Чем выше поднимается технический уровень общества, тем более точные и подробные данные о природных явлениях необходимы для практики. На первый взгляд это может показаться странным. Действительно, разве рейсы современных крупных кораблей, снабженных совершенной навигационной аппаратурой, зависят от ветра или морских течений в такой степени, в какой это было 150—200 лет назад, когда передвижение на море осуществлялось на парусных кораблях? Разве современный самолет не может летать в столь плохую погоду, которая еще недавно, всего 20—30 лет назад, исключала возможность полета? Конечно, это не так. Развитие техники уменьшает нашу зависимость от стихийных явлений, однако требует гораздо более тщательного их изучения и учета. Для того, чтобы обеспечить полет реактивного самолета на высоте 10-15 километров без посадки на 3-5 тысяч километров, необходимо иметь значительно больше метеорологических данных и более точный прогноз погоды, чем для полета самолетов старой, несовершенной конструкции. А чтобы правильно подобрать длину волны радиолокатора, позволяющего видеть с самолета землю сквозь облака, надо знать величину капель, из которых состоят эти облака.

Еще менее полувека назад для техники было «безразлично» состояние высоких слоев атмосферы. Сейчас точные данные о физическом состоянии высоких слоев атмосферы — о плотности воздуха, концентрации и величине метеоров, об интенсивности и энергии космических лучей, о силе ультрафиолетового излучения Солнца — необходимы для расчета линий радиосвязи, полета ракеты или спутника, взлета или посадки межпланетного корабля.

С другой стороны, непрерывно возрастающие энергетические ресурсы, которыми располагает человечество, позволяют все более вмешиваться в природные явления. Сейчас мы коренным образом меняем режим крупных рек, осушаем или орошаем большие территории. В будущем вырисовываются возможности активного преобразования некоторых черт погоды и климата. Понятно, что всякое целесообразное вмешательство в естественный ход природных явлений требует точного представления обо всех их особенностях.

Человек все чаще рассматривает совокупность окружающих его природных явлений как единый процесс, происходящий на всей планете. Геофизические науки изучают те или иные стороны этого процесса.

Если бы мы могли окинуть взором сразу всю нашу планету с расстояния в несколько тысяч километров, то увидели бы, как передвигаются облачные системы, заволакивая четкие контуры материков и горных цепей, как зарождаются в нижних слоях атмосферы стремительные потоки тайфунов и ураганов тропического пояса. Разогреваемый в тропической зоне воздух, расширяясь и поднимаясь, переносится к полярным областям и движется обратно в нижних слоях земной атмосферы. Отклоняющая сила вращения Земли, влияние рельефа земной поверхности, своеобразное расположение материков и океанов превращают это простое движение в сложную систему генеральной циркуляции земной атмосферы. Она определяет основные пути движения воздушных масс, перенос тепла и влаги, климатические особенности и погоду в различных районах земного шара.

С большого расстояния нам было бы хорошо заметно, как реагирует земная атмосфера на все проявления солнечной деятельности. Могучие вихревые движения солнечной оболочки, протуберанцы — выбросы огромных масс раскаленного газа на сотни тысяч километров, вспышки ультрафиолетовой радиации, потоки электронов и атомных ядер, внезапно извергаемых кипящей поверхностью Солнца, — все это сейчас же находит свое отражение в верхних слоях земной атмосферы.

Эти слои первыми встречают поток частиц вещества и энергии, стремящийся к Земле от Солнца и из глубин космического пространства. Именно здесь путем сложных физико-химических реакций этот поток настолько преобразуется, что фотоны и атомные ядра теряют свою колоссальную энергию и приходят к земной поверхности в безопасном для органической жизни состоянии.

Воздействия ультрафиолетового излучения и частиц, извергаемых Солнцем, на верхние слои земной атмосферы вызывают игру полярных сияний, приводят к образованию ионизированных слоев, благодаря которым распространяются на дальние расстояния короткие радиоволны, являются причиной магнитных бурь.

Неустанно действующая сложная совокупность метеорологических, гидрологических, электромагнитных процессов, охватывающих весь земной шар, представляет собой подлинную «машину» нашей планеты. Везде ощущается ее ритм. Тысячи станций и постов, сотни обсерваторий во всех странах, во всех уголках земного шара непрерывно следят за этим движением.

