«Техника-молодежи» 1987 г №10, с.52-56
 НА ЗОВ С ВЕНЕРЫ Ари ШТЕРНФЕЛЬД | Мало кто знает, что столь привычный в наше время термин «космонавтика» стал широко применяться учеными и специалистами после того, как появился на обложке книги ученого и популяризатора идей космических полетов А. А. Штернфельда. Ари Абрамович ШТЕРНФЕЛЬД (1905-1980) родился в польском городе Серадзе. Подростком, мечтающим о небесных кораблях, он пытался создавать модели летательных аппаратов, которые должны были достичь далеких звезд, но, увы, не хотели взлетать. Еще когда он учился в Лодзинской гимназии, написал письмо Эйнштейну по поводу решения одной задачи и даже получил ответ ученого. Будучи студентом Краковского университета, без денег, не зная французского языка, отправился в Париж. Работал грузчиком, рабочим на заводе «Рено», потом поступил в лучший по преподаванию механики и астронавтики — Мансийский университет. Получив диплом инженера, сделал ряд изобретений (начиная от машины для отделки искусственного жемчуга и кончая универсальным станком для бочарного производства). Но затем отказался от карьеры конструктора — увлекся космонавтикой. Это были годы, когда в каталогах лучших парижских библиотек нельзя было найти даже упоминания о трудах К. Э. Циолковского. А Штернфельд завязал с ним переписку, обменивался публикациями. В 1930 году опубликовал статью в «Юманите», в которой он увлеченно рассказывал о пионерных работах великого русского ученого. «Только социалистическое общество, — утверждал автор, — откроет путь к освоению космического пространства». В 1933 году Штернфельд завершил монографию «Введение в космонавтику». Комитет астронавтики Французского астрономического общества удостоил этот труд (в рукописи) Международной премии.  | В 1935 году А. А. Штернфельд переехал в СССР. Вскоре вышло его «Введение в космонавтику». Это было ровно полвека назад. А спустя 37 лет книга была переиздана. Автор обобщил опыт первых энтузиастов идеи космических полетов, причем основываясь на материалах, собранных, так сказать, из первых рук: как уже упоминалось, он был по переписке знаком с основоположником современной космонавтики К. Э. Циолковским, с пионерами ракетной техники Г. Обертом, Р. Эно-Пельтри, а также с В. Гоманном. Книга содержала и ряд приоритетных идей. По словам академика В. П. Глушко, его поиски энергетических наивыгоднейших траекторий полета явились значительным вкладом в развитие космонавтики. В 30-летнюю годовщину запуска первого искусственного спутника Земли нелишне отметить, что за год до этого события А. А. Штернфельд опубликовал книгу «Искусственные спутники Земли». Научные и научно-популярные труды А. А. Штернфельда изданы в 39 странах. В его научно-фантастических репортажах, опубликованных до начала космической эры, поражает точность научного прогноза. Предлагаем вниманию читателей непубликовавшийся научно-фантастический репортаж «На зов с Венеры», написанный А. А. Штернфельдом в 1954 году. |
Москва, 14 октября 1997 года. О случившемся с третьей экспедицией на Венеру, как и все, я узнал из утренних газет. Ночью меня не беспокоили, хотя еще в 3 часа во Всесоюзный институт межпланетных сообщений поступила радиограмма с Венеры:
«Ударом молнии разрушены баки. Запас горючего уничтожен. Остальное в порядке».
Я помчался в институт. Лихорадка уже охватила всех, «СССР-В4» — спасательный корабль, сооруженный сразу же после сдачи в эксплуатацию «СССР-ВЗ», был наготове.
Как явствовало из радиограммы, запасы окислителя остались невредимы. Следовательно, становилось возможным сбросить со спасательного корабля ряд уже смонтированных баков. Облегченный таким образом аппарат смог бы при взлете с Земли, а затем при отлете с Венеры развить большую суммарную скорость: 29,4 вместо 27,1 км/с. В этих условиях мы могли бы достичь Венеры за 73 дня вместо 81.
Но не это основное. Увеличение скорости корабля сулило нам значительно больше. Отправляясь в путь с полным грузом, мы были бы вынуждены в течение года и семи месяцев выжидать на Венере благоприятного для возвращения на Землю расположения планет, но в настоящее время этот период выжидания представлялось возможным... аннулировать.
Таким образом, продолжительность нашей экспедиции туда и обратно удается сократить вчетверо по сравнению с лучшим вариантом рейса к Утренней звезде с незаметно меньшей скоростью взлета.
Сама природа нам содействует! Вернее, мы заставляем ее содействовать нам, используя специфику межпланетной навигации, — счастливое стечение обстоятельств, получившее название «венерианского скачка».
