1959 год войдет в историю как начало эры межпланетных сообщений. Эта эра началась второго января 1959 года, когда в Советском Союзе была успешно выпущена космическая ракета, впервые в истории человечества преодолевшая силу земного тяготения. Для этого потребовалось сообщить ракете вторую космическую скорость, которая у Земли равна 11,2 километров в секунду.
Совсем недавно, всего 5—7 лет назад, полеты к Луне рисовались делом отдаленного будущего. Многим ученым и инженерам полеты к Луне не представлялись в то время практической задачей. Жизнь опередила самые смелые ожидания. Выдающиеся достижения советской науки и техники позволили осуществить то, что казалось несбыточным. Первая космическая ракета через 1½ суток после старта прошла севернее Луны на расстоянии около 5000 километров от ее поверхности и превратилась в спутника Солнца — первую искусственную планету солнечной системы.
Двенадцатого сентября советские ученые, рабочие и инженеры добились нового великолепного успеха: весь мир, затаив дыхание, слушал сообщение о запуске в сторону Луны второй советской космической ракеты. Через 1½ суток ракета в соответствии с расчетами достигла поверхности Луны. Осуществилась давняя мечта человечества о полете с Земли на другие небесные тела.
Вскоре взлетела и третья советская космическая ракета. Советские ученые приурочили старт этой ракеты к юбилейной дате: в этот день исполнилась вторая годовщина со дня запуска в СССР первого искусственного спутника Земли. Третья космическая ракета вывела на орбиту автоматическую межпланетную станцию, которая прошла на расстояния 6200 километров от поверхности Луны, провела фотографирование невидимой с Земли стороны Луны и передала изображение на Землю.
Геофизические ракеты
Эти выдающиеся достижения не были, разумеется, случайным успехом. Они явились результатом и новым важным этапом в той научной программе ракетных исследований земной атмосферы и окрестностей Земли, которая в течение ряда лет осуществляется в СССР. Эта программа содержала много вопросов большого научного значения. В ней можно отметить три главных этапа.
Первый этап — это исследование высоких слоев земной атмосферы с помощью вертикальных подъемов больших и малых геофизических ракет.
Воздушный океан, на дне которого мы живем, простирается над нами на сотни и тысячи километров. Земная атмосфера прозрачна для световых лучей и для солнечного тепла, но для разнообразных частиц и лучей другого рода, особенно для коротковолновой радиации, атмосфера оказывается как бы непрозрачным экраном. Благодаря атмосфере все живое на Земле надежно защищено от губительного действия ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей, от потоков солнечных корпускул и метеорных частиц. Никогда не прекращающиеся «удары» этих опасных, а иногда и смертельных для человека излучений и частиц принимает на себя земная атмосфера, а именно — ее верхние слои. Потому строение верхней части атмосферы отличается многими замечательными особенностями высокой температурой, достигающей местами 1000—2000°К, образованием ионосферы, благодаря которой оказывается возможной дальняя радиосвязь, и т. д.
Изучение строения верхних слоев атмосферы и происходящих там процессов — это важная область современной геофизики, представляющая большой научный интерес. Велико и практическое значение этих исследований, позволяющих совершенствовать дальнюю радиосвязь, создавать более надежные методы прогноза погоды, решать многие другие нужные задачи.
Для того, чтобы доставлять в высокие слои атмосферы научную аппаратуру в Советском Союзе, начиная с 1949 года, применялись в зависимости от программы научных исследований, ракеты разного типа, от небольших, так называемых метеорологических, до огромных, поражающих своей непревзойденной мощностью. Например, 21 февраля 1958 года в осуществление программы Международного геофизического года с территории европейской части СССР в средних широтах был произведен запуск одноступенчатой геофизической ракеты, которая достигла рекордной высоты 473 километров. Общий вес поднятой на ракете геофизической научной аппаратуры, радиотелеметрических устройств и источников питания составлял 1520 килограммов. На ракете были установлены радиоинтерферометр для измерения концентрации свободных электронов в ионосфере, приборы для изучения ионного состава атмосферы и измерения концентрации положительных ионов и электронной температуры, ионизационные и магнитные манометры для измерения давления воздуха, приборы для регистрации ударов частиц микрометеоритов, солнечный спектрограф для регистрации ультрафиолетовой области спектра. В результате этого подъема геофизической ракеты было впервые получено распределение концентрации свободных электронов в ионосфере до высоты 473 километра над уровнем моря, зарегистрировано распределение давления воздуха до высоты 260 километров, получено много других ценных научных данных.
