«Вестник АН СССР» 1955 №9, с.19-30

Проблемы овладения космическим пространством привлекают внимание мировой научной общественности. Повышенный интерес к этим проблемам связан прежде всего с теми колоссальными успехами в развитии ракетной техники и реактивной авиации, которые достигнуты в последнее время, а также с открытием возможности использования атомной энергии в мирных целях.

Во многих странах начали работать многочисленные комитеты и комиссии, научные ассоциации и институты по различным вопросам космонавтики. Мысль о завоевании космического пространства овладела умами многих тысяч крупных специалистов — инженеров и техников, а сама задача осуществления космических полетов приобрела международный характер.

В 1948 году была организована Международная федерация межпланетных сообщений (МАФ), в которую входит более 18 национальных обществ различных стран мира, в том числе шесть американских. Федерация в настоящее время объединяет более 7 тыс. членов.

Такой размах и концентрация научных сил вокруг проблемы межпланетных сообщений свидетельствует о тех научных возможностях, которые открываются перед человечеством в деле познания и овладения Вселенной.

Нет сомнения, что развитие этой многогранной проблемы будет проходить тем успешнее, чем слаженнее будут работать представители различных отраслей науки и техники, чем рациональнее будут расходоваться коллективные усилия ученых, чем яснее будут определены стоящие перед ними задачи.

В связи с этим для координации научных работ по овладению космическим пространством при Астрономическом совете Академии наук СССР создана постоянная Междуведомственная комиссия, в состав которой входят многие крупнейшие ученые нашей страны.

Каковы же пути осуществления этой одной из наиболее фантастических идей человека? На этот вопрос был дан научно обоснованный ответ еще в начале нашего века одним из замечательнейших ученых — К. Э. Циолковским, посвятившим всю свою жизнь великой идее космических полетов (в эти дни отмечается 20-летие со дня его смерти).

В работе «Исследование мировых пространств реактивными приборами» (1903) Циолковским было впервые доказано, что единственным средством для осуществления межпланетных перелетов может быть только ракета.

Путем весьма простых рассуждений ученый вывел основные законы движения ракет. В соответствии с этими законами максимальная величина скорости, достигнутая ракетой при ее движении в пространстве, свободном от действия внешних сил, определяется формулой:

Из этой формулы следует, что скорость, достигнутая ракетой, связана линейной зависимостью со скоростью истечения продуктов горения и пропорциональна логарифму от отношения .

Несмотря на чрезмерное упрощение задачи, полученная формула позволила дать ответ на один из основных вопросов теории ракет -принципиальную возможность практического достижения космических скоростей (8-17 км/сек).

Вместе с тем Циолковский прекрасно понимал, что главная трудность на пути осуществления межпланетных перелетов сводится к преодолению сил тяготения и что в первую очередь необходимо выяснить влияние этих сил на характер движения ракеты, а также подсчитать запас топлива, необходимый для преодоления «панцыря тяготения».

Найденное Циолковским выражение для максимального значения скорости ракеты при ее движении в поле внешних сил имеет столь же простой вид, как и его первая формула:

Таким образом обе эти формулы указывают на то, что скорость движения ракеты к концу горения топлива будет тем значительней, чем больше относительная скорость продуктов реактивного отброса и чем большую долю будет составлять общий запас горючего по отношению к массе ракеты в конце активного участка.

Кроме того, пользуясь этими формами, К. Э. Циолковский впервые вычислил коэффициент полезного действия ракеты, который оказался зависящим не только от отношения , но и от величины р предполагаемого постоянного ускорения ракеты при ее движении в поле сил тяготения. (Постоянное ускорение ракеты может быть обеспечено, если ее масса в процессе сгорания топлива изменяется по показательному закону).

Таким образом была впервые разработана теория равномерно-ускоренного движения ракеты в поле силы тяжести.

Однако Циолковский не преувеличивал ценности и значения своих теоретических расчетов, которые впервые научно обосновали мысль о завоевании космического пространства. Он прекрасно сознавал, что практическое осуществление космической ракеты с ее техническими и научными трудностями не под силу одному человеку.

Циолковский писал, что его цель - возбудить интерес к поднятому вопросу, «указать на великое значение его в будущем и на возможность его решения».