Вот почему для понимания и анализа стихийных явлений так необходимо всемирное содружество ученых, координация исследований в масштабе всей планеты. Международный геофизический год — яркое проявление такой координации. Несомненна его польза как для познания природы, так и для укрепления международного сотрудничества. И в этом причина большого внимания к его проведению со стороны советских ученых и всего советского народа.

В исследованиях, проводимых по программе МГГ, применяется самая передовая техника. Хорошо оснащены экспедиции, работающие в Арктике и Антарктиде, богато оборудованы корабли, ведущие океанографические исследования во всех океанах. Но особенно широкий размах приобрели работы по изучению верхних слоев атмосферы и космического пространства. Мы остановимся на них более подробно и рассмотрим научные исследования, проводимые в Советском Союзе посредством ракет и искусственных спутников Земли.

Ракеты и спутники используются в СССР в научных целях в трех направлениях: для изучения верхних слоев атмосферы и их физических свойств; для исследования солнечных и космических явлений, наблюдения которых с земной поверхности вследствие атмосферных помех сильно затруднены, и, наконец, для изучения условий космического полета.

В нашей стране с давних пор ведется разработка технических и научных проблем реактивного полета. Известно, что первые научно обоснованные проекты межпланетных кораблей с реактивным двигателем были предложены, независимо друг от друга, русским революционером Н. И. Кибальчичем в конце прошлого века и школьным учителем, впоследствии крупным ученым, К. Э. Циолковским в начале нынешнего столетия. После того как в СССР были созданы крупные ракеты, способные поднять значительный груз на большую высоту, они сейчас же были предоставлены для научных исследований. Наряду с крупными ракетами были разработаны специальные малые ракеты, предназначенные для подъема ограниченного числа приборов на сравнительно небольшую высоту — 50—80 километров, так называемые метеорологические ракеты. В период 1949—1956 годов в СССР было совершено несколько десятков подъемов с исследовательской целью на высоты до 200 километров.

В это же время советскими учеными разрабатывались методы измерений и различные приборы для применения в сложных условиях ракетного полета. Нужно отметить одну интересную принципиальную особенность советских методов исследования: она заключается в учете и устранении возмущений, вносимых самой ракетой в атмосферу. С этой целью ряд приборов размещается не на самой ракете, а на специальном контейнере, который выбрасывается — «выстреливается» — в полете из ракеты и летит по траектории, проходящей на достаточном расстоянии от ракеты в чистой, не искаженной ее воздействием атмосфере.

Серьезное внимание в советских исследованиях было обращено также на создание парашютных систем для спасения контейнеров с научными приборами. Успешное решение этой задачи позволило произвести ряд оригинальных экспериментов.

В настоящее время ученые располагают различными системами ракет, способными поднять значительное количество научных приборов практически на любую нужную высоту.

Особый интерес представляет запуск одноступенчатой геофизической ракеты с грузом научных приборов в 1 520 килограммов на высоту 473 километров, произведенный 21 февраля 1958 года.

В течение Международного геофизического года ракеты для научных исследований запускаются в СССР. США, Англии, Франции, Японии. В 1957 году наряду с ракетами в СССР применены для исследования верхних слоев атмосферы и космического пространства первые искусственные спутники Земли.

Огромные преимущества спутника как средства для научных исследований по сравнению с ракетами достаточно ясны — это длительность существования, возможность проведения измерений на различных высотах, практически во всех районах земного шара.

С другой стороны, ракеты позволяют получить вертикальный разрез атмосферы в одном и том же месте, что невозможно выполнить на спутнике. Правильное сочетание исследований, производимых на ракетах и спутниках, а также косвенными методами (наблюдения за метеорами, исследования полярных сияний и т. п.) позволяют получить достоверные данные о верхних слоях атмосферы.

Большие и успешные работы, проведенные советскими учеными и инженерами по созданию мощных ракет дальнего действия, позволяют широко применять спутники самых различных систем для геофизических изысканий и полностью выполнить взятые советскими учеными обязательства по программе Международного геофизического года.