Нужно добавить, что пуски геофизических ракет на такие и меньшие высоты проводятся советскими учеными регулярно, на разных геофизических широтах, включая Арктику. С борта экспедиционных кораблей, выполнявших программы Международного геофизического года и Международного геофизического сотрудничества, метеорологические ракеты запускались и в Южном полушарии, вплоть до Антарктиды.
Искусственные спутники Земли
Выше мы говорили о земной атмосфере, как о экране, защищающем человека от опасных излучений и частиц, идущих на Землю из космоса. Но эти же свойства атмосферы делают ее подчас и преградой на пути необходимых научных изысканий. Для понимания строения космоса и для решения упоминавшихся выше «земных» задач необходимы точные и длительные измерения рентгеновского излучения Солнца, корпускулярной радиации и первичного космического излучения. При всем большом значении экспериментов, проводимых при помощи геофизических ракет, их недостатком является слишком короткое время пребывания измерительной аппаратуры в верхних слоях атмосферы: считанные минуты. Эта трудность была бы преодолена, если бы удалось создать длительно вращающийся вокруг Земли искусственный спутник, оснащенный соответствующими приборами.
Первый в истории человечества искусственный спутник Земли был запущен в Советском Союзе 4 октября 1957 года. С его помощью были успешно решены важные научные задачи. Наблюдения за прохождением и поглощением в ионосфере радиоволн, испускавшихся радиопередатчиками спутника на двух частотах, позволили выяснить некоторые свойства этого слоя атмосферы. Наблюдения за движением спутника привели к интересным выводам о плотности атмосферы на больших высотах. Нужно напомнить, что в этих исследованиях принимали участие не только русские ученые, но и их коллеги из зарубежных стран, в том числе Англии и США. Для этого в печати и на научных конференциях были сообщены все необходимые данные для научных наблюдений за спутником. Так же обстояло дело и при последующих запусках искусственных спутников и космических ракет.
Второй спутник был запущен 3 ноября 1957 года. Его главной задачей было исследование возможности полетов в космическом пространстве высокоорганизованных живых существ. В кабине спутника была помещена собака «Лайка». Показания приборов, осуществлявших всестороннее медико-биологическое наблюдение за самочувствием первой космической путешественницы, передавались на Землю.
Отметим, что советские спутники по своим размерам и весу неизменно превосходили соответствующие американские спутники. Запущенный 15 мая 1958 года третий советский искусственный спутник весом 1327 кг представляет собой целую космическую лабораторию. На этом гигантском спутнике установлена аппаратура, позволяющая успешно проводить целый комплекс научных исследований, который включал в себя по существу все научные задачи, запланированные Советским Союзом на период Международного геофизического года.
На третьем искусственном спутнике получены весьма интересные результаты: обнаружен радиационный пояс вокруг Земли, проведены очень полные исследования магнитного поля Земли на больших расстояниях от ее поверхности, изучены плотность и состав атмосферы на высотах 200—500 километров. Эти последние измерения отличаются экспериментальной сложностью, они требуют больших размеров и веса оборудования. На американских спутниках вследствие их небольших размеров и малого веса такие исследования до сих пор не проводились.
Результаты наблюдений показывают, что даже сравнительно новые (1957 г.) теоретические модели строения атмосферы на больших высотах не отвечают действительности и должны быть пересмотрены. Оказалось, что плотность земной атмосферы в верхних ее слоях больше, чем это предполагалось.
Еще более важные открытия сделаны при исследовании ионосферы на больших высотах. Получено и обработано около 15 000 спектров масс положительных ионов, охватывающих огромную область атмосферы Земли по широте, долготе, а также и по высоте (примерно от 225 до 1000 километров). Установлено, что химический состав характеризуется наличием ионов атомарного кислорода, атомарного азота, молекулярного азота, окиси азота, молекулярного кислорода.
Космические ракеты
Согласно прежним представлениям плотность атмосферного вещества на высотах 500—1000 километров должна быть настолько малой что в этой области пространства атмосферу Земли следовало считать уже практически отсутствующей. Однако измерения на третьем советском искусственном спутнике обнаружили на этих высотах довольно плотную ионосферу. Чтобы полностью освободиться от экранирующего действия земной атмосферы нужно поднять приборы в область, еще более удаленную от Земли. Первая в истории человечества космическая ракета, запущенная 2 января 1959 г. с территории СССР, своими электромагнитными сигналами сообщила обширные сведения о свойствах космических излучений и межпланетного вещества.