Историческую заслугу Циолковского ярко характеризуют строки из письма к нему известного немецкого специалиста Г. Оберта: «Вы зажгли свет и мы будем работать пока не осуществится величайшая мечта человечества».

Уже вскоре после опубликования первых научных работ Циолковского во многих странах стали появляться приверженцы его идей, которые сделали следующие шаги на пути развития ракетной техники. Среди них следует назвать таких ученых, как Эно-Пельтри, Годард, Оберт и наши русские исследователи Ю. В. Кондратюк и Ф. А. Цандер. Круг страстных приверженцев идей Циолковского расширяется с каждым годом.

В настоящее время доказано, что только при помощи ракеты можно создать аппарат, способный преодолеть силу земного тяготения.

Как видно из формул Циолковского, скорость, достигнутая ракетой при полном расходе горючего, будет тем значительнее, чем выше скорость истечения продуктов горения и чем меньшая доля первоначальной массы ракеты останется после сгорания топлива. Этой закономерностью реактивного движения и определяются те главные направления исследований, которые смогут привести к достижению космических скоростей.

Одним из наиболее доступных в настоящее время способов повышения скорости истечения газов из сопла ракеты является способ, основанный на повышении рабочих температур, так как известно, что чем выше начальная температура при возможно наименьшем молекулярном весе продуктов горения, тем значительнее их скорость истечения.

Но высокая температура продуктов горения требует особо жаропрочных материалов для стенок камер сгорания, проблема получения которых является одной из важных в современной ракетной технике. В ее решении принимают участие и химики, и металлурги, и кристаллофизики, а также специалисты смежных областей науки.

В научно-технической литературе нередко обсуждаются и другие способы ускорения выбрасываемых частиц. Предлагается, например, использовать ионные ускорители, с помощью которых можно сообщить частицам скорость в несколько тысяч километров в секунду.

На V Международном конгрессе общества межпланетных сообщений Е. Штуллингер (Американское ракетное общество, Хантсвилл) сделал доклад о возможности использования электрической двигательной системы для межпланетных кораблей. В предложенной им схеме в качестве топлива предполагается использовать цезий или рубидий: пары их ионизируются при столкновении с раскаленной платиновой сеткой; образующимся положительным ионам и электронам затем раздельно придается скорость, одинаковая при выходе из ускорителя; встретившись друг с другом, они взаимно нейтрализуются, образуя быстро летящие молекулы газа. При наличии дополнительного источника электрической энергии, например фотоэлементов или атомных батарей, двигатель такой ракеты принципиально может при малом расходе вещества развивать тягу, достаточную для того, чтобы сообщить ракете за длительное время ее движения в космическом пространстве весьма большую скорость. На том же Конгрессе аналогичное сообщение было сделано и Д. Ромиком (Американское ракетное общество, Вашингтон).

Это направление исследований заслуживает внимания, поскольку оно указывает на возможность поисков новых способов увеличения скорости отбрасываемых частиц.

Оборудование космического корабля с его средствами радиосвязи, с его сложным автоматическим регулированием скорости горения топлива в ракетных двигателях и направления движения ракеты в космическом пространстве потребует большого количества различных радиодеталей. Например, замена одних лишь вакуумных радиоламп широко входящими в практику очень портативными кристаллическими приборами на полупроводниковой основе облегчит космический корабль на несколько килограммов. Это приведет к экономии большого количества горючего и, в конечном счете, позволит увеличить скорость ракеты. Поэтому всякое достижение в области физики и техники полупроводниковых приборов явится достижением и на пути осуществления межпланетных сообщений.

Работа регулирующих приспособлений ракеты, средств радиосвязи с Землей и т. д. потребует значительного расхода электрической энергии. В качестве ее источника можно будет использовать мощный световой поток, в котором будет двигаться ракета в пределах солнечной системы. Лучшими преобразователями световой энергии в электрическую являются фотоэлементы на той же полупроводниковой основе, что и кристаллические диоды и триоды. Для таких фотоэлементов, как известно, уже сейчас кпд может достигать 10%.