Москва, 15 октября 1997 года. Из проектного бюро сообщают, что на бумаге венерианский скачок осуществлен: вследствие небольшого увеличения скорости корабля время вынужденного ожидания на Венере с 19 месяцев скачкообразно упало до нуля. И это удалось сравнительно легко: достаточно было сбросить добавочные запасы продовольствия и перекиси водорода (это кислород для дыхания плюс вода), предусмотренные на период выжидания, а также топливо, необходимое для их переброски. Итак, теоретически возможно снять экспедицию «мгновенно». Но практически для проведения подобной операции нужна по крайней мере неделя.
И получилась неслыханная в истории астронавтики ситуация: если раньше все усилия были направлены на сокращение продолжительности пребывания экспедиции на Венере, то теперь, наоборот, надо во что бы то ни стало удлинить время. Сколь ни парадоксально, это опять-таки упирается в увеличение взлетной скорости на 1,2 км/с: только так можно прибыть к цели раньше.
Москва, 17 октября 1997 года. Получаем много телеграмм. Нас торопят. Даже школьники нам советуют не медлить. Тем более, что экспедиция полностью снаряжена... Но улететь теперь означало бы прыгнуть с берега на палубу парохода, который еще не появился в поле нашего зрения. Не беспокойтесь, дорогие друзья: несмотря на то, что мы еще не тронулись в путь, мы все же вернемся вместе с нашими товарищами из «СССР-ВЗ» раньше первоначально предполагаемой даты их возвращения, а пока они обеспечены всем необходимым для жизни.
Москва, 19 октября 1997 года. Астронавты постоянно пытаются увеличить скорости космических кораблей. Сравнительно давно мы не отмечали никаких успехов в области повышения скорости истечения газов из ракеты. А вот сегодня, в связи с сигналом бедствия, полученным с Венеры, было объявлено о сдаче в эксплуатацию давно уже разрабатываемого атомного топлива с так называемым «плотным водородом» в качестве инертной рабочей жидкости. Скорость истечения газов из ракеты получается на 4,5% больше лучших известных атомных топлив.
Вот на что мы главным образом и надеемся...
На борту «СССР-В4», 4 ноября 1997 года. Итак, летим. Удобно улеглись в «контурных лежанках». Тренировки в институте пошли впрок: все легко перенесли четырехкратно увеличенный вес во время работы двигателей, которые только что замолкли. Легко и непривычно тихо.
«Под нами» огромный диск Земли. Он искрится, весь залит солнечными лучами. Пока видна только небольшая часть земного полушария. Да и этот, как говорят, шаровой сегмент трудно охватить взором. Но горизонт Земли все суживается и одновременно на краях ее диска появляются все новые и новые очертания материков. Вот уже почти все земное полушарие с Антарктидой на крайнем юге — в поле нашего зрения.
Чтобы использовать скорость обращения Земли вокруг своей оси, мы улетели в полдень (см. рис.). И этот нехитрый прием дает ощутимую экономию топлива. Корабль устремился против орбитального движения Земли. Таким образом, в межпланетном пространстве он будет двигаться медленнее относительно Солнца, чем Земля.
Пока двигатель работал, наша скорость относительно Земли быстро увеличивалась и достигла 13,00 км/с. Теперь мы летим по инерции, и скорость постепенно падает: ее гонит сила земного тяготения. Но это тормозящее действие нашей планеты все менее ощутимо. Стрелка спидометра как будто остановилась на делении 6,7 км/с...
Пролетаем на небольшом расстоянии от Луны и отлично различаем открытые нашими астронавтами горы и «моря» на невиданном с Земли ее полушарии.
Вот и заснятые еще в 1959 году автоматической межпланетной станцией горный хребет Советский, кратеры Циолковского, Ломоносова, Жолио-Кюри; а это — море Мечты и залив Астронавтов в море Москвы...
Близость Луны, хоть и незначительно, но все же возмутила траекторию корабля. При подлете к серебристому шару наши тончайшие приборы зарегистрировали некоторое увеличение скорости и незначительное отклонение от пути. Пролетев мимо Луны, мы заметили, что сила ее притяжения несколько тормозила скорость корабля.
Мы летим на Венеру, а наш корабль как будто убегает от нее. Но мы знаем, Венера догоняет «СССР-В4» и, когда она поравняется с нами, мы сможем пойти на посадку.
