а также в djvu - 1,56 Мб (скачал с Сети)

ОТ ЛЕГЕНДЫ ДО НАУКИ О КОСМИЧЕСКОМ ПОЛЁТЕ

Широко известен древнегреческий миф о полёте Дедала и Икара, которые сделали себе крылья из перьев, скреплённых воском, и улетели из плена с острова Крита. Когда они летели над морем, Икар подлетел так близко к Солнцу, что воск, скреплявший крылья, растаял. Икар упал в море и утонул.

Есть легенда о том, как известный греческий полководец Александр Македонский пытался побывать на небесах в колеснице, запряжённой орлами.

В одной китайской легенде утверждается, что китайцы прибыли на Землю с Луны. В индийском эпосе «Рамаяна» главный герой совершает путешествие по небу.

В средние века люди были вынуждены оставить мечту о полёте на небеса из-за преследований со стороны церкви. Но в эпоху Возрождения вновь пробудился интерес к фантастическим полётам за пределы Земли.

По мере того как человек познавал окружающую его природу, легенды уступали место научным предположениям. В XVII веке появились первые технические замыслы об установлении связи между Землёй и другими небесными телами. Однако эти проекты ещё не были научно обоснованы.

Указание о возможности космических полётов на машинах есть у английского учёного Уилкинса в его «Рассуждениях о новом мире и о другой планете». Ещё дальше пошёл французский писатель Сирано де Бержерак. Задолго до того, как люди овладели воздухоплаванием, он высказал мысль о возможности применения ракет для космических полётов. Он даже дал описание простейшего ракетного корабля.

В XIX веке появляется ряд фантастических романов, посвященных межпланетным путешествиям. Жюль Верн отправляет своих героев на Луну из пушки.

Широко известны фантастические романы о жителях других миров английского писателя Уэллса, А. Богданова, А. Беляева.

Романы и повести о космических путешествиях писали не только литераторы, но и учёные, как, например, К. Э. Циолковский.

В наши дни создана уже наука о полёте в мировом пространстве — астронавтика*. Современная астронавтика уходит своими корнями в далёкое прошлое многих наук, в частности астрономии и ракетной техники.

*) То же, что космонавтика; от греческих слов «астрон» — светило, «космос» — вселенная и «наутика» — всё, относящееся к плаванию.

Коперник показал, что планеты обращаются не вокруг Земли, а, как и сама Земля, движутся вокруг Солнца.

Кеплер открыл законы, которым подчиняется движение планет. Ньютон чётко сформулировал основные законы небесной механики — науки о движении небесных тел. Он высказал также мысль о возможности превращения снаряда в миниатюрную «луну» — в искусственный спутник Земли — и удаления тела с поверхности Земли в бесконечность.

Учение Коперника, законы Кеплера и Ньютона имеют очень важное значение для астронавтики, ибо космические корабли — это своего рода небесные тела, которые, подобно Луне, Земле и другим планетам, будут следовать по совершенно определённым путям, подчиняясь тем же законам.

Остановимся немного на истории ракеты.

Ещё в глубокой древности пороховые ракеты в Китае служили средством развлечения во время народных праздников. В средние века ракеты применялись уже не только для развлекательных целей; ими стали пользоваться и как боевым средством.

В 1680 году в нашей стране было основано первое «Ракетное заведение». В середине прошлого столетия его возглавлял крупнейший специалист ракетного дела в дореволюционной России К. И. Константинов; он значительно усовершенствовал русскую боевую ракету. В 1881 году Н. И. Кибальчич разработал проект ракетного летательного аппарата.

К. Э. Циолковский (1903 г.).

Теорию движения ракеты в межпланетном пространстве разработал К. Э. Циолковский (1857—1935 гг.), которого называют отцом астронавтики. Он же впервые дал схему ракеты, работающей на жидком топливе. Последователями Циолковского и продолжателями его дела были Ф. А. Цандер (1887—1933 гг.), Ю. В. Кондратюк (погиб в 1942 г.) и другие.

Много сделали для развития астронавтики зарубежные пионеры этой науки Эсно-Пельтри (Франция), Оберт (Германия), Годдард (США), Зенгер (Германия), популяризаторы и деятели астронавтики Ананов (Франция), Лей, Халей (США), Штеммер (Швейцария), Бёрджесс, Кларк (Англия), Гартман (ФРГ), а также межпланетные общества (Британское и другие).

Многие думают, что для осуществления межпланетного полёта необходимо совершить революцию в технике. Это не так. Проникновение человека в межпланетное пространство осуществляется постепенно, вместе с развитием техники.

В тридцатых годах нашего века рекорд высоты полёта простой жидкостной ракеты составлял 13 километров, в 1952 году — 217 километров, а в 1955 году уже 288 километров.

Лучшие результаты дают более сложные составные ракеты: в 1949 году была достигнута высота около 400 километров, в 1953 — немногим меньше 500 километров, а в настоящее время, повидимому, более тысячи километров. Конечно, по сравнению с расстояниями, отделяющими нашу планету от других небесных тел, это ещё очень немного. Луна находится от нас в сотни раз, а ближайшая планета — в десятки тысяч раз дальше. Но всё же достижения ракетной техники весьма значительны. Достаточно, например, увеличить скорость современной ракеты примерно в два раза, и она превратится в искусственный спутник Земли. Это может быть достигнуто в ближайшие годы. А ещё один шаг — трёхкратное увеличение скорости,— и ракета вырвется из оков земного тяготения и долетит до Луны.

Однако практически это не так просто осуществить. Для достижения таких скоростей ракета должна быть значительно легче, иметь больший коэффициент полезного действия, выдерживать более высокие температуры и давления. На решение этих задач направлены сейчас усилия инженеров и учёных многих стран.

Астронавтикой интересуются сейчас не только специалисты, но и широкие круги общественности. В послевоенные годы астронавтические общества созданы более чем в двадцати странах.

В Советском Союзе первые астронавтические кружки возникли свыше тридцати лет тому назад. В начале 1954 года организована секция астронавтики при Центральном аэроклубе СССР имени В. П. Чкалова, которая объединяет энтузиастов межпланетного полёта. Академией наук СССР создана Междуведомственная комиссия, по межпланетным сообщениям и учреждена медаль имени К. Э. Циолковского для поощрения исследований в этой области. Всё это, несомненно, будет способствовать быстрейшему разрешению проблемы космического полёта. Достижения в области ракетостроения, радиотелеуправления, физики и биологии дают основание утверждать, что человечество накануне космического полёта.

В нашей книжке мы коротко расскажем о реальных возможностях межпланетных полётов в наше время.

Приблизительно в плоскости этой же орбиты движутся и остальные восемь больших планет, а также большое количество малых планет — астероидов.

Межпланетное пространство ограничивается орбитой самой отдалённой планеты — Плутона, находящейся от Солнца на расстоянии около шести миллиардов километров. В этом безбрежном пространстве, преодолевая или используя могучее солнечное притяжение, минуя блуждающие метеорные тела и рои астероидов, и должны будут проложить свои пути межпланетные корабли.

Что мешает нам осуществить полёт в мировое пространство?

Прежде всего сила тяготения. Всё, находящееся на Земле, притягивается к её центру. Но не только Земля, а любое тело — мельчайшая песчинка и звезда-гигант — обладает этим свойством материи, которое мы называем силой тяготения. Все окружающие нас предметы притягивают друг друга, хотя мы этого не замечаем из-за ничтожной величины притягивающих сил. Сила же притяжения земного шара постоянно нами ощущается.

Если бы не было силы тяготения, все предметы улетели бы с Земли в мировое пространство, Земля удалилась бы бесконечно далеко от Солнца, а Луна от Земли. Сила притяжения затрудняет и космический полёт.

Может ли ракета оторваться от Земли и больше не упасть на её поверхность?..

Да, может. Представьте себе, что на горе, достигающей такой высоты, где воздух уже не препятствует движению ракеты, сооружена горизонтальная пусковая площадка (рис. 1). С этой площадки с определённой скоростью стартует ракета. Описав крутую дугу, она упадёт на некотором расстоянии от горы. Увеличим скорость и дальность полёта вдвое — траектория, по которой полетит ракета, окажется более пологой. Наконец, ракете можно сообщить и такую скорость, при которой кривизна её траектории будет равна кривизне поверхности Земли. В этом случае ракета облетит Землю кругом и вновь отправится в полёт вокруг неё. Подобно Луне, она станет спутником нашей планеты и никогда не упадёт на её поверхность.

Рис. 1. С увеличением скорости увеличивается дальность полёта ракеты и уменьшается кривизна её пути. Достигнув круговой скорости (верхняя орбита), ракета летит параллельно поверхности Земли и становится её спутником.

Наименьшая скорость, при которой тело начнёт двигаться вокруг Земли, не падая на её поверхность, называется первой астронавтической или круговой скоростью.

