«Молодежь мира» 1959 г. №3, с.8-9


ДЕСЯТАЯ
ПЛАНЕТА


ВЕРНЕР ХОРН

У

молодежи есть преимущество перед людьми старшего поколения: она может мечтать. Мечтать о своем будущем, об увлекательных приключениях, о путешествиях в неведомое. Кто из нас не зачитывался по ночам захватывающими научно-фантастическими романами, кто не летал вместе с героями этих книг на Луну, на другие планеты? И кто не задавался вопросом: осмелится ли человек в ближайшем будущем с помощью современной техники совершить прыжок в мировое пространство? Кто не спрашивал себя: освободится ли когда-нибудь человек от пут земного тяготения, или же он осужден навечно быть привязанным к своей колыбели — Земле? Но вот 4 октября 1957 года в небе появился первый искусственный спутник. Вслед за ним с территории Советского Союза были запущены еще два: 3 ноября 1957 года на орбиту вышел второй спутник, на борту которого находился первый путешественник в космос — собака Лайка, а 15 мая 1958 года — спутник III, представляющий собой целую космическую лабораторию.
В свою очередь, американские ученые запустили в пространство два искусственных спутника: 31 января 1958 года — «Исследователь I» и 17 марта 1958 года — «Авангард I». Таким образом люди впервые преодолели земное притяжение. Искусственным астероидам была придана скорость порядка 8 километров в секунду, что привело к возникновению искусственных спутников Земли.
Однако теперь встал вопрос: когда же удастся полностью преодолеть земное притяжение? Ведь для того чтобы какое-либо космическое тело смогло освободиться от уз тяготения Земли, ему необходимо сообщить огромную скорость — 11,2 километра в секунду. Выше мы говорили о скорости 8 километров в секунду, которая была придана искусственным спутникам и дала им возможность вращаться вокруг Земли по орбите, близкой к круговой. С увеличением начальной скорости орбиты будут принимать все более вытянутую эллиптическую форму. При скорости 11,2 километра в секунду эллиптическая орбита преобразовывается в параболическую, представляющую собой незамкнутую кривую. Это значит, что тело, брошенное в пространство со скоростью 11,2 километра в секунду, уже не возвратится на Землю.
Спустя пятнадцать месяцев после запуска первого спутника Земли, 2 января 1959 года в 18 часов по среднеевропейскому времени незадолго до восхода Луны с территории Советского Союза была запущена многоступенчатая космическая ракета, конечная ступень которой сообщила контейнеру скорость свыше 11,2 километра в секунду.
Практически эта скорость привязана лишь к определенному моменту; ракета достигает ее именно в тот момент, когда иссякают запасы горючего в последней ступени. Однако она оказывается достаточной, чтобы ракета навсегда разорвала цепи земного притяжения. Это может показаться странным, однако это явление становится понятным, если учесть, что сила притяжения уменьшается по мере удаления от поверхности Земли и что сама цифра 11,2 километра в секунду, характеризующая скорость, необходимую для преодоления ракетой силы притяжения Земли, — по-видимому, меньше на больших высотах. В течение всего последующего периода полета космическое тело движется по инерции и испытывает лишь силу притяжения небесных тел (при запуске советской космической ракеты — главным образом Земли, Луны и Солнца). Прежде чем продолжить наш рассказ, нужно вспомнить законы физики, которым подчиняется тело, движущееся в космическом пространстве. В сущности, всякое небесное тело, будь то звезды, планеты или метеориты, подчиняется действию двух основных сил — тяготения и инерции.
Сила земного притяжения знакома каждому. В самом деле: тело, лишенное площади опоры, падает на землю (сила тяготения). Однако чтобы быть точным, следует подчеркнуть, что не только яблоко притягивается Землей, но и Земля по третьему закону Ньютона притягивается яблоком. Разумеется, это чисто теоретическое положение, так как масса яблока до такой степени ничтожна по сравнению с массой Земли, что ею можно полностью пренебречь. Это в равной степени относится и к космической ракете, поскольку ее контейнер, после того как израсходуется топливо в последней ступени, весит только 1 472 килограмма, что ничтожно мало по сравнению с массой Земли, Луны и Солнца. Это значит, что космическая ракета испытывает на себе притяжения упомянутых небесных тел и что ее траектория в пространстве определяется этими силами.

Другая основная физическая величина, влияющая на полет космического тела, может быть уподоблена, с известным упрощением, инерции (по первому закону Ньютона). Совокупность движения космических тел может быть понята только через понятие инерции — качества, присущего всем материальным телам. Тело, брошенное по определенной орбите с некоторой скоростью бесконечно долго продолжает свое движение в пространстве, поскольку оно не тормозится сопротивлением атмосферы (космическое пространство можно рассматривать как относительный вакуум).
Мы уже отмечали выше, что космическая ракета продолжала свой полет по инерции после того, как запасы топлива в последней ступени были израсходованы, сохраняя скорость 11,2 километра в секунду, которая была ей сообщена. Однако притяжение Земли (несмотря на то, что его сила постоянно уменьшается по мере удаления ракеты) столь сильно влияет на скорость ракеты, что за семь часов до того момента, когда ракета достигла магнитного поля Луны, ее скорость упала до 2,2 километра в секунду. После того как ракета вошла в магнитное поле Луны, на расстоянии около 320 тысяч километров от Земли, ее скорость под действием лунного притяжения вновь увеличилась, и 4 января в 3 часа 59 минут по Гринвичу ракета прошла рядом с Луной на расстоянии, равном приблизительно полутора лунным диаметрам, со скоростью 2,45 километра в секунду — точно так, как это и предполагалось заранее.