До этой встречи Венере придется покрыть в мировом пространстве значительно больший путь, чем нашему кораблю. «СССР-В4» преодолевает в среднем 28,9 км/с, а Венера мчится по своей почти круговой орбите со скоростью 35 км/с. В момент нашего отлета она находилась позади нас под углом в 44°13´ с вершиной у Солнца. Но этот угол постоянно уменьшается. К моменту нашего спуска на Венеру он должен быть равным нулю, иначе встрече не произойти.
Мы следуем по дуге эллипса, касательной к орбите Земли и пересекающей орбиту Венеры. Большая ось его составляет 213,6 млн. км. Наш маршрут особенно удобен с точки зрения связи с Землей. Как во время полета туда, так и на всем обратном пути Земля находится чуть ли не на самом близком расстоянии от нас. Это условие едва ли осуществимо при выборе другого маршрута.
Но самое большое достижение конструкторов нашего корабля — это скорость полета, точнее, небольшая скорость полета. Сейчас, вблизи Земли, мы движемся со скоростью 23 км/с относительно Солнца, а ведь совсем недавно пределом медлительности полета считали 26,5 км/с.
Это именно благодаря малой скорости корабля в межпланетном пространстве нам и удается быстрее достичь Венеры. Дело в том, что каждой скорости соответствует свой маршрут и соответственно путь, который сокращается быстрее, чем падает скорость полета.
5 ноября 1997 года. Земля? Где же Земля? Вот вторые сутки, как понятия «под нами» и «над нами» стали для нас условиями: мы живем в мире без тяжести. Хотя мы понемногу привыкли к такому ощущению на искусственном спутнике, и это состояние не мешает нам жить «нормально», нам все же надоело прикрепляться к сиденьям и выдавливать питье из резиновых груш.
Решили создать искусственную тяжесть. Трое из экипажа одевают скафандры и направляются к выходу. Когда за ними захлопнулась дверца кабины, они выходят из тамбура наружу по канатной лесенке. Держась за поручни, они отвинчивают болты, соединяющие двигатель и баки с горючим, а также отцепляют десантный корабль от жилой части корабля.
Взрыв порохового заряда — и обе части отталкиваются друг от друга. Теперь их соединяют только стальные канаты, разматывающиеся от четырехбарабанной малокалиберной лебедки, прикрепленной снаружи к потолочному перекрытию кабины.
Операция еще не закончена, а уже вступают в действие небольшие вспомогательные двигатели, которые медленно вводят всю систему во вращательное движение вокруг общего центра масс. Создается впечатление, что мы вращаемся вокруг того отделения, с которым соединены: масса нашего отделения в десятки раз меньше массы основной части корабля.
Мы вращаемся со скоростью 10 м/с по кругу Æ400 м, делая полный оборот в 2 мин 6 сек. Но нам кажется, что это небосвод вращается.
Хотя мы, как и все предметы, почти в 20 раз легче, чем на Земле, этой тяжести вполне достаточно для поддержания «земного» порядка в кабине.
На борту «СССР-В4», 13 ноября 1997 года. Сегодня юбилейная дата: наши друзья, улетевшие с Земли 20 марта прошлого года, проводят 500-е сутки на Венере. В полученной от них радиограмме «венериане» сообщают, что все чувствуют себя превосходно и, несмотря на катастрофическую потерю горючего, встречают юбилей согласно всем правилам традиции.
«СССР-В4», 10 декабря 1997 года. По первоначальному плану венерианская экспедиция должна была сегодня покинуть Венеру, а нам предстоит еще месяц пути. Но ничего, в Москву мы все равно вернемся раньше предусмотренного безаварийного возвращения «СССР-ВЗ».
8 января 1998 года. Послезавтра наш корабль врежется в атмосферу Венеры. Пора придать ему обтекаемую форму. Приходится отказаться от искусственной тяжести. Приведенные в действие ракетные двигатели тормозят вращательное движение корабля. Подтягиваем баки с горючим. Канаты последовательно навиваются в несколько слоев на барабаны лебедки.
«СССР-В4», 9 января 1998 года. Мы на расстоянии 1 350 000 километров от Венеры. Ее серп, подобно видимому с Земли серпу Луны, ослепительно ярок. Недаром древние греки называли Венеру «Фосфор» или «Люцифер» — светоносная: создается впечатление, что она не отражает солнечные лучи, а сама излучает свет.
К Солнцу мы приблизились на 41 млн. км. Кондиционеры работают, но в кабине жарко: нам не удается «сбить» температуру ниже 32°С. Относительную влажность воздуха поддерживаем в пределах 60%. Вентиляторы работают на всю мощность, но скорость движения воздуха не превышает 0,35 м/с.
...Мы чуть отклонились от намеченного пути. Необходимо исправить траекторию, иначе мы разойдемся с Венерой.