Существенную роль в этом направлении могут сыграть и термоэлементы, кпд которых может быть не менее высоким. С 10 м² освещенной поверхности ракеты при помощи полупроводниковых приборов можно получить электрический ток мощностью до 1 киловатта. При этих условиях за 100 дней полета космического корабля использование фото— и термоэлементов позволит сэкономить около 1000 кг горючего, что приведет к уменьшению первоначальной массы ракеты на несколько десятков тонн. Следовательно, всякое достижение в области повышения кпд полупроводниковых фото— и термоэлементов явится крупным вкладом в решение проблемы космических полетов.

Наиболее значительным достижением в уменьшении массы ракеты и ее оборудования (в период развития космической скорости) явилось бы осуществление идеи составных ракет, разработанной Циолковским, — «космических ракетных поездов» — и идеи использования элементов конструкции самой ракеты в качестве топлива, высказанной талантливым инженером Ф. А. Цандером в его известной работе «Проблема полета при помощи реактивных аппаратов».

Сущность этих двух идей сводится к следующему: если ракетным топливом служит горючая жидкость, то в состав массы ракеты, следовательно, входит и масса резервуаров для этой жидкости. По мере израсходования горючего резервуары следовало бы сбрасывать или, как предлагал Цандер, сжигать вместе с ненужным вспомогательным оборудованием. Выделяемое при этом тепло должно быть поглощено топливом с газообразными продуктами горения.

Предстоит еще выполнить большую работу, прежде чем проявится практическая целесообразность последнего предложения.

Весьма существенна проблема использования гравитационных полей, создаваемых Землей, Солнцем и планетами, в интересах космонавтики. Дело в том, что правильный выбор направления полета с учетом сил тяготения может обеспечить движение корабля в космосе по сложным траекториям без значительного расходования топлива. Более того, совершая удачный маневр при полете корабля вблизи массивного движущегося тела, например планеты, можно добиться увеличения или уменьшения скорости корабля лишь за счет возмущающего действия этого тела, т. е. без затраты реактивного горючего. Незначительные отклонения от намеченного пути могут привести к нежелательным результатам и впоследствии потребуют для своего исправления значительной затраты топлива, особенно дорогого в условиях космоса.

Поэтому постоянное знание местонахождения в пространстве, умение контролировать движение космического корабля, сравнивая его траекторию с вычисленным заранее маршрутом, является одним из основных условий космической навигации.

Задача точного определения координат в межпланетном пространстве значительно сложнее аналогичной задачи в условиях Земли с ее естественной системой координат. Наблюдение за далекими звездами на космической ракете с ее облегченными приборами вряд ли сможет обеспечить необходимую точность. В этом случае важную роль должно сыграть умение ориентироваться, на сравнительно близкие планеты и Солнце.

Более надежные средства определения положения корабля в космическом пространстве можно будет осуществить при помощи современных фотоэлектрических методов автоматического регулирования. Это позволит не только обеспечить определение координат корабля, но также и приводить в соответствие его траекторию с заранее рассчитанной трассой.

В настоящее время во многих странах мира уделяется значительное внимание созданию автоматически управляемых ракет, а также астронавигационной аппаратуры. Так, по сообщению газеты «Геральд экспресс», для одной из таких ракет, создаваемой в США, предлагается оптическая система, направленная на две заранее выбранные звезды, свет от которых будет фокусироваться на специальном светочувствительном экране. Функции этого экрана во многом аналогичны функциям сетчатки человеческого глаза. Всякое изменение направления движения космического корабля приведет к смещению световых пятен, в результате чего «сетчатка» подаст импульс на реле управления ракеты. Импульс будет подаваться до тех пор, пока пятна звездного света не займут своего места, определяемого заданным курсом.

К рассматриваемой проблеме контроля за движением космического корабля непосредственное отношение имеет и определение его скорости, которая является основным фактором во всей проблеме межпланетных сообщений. Будет ли эта скорость определяться радиолокационными методами, или же выгоднее будет применять оптические методы, или, наконец, может быть удастся построить прибор, позволяющий с большой точностью автоматически интегрировать все ускорения корабля, в том числе и вызванные гравитационными силами, — ответ на этот вопрос должен быть дан в ближайшем будущем.