В результате первого межпланетного перелета Земля—Луна, осуществленного второй советской космической ракетой 12-14 сентября 1959 г. на Луну были доставлены вымпелы с гербом Советского Союза. Во время этого перелета был проведен ряд замечательных экспериментов по изучению космического пространства и ближайшего к Земле крупного небесного тела — Луны. Крайне важным результатом было установление того факта, что Луна не обладает сколько-нибудь заметным магнитным полем. Измерено, что на очень больших высотах частицы метеорного вещества производят в околоземном космическом пространстве в среднем около 3—4 ударов на квадратный метр в час. Отсюда следует, что за сутки в земную атмосферу влетает свыше 1000 тонн метеорного вещества.
Спутники и космические ракеты открывают интереснейшие возможности перед астрофизикой, позволяя непосредственно ставить эксперимент в межпланетной среде. Блестящим примером этому является создание искусственных комет, а именно искусственно вызываемого свечения облака паров натрия в межпланетном пространстве. Рассеивающее солнечные лучи натриевое облако является исключительно мощным источником света. Подсчеты показывают, что мощность этого источника при массе паров натрия всего лишь в 1 килограмм составляет около 7000 киловатт. Устройство (испаритель) для образования облака атомарного натрия производит испарение натрия при помощи термита, который воспламеняется в момент, заранее определенный программным устройством. Испаритель был испытан при одном из подъемов геофизической ракеты на высоте 430 километров. Образовалось красивое золотисто-оранжевое облако, которое довольно медленно расплывалось в атмосфере. Уже на первой космической ракете среди другого оборудования находилась аппаратура для создания искусственной кометы. 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 образовалось облако паров натрия размером в сотню километров. В это время космическая ракета находилась на высоте 113 000 километров. Полученные советскими учеными фотографии облака были использованы для высокоточного определения угловых координат космической ракеты и уточнения траектории ее полета. Фотографии аналогичной искусственной кометы, созданной в сентябре месяце при полете второй советской космической ракеты, позволили даже проследить за отдельными этапами постепенного расширения натриевого облака в космическом пространстве.
Вершиной научно-технических достижений в области исследования космического пространства является, бесспорно, запуск 4 октября 1959 года автоматической межпланетной станции. Станция имела специальную систему ориентации для правильной наводки фотоаппаратов при фотографировании невидимой с Земли стороны Луны.
Необходимо отметить, что орбита межпланетной станции была задана с таким расчетом, чтобы определенным образом использовать сильное воздействие Луны на движение станции при близком прохождении станции около Луны. Именно таким способом были созданы благоприятные условия для фотографирования, невидимой части Луны и для радиосвязи при возвращении к Земле.
Траекторные измерения и расчеты показали, что автоматическая межпланетная станция, двигаясь по орбите, близкой к эллипсу, с апогеем около 500 тысяч километров и постепенно уменьшающимся перигеем, совершит 11 оборотов вокруг Земли и в конце марта — начале апреля 1960 года войдет в плотные слои атмосферы и сгорит. В ноябре месяце 1959 года радиосвязь между автоматической межпланетной станцией и земными наблюдательными пунктами прекратилась. Одной из причин прекращения работы бортовой аппаратуры может быть нарушение герметичности корпуса вследствие удара метеорита.
В соответствии с программой научных исследований автоматическая межпланетная станция обеспечила передачу основной информации на первом витке.
Во время фотографирования невидимой стороны Луны система ориентации обеспечила такое положение автоматической станции, при котором в поле зрения съемочных объективов находился лунный диск. Конструктивное выполнение фототелевизионной аппаратуры обеспечило получение качественного полутонового изображения и передачу его на расстояния, измеряемые сотнями тысяч километров. Этот замечательный опыт интересен не только со стороны познания природы обратной стороны Луны, но и как успешная проверка новой методики в современной экспериментальной астрономии.
Главные задачи, поставленные в связи с запуском третьей космической ракеты, полностью разрешены. Первые фотографии обратной стороны Луны опубликованы. Производится дальнейшая обработка фотографий и научных измерений. После обработки будет опубликован Атлас сфотографированной невидимой части Луны. Кроме фотографий обратной стороны Луны получены интересные данные по космическим лучам, межпланетной материи и другие.
Из фундаментальных открытий в области науки, сделанных при помощи советских космических ракет, отметим еще исследование внешнего пояса радиации и обнаружение системы электрических токов на большой высоте — порядка 3—4 земных радиусов.
Таковы краткие итоги советских исследований космического пространства. Можно не сомневаться, что проведенные исследования являются только началом. Впереди увлекательные перспективы дальнейших космических полетов.