Места запуска ракет и траектории спутников в СССР выбраны также с учетом прежде всего требований геофизической науки. Представляется наиболее важным получить меридиональное распределение исследуемых геофизических явлений с целью выявления их зависимости от широты. Поэтому запуск исследовательских ракет производится в двух точках Северного полушария: на территории Советского Союза (Земля Франца-Иосифа и средняя часть Европейской территории СССР) и с корабля в районе Южного Ледовитого океана, вблизи советской станции Мирный.

С этой же целью выбрана орбита спутников — эллипс, плоскость которого проходит под большим углом к плоскости экватора. Запуск спутника по такой орбите много сложнее (как в смысле затраты энергии, так и в управлении), нежели по орбите, близкой к плоскости экватора, как делается в США.

Одна из основных проблем геофизических исследований ближайшего времени, которую надо решить,— это получение достоверных данных о структуре и физических свойствах верхних слоев атмосферы. Без знания плотности атмосферы на различных высотах невозможно правильно рассчитать движение ракет и спутников, нельзя правильно понять целый ряд происходящих в атмосфере процессов.

Измерения давления атмосферы проводятся нашими учеными на ракетах с помощью магнитных электроразрядных и тепловых манометров. Как показывает опыт и теоретический расчет, измерения на контейнерах вдали от ракеты дают более достоверные результаты. Так, в первое время отмечались значительные расхождения между результатами советских и американских измерений давления. Они объяснялись, по-видимому, тем, что американцы ставили свои приборы на самой ракете. Большое количество воздуха, захваченного ракетой с Земли и постепенно из нее выходящего, создает помехи в измерениях. В последнее время американские ученые внесли поправки в свои результаты, после чего данные измерения стали более близкими к советским. Наибольшая высота, на которой произведено непосредственное измерение давления атмосферы к настоящему времени,— это 260 километров. Здесь отмечено давление, составляющее несколько десятимиллионных долей миллиметра ртутного столба.

Существенные данные о распределении плотности атмосферы на различных высотах дает анализ торможения спутников, в особенности первого, имевшего правильную шарообразную форму. В настоящее время производятся соответствующие расчеты, основанные на данных астрономических и радионаблюдений.

Химический состав атмосферы определяется на

21 февраля 1958 года с территории Европейской части СССР произведен запуск одноступенчатой геофизической ракеты, которая достигла рекордной высоты — 473 километров. На фото слева — запуск ракеты. В передней части ракеты видны контейнеры с исследовательской аппаратурой. Справа — запуск ракеты на высоту 212 километров. Сбоку ракеты видны выступающие приборные контейнеры.

шими учеными с помощью спектрального анализа проб воздуха, взятых в стеклянные баллоны. Результаты анализа показывают, что до высоты 80 километров состав газов — кислорода, азота, аргона — сохраняется тот же, что и у земной поверхности. Однако на высоте около 90 километров начинается, вероятно, некоторое расслоение атмосферы, так как доля наиболее тяжелого газа — аргона — слегка уменьшается.

Такой метод взятия проб может быть применен до высот 120— 150 километров. Далее, вследствие очень малой плотности воздуха, количество его, захваченное в баллонах, будет не достаточным для анализа. Для этой цели создан радиочастотный масс-спектрометр. Это небольшой прибор, который производит анализ ионизированного газа на месте и может передавать результаты на Землю по радио. С помощью этого прибора отмечено наличие ионов окиси азота и атомарного кислорода на больших высотах. Прибор уже проверялся при запусках ракет на высоту до 206 километров и, по всей вероятности, будет установлен на одном из следующих спутников.

С помощью высотных ракет производились также исследования ионной концентрации на различных высотах. Очень важные новые данные о строении ионосферы получены при запуске ракеты 21 февраля 1958 года, когда удалось измерить концентрацию электронов до высоты 470 километров.

Измерения радиосигналов, посылаемых спутниками из области, лежащей за максимумом ионной концентрации, позволяют определить некоторые характеристики ионосферы, недоступные для измерения с земной поверхности. Изучение ионосферы — ионизированных областей, расположенных в верхних слоях атмосферы — имеет большое практическое значение, так как эти слои определяют распространение коротких радиоволн.