Изучение поверхности Луны радиолокационными методами указывает на богатые возможности в осуществлении межпланетной радиосвязи. Однако полностью эта проблема до настоящего времени остается нерешенной. Жесткие требования, предъявляемые к массе полезного груза космической ракеты, превращают проблему радиосвязи ракеты с Землей в одну из сложных технических задач.

Связь по радио на сотни тысяч и даже миллионы километров потребует исключительно мощных излучателей и весьма чувствительных приемных устройств. Излучатели большой мощности гораздо проще осуществить для коротких волн, но в этом случае возникает новая трудность на пути установления радиосвязи с быстро летящим космическим кораблем — большой сдвиг частот, вызванный эффектом Допплера. В результате этого сдвига частота радиоволн выходит за пределы той узкой полосы, которая определяется условиями дальней связи.

Вопрос о той опасности для астронавтов, которую таят в себе космические и метеорные частицы, ни практически, ни теоретически еще не решен. Влетая в земную атмосферу со скоростями, достигающими нескольких десятков километров в секунду, метеорные частицы «сгорают» в результате трения о воздух на высоте свыше 50 км от поверхности Земли, и только очень редким из них, сравнительно крупным по величине, удается достичь Земли и то с небольшими скоростями (сотни метров в секунду). Этим и объясняется отсутствие опытных данных по взаимодействию быстрых частиц с преградой. Предстоит еще не только подсчитать вероятность столкновения метеоритов с кораблем, но и выяснить, начиная с какой величины и при каких скоростях они опасны для металлических и прозрачных стенок ракеты.

Этим работам должны предшествовать многочисленные наблюдения за метеоритами в верхних слоях атмосферы, теоретические расчеты по определению проникающей способности таких частиц при их взаимодействии с различными веществами, а также, возможно, и экспериментальные исследования. Проведение последних упирается в пока непреодолимую трудность получения в лабораторных условиях сравнительно крупных частиц со скоростями порядка 10-40 км/сек.

Скорость космического корабля при его возвращении из межпланетного путешествия будет превышать 11 км/сек. Чтобы затормозить корабль, несущийся с такой скоростью, нужно либо включить ракетные двигатели, либо использовать тормозное влияние атмосферы.

Торможение при помощи реактивной тяги, направленной в сторону, обратную движению ракеты, потребовало бы такой затраты топлива, что вряд ли можно было бы надеяться на скорое решение идеи завоевания космических пространств.

Второй способ торможения основан на прохождении ракеты первоначально в разреженных слоях атмосферы, где ее скорость несколько уменьшится. При этом ракета перейдет с параболической орбиты на эллиптическую. Дальнейшее уменьшение скорости произойдет при облете ракеты вокруг Земли по спиралевидной траектории. После нескольких оборотов скорость ракеты погасится настолько, что в дальнейшем можно будет безопасно воспользоваться обычными аэродинамическими методами приземления.

Здесь предстоит решить одну из интересных задач механики - определить движение тела по спиралевидной траектории в сопротивляющейся среде с учетом сил тяготения, обусловленных преобладающей центральной массой, вокруг которой совершается движение.

Наиболее бурный период развития ракетной техники начинается с середины второй мировой войны, когда в арсенале гитлеровской армии появилось новое оружие — баллистическая ракета ФАУ-2. Вскоре после взрыва первого такого снаряда и в других странах стали появляться ракеты на жидком топливе, покрывающие расстояние в сотни километров.

Ракетная техника стала интенсивно развиваться в США, где к настоящему времени разработано несколько типов ракет дальнего действия, в том числе и для высотных полетов за пределы стратосферы. К наиболее известным ракетам последней категории относятся «Викинг» № 9, № 10» и № 11, «Вак-Корпорел», «Аэроби» и «Бампер» № 5.

Ракета «Викинг» № 9, запущенная 15 декабря 1952 года, достигла высоты 218 километров. Высотная одиночная ракета «Викинг» № 11, запущенная на полигоне Уайт-Сандс (Нью-Мексико, США) 24 мая 1954 года, достигла рекордной (для данного типа ракет) высоты 254 километра. Полет продолжался 10 мин., максимальная скорость полета — 6880 км/час, стартовый вес ракеты — 7,5 тонны. Особенно интересными и эффективными были запуски двухступенчатых ракет, в частности ракеты «Бампер» № 5, первой ступенью которой является двигатель «А-4», а второй — ракета «Вак-Корпорел». Последняя была смонтирована на месте боевой головки ракеты А-4. Когда прекращалась работа первого двигателя, включался реактивный двигатель ракеты «Вак-Корпорел». В результате такого комбинированного полета ракета «Бампер» № 5 смогла достичь высоты в 400 км и развить максимальную скорость в 2220 м/сек или 8000 км/час. Однако в настоящее время есть возможности достижения и больших высот.