Почему же при такой скорости тело не падает на Землю?

Когда самолёт облетает Землю по экватору или меридиану, то на него действует центробежная сила, которая тем больше, чем выше скорость. Эта сила направлена обратно силе тяжести, она стремится оторвать самолёт от Земли. При небольших скоростях центробежная сила почти незаметна, но при скорости 7,9 километра в секунду она становится равной силе тяжести и уравновешивает её. Это и есть первая астронавтическая скорость. Если бы не было сопротивления воздуха, то самолёт, достигший такой скорости, вращался бы беспрерывно вокруг Земли при выключенном двигателе. Он превратился бы в искусственный спутник Земли.

А какой скоростью должно обладать тело, чтобы преодолеть земное притяжение и улететь в мировое пространство?

Рис. 2. Притяжение Земли уменьшается с расстоянием так же, как освещённость предметов по мере их удаления от источника света.

Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны ближе познакомиться с действием силы тяготения.

Сила притяжения Земли, как и других небесных тел, по мере удаления от её центра уменьшается. Она ослабевает так же быстро, как освещённость предмета по мере удаления источника света, то есть обратно пропорционально квадрату расстояния (рис. 2). Другими словами, на расстоянии, вдвое большем от центра Земли, сила притяжения в четыре раза меньше, на расстоянии, в три раза большем, она в девять раз меньше и т. д.

Чтобы освободить тело от притяжения планеты, необходимо выполнить такую же работу, как для его подъёма на высоту, равную радиусу планеты, если допустить, что сила тяжести не меняется по мере удаления тела от центра планеты.. Это количество энергии можно сообщить телу, придав ему определённую скорость вблизи поверхности Земли. Обладая такой скоростью, тело двигалось бы по ветви параболы (рис. 3). Отсюда — название этой скорости: параболическая скорость, или вторая астронавтическая скорость; часто её называют ещё «скоростью ускользания». На поверхности Земли эта скорость равна 11,2 километра в секунду.

Рис. 3. Пути следования космических кораблей.

Если телу сообщить скорость больше круговой, но меньше параболической, то оно начнёт двигаться по эллиптической орбите. Если же скорость больше параболической, то тело будет двигаться по ветви гиперболы (рис.3).

Для простоты мы считали, что тело находится под действием силы притяжения одной Земли. В действительности на него действует сила притяжения Солнца. Расчёты показывают, что для того, чтобы одновременно освободить тело от притяжения Земли и Солнца, следует сообщить ему скорость не меньше чем 16,7 километра в секунду. Это — третья астронавтическая скорость.

Достигнуть первой, второй и третьей астронавтических скоростей — задача астронавтики.

Сейчас общепризнано, что двигателем космического корабля будет ракета. Такой корабль может двигаться в безвоздушном пространстве. Для пассажиров движение ракеты безопасно: в отличие от пушечного снаряда ракета набирает скорость постепенно.

Скорость полёта в пределах атмосферы может быть сравнительно небольшой; а поэтому корабль с ракетным двигателем не будет испытывать большого сопротивления воздуха, и нагрев в результате трения о воздух окажется незначительным.

С помощью ракетного двигателя можно ускорить или замедлить движение корабля в безвоздушном пространстве и, когда это нужно, изменить направление полёта.

Каков же принцип движения ракеты?

Известно, что при выстреле ружьё толкает стрелка в плечо. Происходит это потому, что газы, образующиеся при сгорании пороха, с одинаковой силой давят и на пулю и на ружьё. Но так как масса ружья значительно больше, чем масса пули, оно отталкивается с небольшой скоростью. Это явление объясняется одним из основных законов механики — законом равенства действия и противодействия реакции. Движение, вызванное действием силы реакции, называют реактивным движением.

Пороховые ракеты, подобные тем, что пускают во время салютов, не годятся в качестве двигателя для космического корабля. При сгорании пороха образуется очень высокое давление. Чтобы выдержать такое давление, ракета должна быть сверхпрочной, а значит и очень тяжёлой. Кроме того, расход пороха во время полёта ракеты не поддаётся регулированию, как не регулируется пламя свечи. Нельзя прекратить горение пороха и остановить двигатель в случае необходимости.

Этих недостатков лишены жидкостные ракеты, широко применяемые в современной технике.

Как видно из рис. 4, жидкостная ракета имеет два бака: в одном находится горючее, например этиловый спирт, в другом — окислитель, например жидкий кислород. Два насоса, приводимые в движение турбиной, постепенно перегоняют обе жидкости в специальную камеру, где происходит химическая реакция между горючим и окислителем, то есть, проще говоря, сгорание жидкого топлива. Образующиеся при этом газы вырываются из камеры сгорания наружу и силой отдачи заставляют ракету лететь вперёд.

Устойчивость движения как пороховых, так и жидкостных ракет обеспечивается воздушными стабилизаторами и рулями.

Но вот ракета вырвалась из пределов земной атмосферы.

Остальной путь она пролетит в безвоздушном пространстве. Воздушные стабилизаторы и рули больше не пригодны для её управления. Как же удаётся повернуть ракету или восстановить нарушенное направление её полёта? Решение этого вопроса было дано К. Э. Циолковским. Он предложил поместить рули в струе извергающихся из ракеты газов. Такие, как их называют, газовые рули смогут применяться для изменения направления ракеты в безвоздушном пространстве.

От чего зависит скорость ракеты?

Рис. 4. Жидкостная ракета.

В безвоздушном пространстве, вдали от небесных тел, ракета движется тем быстрее, чем больше она израсходовала топлива и с чем большей скоростью извергаются из неё газы. Поэтому применяют такие топлива, которые дают наибольшую скорость истечения газов. С этой точки зрения очень выгоден водород с кислородом.

Однако водород даже в жидком виде лёгок и требует значительно больших баков, чем другое горючее. Кроме того, он кипит уже при температуре —253° С. Более выгоден гидразин* с азотной кислотой. Эти жидкости (они тяжелее воды) можно поместить в небольших баках, и обращение с ними не представляет трудностей.

*) Гидразин — бесцветная вязкая ядовитая жидкость с неприятным запахом.

В жидкостных ракетных двигателях в качестве горючего применяются также керосин, бензин, скипидар, парафин и др. Окислителем могут служить хлорная кислота, перекись водорода и др.

Все такие термохимические топлива дают скорость истечения газов порядка 2,5 километра в секунду. Есть основания полагать, что её удастся увеличить до четырёх километров в секунду.

Рис. 5. Составная ракета.

Имеется ещё другой способ увеличения скорости ракеты и её «потолка». Для этого ракету нужно разогнать при помощи другой, вспомогательной ракеты. Когда вспомогательная ракета отработала, она автоматически отцепляется и спускается на парашюте. Затем запускается основная ракета. Таким образом, в момент запуска она уже находится на некоторой высоте и обладает определённой скоростью, что позволит ей подняться выше обычной ракеты. Такая сложная ракета называется составной (ступенчатой) (рис. 5). Увеличив количество ступеней (вспомогательных ракет), можно добиться дальнейшего увеличения скорости ракеты и достигаемой ею высоты (или дальности).

Практика последних лет показала, что в качестве вспомогательных ракет выгодно употреблять пороховые ракеты, так как их сила тяги по сравнению с собственным весом очень велика. Повидимому, эти ракеты смогут также служить для первоначального разгона космического корабля.

Чтобы ещё более ускорить истечение газов, нужно перейти от обычного горючего к ядерному. Что такое ядерное горючее и каковы его преимущества?

В настоящее время физика успешно решила проблему превращения одних химических элементов в другие. Эти преобразования сопровождаются в некоторых случаях выделением ядерной (атомной) энергии. Вещество, выделяющее такую энергию, называют ядерным горючим. Особенностью этого горючего является то, что в малом его количестве заключена огромная энергия.

Хотя процесс выделения ядерной энергии протекает очень быстро, он поддаётся управлению.

Атомная ракета действует по следующему принципу. В небольшой сосуд, напоминающий камеру сгорания жидкостной ракеты, поступает жидкий водород (или какая-нибудь другая жидкость). Ядерная энергия, выделяемая в виде тепла, мгновенно нагревает водород до очень высокой температуры. При этом он переходит в газообразное состояние и под огромным давлением устремляется наружу. При использовании атомной энергии струя газов будет извергаться со скоростью до нескольких десятков километров в секунду. А чем выше скорость истечения газов, тем меньше топлива требуется для осуществления межпланетного полёта. В этом большое преимущество атомной ракеты.

Принципиально, атомная ракета ничем существенным не отличается от обычных ракет. Но её созданию препятствует ряд технических трудностей. Так, например, нужно «укротить» сверхвысокие температуры и давления, которые возникают в атомной ракете, иначе их не выдержит ни один металл. Необходимо также принять меры для защиты людей от радиоактивных излучений, сопутствующих выделению атомной энергии. Для этого нужен материал, поглощающий такие излучения и вместе с тем достаточно лёгкий, поскольку всякий добавочный груз сильно отражается на радиусе действия ракеты.