Перейдем к исследованиям астрофизического характера. На первое место здесь должно быть поставлено изучение космических лучей и коротковолновой части солнечного спектра. Эти работы с самого начала были широко представлены в ракетном зондировании в СССР и в других странах.

Изучение состава первичного космического излучения, представляющего собой поток атомных ядер различных элементов, летящих с очень большой скоростью, имеет существенное значение как для понимания происхождения космических лучей, так и для исследования взаимодействия частиц очень высокой энергии с ядрами атомов газов атмосферы. Особый интерес представляет определение соотношения между потоком ядер различных элементов, что позвонит получить представление о распределении источников космических лучей и об условиях распространения этих лучей в межзвездном пространстве.

ПЕРВЫЙ В МИРЕ Первый в мире искусственный спутник Земли, запущенный в Советском Союзе, за три месяца своего существования сделал примерно 1 400 оборотов вокруг нашей планеты и прошел путь около 60 миллионов километров. Наблюдения советских ученых при полете искусственного спутника позволили собрать ценные сведения о плотности верхних слоев атмосферы, строении ионосферы и других геофизических явлениях. Изучение сигналов спутника дало возможность обнаружить в ионосфере образование своеобразных волноводов, облегчающих распространение радиоволн на большие расстояния. Интересный научный материал получен также об условиях, в которых находился спутник.

Космические частицы, подходя к Земле, отклоняются ее магнитным полем. В полярные области попадают частицы с малыми энергиями, а в экваториальную зону — только с большими. Быстрое перемещение спутника из одной широтной зоны в другую дает возможность получить представление о количестве частиц с разной энергией.

Аппаратура для измерения космических лучей была установлена на втором спутнике. Она представляла собой сдвоенную систему счетчиков и соответствующую электронную схему для передачи по радио сведений о зарегистрированных импульсах. Приборы исправно работали в течение нескольких суток. Получен большой материал, обработка которого производится в настоящее время. Предварительный просмотр показал, что очень хорошо отмечается широтный эффект, характеризующий распределение частиц первичного излучения по энергиям. Большой интерес представляет зафиксированное на втором советском спутнике распределение интенсивности космического излучения по высоте, а также отмеченное на спутнике кратковременное значительное усиление космического излучения.

Поскольку оно не было замечено наземными станциями, можно предположить, что здесь наблюдались космические лучи малой энергии.

Целью измерения коротковолновой части солнечного спектра является, с одной стороны, выяснение физических процессов, происходящих на Солнце, главным образом в его хромосфере и короне, и, с другой стороны, изучение связи между вариациями солнечной деятельности и явлениями в атмосфере, в особенности режимом ионизированных областей. Приборы для исследования спектра Солнца были установлены на втором спутнике.

Большое научное и практическое значение имеет исследование твердых частиц, носящихся в межпланетном пространстве. На одном из следующих вариантов спутника, по-видимому, будет установлен комплект аппаратуры для измерения количества и энергии таких частиц, ударяющихся о поверхность спутника. Датчиком прибора, отмечающего энергию каждого соударения, служит пластинка из пьезоэлектрического материала. Передача величины импульса на Землю производится соответствующей радиоаппаратурой.

Контейнер с аппаратурой и подопытными животными после благополучного спуска с высоты 212 километров.

Контейнер с исследовательской аппаратурой после приземления.

Одним из наиболее существенных условии космического полета, особенно если иметь в виду полет человека, является огромная перегрузка при старте и посадке и невесомость в большей части пути. Действие многих других физических факторов, характерных для космического пространства (первичного космического излучения, ультрафиолетового излучения и т. п.), может быть устранено применением соответствующих средств защиты. Однако снижение перегрузки и создание центробежной силы, которая могла бы заменить силу тяготения, очень затруднительно по многим техническим соображениям. Понятно поэтому, как важны исследования влияния значительной перегрузки и состояния невесомости на живой организм.