Основной программой высотных исследований является изучение физического состава земной атмосферы, природы и свойств ионосферы, а также тех процессов, которые ведут к ее формированию. С помощью многочисленной автоматической аппаратуры, установленной на таких ракетах, удалось получить много интересных сведений о верхних слоях атмосферы, о ее температуре и плотности, о содержании различных газов в ней, о степени ионизации и о тех процессах, которые происходят на этой исключительно привлекательной для науки высоте.

На достигнутую высоту поднимались в ракетах и различные животные; изучалось их поведение и самочувствие в столь необычных условиях полета, когда в начальный момент при работе двигателей им пришлось пережить многократное увеличение своего веса, вызванное ускоренным движением ракеты, а затем — полную его потерю в момент последующего движения по инерции.

Такое состояние невесомости продолжалось несколько десятков секунд. Приборы, следившие за работой сердца, дыханием и другими жизненными функциями животных посредством радиосигналов и телерегистрации, сообщали то, чего прежде никому не удавалось наблюдать.

В опытах с ракетой «Дикон», запущенной с воздушного шара, установлено, что животные переносят без вреда кратковременные ускорения до 3-4 g в течение 45 сек. и до 15 g в течение 1 сек. (g — ускорение силы тяжести, равное 9,8 м/сек²).

В докладе, прочитанном К. Гетлендом в Британском межпланетном обществе 6 февраля 1954 года, указывалось, что при помощи центрифуги изучалось воздействие больших ускорений на организм человека и животных. Были проведены опыты на человеке, который подвергался ускорению до 15 g в течение 5 секунд.

Возможности современной реактивной техники, с одной стороны, н величайшие перспективы научных исследований, открывающиеся в связи с этим, — с другой, побуждают ученых и конструкторов к следующему шагу на пути покорения космических высот — к созданию искусственного спутника Земли.

Еще в 1932 году Ф. А. Цандер указывал: «Весьма важным будет устройство межпланетных станций около Земли и других планет... Межпланетные путешествия будут сильно удешевляться устройством этих станций, так как все необходимое для дальнейшего плавания на другую планету может сохраниться на межпланетной станции».

Таким искусственным спутником может стать опять же только космическая ракета, которая при соответствующем оборудовании превращается в автоматическую лабораторию в космосе.

На страницах мировой прессы уже детально обсуждаются различные проекты космического полета с использованием искусственного спутника Земли. Одним из них является проект миниатюрного спутника, предложенный профессором Мерилендского университета С. Зингером. Этот спутник весом в 45 кг и диаметром в 60 см, по мысли его автора, будет обращаться вокруг Земли на высоте 320 километров. Для доставки спутника на траекторию его будущего движения понадобится трехступенчатая ракета с начальным весом 16 т и тягой первой ступени 30 тонн.

Для наблюдения за спутником с Земли предлагается использовать выделяемые им пары натрия, яркое свечение которых при солнечном освещении позволит видеть спутник на указанной высоте.

Следует отметить также проекты В. Брауна и Г. А. Крокко.

Согласно первому проекту, искусственный спутник должен обращаться на высоте 1730 км со скоростью 7,08 км/сек, совершая полный оборот за 2 часа. В. Браун предполагает, что создание такого спутника возможно, если воспользоваться трехступенчатыми ракетами, работающими на гидразине и азотной кислоте, причем первые две ступени — ускорители и только третья — межпланетный корабль. Стартовый вес этих ракет должен достигать 7000 тонн.

Проект Г. А. Крокко основан на идее межпланетных поездов с заправкой во время полета в космическом пространстве. Им же выдвинута программа конкретных мероприятий по созданию искусственного спутника, включая обучение технического персонала, которому предстоит на нем работать.

