты на небесном своде при сближении с Луной наклонен к пути Луны примерно на 50°. Вблизи Луны ракета двигалась на небесной сфере приблизительно в 5 раз медленнее, чем Луна.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Расчетная орбита искусственной планеты относительно Солнца.

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

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

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

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

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

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

герметичный, отделяемый контейнер с научной и радиотехнической аппаратурой;

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

счетчик космических лучей;

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

аппаратура для образования искусственной натриевой кометы.

Пятиугольные элементы сферического вымпела.

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

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

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

Внутри контейнера размещена следующая аппаратура:

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

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

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

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

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

6. Аппаратура для изучения метеорных частиц.

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

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

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

Контейнер с научной и измерительной аппаратурой (на монтажной тележке).

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

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

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

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

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

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

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

Приборная рама контейнера с аппаратурой и источниками питания (на монтажной тележке).

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Контроль орбиты космической ракеты вплоть до расстояний 400-500 тысяч километров и измерение элементов ее траектории производились с помощью специальной радиотехнической системы, работающей на частоте 183,6 мгц.

Данные измерений в строго определенные моменты времени автоматически выводились и фиксировались в цифровом коде на специальных устройствах.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Для этой цели измерялись:

1. Поток энергии космического излучения в широком диапазоне энергий.

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

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

4. Число частиц, обладающих способностью проходить сквозь кристалл йодистого натрия (энергия таких частиц больше 5000 000 электрон-вольт).

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

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

Фотоумножители, соединенные с кристаллами, регистрировали вспышки света, возникающие в кристалле при прохождении сквозь них частиц космического излучения. Величина импульса на выходе фотоумножителя в известных пределах пропорциональна количеству света, излученному в момент прохождения частицы космических лучей внутри кристалла. Эта последняя величина в свою очередь пропорциональна той энергии, которая была истрачена в кристалле на ионизацию частицей космических лучей. Выделяя те импульсы, величина которых больше определенного значения, можно исследовать состав космического излучения. Наиболее чувствительная система регистрирует все случаи, когда энергия, выделенная в кристалле, превосходит 50 000 электрон-вольт. Однако проникающая способность частиц при таких энергиях очень мала. В этих условиях в основном будут регистрироваться рентгеновские лучи.

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

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

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

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

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

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

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

Другим опытным фактом, говорящим в пользу существования межпланетного газа с плотностью порядка 1000 частиц в кубическом сантиметре, является распространение так называемых «свистящих атмосфериков» — низкочастотных электромагнитных колебаний, вызываемых атмосферными электрическими разрядами. Для объяснения распространения этих электромагнитных колебаний от места их возникновения к месту, где они наблюдаются, приходится предполагать, что они распространяются по силовым линиям магнитного поля Земли, на расстояниях восьми-десяти земных радиусов (т. е. порядка 50-65 тысяч километров) от поверхности Земли, в среде с электронной концентрацией порядка тысячи электронов в 1 кубическом сантиметре.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Какова интенсивность поля в пространстве внутри орбиты Луны при достаточном удалении от Земли и Луны? Определяется ли оно значениями, вычисленными из магнитного потенциала Земли, или оно зависит и от других причин? Магнитное поле Земли измерено на третьем советском спутнике в диапазоне высот 230-1800 км, т. е. до 1/3 радиуса Земли. Относительный вклад возможной непотенциальной части постоянного магнитного поля, влияние переменной части магнитного поля, будет больше на расстоянии нескольких радиусов Земли, где интенсивность ее поля уже достаточно мала. На расстоянии пяти радиусов поле Земли должно составлять примерно 400 гамм (одна гамма — 10^-5 эрстед).

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

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

2. Обнаружить магнитное поле Луны.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

«Правда» от 12 января 1959 г.

Для определения орбиты космической ракеты необходимо иметь возможность наблюдать ее положение в межпланетном пространстве. В принципе эту задачу можно решить двумя методами — радиофизическим и оптическим. Первый, радиофизический, метод позволяет с большой точностью определять расстояние до ракеты и с меньшей точностью — ее угловые координаты на небесной сфере. Обработка большого количества подобных наблюдений позволяет с достаточной точностью определить орбиту космической ракеты.

Другим, более «привычным» для астрономов методом, позволяющим решить ту же задачу, является оптический. Однако оптические наблюдения космической ракеты наталкиваются на значительные трудности. Дело в том, что отражающая солнечные лучи ракета, находящаяся на очень больших расстояниях от Земли, будет казаться очень слабой звездочкой. Чтобы почувствовать, как сильно упадет яркость ракеты на большом расстоянии, приведем следующий пример. Третий советский спутник, когда он находится на расстоянии около 300 километров от наблюдателя, представляется звездочкой приблизительно 4-й величины. Если бы он находился на расстоянии 300 000 километров, т. е. в тысячу раз большем, поток отраженного от него солнечного света (который обратно пропорционален квадрату расстояния) уменьшился бы в миллион раз. Это значит, что спутник казался бы нам звездочкой ничтожной яркости 19-й величины. На расстоянии 100 000 километров от Земли звездная величина спутника была бы около 16,5. Расчет позволяет оценить ожидаемую яркость ракеты во время ее движения в межпланетном пространстве. Находясь на расстоянии около 100 000 километров от Земли, ракета имеет яркость слабее 14-й звездной величины.

Такие слабые оптические объекты наблюдать весьма затруднительно. Нужно еще учесть, что космическая ракета должна была наблюдаться на фоне довольно яркого неба, так как она была близка к Луне, находившейся в последней четверти. Только в самые большие телескопы, находящиеся на немногих крупных обсерваториях, можно было бы наблюдать полет ракеты. Однако осуществление таких наблюдений наталкивается на ряд специфических затруднений, связанных с фотографированием слабых объектов при помощи инструментов с небольшим полем зрения в условиях повышенной яркости неба.

В создавшейся обстановке возникла необходимость разработки такого метода, который позволил бы увеличить яркость космической ракеты во много раз, пусть даже на сравнительно короткое время. Идею этого метода подсказала сама природа. Всем хорошо известно явление комет. Так, например, в феврале и в августе позапрошлого, 1957 года можно было наблюдать невооруженным глазом довольно яркие кометы. Некоторые кометы иногда достигали совершенно исключительной яркости, значительно превосходящей яркость самых ярких звезд и планет.

В чем причина свечения кометы?

Комета представляет собой довольно большое количество холодных камней и пыли. Когда комета подходит сравнительно близко к Солнцу, эти камни и пыль сильно нагреваются. При этом из них начинают выделяться различные газы, некоторые из которых обладают способностью весьма интенсивно рассеивать солнечный свет в отдельных спектральных линиях и полосах. Поэтому спектры комет содержат яркие линии и полосы, принадлежащие молекулам циана, углерода, ионизированным молекулам азота и т. д. Иногда в спектрах комет наблюдаются характерные яркие желтые линии натрия. В дальнейшем эти газы отбрасываются от Солнца световым давлением, что приводит к образованию у комет хвоста.

Фотография искусственной кометы, полученная в 3 часа 56 минут 20 секунд московского времени 3 января 1959 года на Горной станции Главной астрономической обсерватории Академии наук СССР вблизи Кисловодска начальником станции М. Н. Гневышевым. Так как при фотографировании применялся интерференционный светофильтр, то слабые звезды, окружающие искусственную комету, на фотографии не получились. Определение расположения искусственной кометы по отношению к звездам, необходимое для получения точных координат кометы, делалось при помощи специальных меток.

Явление интенсивного рассеяния некоторыми газами отдельных спектральных линий и полос (характерных для данного газа) давно известно в физике и называется резонансной флюоресценцией. В чем причина этого явления? Мы можем рассматривать каждый атом или молекулу таких газов как миниатюрную антенну, настроенную на определенную длину волны. Падающее излучение, если в его составе имеется излучение, на волну которого «настроен» атом, как бы «раскачивает» электроны в атоме.

При этом каждый атом-«антенна» станет излучать по всем направлениям электромагнитные волны той же самой длины.