Благодаря такой скорости Луна не смогла притянуть к себе ракету, однако она замедлила ее скорость и, таким образом, изменила направление движения ракеты так, что ракета перешла на эллиптическую орбиту, в одном из фокусов которой находится Солнце. Масса Солнца настолько велика, что почти полностью определяет характер орбиты советской космической ракеты. Поэтому с того момента как ракета покинула зону лунного притяжения, она стала первой искусственной планетой нашей солнечной системы. Чтобы заставить тело вращаться по желаемой космической орбите, необходимо совершенно точно знать силу притяжения других небесных тел в каждой точке предполагаемой орбиты. Однако еще труднее вычислить величину сил, влияющих на движение ракеты в начале ее пути. Достаточно вспомнить отклоняющий эффект земной атмосферы. Наиболее сложной задачей является математический расчет траектории ракеты, запущенной с Земли в сторону Луны, поскольку в данном случае речь идет о взаимодействии трех тел — о так называемой «системе трех тел». Эта классическая проблема механики не может быть решена точными математическими методами, так как здесь мы встречаемся в общей сложности с 18 неизвестными величинами, причем положение каждого тела в пространстве определяется тремя координатами и тремя образующими скорости. Из этих 18 неизвестных поддаются расчету только 10, поэтому решение получается лишь приблизительным. Все это дало новое направление большим работам Института математики Академии наук СССР, начало которым было положено еще пять лет назад, когда для решения проблемы трех тел начали применяться электронно-счетные машины, и за два года она была решена. Вполне возможно, что математики уже с тех пор занимались вычислением орбиты ракеты, запущенной в сторону Луны. Эти и последующие расчеты всех возможных траекторий движения к Луне помогли обнаружить очень интересный факт. Оказалось, что силы тяготения Луны недостаточно для того, чтобы запущенная с Земли и достигшая зоны лунного притяжения ракета притянулась к лунной поверхности и разбилась, так как подобная ракета сможет освободиться от силы притяжения Луны благодаря своей скорости. Чтобы «приземлиться» на Луну или стать ее спутником, ракета, достигшая поля лунного тяготения, должна иметь возможность затормозиться и быть управляемой. Поскольку последняя ступень советской космической ракеты не была снабжена соответствующими приспособлениями, становится очевидным, что цель советских ученых состояла в том, чтобы превратить ракету в спутник Солнца.
Между 7 и 8 января, через пять дней после запуска, новый эстероид вышел на свою заранее определенную орбиту, эксцентрицитет которой (0,148) значительно превосходит эксцентрицитет Земли, равный 0,017. Это значит, что перигелий его орбиты будет находиться от Солнца на расстоянии приблизительно 148 миллионов километров, а афелий — на расстоянии 197 миллионов километров. Новая планета будет совершать свой путь вокруг Солнца за один солнечный год — 15 месяцев (по последним данным — за 450 дней). Уже 14 января ракета достигла точки перигелия, а в начале сентября 1959 года она будет находиться в наиболее удаленной от Солнца точке своей орбиты (афелий). Что касается расстояния советского спутника Солнца от Земли, то оно постоянно меняется. Наибольшее расстояние составит, по-видимому, от 300 до 350 миллионов километров, а наименьшее — около 15 миллионов километров (в начале 1975 года).
При запуске советского звездного корабля была применена электромагнитная система телеуправления, которая обеспечивалась установленным в контейнере автоматическим блоком. Общий вес размещенных в контейнере приборов для исследования космического пространства (не учитывая веса источников питания) составил 361,3 килограмма. С помощью счетчиков, находящихся в контейнере, удалось впервые получить подробные данные о космической и солнечной радиации, которой подвергается Земля.
Изучение магнитного поля Луны также имеет огромное теоретическое и практическое значение (в частности, для будущих полетов на Луну). Программа исследований межпланетной лаборатории предусматривала проведение научных работ по изучению радиоактивности Луны, космического газа (присутствие которого предполагалось теоретически), вероятности столкновения с метеоритами и микрочастицами. С помощью ряда передатчиков данные поступали с борта ракеты на наземные станции, передатчики позволили вести наблюдение за полетом ракеты с помощью целой сети радарных установок, расположенных по всей территории Советского Союза. Трудно себе представить всю сложность этой системы, куда входили автоматические радары, определявшие элементы траектории, группа телеметрических станций, регистрировавших данные, поступавшие с борта ракеты, специальная радиофоническая система, которая контролировала орбиту в пределах 500 тысяч километров от Земли, то есть до того момента, когда ракета покинула магнитное поле Луны. Научные данные, которые передавались с помощью сигналов одного из трех передатчиков, установленных на борту ракеты, работавшего на частоте 183,6 мегагерца, безусловно, будут иметь большое значение, в частности, для будущих полетов на Луну и планеты, поскольку применявшаяся частота соответствует той, которая применяется в существующих телевизионных каналах.
В заключение мы хотели бы коснуться чрезвычайно интересного опыта, который был произведен физической лабораторией, перенесенной в межпланетное пространство. 3 января в 1 час 57 минут по Гринвичу, в то время когда ракета находилась на расстоянии около 130 тысяч километров от Земли, ракетой в течение 5-7 секунд был испарен 1 килограмм натрия, и таким образом была создана искусственная комета. В условиях, существующих в околосолнечном космическом пространстве, пары натрия приняли интенсивный желтый цвет. Исследование этого явления поможет получить важные данные о свойствах мирового пространства. Облако натрия в течение нескольких минут достигло 500 километров в диаметре, что позволило произвести оптические наблюдения над полетом космической ракеты.
Десятая планета вращается вокруг Солнца. Человечество одержало победу над силами земного притяжения, создало своими руками и направило в межпланетное пространство новое небесное тело. Перед нашим поколением открылся эра космических открытий.