И что тогда? «СССР-В4» продолжал бы падать на Солнце. Спустя 42 дня после прохождения мимо Венеры он подошел бы на расстояние 64 млн. км от дневного светила. Наш корабль не приспособлен находиться в такой близости от Солнца, и мы, несомненно, изжарились бы...
А дальше? Космический катафалк с бренными останками героев поднялся бы обратно к орбите Земли... и вместо торжественного нас встретил бы похоронный марш...
Но — грустные мысли в сторону! Ценой лишь незначительного расхода топлива мы вывели корабль на правильный путь. Нам более не угрожает опасность разойтись с Венерой...
Венера обращена своей неосвещенной стороной к Земле. Мы видим ее сейчас глазами Ломоносова. Ее темный диск окружен светлой каемкой — это святящееся кольцо венерианской атмосферы. На Земле нам пришлось бы ждать еще несколько лет (до 7 июня 2004 года), чтобы впервые увидеть это зрелище и то с огромного расстояния в 40 млн. км. «Явление Ломоносова» наши предки наблюдали в последний раз в 1882 году. Насколько наука ушла вперед со времени нашего великого соотечественника!
...Скоро полночь по московскому времени. Мы уже в непосредственной близости от Венеры, и ее сила притяжения начинает ощущаться.
Скорость нашего корабля, падающего на Солнце вот уже шестьдесят восьмые сутки, возросла до 34,7 км/с. Но мы не летим прямо на Солнце, а почти перпендикулярно к солнечным лучам, и, следовательно, к орбите Венеры мы приближаемся значительно медленнее — со средней скоростью всего 7 км/с...
Мы пересекаем орбиту Венеры и движемся относительно Солнца почти с такой же скоростью, как и она сама, но по отношению к планете наша скорость составляет 14,2 км/с: ведь наша траектория и орбита Венеры пересекаются под углом в 23°32´.
Если бы двигатели бездействовали, Венера захватила бы корабль и принудила спуститься на ее поверхность со скоростью, возросшей до 17,6 км/с. Но это не входит в наши планы: мы не повинуемся слепой силе планетного притяжения.
«СССР-В4», 10 января 1998 года. Двигатель работал на торможение, и «СССР-В4» по велению автопилота летел параллельно к поверхности Венеры. Новичку трудно было бы разобраться: Венера была видна не под нами, а висела перед нами. Двигатель извергал газы под небольшим углом к ее поверхности, но нам казалось, что огненная струя истекает вертикально, белоснежные облака планеты — это гигантский занавес.
«СССР-В4» стал искусственным спутником Венеры. Мы кружим на высоте 610 м над ее поверхностью с быстротой 7283 м/с. Планету мы опоясываем за 1 час 36 мин 24 сек, пролетая за это время по инерции 42 129 км.
Из этих данных видно, что сила притяжения на поверхности планеты на 10,5% меньше, чем на Земле, а ее масса немногим больше 4/5 массы Земли.
Наш десантный отряд уже полностью готов к спуску. Последнюю неделю десантники готовились к операции, не принимая никакого участия в других занятиях экипажа.
...Тихо заработал двигатель, и десантный корабль с запасами горючего для потерпевшего бедствия экипажа «СССР-ВЗ» медленно отделился от нашего корабля, унося на своем борту трех смельчаков. Друзей наших мы сразу же потеряли из виду.
...Получили следующие радиограммы:
«Уменьшили скорость на 37 (м/с). Летим по инерции».
«Постепенно погружаемся в атмосферу (Венеры). Начали планировать. Температура в каб...»
Радиосвязь прервана, хоть аппаратура в исправности. Мы не можем беспрерывно поддерживать связь с десантным кораблем (ДК). Только время от времени переговариваемся с нашими друзьями: короткие радиоволны, проникающие сквозь венерианские тучи, не могут пробиться сквозь почву, когда между «СССР-В4» и ДК находится сама планета.
После длительного перерыва радиосвязь опять налаживается.
«...рит ДК. Говорит ДК. Отвечайте! Отвечайте!»
Оказывается, нашим друзьям пришлось туго. Очутившись в безбрежном океане венерианских туч, они должны были вести бои с невиданной стихией. Под крыльями их планера бушевал ветер, скорость которого более чем в 100 раз превышала скорость ураганного шквала. Их окружала беззвездная и безлунная ночь: у Венеры ведь нет спутника, как у нашей планеты, а звезды не видны сквозь густой облачный покров. Пользуясь сопротивлением атмосферы, десантный корабль благополучно совершил посадку на поверхности, находящейся сейчас в зоне дня, как это было предусмотрено. Однако на подготовленный возле «СССР-ВЗ» космодром десанту не удалось спуститься, и экипажи двух кораблей оказались далеко друг от друга. Это серьезная неудача. Десантному кораблю пришлось затратить весь запас резервного топлива, чтобы вновь взлететь и опуститься на подготовленный заранее космодром.