Какова масса газов, находящихся в комете и вызывающих по причине резонансной флюоресценции ее свечение? Оказывается, что эта масса удивительно мала, разумеется, по астрономическим масштабам. Масса газов «средней» по размерам кометы, удаленной от Земли на огромное расстояние приблизительно в 100 000 000 километров и легко видимой невооруженным глазом, составляет всего лишь около 1000 тонн.

Тут естественно возникает вопрос: сколько нужно газа, чтобы комета была видна невооруженным глазом на расстоянии, скажем, 100 000 километров? Так как поток излучения обратно пропорционален квадрату расстояния, то, как легко убедиться, для этого нужно около 1 килограмма газа!

Отсюда следует, что если с борта космической ракеты выбросить даже небольшое количество паров подходящего вещества, то образуется облако, которое вполне может быть наблюдаемо. В качестве такого вещества удобно воспользоваться натрием. Как уже упоминалось выше, в спектрах комет наблюдаются характерные желтые линии натрия. Расчеты показывают, что облако паров натрия с массой в 1 килограмм на расстоянии 100 000 километров от Земли будет наблюдаться как объект приблизительно 6-й звездной величины. Эта величина является предельной для наблюдения невооруженным глазом в безлунную ночь. Рассеивающее солнечные лучи натриевое облако является исключительно мощным источником света.

Можно подсчитать, что мощность этого источника при массе паров натрия в 1 килограмм составляет около 7000 киловатт. Нужно еще иметь в виду, что коэффициент «световой отдачи» этого источника близок к 100 процентам. Таким образом, открывается совершенно реальная возможность увеличить яркость космической ракеты в несколько тысяч раз. Однако такое увеличение яркости возможно лишь на короткое время. Образовавшееся облако через одну — две минуты расширится настолько, что его поверхностная яркость станет очень маленькой, и оптические наблюдения станут невозможными.

Неоценимым достоинством натриевого облака является то обстоятельство, что оно рассеивает свет строго определенной длины волны 0,589 микрона (желто-оранжевая часть спектра). Это позволяет путем применения подходящих светофильтров проводить наблюдения натриевого облака, даже если оно проектируется на довольно яркий фон неба. Подобные светофильтры во много раз уменьшают яркость фона неба и почти не ослабляют излучение натриевого облака.

Камера, с помощью которой была получена фотография искусственной кометы.

С борта советской космической ракеты была создана подобная «комета».

При создании кометы нужно было обеспечить в течение короткого времени испарение натрия в атомарном состоянии, так как молекулы натрия, его соединения, а также ионы способностью интенсивно рассеивать солнечный свет не обладают.

Устройство (испаритель) для образования облака атомарного натрия производит испарение натрия при помощи термита, который воспламеняется в момент, заранее определенный программным устройством.

Предварительные испытания работы испарителя были проведены на высотных геофизических ракетах. Натрий был испарен при одном из подъемов ракеты на высоте 430 километров. Образовалось удивительной красоты золотисто-оранжевое облако, которое довольно медленно расплывалось в атмосфере. Это облако было видно на очень большой части территории Советского Союза. Обработка измерений яркости облака позволила определить количество испарившихся атомов натрия, которое оказалось довольно близким к теоретически ожидаемому при полном испарении. Попутно из анализа скорости расплывания натриевого облака удалось с большой точностью определить плотность земной атмосферы на такой большой высоте. Полученное значение плотности оказалось в хорошем согласии со значением, выведенным из анализа торможения искусственных спутников Земли. Как известно, эти значения плотности оказались неожиданно высокими.

Схематическая карта области неба, где была образована искусственная комета 3 января 1959 года.

Опыты по испарению натрия в атмосфере проводились в США, начиная с 1955 года. Однако эти опыты, произведенные на высотах 70-140 километров, ставили своей целью изучение ветров на этих высотах и химических реакций находящихся в этих слоях атмосферы газов с натрием.

Первый опыт советских ученых на высотной геофизической ракете, произведенный на значительно большей высоте — 430 километров, привел к существенно новым результатам и позволил впервые изучить явления в условиях разреженной среды.

Другой важной частью проекта создания искусственной кометы является разработка и изготовление специальных фотографических камер для проведения наблюдения вспышки натриевого облака. Для этой цели были изготовлены две серии светосильных камер — фотографических и электроннотелескопических. Эти камеры были снабжены высококачественными интерференционными светофильтрами и размещены в ряде пунктов Советского Союза.

Когда первая советская космическая ракета, имея на своем борту среди прочего оборудования аппаратуру для создания искусственной кометы, начала свой исторический полет, наземная сеть станций наблюдения, оснащенная специальной аппаратурой, была в состоянии полной готовности. Точно в предусмотренный программой момент времени — в 3 часа 56 минут 20 секунд московского времени 3 января 1959 года испаритель сработал и за несколько десятков секунд образовалась искусственная комета — облако паров натрия размером в сотню километров. В это время космическая ракета находилась на высоте 113 000 километров. По условиям видимости лучше всего ее можно было наблюдать в Средней Азии, на Кавказе, в Крыму. Хотя на большей части станций, где проводились наблюдения, стояла пасмурная погода, в отдельных пунктах искусственная комета успешно наблюдалась. Полученные фотографии позволяют с большой точностью определить угловые координаты космической ракеты и дают возможность уточнить траекторию ее полета.

Несомненно, методика создания искусственных комет будет в дальнейшем совершенствоваться. Конкретные пути такого усовершенствования намечаются уже сейчас.

Создание советскими учеными искусственной кометы открывает принципиально важную возможность сделать межпланетные ракеты будущего как бы «трассирующими». При этом они могут быть наблюдаемыми оптически с очень больших расстояний. Это имеет важное значение для будущего астронавтики.

«Правда» от 18 января 1959 г.

Открытие космических лучей было сделано при полетах воздушных шаров. С тех пор вся история изучения космических лучей тесно связана с полетами на большие высоты. Естественно, что те исключительные возможности, которые были открыты перед наукой советскими конструкторами ракет, были использованы для исследования космического излучения. Как уже сообщалось в «Правде» 12 января с. г., на борту советской космической ракеты была установлена разнообразная аппаратура для изучения космических лучей. Эта аппаратура состояла из счетчиков заряженных частиц и люминесцентных счетчиков. С помощью этих приборов регистрировались рентгеновские лучи, гамма-лучи и электрически заряженные частицы различных энергий.

Измерялась также ионизация, создаваемая всеми видами излучения, и тем самым определялась степень вредности излучения на различных расстояниях от Земли. Последний вопрос имеет, помимо принципиального теоретического значения, также большой практический интерес. Дело в том, что существующие в космосе излучения должны быть тщательно изучены для успешной организации межпланетных полетов.

В настоящее время уже можно изложить результаты исследования космических лучей как вблизи Земли, так и на достаточно далеких расстояниях, а именно превышающих 100 000 километров от центра Земли.

На нашем первом рисунке изображена полученная при полете советской космической ракеты зависимость интенсивности излучения от расстояния до поверхности Земли. По горизонтальной оси отложена высота, а по вертикальной оси — интенсивность (в двух масштабах, отличающихся в 100 раз). За единицу принята ионизация, создаваемая первичными космическими лучами. Мы видим, что на расстояниях, больших 9 радиусов Земли, интенсивность практически не изменяется при дальнейшем удалении от Земли.

Рис. 1.

Разнообразие примененной для исследования аппаратуры позволило произвести анализ состава космического излучения в межпланетном пространстве. Оказалось, что практически все частицы обладают большой энергией, измеряемой сотнями миллионов электрон-вольт и существенно больше. Совсем иные условия существуют вблизи Земли. В данном случае мы под словами «вблизи Земли» понимаем области пространства, расположенные на расстоянии нескольких радиусов Земли. Как видно из кривой, в этих областях степень вредности излучения в сотни раз больше, чем в межпланетном пространстве. Анализ состава излучения в этом районе показал наличие рентгеновских лучей, возникающих при бомбардировке электронами корпуса контейнера с научной аппаратурой.

Таким образом, обнаружено, что вокруг Земли на расстояниях до 50 000 километров вращается большое количество электронов. Какова энергия этих электронов? Установленные на борту советской космической ракеты приборы позволили доказать, что энергия их весьма незначительна — 30-100 тысяч электрон-вольт. Благодаря тому, что энергия этих электронов сравнительно невелика, они могут быть поглощены небольшими слоями вещества, и, таким образом, имеется возможность защититься от вредного действия этого излучения. Интенсивность космических лучей на больших расстояниях от Земли (как видно из кривой) очень мала.

