АВТОШТУРМАН

ОРИЕНТАЦИЯ... НЕЛЬЗЯ ЛИ БЕЗ НЕЕ?

Первые советские спутники не были ориентированы. Кое в чем это даже удобно. Беспорядочно вращаясь, неориентированный спутник подставляет Солнцу то один, то другой бок; поэтому разные части спутника нагреваются примерно одинаково. Может быть, лучше обходиться без ориентации? Ведь система ориентации занимает место на космическом корабле, требует питания, и, самое главное, это лишний вес.

Лишний ли? Действительно, многое можно сделать с помощью неориентированного корабля. Многое, но не все. Фотографирование обратной стороны Луны, успешное возвращение четвероногих космонавтов, запуск автоматической межпланетной станции в сторону Венеры, наконец, исторические полеты Юрия Гагарина и Германа Титова — все это было бы невозможно без ориентации. А впереди новые дела, которые сегодня кажутся фантастикой.

Летя на орбите с выключенным двигателем, космонавт не чувствует движения. Он не может сказать, летит корабль или стоит на месте. Лишь пролетая вблизи планеты, можно по перемещению материков и океанов приблизительно определить скорость и направление полета. Но космонавту этого недостаточно. Ему нужно знать скорость с большей точностью. Он должен знать, не отклоняется ли ракета от курса, в какой точке солнечной системы (или Галактики) он находится, далеко ли еще до цели. Только при этих условиях космонавт сможет, в случае необходимости, вмешаться в управление полетом ракеты. Если корабль ориентирован, то космонавт сможет вычислить необходимую поправку и, включив двигатели, изменить скорость полета, курс, предотвратить аварию.

Космические расстояния огромны. «Попасть» в планету — то же, что прострелить горошину с километра. А ведь нам мало попасть. Мы хотим стать на время спутником другой планеты, сесть на нее в удобном месте, стартовать обратно к Земле. Как тут обойтись без управления полетом, без ориентации?

А старт АМС в сторону Венеры? Представьте себе, что тяжелый спутник, с которого она стартовала, кувыркался при старте или стоял неподвижно, но «не в ту сторону». Куда бы полетела АМС?

В дальнейшем космические корабли, возвращаясь к Земле, будут, вероятно, садиться не на Землю, а на летающий космодром — тяжелый спутник Земли. Для того чтобы найти друг друга в космосе, сблизиться, соединиться без удара, тоже нужна ориентация, и очень точная.

И это не все. Летающий космодром невыгодно целиком запускать с Земли. Лучше собрать его прямо на орбите из отдельных секций. А это снова требует ориентации.

Можно снимать и так: желая сфотографировать своего приятеля, вы кружитесь по комнате с закрытыми глазами и щелкаете затвором: авось объект попадет в кадр. Можно, но это нелепо. Когда наша АМС облетала Луну, объективы ее фотоаппаратов следили за Луной. Вот как это делалось. В нужный момент система солнечной ориентации остановила вращение АМС и повернула ее объективами от Солнца. В это время согласно расчету Луна, АМС и Солнце находились на одной прямой, и АМС повернулась объективами к Луне. При этом система лунной ориентации «увидела» Луну и уточнила положение АМС. Зачем так сложно? Затем, что система лунной ориентации могла спутать Луну, например, с Землей, а уж Солнце ни с чем не спутаешь.

Когда мы будем фотографировать Марс, Венеру и другие планеты, нам тоже понадобится ориентация.

Вы знаете, что космические корабли получают электроэнергию от солнечных батарей (см. ЮТ № 11 за 1958 год). Но ведь солнечная батарея дает ток только тогда, когда она освещена Солнцем. Значит, если мы хотим получать ток, то батареи должны быть всегда повернуты к Солнцу. Так было сделано на нашей АМС, ушедшей к Венере.

Нелегко вывести на орбиту огромный космический корабль. Но еще труднее вернуть его на Землю невредимым. Успех здесь решает многое, в том числе и система ориентации.

Чтобы заставить корабль снижаться, ему нужно дать тормозной импульс, то есть реактивным двигателем уменьшить скорость корабля. И тут ошибка недопустима. Дашь импульс не в том направлении — и, вместо того чтобы снизиться, поднимешься еще выше. Дашь слишком маленький импульс — не войдешь в атмосферу. Дашь слишком большой — войдешь слишком круто и сгоришь. Здесь нужна очень точная и надежная ориентация — двигателем вперед.