Первые опыты в условиях, приближающихся к космическому полету, были выполнены на собаках при вертикальных пусках больших ракет. Подопытные собаки проходили предварительную тренировку, во время которой приучались к длительному пребыванию в тесной герметической кабине, в скафандре, привыкали к многочисленным приборам, прикрепленным к их телу. Спуск собак на Землю осуществлялся на парашюте. В одних случаях собаки спускались вместе с кабиной, в других — выбрасывались из кабины в легком скафандре и подвергались при этом различным воздействиям внешней среды. Неоднократно собак заставляли совершать гигантские затяжные прыжки с высоты 80-100 километров. Тщательные исследования протекания жизненно важных функций организма позволили установить, что большие ускорения при старте ракеты и переход к состоянию невесомости, длившемуся короткое время, не вызвали каких-либо вредных последствии в организме подопытных животных.

Большой цикл физиологических исследований, проведенный во время вертикальных пусков ракет, позволил уверенно подойти к еще более интересным экспериментам на спутнике.

ЗА ПЕРВЫМ — ВТОРОЙ! Тридцать суток спустя после выхода на орбиту первого спутника, 3 ноября 1957 года, в Советском Союзе был произведен запуск второго искусственного спутника Земли. При увеличении в шесть раз веса научной аппаратуры удалось осуществить вывод спутника на более высокую орбиту. С его борта начала поступать научная информация, необходимая для исследования излучения Солнца в ультрафиолетовой части спектра, космических лучей, жизнедеятельности в условиях космического пространства. Все эти материалы обогатят науку новыми данными для решения важных проблем в области геофизики, метеорологии, биофизики и в других областях науки. Успешным запуском второго искусственного спутника с разнообразной научной аппаратурой и подопытным животным советские ученые расширили исследования космического пространства и верхних слоев атмосферы.

В подготовке этого опыта пришлось преодолеть весьма значительные трудности, связанные с обеспечением жизни в течение нескольких дней такого высокоорганизованного и сравнительно крупного животного, как собака. Возобновление кислорода, питание, удаление продуктов жизнедеятельности потребовали создания остроумных автоматических приборов, потребляющих, тем не менее, большое количество электроэнергии. Что касается приборов, регистрирующих протекание физиологических процессов — дыхания, кровообращения и т. д., — то во многих из них были использованы системы, применявшиеся при вертикальных пусках ракеты.

Какой же вывод можно сделать сейчас на основании материалов, полученных в результате биологического эксперимента на втором спутнике? Прежде всего нужно отметить, что организм животного перенес резкий переход от сравнительно большой перегрузки к практически полной невесомости и длительное (в несколько дней) состояние невесомости без сколько-нибудь существенного нарушения основных физиологических процессов. Дыхание, кровообращение, усвоение пищи происходили нормальным порядком. Общее состояние животного было, как можно судить по показаниям различных индикаторов, в течение всего опыта удовлетворительным.

Такой результат является весьма важным и очень обнадеживающим для проектирования космического полета человека В то же время физиологи справедливо считают совершенно необходимым провести многократные дальнейшие, еще более детальные исследования на животных, прежде чем переходить к практическому осуществлению полета человека.

Советский комитет по проведению МГГ, Академия наук СССР и отдельные ученые получают со стороны многих советских граждан и граждан других стран предложения своих услуг для проведения подобных опытов. Имеется несколько сот таких писем. Бóльшая часть их авторов отчетливо представляет опасность эксперимента в настоящее время и, тем не менее, готова и случае необходимости пожертвовать даже своей жизнью для науки. Советские ученые с большим уважением относятся к предложениям бесстрашных энтузиастов, однако, естественно, не могут принять их услуг до тех пор, пока не будет надежно решен ряд научных и технических вопросов, прежде всего проблема спасения спутника — благополучного его спуска на Землю.

Таким образом, уже выпущенные в течение первого полугодия Международного геофизического года ракеты и спутники позволили собрать весьма значительный материал. Сейчас производятся его обработка и анализ.

В последнее время запущены спутники в США. Они много меньше по своим размерам и весу, чем советские спутники, что, по-видимому, объясняется отсутствием в США достаточно мощных ракет.

Приборы для измерения космических лучей и для регистрации ударов метеорных частиц, установленные на двух американских спутниках, безусловно, позволят получить интересные данные.

