В Международном геофизическом году предполагается осуществить запуск нескольких таких спутников как в СССР, так и в США; с помощью которых будет осуществлена обширная программа научных исследований.
К числу таких исследований относится прежде всего изучение первичного космического излучения. Известно, что первичное космическое излучение в основном состоит из ядер водорода (протонов) и ядер гелия (альфа-частицы) и в значительно меньшем количестве из более тяжелых ядер (углерод, азот, кислород и др.). Одним из обсуждаемых свойств первичного космического излучения является сходство между кривой средней распространенности элементов во вселенной и кривой распределения по зарядам первичной компоненты космического излучения. Такие элементы, как литий, бериллий и бор, являются редкими в природе, и вопрос о количестве этих ядер в составе первичного космического излучения экспериментально еще не решен. В связи с этим изучение свойств первичного космического излучения может пролить свет на вопросы о времени блуждания космических частиц в мировом пространстве и прохождении космических лучей.
К этому же кругу вопросов следует отнести излучение вариаций интенсивности космических лучей на различных высотах и в различных областях, в которых будет пролетать искусственный спутник Земли. Изучение этих явлений имеет существенное значение для проблемы происхождения космических лучей и астрофизических проблем, в частности для выяснения связи вариаций со вспышками на Солнце, с возмущениями магнитного поля Земли.
Одной из задач, относящихся к исследованию структуры ионосферных слоев, является определение концентрации ионов. Экспериментально установлено, что эта концентрация меняется с высотой. В связи с этим представляет исключительный интерес получение сведений об ионизации атмосферы вдоль орбиты спутника.
Из других ионосферных измерений следует отметить масс-спектрометрические измерения ионного состава ионосферы с целью определения и уточнения ее химической структуры.
К числу замечательных геофизических явлений относятся флюктуации (колебания) магнитного поля Земли. Измерения, произведенные на поверхности Земли, а также с помощью ракет, показали, что земное магнитное поле не остается постоянным во времени, что существуют так называемые вековые и короткопериодические вариации магнитного поля. Природа вековых вариаций во многом еще остается загадочной. Что касается короткопериодических вариаций, то причины их образования в настоящее время связывают с существованием в верхних слоях атмосферы систем электрических токов, измеряемых сотнями тысяч ампер. Например, предполагается, что система токов, вызывающая солнечно-суточные вариации магнитного поля, располагается на высоте 100–120 километров.
В связи с этим представляет исключительный интерес изучение изменения напряженности магнитного поля на больших высотах, так как такое изучение даст в руки ученых новые данные о существовании различного типа короткопериодических вариаций и связанных с ними атмосферных токов.
Этот интерес подчеркивается еще и тем обстоятельством, что магнитные вариации связаны известными закономерностями с другими физическими явлениями: полярными сияниями, распространением радиоволн, вариациями космических лучей и т. д. Особенно тесной является связь магнитных возмущений с полярными сияниями. Предполагается, что оба явления вызываются корпускулярным излучением Солнца. Однако природа и интенсивность корпускулярного излучения изучены недостаточно. Вместе с тем теории полярных сияний существенно опираются на то или иное предположение относительно природы частиц, выбрасываемых Солнцем. Поэтому вопрос о природе и интенсивности корпускулярного излучения остается весьма важным, от решения которого в значительной степени зависят наши представления о возникновении полярных сияний и других явлений в верхних слоях атмосферы.
Важной задачей в исследованиях с помощью искусственного спутника Земли является изучение микрометеоров и метеоров. Эти твердые частицы, движущиеся, например, со скоростью относительно Земли 50–70 километров в секунду, представляют интерес не только для геофизиков и астрономов, но и для конструкторов ракет и спутников, так как их действие должно учитываться при разработке и конструировании самого спутника. Расчеты показывают, что даже небольшие частицы способны пробить наружную обшивку спутника. В связи с этим необходимо знать, какова интенсивность микрометеоров, а также какова их энергия. Получение спектра микрометеоров и метеоров по их массам позволило бы сделать определенное заключение о «метеорной опасности», чрезвычайно важной проблеме для будущих межпланетных сообщений.