Сесть на Марс не намного труднее, чем на Землю. Другое дело — Луна. Там нет атмосферы, и скорость космического корабля нужно гасить реактивным двигателем. Здесь тоже нужны очень точная ориентация двигателя (против скорости полета) и очень точное управление его работой, чтобы сесть без удара, мягко. Боковая скорость также недопустима, иначе корабль опрокинется.

Как же устроены «глаза» системы ориентации — ее датчики? По-разному.

Направление на Солнце можно определить с помощью двух фотоэлементов, поставленных под углом. Пока Солнце на биссектрисе этого угла, токи от фотоэлементов равны. Стоит Солнцу уйти в сторону, ток одного фотоэлемента увеличится, другого — уменьшится. В систему пойдет сигнал: «Мы отклоняемся в сторону». Так же можно определить направление на звезду. Только свет звезды очень слаб. Тут понадобится небольшой телескоп, а вместо фотоэлемента — фотоумножитель (тоже фотоэлемент, но в миллион раз чувствительнее).

А как определить направление на Землю, Луну, Марс? Так же, если они освещены Солнцем. А если нет? И тут есть выход. Солнце нагревает планеты, и они заметно «теплее» окружающего космического пространства. Чуткие приборы могут уловить эту разницу температур. А дальше мы знаем, что делать. Поставим два таких прибора (их называют болометрами) под углом, и они будут указывать нам отклонение от направления на Землю.

Исходят ли от Земли космические лучи? Разумеется, нет. А из космоса? Странный вопрос, потому они и называются космическими. Ведь по ним тоже можно ориентироваться! Поставить два счетчика космических лучей... Но не будем повторяться, вы теперь сами знаете, как это сделать.

Нельзя ли узнать направление Землю по маятнику?

Сила притяжения Земли уравновешивается центробежной силой для всего космического корабля в целом. Если бы эти силы не зависели от расстояния, они уравновешивались бы и для каждой части корабля. Но притяжение Земли убывает с расстоянием, а центробежная сила растет. Поэтому части корабля, обращенные к Земле, будут чуть-чуть притягиваться к ней, а удаленные — отталкиваться. Силы ничтожные, и все же их можно измерить. Ученые предлагают сделать сверхчувствительный маятник, подвешенный не на нитке, а... на паутине. Если такой прибор удастся создать, мы будем иметь самый точный указатель направления на планету.

Он изображен на вкладке VIII. Корабль, на котором стоит такой штурман, не заблудится. Точное направление на центр Земли укажет маятник. Силы, которые на него действуют, очень малы, поэтому определять их сложно. На помощь механике приходит электроника. Показания «считывают» фотоэлементы, но этого мало. Маятник помещают в камеру, из которой выкачан воздух, и располагают ее подальше от подвижных частей, от электрических и магнитных полей, иначе прибор не станет работать.

Курс космического корабля определяют телескопы, следящие за звездами. Поворачивая маховики, корабль, как рыба с помощью плавников, удерживается в нужном положении. Маховики вращаются электродвигателями, которые питаются от солнечных батарей, всегда обращенных к Солнцу. Если маховики не справятся, на помощь придут маленькие реактивные двигатели. Их работу обеспечат баллоны со сжатым газом. В системе тесно взаимодействуют многочисленные приборы и устройства. Управляет ими надежный и совершенный электронный мозг.

Быстро вращающийся волчок не упадет на пол. Большой волчок не очень-то легко свалишь рукой. Когда велосипедное колесо быстро крутится, его трудно повернуть за ось. Нельзя ли использовать эти явлений? Можно.

Если повернуть корабль в нужном направлении (например, на звезду) и раскрутить его вокруг оси, то ось так и будет смотреть на эту звезду. Такой способ ориентации (его называют «стабилизация вращением») очень прост и надежен. Его стараются применять везде, где это возможно.

Ориентация космических кораблей — новая и многообещающая задача. Здесь есть над чем поработать. Можно совершенствовать приборы, делая их легкими, надежными, более точными, экономичными. Можно создавать новые, используя другие принципы — например, давление света

Чем лучше мы будем знать космос, тем больше новых принципов можно будет использовать для создания надежной системы ориентации.

Б. ТИХОНОВ, И. ШИПОВ