«СССР-В4», 17 января 1998 года. Подготовка «СССР-ВЗ» к отлету, взлету, корректировке траектории — сколько волнений, затраченной энергии! Тем более, что все сделано в крайней спешке! Опоздав на момент, нам не догнать Земли... К счастью, все это уже позади: два наших корабля дружно мчатся вокруг Венеры. Весь экипаж «СССР-ВЗ» переправляется на наш корабль...
«СССР-В4». 18 января 1998 года. Мы на 4°15´ впереди Земли; настало время отправления в обратный путь!
— Странное возвращение, — сказал бы земной путешественник. — Посмотрите на карту Солнечной системы. Ведь вы не возвращаетесь, а продолжаете лететь вперед!
Так мы и вернемся. Но, глядя на карту, не забывайте, что Земля тоже все время движется вперед. Маршрут нашей экспедиции в межпланетном пространстве напоминает очертание бровей, соединенных переносицей; в начальной и конечной точке находится Земля в момент отлета и приземления, посредине — Венера.
Давно уже не слышен шум двигателя. Мы покидаем Венеру со скоростью 17,6 км/с. Сейчас эта скорость уже снизилась на 1/5.
Проверяем исправленную траекторию. Эксцентриситет дуги эллипса, по которой мы следуем, равен 0,4. Это правильно! Правильны также скорость и направление движения. На борту корабля настроение как нельзя лучше.
«СССР-В4», 20 марта 1998 года. Славная годовщина: ровно два года тому назад наши друзья из «СССР-ВЗ» поднялись с поверхности Земли. Они, конечно, не ожидали раньше времени вернуться домой.
30 марта 1998 года. Мы снова в Москве — мы счастливы! Да не только потому, что с честью выполнили наш долг: человек, совершавший космическое путешествие, другими, более любящими глазами смотрит на небо, другими, более любящими глазами смотрит на родную планету.
7-8 апреля 1954 года
В научно-фантастическом репортаже «На зов с Венеры» использованы идеи А. А. Штернфельда, которые позже, в 1955 году, будут изложены в научной статье «О скачкообразном сокращении длительности межпланетных экспедиций при постепенном увеличении скоростей отлета». Эти же идеи развивались и в научно-фантастическом репортаже А. А. Штернфельда «Марсианские спасательные экспедиции», опубликованном в польском журнале «Проблемы» в 1961 году. Суть такова.
Время межпланетной экспедиции складывается из времени перелета «туда» (Земля — планета), времени пребывания на планете, времени перелета «обратно» (планета — Земля). А. А. Штернфельд рассматривает симметричные траектории полета «туда» и «обратно»; перелеты совершаются по дугам кеплеровых эллиптических траекторий, причем дуга полета «туда» симметрична дуге полета «обратно», и время полета по каждой из дуг одинаково. Это время (и длина дуги) определяются техническими возможностями ракеты, а именно, стартовой скоростью, которую ракета может развить.
Время же пребывания на планете определяется так называемым периодом выжидания расположения планет, благоприятного для возвращения по намеченной заранее дуге эллипса. Может оказаться, что необходимый период выжидания равен синодическому периоду — то есть времени, протекающему между двумя последовательными одинаковыми относительными положениями планет. Ясно, что в этом случае можно не ждать отлета целый синодический период, а стартовать немедленно.
На этой коллизии и построен рассказ Штернфельда. В упомянутой выше статье А. А. Штернфельда «О скачкообразном сокращении длительности межпланетных экспедиций при постепенном увеличении скоростей отлета» приведены результаты перелетов по маршруту Земля — Венера — Земля. Из них видно, что небольшое увеличение технических возможностей ракеты (скорости отлета на величину порядка 2 км/с) может привести к пятикратному сокращению длительности перелета экспедиции (притом скачкообразному). Спасательная экспедиция летит как раз по рассчитанной автором траектории. Романтические представления о пилотируемых экспедициях на далекие планеты ныне сменились трезвыми реализациями полетов беспилотных автоматических аппаратов — исследователей планет, как, например, блестяще задуманной и осуществленной экспедиции «Вега» по маршруту Земля — Венера — комета Галлея. Но не надо забывать, что успехи в исследовании и освоении космоса базируются на трудах пионеров космонавтики.
Владимир БЕЛЕЦКИЙ,
профессор