Космический корабль напоминает подводную лодку: здесь и там экипаж вынужден жить в герметической кабине, полностью изолированной от внешней среды. Состав, давление, температура и влажность воздуха внутри кабины будут регулироваться специальным аппаратом. Но преимуществом космического корабля по сравнению с подводной лодкой явится меньшая разница между давлением внутри кабины и снаружи. А чем меньше эта разница, тем тоньше могут быть стенки корпуса.

Для отопления и освещения кабины корабля можно использовать солнечные лучи. Обшивка корабля, подобно земной атмосфере, задерживает пронизывающие межпланетное пространство ультрафиолетовые лучи Солнца, которые в больших количествах вредны для человеческого организма. Для лучшей защиты при столкновениях с метеорными телами обшивку корабля целесообразно делать многослойной.

Конструкция космического корабля зависит от его назначения. Корабль для посадки на Луну окажется во многом не похож на корабль, предназначенный для полёта вокруг неё; корабль для полёта на Марс должен быть построен иначе, чем корабль, отправляющийся на Венеру; ракетный корабль на термохимическом топливе будет существенно отличаться от атомного корабля.

Космический корабль на термохимическом топливе, предназначенный для перелёта на искусственный спутник, будет представлять собой многоступенчатую ракету размерами с дирижабль. При старте такая ракета должна весить несколько сот тонн, а её полезный груз примерно в сто раз меньше. Плотно примыкающие друг к другу ступени будут заключены в обтекаемый корпус для лучшего преодоления сопротивления воздуха при полёте в атмосфере. Сравнительно небольшая кабина для экипажа и кабина для остального полезного груза разместятся, повидимому, в носовой части корабля. Так как экипажу придётся провести на борту такого корабля лишь непродолжительное время (меньше часа), отпадёт необходимость в сложном оборудовании, которым будут оснащены межпланетные корабли, предназначенные для длительного полёта. Управление полётом и все измерения будут осуществляться автоматически.

Отработавшие ступени ракеты можно будет спускать обратно на Землю либо на парашюте, либо с помощью выдвижных крыльев, превращающих ступень в планёр.

Рассмотрим ещё один вариант космического корабля (см. рис. 8, в центре, на стр. 24—25). Корабль отправится с искусственного спутника в полёт вокруг Луны для продолжительного обследования её поверхности без посадки. Выполнив задание, он вернётся прямо на Землю. Как видим, этот корабль состоит в основном из двух спаренных ракет с тремя парами цилиндрических баков, наполненных горючим и окислителем, и двух космических планёров с выдвижными крыльями, предназначенных для спуска на поверхность Земли. Корабль не нуждается в обтекаемой обшивке, так как старт производится за пределами атмосферы.

Рис. 6. Создание искусственной тяжести на космическом корабле.

Такой корабль будет полностью построен и испытан на Земле, а затем переброшен на межпланетную станцию в разобранном виде. Отдельными партиями туда доставят топливо, снаряжение, запасы продовольствия и кислорода для дыхания.

После того как корабль соберут на межпланетной станции, он отправится дальше в мировое пространство.

Горючее и окислитель будут поступать в двигатель из центральных цилиндрических баков, которые представляют собой основные кабины космического корабля, временно залитые топливом. Они опорожняются спустя несколько минут с момента взлёта. Временно экипаж располагается в менее удобной кабине планёра.

Достаточно открыть небольшой кран, соединяющий баки с безвоздушным пространством, чтобы остатки топлива мгновенно улетучились. Затем баки-кабины наполняются воздухом, и экипаж переходит в них из планёра; здесь астронавты проведут всё остальное время полёта.

Подлетев к Луне, корабль превращается в её искусственный спутник. Для этого используются горючее и окислитель, находящиеся в задних боковых баках. После использования топлива баки отцепляются. Когда наступит время возвращения на Землю, астронавты снова включат двигатель. Топливо для этой цели хранится в передних боковых баках. Перед погружением в земную атмосферу экипаж пересаживается в космические планёры, которые отцепляются от остальной части корабля, продолжающей кружить вокруг Земли. Планёр входит в атмосферу Земли и, маневрируя выдвижными крыльями, снижается.

При полёте с выключенным двигателем люди и предметы на корабле будут невесомы. Это представляет большие неудобства. Конструкторам, возможно, придётся создать на борту корабля искусственную тяжесть.

Корабль, изображённый на рис. 8, построен как раз по этому принципу. Две его составные части, взлетающие как одно целое, затем отделяются друг от друга, оставаясь, однако, связанными тросами, и при помощи небольших ракетных двигателей приводятся в круговое движение вокруг общего центра тяжести (рис. 6). После того как будет достигнута требуемая скорость вращения, двигатели выключаются и движение продолжается по инерции. Возникающая при этом центробежная сила, согласно идее Циолковского, должна заменить путешественникам силу тяжести.

Другое дело — межпланетный корабль. Его двигатель за несколько минут сообщает ракете большую скорость. После этого корабль движется в межпланетном пространстве по инерции: там он не встречает ни трения, ни сопротивления воздуха.

Чем быстрее космическая ракета достигнет необходимой скорости, тем меньше времени двигателю придётся бороться с силой тяжести и тем меньше потребуется топлива.

Огромную экономию топлива можно получить, если мгновенно разогнать корабль до нужной скорости, а затем продолжать полёт по инерции, с выключенным двигателем. Но это практически невозможно: ракета, естественно, может набирать скорость только постепенно, по мере сгорания топлива. Кроме того, скорость взлёта ограничена выносливостью человеческого организма.

Часто на обложках книг о межпланетных полётах изображают такую картину: по прямой, соединяющей Землю с Луной, летит ракета. Она уже на полпути или даже совсем близко к цели полёта, а её двигатель всё ещё работает. Такое представление неверно. В действительности траектория космического корабля не будет прямой, а его двигатель перестанет работать спустя несколько минут с момента взлёта, ещё вблизи Земли. Только при этом условии корабль сможет унести необходимое ему количество топлива.

От правильного выбора траектории взлёта зависит судьба всего полёта. Траектории, при которых расход топлива минимален, очень сложны. Летя по ним, ракета должна постоянно менять направление и ускорение движения. Если же лететь по упрощённой траектории (например, подняться вертикально), то расход топлива окажется в несколько раз больше.

Решающее значение для всего полёта имеет также точный выбор момента взлёта: ведь не только Земля, но и небесное тело, к которому направляется корабль, подвижно. Нечто похожее бывает при стрельбе из пушки с раскачиваемого морскими волнами судна. Орудие заряжено. Наводчик застыл у прицельной трубки. Вот на мгновение мелькнула в ней цель. Наводчик быстро дёргает спусковой шнур: опоздай он на миг — и снаряд зароется в волны у самого борта или же, наоборот, полетит высоко в небо. Следовательно, взлёт на космическом корабле будет коренным образом отличаться от взлёта аэроплана.

...И вот двигатель выключен.

Теперь на участке пути, превышающем 99 процентов протяжённости всего маршрута, космический корабль движется по инерции. Так, например, при полёте на ближайшие небесные тела ракетный двигатель будет работать на участке длиной примерно в две тысячи километров, в то время как расстояние до Луны выражается сотнями тысяч километров, а до планет — миллионами.

В земных условиях только рельсовый транспорт движется по точно определённым путям; все же иные средства передвижения постоянно отклоняются от геометрической линии маршрута. Тут влияют неровности пути, движение ветра и воды, неровная работа двигателей и многие другие факторы. Другое дело межпланетный корабль. Почти на всём пути на него практически влияет одно лишь притяжение Солнца. И он движется по строго определённому маршруту, точно по невидимым рельсам.

Казалось бы, поскольку в межпланетном пространстве хватает простора и космическому кораблю не угрожает столкновение со встречным кораблём, отклонение от правильного пути не так уже страшно. Между тем космические полёты требуют большей точности в управлении кораблём и большей бдительности, чем мореплавание или авиация. Малейшее отклонение в скорости полёта или в направлении движения чревато серьёзной опасностью. Это видно из следующих примеров.

При отлёте на Луну с минимальным разгоном уменьшение скорости отлёта на 1 метр в секунду сокращает радиус действия корабля на 4 тысячи километров. Ещё более серьёзно обстоит дело при полёте на планеты: в этом случае уменьшение скорости на один метр в секунду изменяет радиус действия на десятки и сотни тысяч километров.