Несмотря на достигнутые успехи и интенсивную разработку идей космонавтики, все же следует признать, что вопрос о межпланетном полете находится еще в теоретической стадии. Однако эта стадия проходится со столь стремительной быстротой, что практическое осуществление идеи межпланетных полетов в настоящее время уже никто не рискнет считать утопией.

Особенно это явственно прозвучало на VI Международном конгрессе астронавтов, состоявшемся в августе этого года в Копенгагене. На конгрессе, в котором участвовали делегаты 18 стран, присутствовали также советские ученые.

Накануне открытия съезда Национальная Академия наук в Вашингтоне и Государственный институт наук США сделали официальное заявление о планах запуска искусственного спутника Земли во время Международного геофизического года (1957-1958).

По сообщению агентства Ассошиэйтед Пресс от 29 июля из Балтиморы (штат Мериленд), тип искусственного спутника Земли, который в США собираются создать с научными целями, в деталях соответствует предложениям С. Зингера, о котором говорилось выше. С. Зингер утверждает, что вокруг Земли можно запустить небольшую ракету — лабораторию, которая обойдется в две трети стоимости крупного военного бомбардировщика.

По мнению С. Зингера, при помощи этой «летающей лаборатории» можно будет осуществить следующие исследования: измерения отраженного Землей света, с тем чтобы определить общий слой облачности (это даст возможность на длительный срок, может быть на целый сезон, предсказывать погоду); прослеживание за магнитными бурями вплоть до их источника, т. е. Солнца; изучение природы космических лучей, что позволит более глубоко познать природу ядерных сил. След, оставляемый спутником при помощи люминисцирующего натрия, можно будет изучать с Земли, и таким путем собрать данные о движении ветров и других явлениях в верхних слоях атмосферы. Полагают, что первый и последующие за ним спутники будут запускаться с военного полигона в Уайт-Сандс (Нью-Мексико, США).

Координирование работ, как сообщает агентство Юнайтед Пресс, по-видимому, будет возложена на Джозефа Каплана — председателя Комитета, созданного Национальной академией для участия США в Международном геофизическом годе.

Из всех прочитанных на конгрессе наиболее интересными были доклады Эрике и Тауси (США), Келле (Германская Федеральная Республика) .

В докладе Эрике был предложен план создания искусственного спутника Земли, который можно запустить на высоту 150 километров. Этому сателлоиду, по словам докладчика, нужно всего 15 кг смеси бензина и кислорода, чтобы облететь один раз вокруг Земли.

В докладе Келле была приведена программа осуществления межпланетных полетов, рассчитанная на 30 лет.

Согласно проекту Тауси, шар диаметром 53 см, движущийся на высоте от 300 до 1400 км в орбите экватора, удастся видеть простым глазом, когда Солнце опустится на 9° ниже горизонта (при условии, если шар будет освещен Солнцем). При положении Солнца на 2° ниже горизонта шар будет виден в бинокль, «если только знать точно, куда и когда смотреть», как говорит Тауси.

Советские ученые провели пресс-конференцию, на которой выступил академик Л. И. Седов, Мне кажется, сказал он, что наступило время, когда можно направить совместные усилия на создание искусственного спутника и переключить военный потенциал в технике ракет на мирные и благородные цели развития космических полетов.

На конгрессе была учреждена специальная комиссия для выработки программы международных исследований и опытов в области создания искусственного спутника Земли и осуществления межпланетных полетов. Работа этой комиссии будет проходить в рамках ЮНЕСКО.

Проще всего осуществить движение спутника в плоскости экватора по направлению вращения Земли. В этом случае удалось бы использовать ее линейную скорость, достигающую на экваторе 463 м/сек. Но интереснее будет выбрать траекторию, проходящую над полюсами и слегка эллиптическую. При таком выборе направления движения спутник сможет бывать на различных высотах от поверхности Земли, пересекать все широты вращающегося под ним земного шара. Это значит, что при каждом новом обороте он будет пролетать над различными участками поверхности Земли, входить в различные места околоземного пространства.