Рис. 2.

Сопоставляя новые результаты, полученные при полете советской космической ракеты, с предыдущими исследованиями космических лучей при полетах спутников, можно сделать ряд существенных выводов. Летом прошлого года на заседаниях ассамблеи Международного геофизического года нами были доложены результаты изучения космических лучей при полете спутников. Эти результаты показали, что Земля окружена двумя зонами интенсивного излучения. На втором рисунке показано расположение этих зон вокруг Земли. Между зонами есть пространство, где интенсивность излучения значительно меньше, чем в каждой из этих зон. Состав излучения в обеих зонах резко различен. Во внешней зоне мы имеем электроны сравнительно малых энергий. Во внутренней зоне господствуют частицы больших энергий. Есть основания предполагать, что это протоны.

Согласно законам движения частиц, обладающих электрическим зарядом, в магнитном поле Земли эти частицы двигаются по замкнутым траекториям, навиваясь на силовые линии магнитного поля. Полеты спутников и космической ракеты позволили наблюдать эти частицы на разных расстояниях от Земли и на разных силовых линиях. Так, например, с помощью спутников было измерено, сколько частиц имеется на высотах 400 и 1800 километров. Космическая ракета значительно расширила область исследований. Оказалось, что количество частиц резко растет по мере удаления от Земли. На высоте в 15 000 километров частиц в 700 раз больше, чем на высоте 400 километров (на той же силовой линии). Это означает, что из 700 частиц, существующих на высоте в 15 000 километров, лишь одна достигает малых высот, а все остальные 699 колеблются вдоль силовой линии, переходя из одного полушария в другое и обратно, не достигая малых высот.

Таким образом, получено экспериментальное доказательство, что движущиеся вокруг Земли электроны совершают колебательные движения. Они очень долго блуждают, будучи «заперты» в магнитную ловушку, созданную вблизи Земли ее магнитным полем. Эти явления аналогичны тем, которые происходят в установках, в которых физики пытаются создать термоядерную реакцию.

Таким образом, вокруг Земли возникает своеобразный ореол частиц, который мы назвали земным корпускулярным излучением. Как возникает это излучение? Сейчас идут интенсивные поиски процессов, приводящих к образованию земного корпускулярного излучения. Нами и А. И. Лебединским на ассамблее Международного геофизического года выдвигалась следующая гипотеза: Земля под действием космических лучей становится источником нейтронов; улетая от Земли, нейтроны частично распадаются. Так возникают электроны и протоны, пойманные в магнитную ловушку «вблизи» Земли.

Задача дальнейших исследований — раскрыть в полном объеме картину явлений, происходящих в космосе и в той его части, которая прилегает к Земле и видоизменяется под действием магнитного поля Земли. По-видимому, аналогичные ореолы из частиц существуют и вокруг других небесных тел, обладающих магнитным полем. Космические ракеты должны дать ответ, так ли это.

«Правда» от 6 марта 1959 г.

Исторической датой 4 октября 1957 г., когда был запущен первый советский искусственный спутник Земли, открывается эпоха завоевания космоса. Вес первого спутника составлял 83,6 килограмма.

Через месяц, 3 ноября 1957 г., взлетел второй советский искусственный спутник, на борту которого находились более сложная научная аппаратура и подопытное животное — собака Лайка. Этот спутник весил 508,3 килограмма.

15 мая 1958 г. вышел на орбиту третий спутник весом 1327 килограммов, представляющий собой подлинную летающую научную лабораторию.

Следующий крупный успех был достигнут советскими учеными, конструкторами, инженерами и рабочими 2 января 1959 г., когда была запущена первая космическая ракета. Пройдя на небольшом расстоянии от Луны, ракета удалилась навсегда от Земли, став спутником Солнца, первой искусственной планетой. Эти успехи основываются на достижениях советской ракетной техники.

Напомним кратко основные параметры спутников. Первый спутник просуществовал 92 дня, второй — 162 дня, третий — будет существовать до осени 1959 г. Начальный период обращения первого спутника вокруг Земли — 96,2 минуты, второго — 103,7 минуты, третьего — 105,95 минуты. Высота апогея (точка наибольшего удаления от Земли) первого спутника — 950 километров, второго — 1670 километров, третьего — 1880 километров. Высота перигея (точка наименьшего удаления от Земли) первого спутника — 227 километров, второго — 225 километров, третьего — 226 километров.

Орбиты всех советских спутников наклонены к плоскости экватора примерно под одним и тем же углом, равным 65°. Вследствие сопротивления воздуха орбиты спутников во время полета постепенно изменялись как по своим размерам, так и по форме. Они становились все менее вытянутыми и все более приближались к поверхности Земли. Так как длина большой оси орбиты систематически убывала, то в соответствии с третьим законом Кеплера непрерывно сокращался период обращения спутников вокруг Земли. Быстрота изменения периода обращения зависит от интенсивности торможения спутника атмосферой. Детальный анализ изменения периода обращения спутников позволил определить некоторые физические параметры атмосферы и выявить их суточные и широтные вариации.

Изучение показаний приборов, установленных на спутниках, позволило исследовать характер движения спутников относительно их центра масс, что необходимо при анализе результатов измерений.

Многоступенчатая космическая ракета, запущенная 2 января 1959 г., впервые в истории совершила полет в район Луны, прошла на расстоянии около 5000 километров от нее, вышла из сферы земного притяжения и превратилась в первую искусственную планету солнечной системы. Вес научной аппаратуры и источников питания на космической ракете составлял 361,3 килограмма. Общий вес последней ступени космической ракеты после израсходования топлива — 1472 килограмма.

Интересно отметить, что запуск ракеты в направлении Луны с территории Советского Союза труднее, чем запуск с меньших широт. Территория СССР не может пересекаться плоскостью орбиты Луны, лежащей в настоящую эпоху примерно между 18° северной и 18° южной широты, что исключает возможность использования для полета в район Луны весьма выгодных траекторий, лежащих в плоскости лунной орбиты. Эти траектории позволяют осуществлять разгон космической ракеты в наиболее благоприятных условиях, когда направление ее полета на участке разгона мало отклоняется от местного горизонта. Важно также, что при движении ракеты в плоскости лунной орбиты для пролета вблизи Луны на заданном расстоянии требуется меньшая точность системы управления ракетой.

Отметим, что не все дни месяца равноценны для старта космической ракеты. При запуске с территории СССР наиболее благоприятным является положение Луны на орбите, когда ее склонение минимально и составляет около 18° южной широты. Значительные отклонения от этого условия влекут за собой существенное уменьшение веса полезного груза, а следовательно, снижают количество научной аппаратуры или даже делают осуществление полета невозможным. Для запуска космической ракеты был выбран такой день, чтобы при полете ее вблизи Луны положение последней мало отличалось от оптимального.

Макет последней ступени космической ракеты на монтажной тележке. Половина носового конуса снята, виден отделяемый шаровой контейнер с аппаратурой.

По мере приближения точки старта к плоскости лунной орбиты значение выбора оптимальной для полета даты уменьшается.

Успехи, достигнутые Советским Союзом в развитии космических полетов, стали возможными благодаря тому, что созданные у нас ракеты отличаются высоким конструктивным совершенством. При их проектировании и изготовлении использованы новейшие достижения отечественной науки и техники. Создание совершенных ракет-носителей потребовало больших научных исследований и опиралось на высокий уровень нашей промышленности. У нас созданы мощные высокоэффективные ракетные двигатели, использующие высококалорийное топливо. Созданы системы автоматического управления ракетой в полете, обеспечивающие стабилизацию положения ее в пространстве и точное следование по заданной траектории на участке разгона. Для выведения искусственного спутника на орбиту с заданными параметрами или для осуществления космического полета заданного назначения необходима чрезвычайно высокая точность, с которой должны быть выдержаны расчетные значения координат и компонент скорости в конце разгонного участка. Успешное решение этой сложнейшей проблемы при запусках советских спутников и космической ракеты является выдающимся достижением современной автоматики.