Допустим, например, что мы отправляемся на Юпитер по траектории, требующей самой малой скорости отлёта — 14 226 метров в секунду. Если уменьшить эту скорость всего лишь на один метр в секунду, то корабль не долетит до цели на четыреста тысяч километров. Если же ошибка в скорости будет составлять одну десятую процента, то перелёт или недолёт выразится величиной, превышающей пять миллионов километров. Происходит это потому, что на большом расстоянии от Земли или от Солнца сила притяжения совсем неощутима и малейшее увеличение скорости значительно увеличивает дальность полёта ракеты. Отклонение в угле взлёта на одну десятую градуса может повлечь за собой пролёт мимо цели на расстоянии сотен тысяч километров от неё.

Поэтому пилотам придётся постоянно проверять курс корабля и корректировать его траекторию при помощи миниатюрного ракетного двигателя.

Как будет измеряться пройденный кораблём путь?

При полёте на Луну расстояние корабля как от Земли, так и от Луны можно будет определять, измеряя угол, под которым видна Земля или Луна: чем меньше этот угол, тем расстояние больше. Расстояние от Солнца можно будет узнавать по изменению температуры. Современные электрические термометры отмечают колебания температуры до одной миллионной градуса. С их помощью можно будет обнаружить перемещение корабля относительно Солнца уже на 2—3 километра.

Мы уже упоминали о широко известном научно-фантастическом романе Жюля Верна «Из пушки на Луну». Можно ли в действительности отправиться таким путём в межпланетное путешествие? Нет!

Дело в том, что при выстреле астронавты неизбежно погибнут. Их организм не выдержит той колоссальной перегрузки, которая возникнет в момент выстрела, при мгновенном переходе от состояния покоя к очень большой скорости.

Поэтому космический корабль, стартуя с Земли, должен развивать свою скорость не сразу, а постепенно.

Ускорение во время взлёта, а следовательно, и величина допустимой перегрузки ограничены выносливостью человеческого организма. При перегрузке, в 4—5 раз превышающей силу тяжести на поверхности Земли, космические скорости могут быть достигнуты в течение нескольких минут.

Установлено, что человек способен перенести такую и даже более высокую перегрузку: при резком торможении транспорта, при прыжках в воду (в момент погружения) и т. п. Лётчики переносят большие перегрузки при фигурных полётах, при взлёте с помощью катапульты, при резких поворотах.

Были проделаны и специальные опыты. Устраивалась своего рода карусель радиусом в 5 метров. Вращаясь на этой карусели в течение шести минут со скоростью 14 метров в секунду, мы испытаем примерно такую же перегрузку, как при перелёте с поверхности Земли на ближайшие небесные тела. Подобные опыты оказались совершенно безвредными для человека.

Выносливость организма во многом зависит от положения тела во время действия перегрузки: стоя человек переносит перегрузку по-иному, чем сидя или лёжа. Как показали опыты, легче всего перенести перегрузку лёжа на животе или на спине.

В настоящее время для увеличения сопротивляемости организма в ракетных самолётах, например, применяются особые («контурные») лежанки, в которых учитываются изменения формы тела лётчиков под влиянием перегрузки.

Большую роль играет также тренировка: известны случаи, когда натренированные люди, лёжа навзничь, в течение двух-трёх минут переносили перегрузку, в 15 раз превышающую вес тела. А этого достаточно для вылетов не только в межпланетное пространство, но и за его пределы.

Когда корабль движется в безвоздушном пространстве по инерции, люди, находящиеся на его борту, чувствуют себя невесомыми. И вот почему: ощущение веса получается в результате давления опоры (пола, стула, кровати и т. д.) на тело и взаимного давления одних частей тела на другие. Если же убрать опору, исчезнет и ощущение веса.

Поясним это на примере.

Возьмём три кирпича и положим их друг на друга. Верхний кирпич давит на средний с определённой силой, а средний кирпич на нижний — с силой, вдвое большей. Но если мы те же три кирпича выбросим вместе через окно, то, падая, кирпичи не будут давить друг на друга: ни один из кирпичей не представляет опоры для другого.

На Земле мы ощущаем потерю веса, например, при прыжках в воду, когда, покинув опору, летим в воздухе. То же ощущение испытывает парашютист во время затяжного прыжка. Если прыгнуть, держа в кармане какую-нибудь тяжесть, то, повиснув в воздухе, мы не будем ощущать её веса. Частичную потерю веса мы чувствуем также, когда скатываемся на лыжах с горы или качаемся на качелях, особенно в высшей точке подъёма. Парашютисты и акробаты во время прыжков испытывают отсутствие силы тяжести, не теряя при этом самообладания и ориентировки.

В литературе по астронавтике под «весом» обычно подразумевают силу, с которой предметы и люди в кабине космического корабля давят на его пол.

Иногда говорят о «кажущемся» увеличении веса или о «кажущейся» потере веса на летящей ракете. Такой взгляд ошибочен: увеличение и потеря веса — это совершенно реальные явления и их можно установить с помощью приборов.

Рис. 7. Как меняется вес тела во время космического полёта.

На рис. 7 показано, как меняется вес тела на протяжении космического полёта. На Земле гиря в один килограмм, подвешенная к пружинным весам, натягивает стрелку до деления «1 кг». Однако при взлёте вес гири, как и вес всех тел, находящихся в ракете, увеличивается в несколько раз, например в четыре раза, и стрелка весов показывает 4 кг. Во время же полёта по инерции все предметы на космическом корабле теряют вес; поэтому и стрелка весов переходит на «0».

Хотя вопросы снабжения астронавтов кислородом, водой и продуктами питания в герметически закрытий кабине межпланетного корабля разрешимы уже в наши дни, над этими вопросами, придётся ещё немало потрудиться. Ведь первые экспедиции на Марс и Венеру могут длиться больше двух лет.

Недостаточно исследованы ещё и вопросы очистки воздуха и воды на борту космического корабля, но это не представляет больших трудностей.

Земля постоянно подвергается бомбардировке метеорными телами. В течение года на поверхность нашей планеты падают тысячи метеоритов. Эти железные или каменные тела до их проникновения в земную атмосферу имеют различные размеры.

Скорость их проникновения в земную атмосферу составляет от 10 до 70 километров в секунду. Пересекая атмосферу, метеорные тела раскаляются от трения и сопротивления воздуха и светятся иногда с яркостью Солнца.

Попадание метеорного тела в космический корабль может быть причиной его гибели, малейшая пробоина нарушит воздухонепроницаемость кабины, и воздух улетучится из неё. Однако, как показали опыты, при резком падении давления человек сохраняет самообладание примерно 15 секунд, а этого достаточно, чтобы включить кислородный аппарат скафандра.

Даже микроскопические метеорные тела могут постепенно разрушить обшивку корабля. Эта опасность особенно велика для искусственных спутников, продолжительное время обращающихся вокруг Земли. «Капля долбит камень не своей силой, а частым падением», — говорит древняя пословица.

Рис. 8. В центре рисунка — примерная конструкция космического корабля для обследования Луны с птичьего полёта. I — отправление корабля с искусственного спутника Земли; II — корабль превращается в искусственный спутник Луны; III — путь корабля вокруг Луны; IV — корабль улетает от Луны; V — отделение планёров от корабля при его приближении к Земле; VI — посадка на Землю космических планёров.

В одном опыте, произведённом в США в 1953 году на высотах от 40 до 140 километров, было зарегистрировано 66 столкновений за 144 секунды. На квадратный метр в течение секунды приходилось 4,9 столкновения. В других опытах на отполированных металлических плитках после пребывания на больших высотах были, обнаружены под микроскопом ямочки от попадания микрометеоритов.

Действенные способы предохранения космического корабля от метеорной опасности пока не найдены. Однако мы знаем, что распределение метеорных тел в пространстве и во времени неравномерно. Подробно исследованы орбиты многих роев метеорных тел. И астронавты учтут эти данные при выборе траектории и времени полёта. Имеется возможность во время «метеорного штиля» слетать на Луну и вернуться обратно, почти не подвергаясь опасности встречи со сколько-нибудь значительным метеорным телом. Обычная обшивка космического корабля будет служить защитой от метеорной пыли, а двойная или многослойная — от мелких метеоров, которые могут встретиться на его пути.

Когда космический корабль выйдет за пределы орбиты Марса, астронавтам будет ещё угрожать опасность столкновения с малыми планетами. Астрономы знают пока около 1600 таких небесных тел и пути их следования. Эти астероиды вращаются вокруг Солнца преимущественно между орбитами Марса и Юпитера.

Масса известных малых планет приблизительно равна массе всей метеорной материй солнечной системы (около одной тысячной массы Земли). Совершенно ясно, что столкновение даже с наименьшим из этих тел, поперечником почти в один километр, означало бы катастрофу для космического корабля.

Для борьбы с этой опасностью будут применяться радиолокационные установки, своевременно сигнализирующие о грозящей опасности и автоматически отклоняющие путь корабля. Однако ввиду огромной скорости движения тел в космическом пространстве решение этой задачи будет весьма сложным.