Долговечный спутник должен, очевидно, обращаться вокруг Земли на такой высоте, где почти совершенно не ощущается сопротивление атмосферы, т. е. на высоте не меньшей 1500-2000 км над поверхностью. Однако возможно, что для первого из спутников высота будет избрана в пределах от 200 до 1000 км, где также незначительно сказывается сопротивление воздуха, разреженного на этих высотах, по сравнению с плотностью у поверхности Земли, во много миллиардов раз. Прежде чем спутник в результате такого очень слабого сопротивления воздуха потеряет значительную часть своей первоначальной скорости, пройдут месяцы и даже годы. За это время можно будет произвести физические, геофизические и астрофизические исследования, которые либо недоступны вблизи земной поверхности, либо не дают здесь достаточно полных результатов.

Комплекс предполагаемых исследований должен охватывать как можно более широкий круг связанных между собой явлений, с тем чтобы можно было при их помощи полнее раскрыть процессы, происходящие в верхних слоях атмосферы, в межзвездном пространстве, на Солнце и планетах.

Данные таких исследований будут иметь не только общепознавательную ценность, но и практическое значение при решении последующих проблем овладения космическим пространством.

Некоторые ученые полагают, что создание искусственного спутника Земли откроет новые перспективы и для решения многих крупных народнохозяйственных задач. К числу последних относят возможность использования спутника для наблюдения за общим движением облаков в атмосфере и льдов в Ледовитом океане, что позволит точнее прогнозировать погоду и условия северного судоходства, возможность использования спутника для ретрансляции телепередач и для решения ряда других специальных вопросов радиосвязи.

Помимо той роли, которую должен играть искусственный спутник Земли при межпланетных сообщениях, ему предстоит сыграть роль величайшей космической научной лаборатории.

Какие же научные проблемы могут быть поставлены в связи с использованием искусственного спутника Земли?

Прежде всего необходимо полнее изучить свойства ионосферы, причины ее формирования, т. е. выяснить механизм образования ионизированных слоев воздуха на границе его столкновения с различными излучениями, вторгающимися в пределы Земли. В этом отношении значительный интерес представляют космические лучи - эти быстро летящие из космоса электроны и ядра различных химических элементов. Влетая с громадными скоростями, приближающимися иногда к скорости света, в пределы атмосферы и сталкиваясь с молекулами газа, они часто разбивают их на положительные ионы и электроны. Взаимодействуя с ядрами химических элементов, встречающимися на их пути, космические лучи иногда порождают новые частицы — мезоны или дают начало жестким γ-лучам, которые в свою очередь могут порождать одновременно электроны и позитроны.

Таким образом каждая быстро летящая космическая частица способна образовать целый каскад других заряженных частиц, принимая тем самым участие в формировании ионосферы.

Космические лучи привлекают внимание исследователей еще и тем, что они, прилетая к нам из далеких межзвездных пространств, могут служить вестником процессов, недоступных нашему непосредственному наблюдению. В частности может быть организовано изучение влияния на интенсивность космических лучей магнитного поля Солнца и колебаний, обусловленных магнитными бурями, обсудив которые, как пишет Альфвен,— «мы подойдем к исключительно интересной проблеме происхождения огромной энергии космических лучей и их изотропии». Последний вопрос особенно важен, так как изотропия космических лучей говорит об их исключительной роли в энергетическом балансе Вселенной.

Для объяснения явления изотропии космических лучей были предложены две гипотезы. Согласно первой, космическое излучение изотропно во всей Вселенной.

Вторая гипотеза предполагает, что космические лучи являются локальным галактическим явлением и составляющие частиц космических лучей движутся по винтовым линиям вокруг силовых линий магнитного поля Галактики.

В связи с этим исключительную роль приобретают измерения, выполненные фотографическим способом на больших высотах. Эти измерения показали, что первичное излучение состоит из ядер атомов, причем относительный состав этих атомов в космических лучах примерно одинаков с их составом в межзвездном веществе.

Изучение этого вопроса в заатмосферных условиях даст науке новый материал для суждения о происхождении и энергетике космических лучей.

Возможно, что такие, пока не решенные в земных условиях вопросы, как вопрос о составе первичного космического излучения (например, процентное содержание ядер атомов лития, бериллия, бора в потоке космических частиц), также могут быть исследованы при помощи соответствующей аппаратуры, установленной на спутнике.