Однако следует сказать, что использование спутников столь малого размера для исследовательских целей весьма ограничено: так, например, на них нельзя поставить биологические и многие другие эксперименты.

Каковы перспективы работ советских ученых по изучению верхних слоев атмосферы и космического пространства?

Исследования на ракетах и спутниках будут продолжены в соответствии с программой Международного геофизического года. Интересные результаты по изучению стратосферы в полярных областях получены при состоявшихся в последние месяцы запусках метеорологических ракет на острове Хейса (Земля Франца-Иосифа) и в Антарктике — с корабля «Обь».

Будут продолжаться и запуски спутников. Спутники не представляют собой стандартных изделий, конструкция каждого из них создается с тщательным учетом опыта предыдущих, поэтому пока не могут быть определены наперед сроки их запусков. В соответствии с задачами исследований будут запускаться спутники различного типа, рассчитанные как на длительное, так и на сравнительно кратковременное действие, обращающиеся на высоких и на низко расположенных над Землей орбитах.

Советский Союз располагает ракетами-носителями и системами их управления, позволяющими уверенно осуществлять запуск спутников различного типа.

Запуск спутников важен не только тем, что позволяет получить ценные научные данные о состоянии верхней атмосферы и ближайшей к Земле области космического пространства. Всем понятно, что запуск спутников означает начало нового крупного этапа в развитии науки и техники, что это первый шаг к межпланетным полетам.

Далее открывается увлекательная перспектива выхода человека в космическое пространство — эпоха, которую предвидел К. Э. Циолковский.

Здесь ждет своего разрешения огромное количество научных и технических проблем.

Весьма важным вопросом является, например, отработка способов посадки спутника на поверхность Земли.

Она может быть решена двумя путями: первый путь — торможение при помощи реактивного двигателя. Эта операция, по-видимому, будет единственно возможной при посадке на поверхность Луны и планет, лишенных атмосферы. Однако здесь требуется сохранение большого запаса горючего для возвращения и, следовательно, огромное увеличение полезной нагрузки ракеты, запускающей спутник или межпланетный корабль.

Другой путь — торможение в воздухе. Для того, чтобы погасить космическую скорость, можно, в принципе, воспользоваться трением при пересечении атмосферы. Так можно спуститься на Землю и другие планеты, имеющие атмосферу.

Разработка такого способа требует преодоления многих сложных задач. Быть может, решение будет найдено в виде планера, последовательно «ныряющего» в плотную атмосферу и вновь взлетающего над нею, чтобы отдать полученное тепло.

Очень большое значение имеет задача получения электрической энергии для питания аппаратуры, устанавливаемой на спутнике за счет солнечных батарей. Образцы таких батарей уже существуют, однако их мощность пока невелика — ее хватает лишь для питания небольшого радиопередатчика.

Решение этой задачи позволит широко использовать спутники для многих научных и практических целей,— например, для трансляции телевизионных программ по всему земному шару, для создания заатмосферных астрономических обсерваторий, для наблюдения за метеорологическими процессами.

На очереди стоят проблемы выхода ракеты с приборами на далекое расстояние от Земли с целью исследования физических свойств межпланетного пространства, а затем для исследования Луны и ближайших к Земле планет.

Понадобится значительно увеличить энергию, затрачиваемую на запуск ракеты, для того чтобы отправить в полет комплект приборов и средств радиосвязи, с помощью которых можно было бы провести научные исследования. Решение такой задачи потребует еще очень больших усилий.

Нет сомнения в том, что все эти и многие другие, еще более сложные задачи будут разрешены. Запущенные в СССР большие искусственные спутники Земли проложили ясную дорогу в космическое пространство. Запуск спутников в СССР является результатом и одним из показателей закономерного роста уровня советской науки и техники, мощности советской промышленности. Чем дальше, тем больше будет таких показателей и в СССР и а других государствах социалистического лагеря.

На вкладке справа: 1. Аппаратура для изучения космических лучей. 2. Радиопередатчик для посылки сигналов на Землю. 3. Контейнер с геофизической аппаратурой, спустившийся на парашюте.