Межпланетное пространство пронизывается ультрафиолетовыми лучами Солнца и так называемыми космическими лучами. Ультрафиолетовые лучи, как уже говорилось, задерживаются обшивкой корабля.

Космические же лучи обладают огромной проникающей способностью, и способы защиты от их действия пока недостаточно изучены.

Для проверки действия этих лучей на человеческий организм швейцарским учёным Я. Эйгстером был проделан такой опыт.

Небольшой кусок консервированной человеческой кожи поднимался ракетой на высоту в несколько десятков километров и подвергался действию космических лучей. После спуска ракеты эту кожу удавалось привить человеку: она не потеряла жизнеспособности.

Другие опыты, произведённые при помощи высотных ракет, показали, что кратковременное действие как ультрафиолетовых, так и космических лучей безвредно не только для низших организмов, но и для обезьян. Но это, как и опыт с человеческой кожей, — лишь первые опыты, не позволяющие пока делать окончательных выводов.

На атомной ракете астронавтам угрожает ещё опасность радиоактивных излучений ядерного горючего. Некоторые части космического корабля могут приобрести искусственную радиоактивность и оказывать вредное действие на живой организм. Поэтому потребуются специальные защитные экраны против этих лучей.

Как будет происходить спуск корабля, возвращающегося из космического полёта?

Теоретически можно было бы использовать для этой цели ракетный двигатель. Повёрнутый «задом наперёд» двигатель не увеличивал бы скорость, а уменьшал её, так как выхлопные газы толкали бы ракету в обратную сторону. Но ракета не в силах унести то огромное количество топлива, которое потребовалось бы для этого.

Можно использовать для торможения корабля сопротивление воздуха. Но громадное количество тепла, которое будет выделяться при трении корабля о воздух, делает невозможным применение для этой цели парашютов: они сгорели бы мгновенно. Кроме того, такое торможение было бы слишком резким. Громоздкий и необтекаемый межпланетный корабль вообще не приспособлен для посадки на Землю. При погружении в атмосферу Земли он, несомненно, раскалился бы добела.

Поэтому перед спуском еще до погружения в верхние слои земной атмосферы экипаж перейдёт в космический планёр, имеющий идеально обтекаемую форму. А судьба корабля может быть двоякой: либо он сгорит в атмосфере, как метеор, либо, если будет запущен двигатель на короткое время, корабль превратится в спутника Земли.

Приблизившись к Земле, планёр, чтобы снизить скорость, превышающую 11 километров в секунду, погружается в верхние слои атмосферы, а затем опять выходит из них и удаляется в безвоздушное пространство. За время пребывания в атмосфере планёр частично замедлит своё движение и вынырнет из неё с меньшей скоростью. Повторив несколько раз такие вылеты за пределы атмосферы, планёр постепенно значительно снизит скорость. При такой посадке обшивка планёра не успевает нагреться до высокой температуры.

По мере уменьшения скорости планёра поверхность его небольших «зачаточных» крыльев становится недостаточной для планирования, и тогда вступают в действие выдвижные крылья. Постепенно планёр погружается во всё более плотные слои атмосферы. Спуск на поверхность Земли продолжается несколько часов. Таким образом, торможение в планирующем полёте производится постепенно, благодаря чему аппарат не перегревается, и температура в кабине не поднимается слишком высоко. Когда скорость планёра будет почти погашена, он приземлится.

Подобным же образом можно будет вернуться на Землю с межпланетной станции. В этом случае с помощью миниатюрного ракетного двигателя планёр «сбрасывается» со станции с небольшой скоростью против её движения. Вследствие этого скорость планёра уменьшается, и он постепенно погружается в атмосферу.

В заключение скажем несколько слов о связи с космическим кораблём.

Современная радиотехника способна обеспечить двухстороннюю связь с космическим кораблём с помощью направленных ультракоротких радиоволн. Отправляющиеся в мировое пространство корабли подчиняются тем же законам, что и небесные тела; можно будет в любое время определить их местонахождение по отношению к земным радиостанциям.

Сигнализацию с космического корабля на Землю можно будет осуществить также с помощью специальных зеркал, отражающих (с перерывами) солнечные лучи, которые будут улавливаться на Земле мощными телескопами. Для подачи световых сигналов с Земли предпочтительнее использовать искусственные источники света.

Искусственный спутник, как и космический корабль, будет строиться и испытываться на Земле. Затем его разберут на части и переправят на заранее выбранную орбиту, где вновь соберут в одно целое (рис. 9).

Сооружение спутника начнётся с запуска трёх— или четырёхступенчатой ракеты.

Представим себе, что к такой ракете, ставшей искусственным спутником Земли, подлетает вторая ракета, затем третья, четвёртая... Все эти ракеты скрепляются в одно целое. Кабины и баки, освобождённые из-под топлива и соответственно оборудованные ещё на Земле, служат в качестве помещений для жилья, лабораторий, мастерских и т. д. Во всех этих помещениях создаётся искусственная атмосфера, а для того, чтобы воздух не улетучился, всё сооружение делается воздухонепроницаемым.

Постепенно станция снабжается специальным оборудованием, доставляемым с Земли. Снятые с причаливших ракет газовые турбины, различные приборы, остатки горючего и окислителя смогут быть использованы на искусственном спутнике.

На спутнике, как и на космическом корабле, можно создать искусственную тяжесть. На какой высоте будут сооружать искусственные спутники?

Близость спутника к Земле значительно облегчила бы связь с ним. Однако, если спутник будет находиться в плотных слоях земной атмосферы, она будет препятствовать движению, постепенно уменьшая его скорость. В конечном счёте это приведёт к падению спутника на Землю. Поэтому он должен находиться за пределами плотных слоев воздушной оболочки Земли.

Атмосфера нашей планеты не имеет точно определённой верхней границы, но плотность воздуха резко уменьшается с высотой. Так, например, на высоте около 7 километров плотность воздуха уже вдвое меньше, чем на уровне моря; на высоте десяти километров — в три раза меньше, а на высоте восемнадцати километров — в десять раз меньше.

Рис. 9. Примерная конструкция искусственного спутника. В нижней части искусственного спутника царит невесомость; в верхней части спутника благодаря её вращательному движению ощущается искусственная тяжесть.

На высотах, превышающих двести километров, воздух настолько разрежен, что практически больше не препятствует движению спутника. Именно на таких высотах и целесообразно сооружать искусственные спутники.

Искусственный спутник, подобно падающему телу, сможет двигаться лишь в плоскости, проходящей через центр Земли, например над экватором (рис. 10).

Искусственные спутники подчиняются тем же законам природы, каким подчиняются другие небесные тела. Поэтому скорость движения и время обращения спутника вокруг Земли зависят от высоты полёта.

Если скорость уменьшится даже незначительно, спутник сойдёт с круговой орбиты и начнёт падать по растянутой дуге на Землю.

Рис. 10. Искусственный спутник может двигаться только в плоскости проходящей через центр Земли

Небольшой искусственный спутник без экипажа, управляемый автоматически, можно создать уже в ближайшее время. Показания различных приборов, находящихся на нём, будут передаваться на Землю по радио. Следующим шагом явится создание летающих обсерваторий уже не только с приборами, но и с людьми.

Искусственные спутники Земли будут очень полезны для изучения верхних слоев атмосферы.

Со спутника особенно удобно изучать распределение и характер облачного покрова над большими пространствами земного шара, определять границы тёплых и холодных воздушных масс, наблюдать распространение бурь. На летающих метеорологических станциях можно будет точно измерить температуру, давление, плотность воздуха и т. д. в верхних слоях атмосферы. Изучение солнечной радиации позволит периодически определять, сколько солнечной энергии падает на нашу планету. Это поможет успешно предвидеть не только погоду, но и условия радиосвязи.

В качестве летающих обсерваторий для наблюдения земной поверхности будут удобны спутники, проходящие над земными полюсами. С высоты такого спутника, вследствие вращения Земли вокруг своей оси, можно в течение одних суток сфотографировать всю поверхность нашей планеты в дневном освещении. За это время спутник может сделать до шестнадцати оборотов вокруг Земли.

На искусственном спутнике почти никогда не будет ощущаться недостатка в солнечной энергии. Огромные потоки лучистой энергии Солнца К. Э. Циолковский предлагал улавливать и использовать для выращивания во внеземных оранжереях растений, которые обитатели «небесного острова» смогут употреблять в пищу.

На искусственном спутнике можно создать лаборатории ядерной физики, которые будут располагать в изобилии космическими лучами. Изучение этих лучей является одной из важных проблем современной физики.

Искусственные спутники будут использоваться также для телевизионных и других ультракоротковолновых передач. Наконец, искусственный спутник Земли будет служить своего рода «пересадочной» станцией. Такая станция может служить «трамплином» для дальнейшего проникновения человека в мировое пространство. С неё гораздо легче, чем с Земли, достичь Луны, любой планеты и даже улететь за пределы нашей солнечной системы. Для достижения Луны, Венеры, Марса достаточно развить скорость 3,1—3,6 километра в секунду вместо 11,2 километра в секунду при отлёте с Земли, поскольку сама станция уже обладает скоростью около восьми километров в секунду.

Согласно некоторым проектам ракета, прибывшая на межпланетную станцию с Земли, будет служить и для дальнейшего полёта. Здесь астронавты смогут запастись всем, что необходимо для продолжения и завершения космического рейса: топливом, снаряжением, продовольствием и т. д.. Согласно иным проектам, на межпланетной станции астронавты пересаживаются в другой корабль, собранный из частей, доставленных с Земли. Для снаряжения межпланетного корабля можно будет также использовать двигатели и другие части, снятые с прибывших на станцию ракет.

Ещё задолго до того, как человек устремится в полёты по безграничным просторам вселенной, можно будет проверить условия таких полётов на межпланетной станции. На ней можно будет установить, безвредна ли длительная невесомость, для человеческого организма, как действует на него искусственная тяжесть и т. д. На «небесном острове» удастся также изучить средства защиты от метеорной опасности. Опираясь на межпланетную станцию как на базу, астронавты смогут пройти сложную практику кораблевождения в безвоздушном пространстве.

На межпланетной станции можно будет также определить многие данные, необходимые для создания наиболее рациональной конструкции космического корабля и планёра.

Некоторые думают, что в качестве межпланетной станции можно использовать Луну. Но Луна не пригодна для этой цели: она расположена слишком далеко от поверхности Земли. Кроме того, поскольку её масса, а следовательно, и притяжение сравнительно велики, приходилось бы затрачивать немало топлива для спуска межпланетного корабля на её поверхность и последующего взлёта.

Сколько же времени потребуется ракетному кораблю, чтобы долететь до Луны?

Улетев с Земли со скоростью в 11,2 километра в секунду, корабль достиг бы Луны через 51 час.

Как и первые спутники Земли, первые лунные ракеты будут, повидимому, управляться автоматически. Передаваемые с ракеты радиосигналы позволят следить за её полётом. О том, что она достигла цели, мы узнаем, например, по вспышке светового заряда при падении ракеты на поверхность Луны. Особенно хорошо будет видна такая вспышка на неосвещённой Солнцем части диска Луны. Кроме того, при ударе о поверхность Луны ракета может рассыпать белый порошок на достаточно большом пространстве, чтобы оставленное пятно было замечено с Земли.

В дальнейшем более мощные ракеты с экипажем, взлетев с межпланетной станции, смогут превратиться в искусственные спутники Луны и в течение длительного времени вращаться вокруг неё без затраты топлива. Поэтому изучение Луны с такого корабля очень выгодно.

Как показывает расчёт, при скорости истечения газов в 4 километра в секунду ракета весом, например, в 10 тонн, отправляющаяся с искусственного спутника в полёт вокруг Луны, должна унести всего 12 тонн топлива. При отлёте же с поверхности Земли ей понадобилось бы 150 тонн топлива. Если принять скорость истечения газов равной 2,5 километра в секунду, то ракете понадобилось бы в первом случае 25 тонн, а во втором случае 840 тонн топлива. При этом не учитывается то количество топлива, которое необходимо кораблю для преодоления сопротивления воздуха, и допускается, что корабль разгоняется мгновенно до нужной скорости.

С земли нам всегда видно только одно полушарие Луны. Большой интерес представит исследование её другого полушария, недоступного для наблюдения с поверхности нашей планеты. Полёт над этим полушарием Луны можно приурочить к такому времени, когда оно полностью освещено солнечными лучами и, следовательно, хорошо будет видно астронавтам. Это соответствует периоду новолуния на Земле.

Надо полагать, что сторона Луны, невидимая с Земли, не отличается ничем существенным от обращенного к нам полушария. Она также лишена сколько-нибудь плотной атмосферы и безводна.

Представим себе, что для обследования Луны с межпланетной станции отправляется корабль, конструкция которого была описана ранее (см. рис. 8, I).

Во время полёта по инерции скорость космического корабля резко меняется. Он, подобно подброшенному камню, постепенно замедляет ход. Спустя пять суток корабль подлетает к Луне и, попав в сферу её притяжения, вновь начинает набирать скорость. На высоте в несколько десятков километров над поверхностью Луны эта скорость составляет уже около двух с половиной километров в секунду.

Для превращения корабля в искусственный спутник Луны на высоте, скажем, 10 километров над её поверхностью приходится затормозить его скорость до 1,7 километра в секунду — это круговая скорость для данной высоты (рис. 8, II). Период обращения корабля-спутника составляет 1 час 50 минут, дальность горизонта —186 километров, минимальные размеры предметов на Луне, видимых простым глазом, — 3 метра.

Корабль может кружить вокруг Луны сколь угодно долго без расхода топлива (рис. 8, III).

Перед возвращением на Землю включаются двигатели, скорость корабля увеличивается, и корабль отделяется от круговой орбиты, по которой продолжают кружить отцепленные баки (рис. 8, IV). В таких баках можно установить автоматические приборы, которые будут систематически передавать по радио на Землю результаты различных измерений.

Спуск корабля производится так, как это описывалось выше (рис. 8, V). Посадка космического планёра совершается при полностью выдвинутых крыльях (рис. 8, VI), После разведывательных полётов вокруг Луны последуют полёты с посадкой на её поверхность.

Можно ли будет опуститься на поверхность Луны без расхода топлива? Имеет ли Луна атмосферу?

Как показали наблюдения, атмосфера на Луне крайне разрежена: масса воздуха над каждым квадратным сантиметром поверхности Луны в две тысячи раз меньше, чем на нашей планете. Плотность же атмосферы у лунной поверхности соответствует плотности земной атмосферы на высоте примерно 60 километров. Повидимому, такой разреженной атмосферой нельзя будет воспользоваться для торможения корабля при спуске на Луну. Следовательно, придётся, вероятно, использовать ракетный двигатель.

На Луне, как и на планетах, лишённых атмосферы, астронавты должны находиться в непроницаемых для воздуха помещениях. Выходить наружу, как и на искусственном спутнике, можно будет лишь в специальных скафандрах. Несмотря на эту обременяющую одежду, астронавты смогут легко передвигаться, так как сила притяжения на Луне в 6 раз меньше, чем на нашей планете.

Чтобы освободиться от притяжения Луны, нужно в двадцать раз меньше энергии, чем для преодоления притяжения Земли. Следовательно, скорость взлёта, необходимая для возвращения корабля на Землю, значительно меньше той скорости, которая требуется для полёта с Земли на Луну. Она меньше двух с половиной километров в секунду. Современные жидкостные ракеты способны развить бóльшую скорость.

Большой интерес представляет полёт на Марс. Благодаря близости к Земле и сходству с ней в отношении физических условий Марс привлекает к себе исключительное внимание астрономов и других учёных.

Путешествию на Марс со спуском на его поверхность, как и полёту на Луну, будут, очевидно, предшествовать разведывательные полёты вокруг этой планеты. Для этой цели ракетные корабли превратятся на время в искусственные спутники Марса. В самом деле, посадка на планету с последующим взлётом будет на первых порах сопряжена с огромными трудностями, тем более, что всё топливо, необходимое для возвращения, придётся привозить с собой с Земли. Подробное изучение поверхности Марса даст возможность наметить подходящие районы для посадки последующих экспедиций. Можно будет также собрать ряд данных, которые нельзя получить в земных обсерваториях и которые необходимы, прежде чем предпринять экспедицию со спуском на Марс.

В первую очередь нужно будет установить, позволит ли строение и состав атмосферы Марса использовать её для торможения при спуске космического корабля. Изучение атмосферы Марса поможет также выяснить, имеется ли на этой планете среда, в которой человек может существовать; является ли атмосфера Марса достаточной защитой от бесчисленных «падающих звёзд» и вредоносных излучений, пронизывающих межпланетное пространство.

Как установлено, атмосфера Марса почти не содержит озона, поглощающего ультрафиолетовые лучи Солнца, из-за чего они проникают до самой поверхности планеты, а это представляет опасность для астронавтов.

Полёт вокруг Марса сможет совершаться по различным траекториям, которые отличаются друг от друга как продолжительностью полёта, так и требуемыми скоростями разгона корабля.

Рис. 11. Облёт Марса в два года. Сверху показан старт ракеты с межпланетной станции.

Возьмём траекторию, перелёт по которой вместе с возвращением на Землю продлится два года (рис. 11). Корабль отправляется с межпланетной станции в полночь по местному времени, когда центр Земли находится на прямой, соединяющей станцию с Солнцем. Это — самый удобный момент, так как направления движений стартующей ракеты и станции тогда совпадают. Благодаря этому ракета, используя скорость движения самой станции, может улететь с самой малой скоростью — 4,3 километра в секунду. При отлёте же непосредственно с Земли на Марс кораблю понадобилось бы развить скорость 12,3 километра в секунду.

Если вес ракеты с экипажем принять равным 10 тоннам, то при скорости истечения газов 4 километра в секунду корабль, взлетая с межпланетной станции, должен унести 19,6 тонны топлива, а при взлёте с Земли — 216 тонн.

Скорость корабля в межпланетном пространстве постоянно меняется. При взлёте она наибольшая, а по мере удаления от орбиты Земли корабль постепенно замедляет движение.

Приблизившись к Марсу на предусмотренное расстояние, корабль пролетит мимо него и уйдёт дальше в межпланетное пространство. Во время полёта мимо Марса астронавты смогут сфотографировать всю его поверхность благодаря вращению планеты вокруг своей оси.

Спустя год с момента вылета корабль достигнет самой удалённой точки своей траектории — 2,175 астрономической единицы. Здесь его скорость будет самой малой.

Далее корабль вновь начнёт со всё возрастающей скоростью приближаться к орбите Марса. Но при вторичном пересечении этой орбиты он больше не встретит на ней планеты. Замкнув эллиптическую траекторию полёта, ровно через два года корабль вернётся на Землю с такой же скоростью, с какой он её покинул.

Более мощные ракеты смогут спуститься на миниатюрные спутники Марса — Фобос и Деймос, откуда можно будет производить продолжительные исследования. Деймос находится в 23 тысячах километров от Марса, что в 17 раз ближе, чем расстояние Луны от Земли. Фобос же парит на высоте девяти тысяч километров над поверхностью Марса. Эти спутники очень быстро вращаются вокруг своей планеты; Фобос завершает одно обращение примерно в восемь часов, а Деймос — в тридцать часов. Размеры и массы этих небесных тел невелики, сила их притяжения ничтожна. Поэтому опуститься на эти спутники и впоследствии взлететь обратно — задача более лёгкая, чем посещение самой планеты Марс.

По данным современной астрофизики можно предполагать, что на поверхности Марса человек найдёт условия, более сходные с земными, чем на других планетах. Весьма вероятно, что на Марсе существует растительность. Повидимому, атмосфера Марса содержит кислород и лишена вредных для человеческого организма газов. Но она очень разрежена даже у самой поверхности планеты. Поэтому космонавтам придётся там жить в герметически закрытых помещениях, где можно регулировать давление воздуха и его температуру. Для выхода наружу нужно будет надевать скафандры. Вероятно, человек найдёт на Марсе также воду. Интенсивность солнечного излучения здесь в два раза меньше, чем на Земле, вследствие чего климат Марса значительно более суров.

Какие траектории можно считать выгодными для экспедиции, направляющейся на Марс с посадкой на его поверхность?

Кратчайшая линия, соединяющая две точки в пространстве, — это прямая. Однако маршрут космического корабля не может, как правило, быть прямолинейным. Как притяжение Земли искривляет траекторию брошенного под углом камня, так и притяжение Солнца изгибает траекторию корабля в межпланетном пространстве. Конечно, при непрерывной работе ракетных двигателей траектория может быть выпрямлена, но это чрезмерно увеличило бы расход топлива. Лишь в том исключительном случае, когда полёт совершается по вертикали относительно Солнца (то есть вдоль солнечного луча), сила его притяжения не искривляет прямолинейной траектории корабля. Но для осуществления этого полёта потребовалась бы непомерная затрата топлива, так как корабль должен был бы погасить ту огромную скорость, с которой он вместе с Землёй движется вокруг Солнца, — около 30 километров в секунду. Эта скорость уводит корабль в сторону от намеченного пути, подобно тому как течение реки сносит лодку при переправе перпендикулярно к берегу.

Допустим всё же, что перелёт на Марс совершается по кратчайшей прямой траектории, при наименьшей скорости отлёта. Он продлился бы тогда 85 суток. Но для этого потребовалось бы разогнать корабль до скорости 39 километров в секунду. Как видим, это очень невыгодная траектория.

Минимальная скорость разгона при старте с Земли потребуется кораблю, следующему по полуэллиптической траектории. Скорость, которую в этом случае придётся погасить при спуске на поверхность планеты, также будет минимальной (рис. 12).

Вылет межпланетной ракеты, следующей по определённому маршруту, как говорилось, не может совершиться в любой момент. Для того чтобы ракета, прибыв к марсианской орбите, встретила на ней Марс, необходимо определённое расположение этой планеты относительно Земли. Такое взаимное расположение этих двух планет повторяется в среднем через каждые 780 суток.

Рис. 12. Полёт на Марс по полуэллиптической траектории.

Продолжительность полёта на Марс по полуэллиптической траектории — 259 суток. Для возвращения на Землю по такой же траектории следует выжидать соответствующего расположения планет в течение 454 суток.

Корабль, следующий на Марс по описанной траектории, должен развить при взлёте скорость 11,6 километра в секунду. Но будущие астронавты вряд ли остановят свой выбор на таком длительном маршруте. Они, видимо, попытаются сократить время перелёта за счёт увеличения скорости разгона. Тогда им представится возможность лететь, например, по параболической траектории. При скорости разгона 16,7 километра в секунду полёт по этой траектории продолжится 70 суток.

Это — одна из замечательных особенностей космической навигации: при увеличении начальной скорости лишь в 1,4 раза продолжительность полёта уменьшится в 3,7 раза.

В конце прошлого века было широко распространено мнение о существовании на Марсе высокоразвитых существ. На эту тему было написано немало художественных произведений. Их авторы не стесняют своих героев ни в выборе времени, ни в выборе траектории для перелёта. В действительности же дело обстоит значительно сложнее. Для перелёта с планеты на планету возможны лишь определённые «разумные» маршруты. Этим маршрутам соответствуют совершенно определённые взаимные расположения планет. Поэтому и даты возможных вылетов и прилётов космических кораблей строго определённы.

Если составить график возможных отлётов на Марс или Венеру и спуска на них, то получится такой необычный результат: в этих графиках будут перерывы, «мёртвые сезоны», длительностью от нескольких месяцев до полутора лет и больше, в течение которых ни один корабль не может подняться с поверхности Земли или приземлиться: неподходящее расположение планет исключает возможность полёта.

Когда, проводив заходящее Солнце, мы смотрим на темнеющий небосвод, нам часто бросается в глаза особенно яркая «звезда». Это — Венера. Временами она появляется и перед рассветом, а иногда видна даже при дневном свете. Яркость Венеры объясняется её близостью к Солнцу и большой способностью отражать получаемые от него лучи.

Венера — не только ближайшая соседка Земли. Из девяти планет нашей солнечной системы она наиболее похожа на Землю. Её размеры и масса только немного меньше, чем размеры и масса нашей планеты. Поэтому путешественники, высадившиеся на поверхность Венеры, будут чувствовать себя почти привычно в отношении веса.

Ещё в 1761 году М. В. Ломоносов обнаружил на Венере при помощи телескопа атмосферу, освещенную Солнцем.

Долгое время предполагали, что облака на Венере образованы водяными парами, которые хорошо отражают солнечные лучи. Но новые исследования верхних слоев атмосферы, окружающей Венеру, показали, что в них нет ни водяного пара, ни кислорода и что они содержат большое количество углекислого газа. Поэтому астронавты должны будут захватить с собой необходимые для дыхания запасы кислорода.

Судя по наблюдениям, производимым во время сумерек на Венере, атмосферное давление у её поверхности должно быть в два-три раза больше, чем на Земле. Это облегчит торможение корабля при его спуске на поверхность планеты.

О периоде обращения Венеры вокруг своей оси (то есть о времени одного полного поворота) ещё нет окончательно установившегося мнения: одни исследователи считают, что он составляет 68 часов; иные принимают его равным периоду вращения Земли вокруг своей оси; согласно другим данным он равен периоду обращения планеты вокруг Солнца, то есть 225 суткам. Не установлена также величина угла наклона экватора Венеры к её орбите, а от этого зависит изменение длительности дня и ночи в течение года. Возможно, что только будущим исследователям, которые совершат полёт вокруг Венеры, удастся решить эти вопросы со всей точностью. Располагая такими данными, можно будет также установить, на какой высоте и в каком направлении космические корабли должны будут погрузиться в атмосферу Венеры, чтобы произвести наиболее безопасную посадку. В самом деле, чем меньше скорость корабля относительно газовой оболочки планеты, тем легче и безопаснее осуществить посадку. А эта скорость весьма различна в зависимости от того, погружается ли ракета в атмосферу планеты в направлении её движения вокруг оси или же против этого движения.

Первым разведывательным экспедициям предстоит подробно исследовать строение коры Венеры, выяснить, существует ли там растительный и животный мир, и т. д. Эти наблюдения значительно затруднены густым покровом облаков, которыми окружена Венера. Однако с помощью новых методов фотографирования в невидимых инфракрасных лучах можно будет с борта космического корабля заснять поверхность Венеры сквозь облака.

Представим себе, что мы находимся на борту корабля, взявшего курс на Венеру (рис. 13). После взлёта с Земли со скоростью 11,5 километра в секунду пилот выключил ракетный двигатель, и корабль, как брошенный из пращи камень, полетел по инерции. Ощущение тяжести исчезло, пассажиры устремились к иллюминаторам. Совсем недалеко, в чёрном пространстве, висит зеленовато-голубой, медленно поворачивающийся шар — наша планета. В прорывах между облаками на освещенной Солнцем части земного диска отчётливо вырисовываются очертания материков. Корабль вырвался из поля тяготения Земли; расстояние между планетой и космическим кораблём постепенно увеличивается.

Рис. 13. Полёт на Венеру по эллиптическим траекториям.

Проходят месяцы. Давно превратилась в яркое голубое светило далёкая Земля. Стало более ощутимо горячее лучистое дыхание Солнца. И за окнами, стремительно вырастая, возник новый неведомый мир — сверкающая голубовато-снежным отливом Венера. Её стремительно приближающийся диск закрывает всё больше и больше звёзд. Надо уравнять скорости и затормозить падение, иначе корабль, подобно гигантскому метеориту, врежется в кору Венеры. При этом энергия движения перейдёт в тепловую, и взрыв испарит металл, так что не останется и следа от корабля — ничего, кроме гигантской воронки.

Но пилот корабля применил всё своё искусство, чтобы избежать удара о планету. Он вошёл в атмосферу Венеры почти параллельно её поверхности и, пользуясь сопротивлением воздуха, постепенно снизил скорость корабля. Окончательно скорость полёта гасит небольшой ракетный двигатель, расположенный перед носом корабля. Ещё несколько мгновений, замедленный плавный спуск, и земной корабль садится на почву ближайшей к нам планеты.

Стремительно бегут дни, заполненные наблюдениями, опытами, сборами разных коллекций и другими научными работами. И вот настал день отлёта на Землю. При взлёте корабль развил скорость 10,7 километра в секунду и полетел по полуэллипсу, касательному к орбитам Венеры и Земли. В земную атмосферу корабль влетел со скоростью 11,5 километра в секунду. Планирующий полёт сначала в высоких, разреженных слоях атмосферы, а затем в более плотных погасил эту скорость.

Космический корабль благополучно доставил на родную Землю путешественников по вселенной.

Полёт на Венеру по описанной выше траектории продлится 146 суток. Можно сократить срок этого перелёта, например, до 81 или 60 суток и даже больше. Как известно, в земных условиях для этой цели следовало бы увеличить скорость; действительно, чем с большей скоростью бросить камень, тем быстрее он полетит. Но для межпланетных полётов это не всегда так. В данном случае чем больше будет начальная скорость корабля по отношению к Земле, тем медленнее он будет двигаться в межпланетном пространстве по отношению к Солнцу, так как разгон его производится в направлении, противоположном движению Земли. Так, чем быстрее человек перемещается внутри поезда в направлении, обратном его движению, тем медленнее он движется относительно Земли.

Почему же, несмотря на меньшую скорость движения ракеты в межпланетном пространстве, сокращается длительность перелёта?

Разгадку даёт рис. 13. Как видим, путь корабля в каждом из следующих вариантов маршрута перелёта значительно короче предыдущего. Это позволяет сократить длительность путешествия, несмотря на меньшую скорость полёта.

Мы описали условия полёта на три ближайшие небесные светила: Луну, Венеру и Марс. Полёты на другие планеты солнечной системы сопряжены со значительно большими трудностями.

Как вы видели выше, скорости отлёта с Земли на другие планеты зависят от избранного маршрута, и с этой точки зрения самой экономной является полуэллиптическая траектория. Какие же минимальные скорости нужны для достижения других планет нашей солнечной системы и как долго будут длиться такие перелёты?

Ответ на этот вопрос вы найдёте в следующей таблице, составленной по расчётным данным:

Интересно отметить одно на первый взгляд парадоксальное явление.

Несмотря на то, что Венера ближе подходит к Земле, чем Меркурий, полёт на Меркурий по полуэллиптическому маршруту займёт значительно меньше времени, чем полёт на Венеру. Почему это так, станет понятным, если посмотреть на рис. 14, где видно, что маршрут Земля — Меркурий короче маршрута Земля — Венера.

Следующая за Марсом планета, Юпитер, в несколько раз дальше от Земли, чем Марс. Между Марсом и Юпитером имеется пояс бесчисленных мелких астероидов, опасных для космического корабля. К тому же на Юпитере параболическая скорость в пять с лишним раз больше, чем на Земле, а сила тяжести почти в три раза больше. Это сковывало бы движения астронавтов и, быть может, сделало бы их пребывание на этой планете невозможным. Имеются и другие обстоятельства, затрудняющие спуск на Юпитер (холод, ядовитые газы). Однако со временем можно будет производить обследование Юпитера с борта космического корабля, превращенного в искусственный спутник этой планеты.

Рис. 14. По полуэллиптическому маршруту полёт на Венеру продолжительнее, чем на более отдалённый Меркурий.

При полётах на Меркурий нужно будет учитывать следующие обстоятельства. Время одного полного оборота Меркурия вокруг Солнца равно периоду его вращения вокруг своей оси (88 дней). Таким образом, одно полушарие планеты постоянно подвержено действию солнечных лучей, а другое погружено в вечный мрак, вследствие чего температура на нём очень низка. На границе освещенной и тёмной поверхностей имеется узкий полуосвещенный пояс с умеренным климатом. Впрочем, о климате на Меркурии можно говорить лишь условно, так как эта планета, повидимому, лишена атмосферы.

Энергия солнечных лучей на Меркурии в среднем почти в 7 раз интенсивнее, чем на Земле. Температура почвы на освещенном полушарии доходит до четырёхсот градусов Цельсия. Поэтому необходимо, чтобы обшивка корабля, приближающегося к этой жаркой планете, отражала в пространство большую долю падающих на неё солнечных лучей.

Спуск на Меркурий можно будет, повидимому, произвести только при помощи ракетного двигателя, что затрудняет осуществление такого путешествия.

Полёты на Сатурн, Уран, Нептун, Плутон по траекториям, требующим минимальной скорости взлёта, были бы слишком длительны. Поэтому для достижения всех этих планет потребуются сверхмощные «скорые» и «курьерские» ракеты. Так, например, если увеличить скорость отлёта на Плутон на 5 процентов и улететь с Земли. со скоростью освобождения от солнечной системы (16,7 километра в секунду), то длительность перелета сократилась бы больше, чем наполовину.

Ну, а как обстоит дело с перелётами на ближайшие звёзды?

Когда мы смотрим на небосвод невооружённым глазом или в телескоп, мы не в состоянии оценить разницы в расстоянии светил от Земли: планеты и звёзды кажутся одинаково отдалёнными. В действительности же огромное расстояние отделяет планеты от звёзд. От самой далёкой планеты нашей солнечной системы — Плутона — световой луч идёт к нам не дольше семи часов (скорость света равна 300 000 километров в секунду), в то время как от ближайшей видимой звезды он «путешествует» до Земли свыше четырёх лет. Вот почему полёты к звёздам, в противоположность межпланетным полётам, кажутся делом очень далёкого будущего.

Прежде чем в мировое пространство отправятся экспедиции, туда, несомненно, будут посланы ракеты, автоматически управляемые по радио. Они помогут установить все данные, необходимые для постройки космического корабля. Физиологические условия космического полёта будут предварительно проверены на животных.

Первым этапом на пути осуществления межпланетных полётов будет сооружение искусственного спутника Земли. В дальнейшем будут совершены полёты на Луну, а затем и на планеты, после предварительного облёта этих небесных тел.

Достижения современной науки дают нам все основания утверждать, что уже в нашем веке могут быть осуществлены полёты в пределах солнечной системы. Великие замыслы, которые вчера ещё казались утопией, сегодня становятся реальностью.

Межпланетные путешествия дадут возможность ответить на волнующий человечество вопрос о существовании жизни и о стадиях её развития на других планетах нашей солнечной системы.

Наряду с большим научным интересом межпланетные полёты со временем приобретут, очевидно, и практическое значение, хотя пока трудно предугадать, в каких конкретных формах оно выразится. Можно указать, например, на то, что планеты и их спутники представляют собой огромные хранилища природных богатств, которые необходимо исследовать и использовать на благо человечества.

Советский народ, использующий науку в мирных интересах, будет строить межпланетные станции и космические корабли с единственной целью — всё глубже и глубже вникать в тайны вселенной и расширять власть человеческого разума над силами природы.