При помощи малогабаритных ионосферных станций, установленных на спутнике, можно будет, в частности, изучать электронную и ионную концентрацию в ионосфере на разных высотах, частоту соударений электронов, длину их свободного пробега, устойчивость и равномерность по широте электронной концентрации на высоте стабильного равновесия.

Знание всех этих данных, а также сведения о коэффициентах преломления метровых, дециметровых и сантиметровых радиоволн в различных слоях ионосферы и о влиянии ионосферы на поляризацию радиоволн указанного диапазона поможет в решении вопроса об установлении радиосвязи между Землей и другими планетами.

Наблюдения за магнитным полем Земли, за его изменениями во времени позволят ученым глубже проникнуть в одну из великих загадок природы, в тайну происхождения земного магнетизма.

Вопросы, связанные с проблемой происхождения солнечной системы, также могут получить самое широкое освещение при помощи исследований на искусственном спутнике Земли. С этой целью было бы целесообразно организовать сбор космической пыли и более крупных частиц для определения их количества и химического состава.

Малогабаритные радиолокационные установки, помещенные на спутнике, обеспечат возможность наблюдать в фиксированном объеме за движением метеорных частиц по тем ионизированным следам, хорошо отражающим коротковолновое радиоизлучение, которое они оставляют после себя. Знание плотности потоков этих частиц будет способствовать решению метеоритной проблемы, которая обсуждается наряду с другими задачами, встающими на пути осуществления межпланетных сообщений.

К числу интересных явлений природы относятся явления, связанные с свечением земной атмосферы. Представляет исключительный интерес исследование собственной эмиссии земной атмосферы с переходом наблюдений с ночной на дневную часть поверхности Земли. Сочетание наблюдений над избранными областями неба со спутника (вне атмосферы) и с земной поверхности позволит выделить свечение атмосферного происхождения.

Помимо этого, наблюдение со спутника позволило бы полнее изучить спектр космической составляющей свечения ночного неба.

Наконец, многочисленные проблемы Солнца. То, что сейчас влечет исследователей к наблюдению за солнечной короной, наиболее доступной только в случае полного солнечного затмения, длящегося всего лишь несколько секунд, там, на искусственном спутнике, можно будет наблюдать непрерывно. При этом крайне желательно проследить за последовательными изменениями в солнечной короне, развитием корональных дуг и опахал, в особенности над активными областями Солнца, за возникновением и перемещением корональных протуберанцев. Самой замечательной особенностью астрофизических исследований с искусственного спутника явится, несомненно, доступность наблюдений за ультрафиолетовым и рентгеновским спектрами излучения Солнца и звезд, которые невозможны в земных условиях из-за полного поглощения этих лучей атмосферой. Во всех этих исследованиях при соответствующей стабилизации спутника исключительную роль может сыграть автоматическое замедленное кинематографирование.

Особенно интересными, очевидно, будут опыты по изучению условий жизни при отсутствии силы тяжести. На искусственном спутнике все тела будут пребывать в состоянии невесомости, так как сила тяжести, действующая на них, будет уравновешиваться центробежными силами, возникающими при обращении спутника вокруг Земли. Живыми организмами, это состояние будет восприниматься как состояние непрерывного свободного падения со всеми вытекающими отсюда ощущениями.

Как будет влиять такое состояние на жизненные функции животных, на их физиологические отправления? Как будет протекать жизнь растений в этих совершенно необычных для них условиях, когда больше нет ограничивающей их рост силы тяжести? На все эти и другие интересные вопросы биологи и биофизики смогут получить ответы, когда в их распоряжении будет лаборатория в космосе.

Наряду с использованием атомной энергии в мирных целях, с развитием полупроводниковой и новой вычислительной техники проблема межпланетных сообщений принадлежит к числу тех, которые откроют человечеству великие просторы научного познания и покорения природы.

Значение этой проблемы ярко охарактеризовал член Комиссии по межпланетным сообщениям академик П. Л. Капица: «...если в любой отрасли знания открываются возможности проникнуть в новую, девственную область исследования, то это надо обязательно сделать, так как история науки учит, что проникновение в новые области, как правило, и ведет к открытию тех важнейших явлений природы, которые наиболее значительно расширяют пути развития человеческой культуры...».