Запуск советских искусственных спутников Земли и космической ракеты позволил получить результаты фундаментального научного значения по исследованию верхних слоев атмосферы и космического пространства.

Ниже излагаются по материалам доклада президента Академии наук СССР академика А. Н. Несмеянова на общем собрании АН СССР в марте 1959 года результаты тех опытов, по которым в большей степени закончена обработка научных данных.

Работы в области изучения космических лучей, проведенные за последние годы, дали много интересных результатов как для решения вопроса о взаимодействии элементарных частиц при сверхвысоких энергиях, так и для решения проблемы происхождения космических лучей. Развиваемая советскими физиками и астрофизиками теория происхождения космических лучей при вспышках сверхновых звезд связала воедино такие явления, как космическое радиоизлучение и космические лучи, и дала новый подход к решению проблемы происхождения космических лучей. Для проверки и дальнейшего развития теории происхождения космических лучей, для расширения наших представлений о свойствах межзвездного и межпланетного пространства нужны новые, более точные сведения о первичных космических лучах, о потоках частиц на таких расстояниях от Земли, где уже можно пренебречь влиянием земной атмосферы и земного магнитного поля. Необходимо также получить сведения об изменении со временем интенсивности потоков частиц, об их «химическом» составе и энергетическом спектре входящих в них частиц.

Такие задачи ставили перед собой физики — исследователи космических лучей при проведении опытов на первых искусственных спутниках Земли. Результат, однако, оказался неожиданным: на больших высотах наряду с первичными космическими лучами была обнаружена весьма интенсивная радиация, состоящая из частиц относительно небольшой энергии.

На втором советском искусственном спутнике Земли были впервые проведены длительные исследования космических лучей за пределами земной атмосферы. 7 ноября 1957 года в 4 часа 36 минут по московскому времени, когда спутник пролетал в районе 55° геомагнитной широты, было зарегистрировано увеличение интенсивности излучения на 50 процентов. В этот же момент наземные станции не зарегистрировали какого-либо увеличения интенсивности. Следовательно, этот эффект был вызван частицами малых энергий, которые не достигают поверхности Земли.

На третьем советском искусственном спутнике Земли была установлена значительно более чувствительная аппаратура — люминесцентный счетчик. К настоящему времени обработано большое число записей, сделанных при полете спутника на разных высотах и над различными районами земного шара. Оказалось, что во всех без исключения случаях при попадании спутника в пояс геомагнитных широт 55°-65° как в северном, так и южном полушариях наблюдается резкое возрастание интенсивности рентгеновского излучения. Анализ полученных данных показывает, что регистрируемое прибором излучение создавалось электронами, бомбардирующими корпус спутника. Энергия этих электронов порядка 100 килоэлектрон-вольт и меньше. В этих же опытах обнаружено, что интенсивность наблюдаемой радиации растет при удалении от Земли.

Этот факт показывает, что частицы поступают не непосредственно из космического пространства, а совершают колебания вдоль силовых линий магнитного поля. Магнитное поле Земли является для заряженных частиц небольшой энергии своеобразной «ловушкой», в которой частицы могут двигаться по практически замкнутым траекториям в течение весьма долгого времени.

Как видно из экспериментальных данных, эти условия не выполняются на магнитных силовых линиях, пересекающих Землю на геомагнитных широтах, больших 65°, и поэтому районы, прилегающие к полюсам, оказываются свободными от излучения. Область пространства, занятого излучением, о котором шла речь, получила название внешней зоны.

Наиболее подробные данные о внешней зоне были получены при полете космической ракеты 2 января 1959 года. На рисунке 1 представлены показания одного из приборов (измеряющего ионизацию) в зависимости от расстояния до центра Земли. Расстояния даны по горизонтальной оси в радиусах Земли. По вертикальной оси показана интенсивность излучения в электрон-вольтах в секунду.

По мере удаления от Земли интенсивность радиации сначала возрастает в сотни раз, достигая максимума на расстоянии четырех радиусов от центра Земли, а затем сильно уменьшается. За пределами 10 радиусов Земли достигается постоянный уровень, который соответствует космической радиации в межпланетном пространстве.

Приборы космической ракеты позволили не только уточнить расположение внешней зоны в пространстве, но и получить новые сведения о составе заряженных частиц в этой зоне. Эффективная энергия электронов в районе максимума составляет около 25, а на границе зоны около 50 килоэлектрон-вольт. После выхода ракеты из внешней зоны на расстоянии около 10 радиусов Земли эти же приборы с высокой точностью измерили интенсивность первичных космических лучей, а также жесткой электромагнитной радиации (рентгеновского и гамма-излучений) в межпланетном пространстве.

Рис. 1. Кривая изменения интенсивности радиации в зависимости от расстояния от Земли.

Помимо описанной выше внешней зоны высокой интенсивности радиации, существует и вторая — внутренняя зона. Опыты на американских спутниках обнаружили высокую интенсивность радиации в районе экватора на высоте более 1000 километров.

С помощью третьего советского спутника были получены подробные данные об этом явлении. Оказалось, что заряженные частицы внутренней зоны заполняют на высоте около 1000 километров область от 35° южной геомагнитной широты до 35° северной геомагнитной широты. Высота нижней границы внутренней зоны оказалась различной в восточном и западном полушариях: в восточном — 1500 километров, а в западном — 500 километров. Это обстоятельство обусловлено смещением магнитного диполя относительно центра Земли.

В отличие от внешней зоны во внутренней зоне обнаружены частицы высокой энергии. Анализ данных, полученных на третьем спутнике, показал, что этими частицами являются протоны с энергией порядка 100 миллионов электрон-вольт.

На рисунке 2 штриховкой показана открытая советскими физиками наиболее отдаленная от Земли внешняя зона. Черным изображена зона протонов высокой энергии.

На третьем искусственном спутнике Земли и на космической ракете была сделана также попытка зарегистрировать частицы, обладающие очень малым пробегом. Наблюдались мощные потоки таких частиц. Это электроны, обладающие энергией около 10 килоэлектрон-вольт. Они движутся, как правило, вблизи направлений, перпендикулярных к магнитным силовым линиям. Интенсивность этого излучения, по-видимому, увеличивается от экватора к полярным областям. Оно простирается до расстояний, равных нескольким радиусам Земли. Открыто явление, которое, надо полагать, прольет свет на ряд процессов, происходящих в верхней атмосфере. До сих пор нет удовлетворительного объяснения явления полярных сияний. Обнаруженные мощные потоки частиц могут дать ключ к пониманию этого явления. Действительно, вблизи Земли всегда запасена значительная энергия в виде быстро летящих электронов. Часть этих электронов может периодически врываться в нижележащие слои, и, возможно, это вызывает полярные сияния.

Рис. 2. Конфигурация окружающих Землю зон повышенной радиации. Сплошная линия — траектория движения космической ракеты.

Быстрые электроны, сталкиваясь с атомами и молекулами верхней атмосферы, создают рентгеновские лучи, в особенности в зоне максимального распространения полярных сияний. Атмосфера Земли становится источником рентгеновского излучения. Это излучение, проникая на высоты, меньшие 100 километров, вызывает ионизацию более плотных слоев атмосферы.

Другая часть рентгеновского излучения уходит во внешнее пространство. Таким образом, Земля, а возможно, и другие планеты могут явиться источником рентгеновских лучей.

Вопрос о природе и происхождении ореола частиц около Земли находится в центре внимания физиков, геофизиков и астрофизиков. Прошло слишком мало времени с момента открытия этого нового явления. Поэтому нельзя еще сделать выбор между различными гипотезами, предложенными для его объяснения.