Мы остановились только на некоторых из экспериментов, проведение которых будет осуществлено советскими учеными с помощью искусственных спутников Земли. Результаты, полученные с помощью искусственных спутников Земли, значительно дополнят научные данные, которые будут накопляться в Международном геофизическом году.
Обеспечение необходимых условий для нормальной работы научной аппаратуры находится в центре внимания наших ученых и инженеров так же, как и целый ряд других вопросов, от успешного решения которых зависит качество поставленных экспериментов. Создание и запуск искусственных спутников Земли является первым и важным этапом в деле осуществления межпланетных полетов.
Создание и запуск советских искусственных спутников Земли с научными целями в Международном геофизическом году сыграет исключительную роль в объединении усилий ученых различных стран в борьбе за покорение сил природы.
(Газета «Правда» от 1 июня 1957 г.)
ПРОБЛЕМЫ КОСМИЧЕСКИХ ПОЛЕТОВ
1 июля 1957 года начался Международный геофизический год, который будет продолжаться до конца 1958 года. Это — большое событие в науке о Земле и земной атмосфере. За полтора года во многих странах мира намечено выполнить огромный комплекс разносторонних исследований нашей планеты.
Крупным и, может быть, даже центральным событием геофизического года, связанным с новым этапом в развитии техники и науки о летательных аппаратах, будет запуск искусственных спутников Земли. Официальные заявления о запуске спутников сделаны в двух странах — в Советском Союзе и США.
Еще два года назад проблема космических полетов и создания искусственных спутников Земли представлялась в значительной степени фантастической. И только специалисты на основании расчетов и опыта использования реактивной техники готовили проекты ракет, которые могут летать на высоте в несколько сот километров с огромными скоростями, необходимыми для того, чтобы осуществить запуск искусственного спутника Земли.
Осуществление этих проектов встречает очень серьезные технические трудности. Тем не менее с помощью составных ракет в настоящее время вполне возможно достичь требуемых высот и скоростей.
Составная ракета представляет собой в сущности систему ракет, действующих последовательно. Например, трехступенчатая ракета скомбинирована из трех ракет, которые движутся вначале совместно. На старте вводится в действие первая, основная ракета. Затем, выполнив свою задачу, она отделяется, и в этот момент включается вторая ракета. После того как она выполнит свою функцию, она тоже отделяется, и тогда вступает в действие последняя, третья ракета. В результате становится возможным забросить на необходимую высоту с необходимой большой скоростью специальное тело — спутник Земли, начиненный сложной аппаратурой для научных исследований и для связи с Землей.
Следует иметь в виду, что при решении этой задачи возникают большие трудности, связанные с точностью и надежностью аппаратуры. Достаточно сказать, что при скорости порядка 8 тысяч метров в секунду ошибка в получении величины скорости до нескольких десятков метров в секунду или ошибка по углу наклона, то есть по нужному направлению движения ракеты к горизонту, в один — два градуса может привести в другом месте орбиты к снижению высоты по сравнению с расчетной более чем на 100 километров. При неправильных величине или направлении скорости спутник Земли может не выйти на требуемую орбиту, попасть в более плотную атмосферу и сгореть там, как метеор.
Необходимо разрешить ряд сложнейших задач, связанных с проведением исследовательских работ на спутнике, передачей результатов измерений на Землю и поддержанием постоянной радиосвязи со спутником. Малые габариты и малый вес всех приборов и аппаратов — основная характерная особенность постановки этих опытов.
Задача снижения веса конструкции и оборудования — одна из важнейших в авиации. В авиации в этом направлении имеются большие достижения. Там создана так называемая «культура веса», которая оказывает свое благотворное влияние на другие области техники. Однако для космических ракет и для искусственного спутника проблема веса имеет особую остроту и ставится заново. