«Техника-молодежи» 1961 №11, с.14-15

Но какие же другие космические рейсы можно совершить за такой же промежуток времени, следуя по другим траекториям?

Оказывается, имеется много самых разнообразных маршрутов, следуя по которым можно было бы за 25,3 часа совершить космический рейс в самые отдаленные друг от друга уголки солнечной системы — от околосолнечного пространства до районов самой далекой планеты Плутона. Эти траектории отличаются друг от друга не только своим характером (эллипс, парабола, гипербола), но и протяженностью и формой в зависимости от скорости ракеты, массы небесного тела, к которому ракета направляется, и расстояния последнего от точки старта.

ПО ВЕРТИКАЛИ

Обычно ракета запускается вертикально к поверхности Земли. При таком взлете она быстрее пересекает атмосферу и достигает наибольшей высоты.

Какого же потолка может достичь ракета за 25,3 часа?

Как показывают расчеты в этих условиях, ракета стартует со скоростью 10,8 км/сек, после чего двигатели выключаются. Спустя 25,3 часа она достигает потолка на высоте 90 тыс. км, что составляет немногим менее четверти расстояния Земля-Луна.

Но если космонавт должен за указанный период времени совершить космический полет и вернуться на Землю, то ракета будет подниматься в течение 12 час. 39 мин., развив скорость в 10,7 км/сек. Очутившись на максимальной высоте в 81 тыс. км над поверхностью Земли, ракета остановится на мгновение и начнет падать обратно на Землю. Спустя 25 час. 18 мин. с момента старта она приземлится в заданном районе.

Если ракета запускается с одного из земных полюсов, трасса ее полета представляет собой вертикальную прямую — продолжение земной оси. В случае же запуска с другой точки земного шара трасса представляет собой весьма сложную кривую. Действительно, даже при строго вертикальном запуске ракета падает на некотором расстоянии от места старта, таи как при подъеме на большую высоту сказывается влияние вращения Земли.

ПО ЭЛЛИПСУ

За 25,3 часа можно совершить кругосветное путешествие на корабле-спутнике в околоземном пространстве, следуя по огромному замкнутому эллипсу с большой осью в 87,4 тыс км и малой осью в 23,1 тыс. км. Орбитальный полет по инерции начнется в перигее на высоте 200 км, где двигатели выключаются. Продолжая свое инерционное движение, корабль-спутник постепенно набирает высоту и спустя 12 час. 39 мин. достигает апогея на высоте 74,4 тыс. км от поверхности Земли. Затем корабль-спутник начинает снижаться, и спустя такой же промежуток времени он возвращается в атмосферу Земли на высоте 200 км. Корабль-спутник совершает тогда свое движение почти горизонтально по очень вытянутой траектории. Таким образом обеспечивается его безопасный спуск на поверхность Земли.

Если летчик-космонавт сочтет целесообразным проникнуть в атмосферу Земли на меньшей высоте, достаточно незначительно уменьшить скорость корабля в момент прохождения через апогей. Такое же торможение скорости, произведенное несколько позднее, потребует сравнительно большей затраты топлива.

Стартовая скорость корабля, отправляющегося в такой рейс, составляет 10,2 км/сек.

ПО БОЛЬШОМУ КРУГУ

Космонавты, которым придется постоянно находиться на стационарном спутнике, могли бы создать на его борту искусственную тяжесть путем вращения спутника вокруг его центра масс (центра тяжести). С борта этого спутника они могли бы совершать непродолжительные рейсы в условиях невесомости для зондирования околоземного пространства. В определенных условиях они могли бы, например, ценою небольшой затраты топлива «перепрыгнуть» на другой спутник, обращающийся по круговой орбите с радиусом в 43,7 тыс. км и с периодом обращения (относительно звезд) в 25 час. 18 мин.— время, в течение которого космонавт Титов чувствовал себя вполне хорошо, несмотря на отсутствие силы тяжести.

Допустим, что такой спутник, плоскость орбиты которого проходит через центр Земли, огибает в определенный момент Северный полюс. Тогда спустя 12 час. 39 мин. он непременно явится над Южным полюсом. Если отметить на поверхности Земли все точки, с которых такой спутник последовательно виден в зените, то линия, соединяющая эти точки, будет представлять собой огромную восьмерку. Это проекция движения спутника за 25 час. 18 мин. на поверхность нашей планеты.

В случае экваториального спутника эта проекция значительно упрощается для наблюдателя, расположенного в плоскости экватора: она будет представлять собой прямую.

Видимая скорость передвижения экваториального спутника с периодом обращения в 25,3 часа для наблюдателя с экватора будет весьма различной в зависимости от направления движения спутника.

Если направление обращения спутника совпадает с направлением осевого движения Земли (с запада на восток), то движение спутника покажется очень медленным: в течение часа спутник продвинется всего на долю градуса в восточном направлении. И спустя 25 час. 18 мин., к моменту завершения полного оборота по отношению к звездам, он переместится по отношению к наблюдателю на экваторе всего на 19,5°. В этих-то условиях для перелета со стационарного спутника на орбиту экваториального спутника достаточно стартовой скорости в 27 м/сек.

Однако если движение экваториального спутника по отношению к звёздам будет обратным (с востока на запад), то наблюдателю на экваторе будет казаться, что спутник движется во много раз быстрее и в обратную сторону (на запад). Когда спутник совершит полоборота по отношению к звездам в западном направлении, Земля сделает больше пол-оборота (почти на 10°) в восточном направлении, и движение спутника покажется в 18 раз более быстрым, чем в первом случае. За время 25,3-часового рейса спутник 2 раза взойдет и столько же раз зайдет для наблюдателя, находящегося на экваторе Земли. Один оборот спутника по отношению к наблюдателю будет длиться 12 час. 19 мин.

ЛУННЫЕ РЕЙСЫ

Из всевозможных космических рейсов в настоящее время наибольший интерес представляют, несомненно, полеты вокруг Луны и на Луну.

За 25 час. можно слетать на Луну. Для этого космический корабль должен стартовать с Земли со скоростью порядка 12 км/сек. Это всего на 8% больше минимальной скорости, при которой полет на Луну длится пять суток. Однако основная трудность такого полета возникает при спуске на Луну.

При минимальной стартовой скорости с Земли в 11,1 км/сек и длительности полета в пять суток траектория ракеты представляет собой половину эллипса, разрезанного вдоль большой оси. В момент наибольшего удаления от Земли (в апогее) ракета обладает уже совсем небольшой скоростью — 0,2 километра в секунду. Погасить такую скорость, естественно, нетрудно. Но при увеличении стартовой скорости на восемь процентов, когда корабль помчится по гиперболической траектории, скорость пересечения орбиты Луны ракетой возрастет не пропорционально, а в значительно больших размерах. Как показывают расчеты, эта скорость составляет 4,4 км/сек. то есть в десятки раз больше упомянутой апогейной скорости полуэллиптической траектории. Эту-то скорость необходимо погасить при прилунении, что составляет дополнительную трудность.

При спуске на Луну ракета должна также погасить скорость падения, вызванную полем лунного притяжения, — 2,4 км/сек. Таким образом, при раздельном торможении остаточной скорости корабля и скорости его падения на Луну, при полете по полуэллиптической траектории пришлось бы затормозить скорость 2,6 км/сек, а следуя по гиперболическому маршруту — 6,8 км/сек. Если же сразу, в один прием, погасить остаточную скорость корабля и скорость его падения, то, как показывает расчет, в первом случае пришлось бы затормозить со скорости 2,41 км/сек, а во втором — 5,01 км/сек.

Например, для того чтобы вспрыгнуть сразу на две ступеньки, каждая из которых имеет высоту 10 см, достаточно скорости 2 м/сек. При двух же раздельных прыжках пришлось бы затратить скорость 1,42 м/сек на каждую ступеньку.

Как видно, погашение скоростей при прилунении одним приемом несколько смягчает разницу в необходимых скоростях при пятисуточном и односуточном перелете, но все же односуточный перелет требует значительно более мощной ракеты.

Следует еще учесть, что эти трудности возрастают гораздо быстрее, чем скорости, которые должна развить ракета.

В самом деле, допустим, что скорость истечения газов равна 3 км/сек. Тогда при первом варианте полета (по полуэллиптической траектории) для торможения скорости ракеты при спуске на Луну ракете потребуется топлива в 1,23 раза больше ее пустого веса, а при втором варианте полета (по гиперболической траектории) — в 4,31 раза больше.

Итак, количество необходимого топлива увеличивается непомерно по сравнению со скоростью. Эти трудности тем больше, чем меньше скорость истечения газов из ракеты.

ВОКРУГ СОЛНЦА

За 25 час. 18 мин. искусственный спутник Солнца мог бы совершить полный оборот вокруг нашего центрального светила. В этом случае радиус его орбиты составлял бы 3,04 млн. км.

Спутник находился бы на расстоянии 2,34 мглн. км от поверхности Солнца, что в шесть раз превышает расстояние Земли от Луны. Палящие солнечные лучи здесь в 19 раз менее интенсивны, чем вблизи поверхности светила.

Возможно, удастся построить корабль, выдерживающий такую температуру, и создать на его борту условия, необходимые для нормальной жизнедеятельности экипажа.

На первый взгляд такое утверждение может показаться нереальным. Но при соответствующей конструкции спутника и его ориентировки по отношению к Солнцу можно добиться, чтобы солнечные лучи падали на незначительную часть его поверхности, а большая часть поверхности находилась в тени. Спутник может, например, иметь форму очень вытянутого цилиндра с двумя полушарами на концах. Ось цилиндра ориентируется параллельно солнечным лучам. Полушарие, обращенное к Солнцу, делается идеально зеркальным, почти полностью отражающим падающие на него лучи. Остальная часть оболочки изготовляется из материала, хорошо излучающего тепло. Таким образом, можно будет создать в кабине приемлемую температуру.

СПУТНИК КОМЕТЫ

Из известных нам самой большой по размерам и массе оказалась комета, наблюдавшаяся в 1818 году. Ее ядро имело в поперечнике 20 км, а масса составляла 2·10¹³ т. Искусственный спутник кометы, движущийся по круговой орбите радиусом в 59 км, обладал бы скоростью 15,5 км/час (примерно скорость велосипедиста на прогулке). В таких условиях обозрение кометы за время ее одного обращения вокруг ядра длилось бы столько же, сколько полет Титова, — 25 час. 18 мин.

Мы рассмотрели, какие области околоземного пространства можно обследовать с помощью космического корабля, находящегося в космосе всего одни сутки. Увеличение продолжительности пребывания человека в космосе повлечет за собой прокладку новых космических трасс, которые соединят между собой планеты солнечной системы.

На митинге, посвященном встрече летчика-космонавта Германа Титова, Н. С. Хрущев говорил:

— Мы верим и знаем, что недалеко то время, когда космические корабли, управляемые человеком, проложат трассы к Луне, к планетам солнечной системы!