На проходившей летом прошлого года в Москве ассамблее специального комитета Международного геофизического года была выдвинута следующая гипотеза. Под действием космических лучей Земля, как и всякое другое небесное тело, становится источником нейтронов. Эти нейтроны возникают в результате разрушения космическими лучами ядер атомов, входящих в состав земной атмосферы. Не обладая электрическим зарядом, нейтроны беспрепятственно удаляются от Земли, проходя сквозь ее магнитное поле. Вблизи Земли часть нейтронов распадается с образованием электрически заряженных частиц — электронов и протонов. Обладая сравнительно малыми энергиями, эти частицы оказываются запертыми в магнитном поле Земли. Они не могут ни попасть в земную атмосферу, ни улететь в межпланетное пространство. Следовательно, они будут очень долго блуждать в магнитном поле на расстоянии порядка тысяч и десятков тысяч километров от Земли. Количество атомов, существующих на таких расстояниях от Земли, очень мало. Поэтому столкновения с атомами крайне редки, а следовательно, энергия рассматриваемых частиц будет убывать весьма медленно. За этот большой промежуток времени их накопится много, и интенсивность излучения будет высокой. В настоящее время можно считать установленным, что именно этот процесс создает протоны высокой энергии во внутренней зоне.

Для полного объяснения структуры внутренней зоны необходимо установить, какие процессы утечки частиц из зоны обусловливают ее ограниченность в пространстве.

На этот счет предложены две гипотезы, одна из которых предполагает резкое возрастание утечки протонов высокой энергии на больших высотах за счет ослабления магнитного поля. Другая гипотеза предполагает утечку за счет быстрых колебаний магнитного поля на геомагнитных широтах более 35°.

Для объяснения происхождения внешней зоны наиболее перспективными являются гипотезы, в которых явление приписывается воздействию потоков заряженных частиц, идущих от Солнца. Во время повышения активности Солнца из него извергаются сгустки заряженных частиц. В этих сгустках также уносятся и части магнитного поля Солнца. Магнитные поля этих сгустков могут явиться ловушками, в которых накапливается значительное количество образовавшихся на Солнце частиц. Эти частицы могут затем «впрыскиваться» в ловушку, образованную магнитным полем Земли. В результате вблизи Земли появляются частицы, перенесенные от Солнца.

Наконец, следует упомянуть, что если продукты атомных взрывов попадут на большие высоты, то они создадут там интенсивные потоки заряженных частиц. Так как энергия этих частиц мала, то они оказываются запертыми в магнитной ловушке. Следовательно, атомные взрывы могут приводить к «загрязнению» прилегающих к Земле областей космоса.

Хотя с момента запуска первого спутника Земли 4 октября 1957 года прошло немногим более полутора лет, полеты спутников и космических ракет принесли выдающиеся открытия. Казавшееся пустым пространство вокруг Земли представляется теперь ареной явлений, чрезвычайно существенных в практическом и научном отношениях.

Можно сделать предсказание, имеющее фундаментальное значение для астрофизики, что такой же ореол частиц будет окружать всякое небесное тело, обладающее магнитным полем. Свойства космоса существенно меняются вблизи планет, причем это имеет место на расстояниях, во много раз больших, чем размеры атмосферы этих небесных тел.

Согласно данным, полученным на космической ракете, космические лучи в межпланетном пространстве не могут оказывать катастрофически вредных воздействий на организмы будущих астронавтов. Правда, следует оговориться, что этот вывод относится лишь к относительно спокойному состоянию космоса, которое было во время полета космической ракеты.

В районе максимума излучения вблизи Земли интенсивность его очень велика. Поэтому при прохождении космического корабля вблизи Земли, а возможно и других планет, надо учитывать бомбардировку корпуса корабля быстрыми частицами. Это может привести к возникновению лучевой болезни у живых существ.

Возможна ли защита от этих излучений? Полученные данные говорят о том, что во внешней зоне защита возможна, хотя она и потребовала бы увеличения веса космического корабля. Во внутренней зоне, где энергия частиц весьма высока, устройство эффективной защиты потребовало бы гораздо большего увеличения веса. Поэтому траектории ракет, на которых полетят будущие астронавты, должны быть выбраны с таким расчетом, чтобы пребывание корабля внутри зон, особенно внутренней, не было бы длительным.

На третьем искусственном спутнике Земли был помещен прибор для исследования вопроса о наличии в космических лучах сверхтяжелых ядер. Черенковский детектор регистрировал ядра с кинетической энергией больше 300 миллионов электрон-вольт на нуклон. Прибор был настроен на регистрацию двух групп ядер: с зарядом больше 15 и с зарядом больше 35. Обработка данных показала, что через прибор в среднем проходило за минуту около одной частицы, обладающей зарядом больше 15. За девять суток был отмечен лишь один случай срабатывания канала, настроенного на регистрацию более тяжелых ядер. Таким образом, следует считать, что поток тяжелых ядер весьма мал. Этот факт имеет существенное значение для дальнейшей разработки теории происхождения космических лучей.

Одна из главнейших, задач, которая ставится при запуске спутников и ракет, — это изучение структуры верхней атмосферы — области, простирающейся примерно от 200 километров до внешней границы атмосферы. Исследование верхней атмосферы связано с решением ряда труднейших проблем.

Одна из таких проблем — это вопрос о тепловом балансе верхней атмосферы. На высоте 200 километров температура окружающей среды равна 800-1000 градусов и затем возрастает до 2000-3000 градусов. Высокое значение температуры приводит к сравнительно медленному спаданию плотности атмосферы с высотой. Какие же источники поддерживают столь высокий нагрев верхней атмосферы? Некоторые указания по этому вопросу дают новые результаты, полученные с помощью спутников и ракет, о которых говорилось выше.

Не меньшие трудности возникают при попытке истолкования баланса ионизации в верхней атмосфере, т. е. процесса установления равновесия между возникновением свободных электронов и ионов и их нейтрализацией. Результаты опытов расходятся с теоретическими расчетами в тысячу — десять тысяч раз, если исходить из того, что процесс нейтрализации происходит путем присоединения электронов к положительным ионам за счет энергии световых квантов. Выяснилось, что явления здесь протекают более тонко, при участии других частиц, сильно ускоряющих процесс, подобно катализаторам.

Для того, чтобы эти частицы регулировали процесс нейтрализации электронов, достаточно, чтобы они составляли лишь одну десятитысячную или одну стотысячную долю числа нейтральных частиц или свободных электронов. Такими катализаторами могут служить, например, положительные ионы окиси азота, которые были обнаружены на высоте более 200 километров с помощью масс-спектрометра, установленного на третьем советском спутнике.

Велика роль всех этих исследований для практики. Всем хорошо известно, что именно благодаря электромагнитным свойствам ионосферы радиоволны распространяются на большие расстояния.

В этой связи можно указать на одно интересное явление, которое было известно и ранее, но особенно ярко проявилось при наблюдениях за сигналами советских спутников Земли. Явление это названо антиподным эффектом и состоит в следующем: мощность принимаемых сигналов увеличивается в точке, расположенной в антиподе передающей радиостанции. По записям результатов приема радиосигналов первого спутника в Антарктике, в Мирном, видно, как принимались радиосигналы спутника на частоте 20 мегагерц, когда он был в районе поселка Мирный и в антиподе к нему. Такие случаи, когда в течение длительного времени в ионосфере осуществляются благоприятные условия для «стекания» радиоволн к диаметрально противоположной точке Земли, представляют большой интерес.

Но известна и отрицательная для практики роль ионосферы. Влияние ее может, например, привести при использовании радиометодов для управления будущими межпланетными кораблями к погрешностям при определении их координат, скорости и т. п. Для исключения этих погрешностей важно знать структуру ионосферы. В свете сказанного выше будет более понятно значение вновь полученных советскими учеными научных результатов.

Важное место в исследовании верхней атмосферы занимает определение ее плотности. К моменту запуска первого советского спутника были получены достаточно надежные данные лишь до высот 150-180 километров. До высоты 250 километров данные о плотности, полученные разными методами, были крайне противоречивы, а какова плотность атмосферы выше 300-350 километров, фактически было неизвестно.

Советскими учеными изучалась плотность атмосферы различными путями. По изменению времени обращения спутников вокруг Земли, вследствие их торможения, можно достаточно точно определить в перигее орбиты величину, пропорциональную плотности атмосферы.

На третьем спутнике были впервые установлены специального типа манометры, с помощью которых была измерена плотность в области высот 225-500 километров.

Кроме того, средний ход плотности верхней атмосферы на высотах 320-1000 километров был рассчитан на основании результатов определения электронной концентрации по радиосигналам первого и второго спутников. Был также использован оригинальный метод, основанный на наблюдении за расплыванием облака паров натрия, образованного на высоте 430 километров при запуске высотной ракеты. По характеру расплывания этого облака была рассчитана на основе теории диффузии плотность атмосферы на указанной высоте. Подобное облако было в дальнейшем использовано для создания искусственной кометы на советской космической ракете.

Рис. 3. Кривая изменения плотности нейтральных частиц с высотой, полученная различными методами. На рисунке — • — результаты определения плотности по изучению торможения советских спутников. О — результат определения плотности по диффузии натриевого облака. * — данные, приведенные в мировой литературе, по изучению торможения советских и американских спутников. Сплошные линии — соответствуют результатам, полученным с помощью манометров, установленных на третьем советском спутнике, и по радиосигналам первого советского спутника.

Результаты определения плотности приведены на рис. 3. На этом графике плотность пересчитана, по современным данным, на число нейтральных частиц в кубическом сантиметре.

Эти исследования, взаимно согласующиеся между собой, позволили впервые уверенно определить плотность атмосферы до высот 600-800 километров. Они показали ошибочность ряда существовавших до запуска спутников представлений, на основе которых строились модели атмосферы. Регулярные наблюдения за торможением спутников позволили выявить широтные и суточные изменения плотности. По торможению спутника были получены также некоторые данные о температуре верхней атмосферы. На высотах 228 и 368 километров, соответственно, температура изменяется в пределах 800-1500 градусов.

С помощью масс-спектрометра, установленного на третьем спутнике, было получено большое количество массовых спектров положительных ионов, характеризующих химический состав ионосферы на высотах 226-1000 километров. Измерения производились в интервале массовых чисел от 6 до 48 атомных единиц. В результате масс-спектрометрических измерений было установлено, что ионы с массовым числом 16 являются преобладающими и, следовательно, от высоты 226 километров до высоты, по крайней мере, 800 километров основной газовой компонентой, существованию которой обязана ионосфера, является атомарный кислород.

Помимо ионов атомарного кислорода, были зарегистрированы ионы атомарного азота. Обнаружены также тяжелые частицы с молекулярным весом 28 и 30 атомных единиц. Ионы с массой 30 можно отождествить с ионами окиси азота, и в свете сказанного выше обнаружение их на высотах до 350 километров является очень интересным событием и сможет помочь, при дальнейшем уточнении этих сведений, решению вопроса о балансе ионизации верхней атмосферы.

Относительное содержание атомарного азота по отношению к атомарному кислороду меняется от 1 до 10 процентов, в зависимости от высоты и географической широты, а также изменяется по времени. Относительное содержание тяжелых ионов окиси азота и молекулярного азота резко падает с увеличением высоты. Число ионов окиси азота на высоте 230 километров составляет 25-40 процентов по отношению к атомарному кислороду.

Большое количество полученного материала позволило выявить определенную зависимость всех обнаруженных компонент ионосферы от географической широты. В частности, на высотах 226-260 километров наблюдается резкое увеличение содержания ионов атомарного азога в области около 60° северной широты.

Данные, полученные с помощью масс-спектрометра, позволили установить, что спутник в дневное время имел отрицательный потенциал в среднем порядка 5 вольт.

Важные результаты получены по определению концентрации заряженных частиц. Различные радиометоды позволяют изучать наземными средствами распределение электронной концентрации лишь до высоты главного максимума ионосферы, изменяющейся в различных условиях в пределах примерно 300-400 километров. Вопрос же о ходе электронной концентрации выше главного максимума оставался до запуска первого спутника по существу открытым, хотя некоторые исследователи считали, в частности на основании данных, полученных с помощью американских ракет, что выше главного максимума электронная концентрация быстро падает.

В Советском Союзе вопрос этот исследовался различными путями. Анализ траекторий радиосигналов первого спутника Земли позволил определить средний ход электронной концентрации внешней ионосферы выше главного максимума на высотах 320-650 километров.

При вертикальном запуске советской геофизической ракеты 21 февраля 1958 г. было впервые непосредственно измерено распределение электронной концентрации до высоты 470 километров. В течение 1958 г. были получены аналогичные данные при запуске других ракет.

На третьем спутнике впервые измерена прямыми методами концентрация положительных ионов вдоль орбиты спутника до высоты 900-1000 километров. Эти измерения проводились с помощью так называемых ионных ловушек. Они позволили получить обширные экспериментальные данные. Так как в верхней атмосфере концентрация положительных ионов близка к концентрации электронов, то тем самым эти опыты дают сведения по электронной концентрации. Опыты с помощью ловушек позволили также измерить отрицательный электрический потенциал спутника относительно окружающей среды. На освещенных Солнцем участках орбиты он оказался равным 1-7 вольтам.

Рис. 4. Кривая изменения концентрации положительных ионов с высотой, полученная с помощью установленных на третьем советском спутнике ионных ловушек 19 мая 1958 г. (около 11 часов московского времени). Сплошная линия — данные измерений. Пунктир — интерполированные данные.

Рис. 5. Кривые изменения электронной концентрации с высотой, полученные в результате обработки записей радиосигналов первого советского искусственного спутника Земли 5-8 октября 1957 г. от 7ч. 40 м. до 9 ч. 40 м. (сплошная линия) и при пуске высотной геофизической ракеты 21 февраля 1958 г. в 11ч. 40 м. (двойная линия). Пунктиром отмечены экстраполированные данные. По горизонтали — число электронов в кубическом сантиметре.

Величину отрицательного потенциала спутника, по-видимому, можно интерпретировать, как результат воздействия на него быстрых электронов, энергии которых значительно превышают среднюю энергию частиц атмосферы.

Результаты исследования концентрации заряженных частиц выше главного максимума ионосферы приведены на рис. 4 и 5. Спадание электронной концентрации выше главного максимума происходит медленнее, чем ее рост в нижней части ионосферы.

Экстраполяция этих данных в сторону больших высот приводит к предположению, что на высоте 2000-3000 километров электронная концентрация должна достигать значений, не меньших нескольких сотен электронов в кубическом сантиметре, т. е. равна предполагаемому значению ее плотности в межпланетном газе. Атмосфера Земли, по-видимому, простирается по крайней мере до 2000-3000 километров, и следует отказаться от прежнего представления, что ее граница проходит примерно на высоте 1000 километров.

На советской космической ракете был поставлен первый опыт по прямому изучению газовой компоненты межпланетного вещества.

Установленная на космической ракете аппаратура была предназначена для проведения первого этапа исследований, а именно — попытки прямого экспериментального обнаружения ионизированного межпланетного газа в области, лежащей между Землей и Луной. Эта аппаратура имела четыре трехэлектродные ловушки положительно заряженных частиц (протонов), сетчатые оболочки которых были заряжены до различных потенциалов относительно корпуса контейнера. Такие приборы не давали возможности учитывать в полной мере влияние электрического потенциала контейнера относительно окружающей среды на проводимые измерения. Поэтому с помощью этих приборов нельзя было точно измерить концентрацию положительных частиц (такие измерения будут поставлены в дальнейшем), а можно было лишь получить первые оценки, основанные на величинах зарегистрированных токов. Эти токи, создаваемые положительными частицами в цепях коллекторов ловушек, характеризуют концентрацию частиц ионизированного газа на пути ракеты.

Результаты эксперимента в настоящее время еще обрабатываются. Тем не менее сейчас можно привести некоторые данные, представляющие значительный интерес.

По предварительным данным, концентрация положительно заряженных частиц на высоте 1500 километров в неосвещенной области атмосферы имеет порядок 1000 частиц в одном кубическом сантиметре. При увеличении высоты до 2000 километров (также в неосвещенной области) концентрация положительных частиц падает примерно в 1,5 раза. На расстоянии 21-22 тысяч километров от поверхности Земли концентрация положительных частиц оказывается примерно равной концентрации в затененной области на высоте 2000 километров. На расстояниях НО-150 тысяч километров зарегистрированы токи в ловушках, позволяющие считать, что на этом участке пути ракеты концентрация положительных частиц имеет порядок 300-400 частиц в одном кубическом сантиметре.

Постановка этого опыта впервые позволила оценить концентрацию ионизированного газа в межпланетном пространстве не на основе косвенных наземных наблюдений, допускающих неоднозначные толкования, а путем непосредственных измерений.

Знание земного магнитного поля на больших высотах над земной поверхностью имеет важное значение для ряда проблем земного магнетизма. В результате анализа магнитограмм, полученных с помощью магнитометра, установленного на третьем советском искусственном спутнике Земли, можно сделать ряд выводов фундаментального геофизического значения.

В соответствии с современными представлениями о характере суточных вариаций магнитного поля Земли можно ожидать, что эффекты магнитных возмущений могут быть лучше всего прослежены в том случае, когда спутник дважды пролетает вдоль одной и той же дуги земного шара, один раз при спокойном, а другой раз при возмущенном состоянии поля, притом по возможности в разные часы суток. Измеренные значения поля в этих случаях должны отличаться на величину, равную эффекту внешней токовой системы или ее части. Более того, эти разности должны иметь противоположные знаки для соответствующих отрезков траектории на утренней и вечерней сторонах Земли, так как положительные и отрицательные вихри магнитных возмущений существуют одновременно, а спутники их пересекают в течение 12-15 минут.

Магнитные исследования на третьем советском спутнике убедительно доказывают наличие ионосферных источников, вызывающих вариации, связанные с возмущением магнитного поля Земли. При анализе магнитограмм, полученных со спутника, обнаружены 20 случаев кратковременных (5-8 секунд) отрицательных и положительных пиков изменения магнитного поля. Их можно отнести за счет пространственных неоднородностей в ионосферных токовых системах локального характера, пересекаемых спутником.

Эти результаты имеют большое значение для построения физической модели ионосферы, а также количественной теории магнитных возмущений.

Новые ценные данные получены при исследовании постоянного магнитного поля Земли. Наиболее интересные данные получены при пролетах спутника над районом Восточно-Сибирской мировой магнитной аномалии, так называемым «Азиатским максимумом напряженности геомагнитного поля». Анализ магнитограмм и сопоставление их с ходом наземных кривых напряженности магнитного поля вдоль трассы полета спутника указывают на медленное убывание аномалии. Этот факт имеет важное значение для решения вопроса о глубине залегания источников мировых аномалий и о природе и структуре магнитного поля Земли. Из него можно сделать вывод о глубинном происхождении источников Восточно-Сибирской магнитной аномалии.

Исключительно важные по своему значению результаты получены при измерении магнитного поля Земли с помощью космической ракеты. На расстоянии примерно двух радиусов от центра Земли становится весьма заметной и затем нарастает величина расхождения между измеренными значениями поля и значениями, вычисленными теоретически (рис. 6).

Истинное поле убывает быстрее и на расстоянии примерно 20 800 километров от центра Земли оно имеет минимум, примерно равный 400 гаммам, т. е. порядка одной сотой доли напряженности поля на поверхности. Затем наблюдается рост напряженности поля до максимального значения 800 гамм на расстоянии 22 тысячи километров и его последующее убывание. Такое изменение магнитного поля Земли может быть объяснено только при предположении, что ракета пересекла на высотах 20-21 тысячи километров токовый слой. Таким образом, измерения на космической ракете указывают на реальность существования внеионосферной токовой системы.

Этот факт имеет фундаментальное значение для теории магнитных бурь и полярных сияний и, в частности, для критической оценки существующих в настоящее время объяснений этих явлений.

Рис. 6. Кривая изменения напряженности магнитного поля Земли с высотой. Кружком отмечен эффект внеионосферного токового кольца, обнаруженного при полете советской космической ракеты. По вертикали — напряженность магнитного поля Земли в гаммах. Пунктир — вычисленные значения напряженности магнитного поля Земли. Сплошная линия — данные измерений.

Другим значительным обстоятельством является тот факт, что эффект токового слоя обнаружен в совершенно спокойный в магнитном отношении день, а ближайшее по времени большое магнитное возмущение (магнитная буря) имело место почти за месяц до этого. Система внеионосферных токов, возникающая в наиболее интенсивный период магнитных бурь, очевидно, может существовать в течение длительного времени.

Полученный экспериментальный материал, несомненно, явится предметом теоретических исследований как в области геомагнетизма, так и граничащих с ним разделов геофизики и физики плазмы. Представляет большой интерес выяснение связи между измеренным максимумом магнитного поля и ореолом заряженных частиц.

Магнитометр, установленный на третьем спутнике, позволил, помимо измерения магнитного поля Земли, получить данные об ориентации спутника в пространстве и изучить движение его относительно центра тяжести. Эти данные необходимы при расшифровке результатов большинства экспериментов, одновременно проводившихся на спутнике.

Для регистрации метеорных частиц на третьем советском искусственном спутнике Земли была установлена аппаратура, позволяющая регистрировать число ударов частиц и их энергию. Она определялась по величине импульса материала датчика, выбрасываемого при взрыве метеорной частицы на его поверхности.

Если исходить из теоретической зависимости между энергией метеорной частицы и импульсом и предположить, что средняя скорость частиц равна 40 километрам в секунду, то за время работы аппаратуры были зарегистрированы удары частиц с массами от одной восьмимиллиардной до двухсотмиллионной доли грамма, обладающих энергией порядка от десяти тысяч до ста тысяч эрг.

15 мая 1958 года, как сообщалось на V ассамблее МГГ, было отмечено увеличение числа ударов по сравнению с последующими днями. В этот день на один квадратный метр в секунду приходилось от 4 до 11 ударов, 16 и 17 мая число ударов уменьшилось в четыре тысячи раз, затем в пятьдесят тысяч раз и, наконец, стало меньше в 600 тысяч раз, чем 15 мая.

Числовое значение коэффициента пропорциональности между импульсом, регистрируемым датчиком, и энергией частицы окончательно будет определено экспериментально (путем моделирования).

Из эксперимента на космической ракете можно сделать вывод о том, что частицы с массой около одной миллиардной доли грамма могут встретиться с поверхностью ракеты один раз за несколько часов.

Как видно из результатов измерений на третьем советском искусственном спутнике и на космической ракете, метеорная и микрометеорная опасность мала.

Рис. 7. Кривая частоты сердечных сокращений собаки «Лайка» в различные моменты полета.

В настоящее время наметилось формирование новой отрасли знания — космической биологии. Одной из главных ее задач является обеспечение безопасности полета человека в мировое пространство.

Исследования, проведенные на ракетах, показали, что подопытные животные вполне удовлетворительно переносят воздействие на организм различных по своему характеру и природе факторов в полете. Накопленный материал

в настоящее время позволяет прийти к выводу о том, что в условиях, приближенных к космическому полету, в состоянии основных физиологических функций экспериментальных животных не происходит заметных нарушений. Пожалуй, наиболее сложной проблемой оказалось обеспечение спуска животных на Землю.

В настоящее время в этом направлении удалось достигнуть известного успеха. Экспериментальные животные благополучно спускались с высоты в несколько сотен километров. Большие возможности дают искусственные спутники Земли, условия на которых, с биологической точки зрения, наиболее близки к условиям космического полета.

Подробный анализ научной информации со второго спутника позволил получить ряд новых и интересных данных. Прежде всего это относится к продолжительному действию невесомости.

Рис. 8. Запись электрокардиограммы собаки «Лайка» в состоянии невесомости, полученная на втором советском искусственном спутнике Земли.

Весьма важным оказалось то обстоятельство, что при невесомости не было отмечено каких-либо неблагоприятных реакций со стороны вегетативных функций животного. При этом животное не проявляло значительного двигательного беспокойства.

На рис. 7 представлена динамика изменений деятельности сердца собаки «Лайка» в различные моменты полета спутника. Кривая на графике показывает изменение частоты сердечных сокращений. Нетрудно заметить, что ускорения, вибрации и шум при выведении спутника на орбиту вызвали резкое увеличение частоты сердцебиений, достигающее предельной величины. В условиях невесомости частота пульса постепенно вернулась к исходному уровню.

Характер зубцов электрокардиограммы (рис. 8), дыхательные движения и двигательная активность не показывают заметных отклонений от нормы.

Интервалы электрокардиограммы изменялись в общем в соответствии с изменением частоты сердечных сокращений. Это свидетельствует о том, что функция проводимости сердечной мышцы не страдала.

В целом оценка полученных результатов с очевидностью показала, что условия, приближенные к космическому полету, переносятся высокоорганизованными животными вполне удовлетворительно.

Выдающуюся роль в запуске искусственных спутников Земли и космической ракеты, с помощью которых стало реальным непосредственное изучение космического пространства, сыграли советские ученые, конструкторы, инженеры, рабочие, испытатели. Огромная заслуга принадлежит нашим математикам, механикам, физикам самых различных специальностей. По существу нет ни одной области точного естествознания, которая в той или иной мере не участвовала бы в решении грандиозной проблемы исследования космического пространства. Этот синтез науки и техники принес замечательные результаты, которые уже сейчас позволяют предвидеть, какими путями пойдет дальше развитие космических полетов.

Развитие космических полетов в ближайшем будущем пойдет по ряду направлений. Одним из таких направлений являются полеты спутников вблизи Земли, другим направлением — решение задач, связанных с полетами к Луне и освоением Луны. Третье направление — это исследование околосолнечного пространства, планет солнечной системы и полеты на другие планеты.

Искусственные спутники позволяют решить широкий круг научных и прикладных задач. Уже первые советские спутники позволили провести большое число исследований, изучить ряд явлений в верхних слоях земной атмосферы и в примыкающих областях космического пространства.

Дальнейшее развитие работ по созданию спутников пойдет как в направлении расширения круга научных исследований, так и в направлении решения с помощью спутников чисто прикладных задач.

Целесообразно создание искусственных спутников, ориентированных определенным образом в пространстве. Ориентация нужна для решения многих научных задач. Так, для ряда исследований, связанных с Солнцем, желательно, чтобы спутник был ориентирован на Солнце. Для исследований, связанных с Землей и атмосферой, наиболее подходящей является, по-видимому, ориентация, когда одна из осей спутника направлена к Земле, а другая совпадает с направлением движения его по орбите. Для астрофизических исследований, видимо, разумно иметь спутник, сохраняющий неизменное положение относительно неподвижных звезд. Важнейшим этапом является освоение полетов человека на спутниках, для чего потребуется решение большого числа сложнейших проблем, связанных с обеспечением безопасности и созданием необходимых условий для жизнедеятельности человека как в период взлета и спуска при действии больших перегрузок, так и в период полета по орбите в состоянии невесомости. Эксперимент с подопытным животным, осуществленный на втором советском искусственном спутнике Земли, является первым значительным результатом в этом направлении, давшим научный материал о воздействиях условий космического полета на живой организм.

Многократно высказывалась идея о возможности использования системы специальных спутников для ретрансляции телевизионных передач, что могло бы обеспечить дальние передачи на волнах ультракоротковолнового диапазона без сооружения радиорелейных линий и кабельной сети.

С помощью спутников можно организовать постоянную службу для наблюдения за корпускулярным излучением Солнца, которая сможет обеспечить прогноз важнейших явлений, происходящих в верхних слоях атмосферы.

Трудно предсказать сейчас все возможности использования спутников для целей науки и практики подобно тому, как на заре авиации невозможно было предсказать многообразие областей применения и разносторонний прогресс авиации в настоящее время.

Вторым направлением развития космических полетов представляется круг вопросов, связанных с освоением Луны. Полет советской космической ракеты знаменует собой начало эпохи полетов к Луне и полетов в пределах околосолнечного пространства.

Можно представить себе в дальнейшем, быть может еще не в столь близком будущем, полет человека на Луну с посадкой и с последующим возвращением на Землю. Проблема посадки аппарата на поверхность Луны является достаточно сложной. Не меньшие трудности представляет задача последующего старта с Луны и возвращения на Землю.

В еще более отдалённом будущем в процессе освоения Луны может мыслиться создание на Луне специальных станций, подобных тем научным станциям, которые организуются в труднодоступных районах Земли, например в полярных областях. Необходимо вместе с тем указать на чрезвычайную сложность подобного предприятия. Осуществление его станет возможным лишь в результате существенного прогресса ракетной техники и решения огромного числа научных и технических проблем. Но может статься, что проекты, кажущиеся сегодня совершенно фантастическими и несбыточными, осуществятся значительно быстрее, чем это можно представить себе на первый взгляд.

Третьей группой проблем, образующей самостоятельное направление в развитии космических полетов, являются проблемы, связанные с исследованием околосолнечного пространства и планет солнечной системы.

Одной из целей полетов в пределах солнечной системы явится непосредственное изучение межпланетной среды. Зондирование межпланетного пространства с помощью научной аппаратуры позволит установить плотность межпланетного газа на различных расстояниях от Солнца, определить химический состав межпланетного газа, даст новые чрезвычайно интересные данные о распределении интенсивности и составе космического излучения в различных районах солнечной системы, позволит исследовать различные виды солнечного излучения, исследовать магнитное поле Солнца и его влияние на явления в межпланетной среде.

Особый интерес представляет исследование планет солнечной системы, в первую очередь Венеры и Марса. Как показывает анализ, полет к планетам солнечной системы целесообразно осуществлять в течение определенных промежутков времени, когда взаимное расположение Земли и планеты позволяет осуществить полет с минимальными энергетическими затратами на разгон ракеты.

Посылка к планетам ракет, снабженных автоматическими приборами, позволит исследовать их магнитное поле, пояс радиации, получить детальные изображения их поверхности. Можно будет исследовать атмосферу планет -определить ее плотность, химический состав, степень ионизации, а также исследовать структуру поверхности планет и ее температуру. Наконец, заманчивой представляется перспектива исследования форм жизни на других планетах. Полет человека на планеты является делом будущего, однако день этот, безусловно, наступит.

Развитие космических полетов ставит перед наукой и техникой большое число сложнейших проблем как научно-исследовательского, так и инженерно-конструкторского характера.

Для определения параметров траекторий, передачи на Землю результатов измерений и сведений о работе аппаратуры, а также для передачи команд с Земли важнейшей проблемой является проблема дальней радиосвязи. При запуске первой советской космической ракеты впервые в истории была осуществлена радиосвязь на расстоянии около 500 тысяч километров от Земли.

При полетах в пределах солнечной системы надо осуществить радиосвязь и передачу изображения на расстояния порядка десятков и сотен миллионов километров. Ввиду этого особое значение приобретает задача создания легкой, малогабаритной и весьма экономичной бортовой радиоаппаратуры, а также мощных передающих и достаточно чувствительных приемных устройств на Земле.

Вся аппаратура космических ракет должна быть не только максимально легкой и экономичной, но и чрезвычайно надежной, способной безотказно работать в течение многих месяцев и даже нескольких лет. Длительность такого порядка является характерной для полетов в пределах солнечной системы, и в этом нет ничего удивительного, если вспомнить продолжительность периодов обращения планет. Специфика работы аппаратуры в космосе определяется также воздействием космического излучения и наличием глубокого вакуума, окружающего космический корабль. Важным обстоятельством является необходимость поддержания определенного теплового режима, необходимого для нормальной работы аппаратуры. Одной из серьезных проблем космического полета является защита от метеоритов.

Круг задач, связанных с расчетом движения космических кораблей, составляет новое направление в небесной механике. Впервые в истории астрономии проводятся расчеты движения искусственных небесных тел, в том числе и таких необычных небесных тел, которые сами могут активно воздействовать на характер своего движения. Изучение движения этих искусственных тел позволит получить новые данные об астрономических постоянных солнечной системы и гравитационных полях. Мы являемся свидетелями зарождения новой главы астрономии, которую можно назвать экспериментальной небесной механикой.

Прогресс в развитии космических полетов — этой совершенно новой области человеческой деятельности — предъявляет весьма высокие требования к науке и технике: применения всего самого нового и передового, создания новых научных и технических направлений.

Не подлежит сомнению, что советские ученые, конструкторы, инженеры, рабочие, вдохновленные величественной программой построения коммунистического общества в нашей стране, выдвинутой XXI съездом Коммунистической партии Советского Союза, с честью справятся с решением этой интереснейшей проблемы современности, и все мы явимся свидетелями новых блестящих достижений Советского Союза в области освоения космического пространства.

«Правда» от 15 июля 1959 г.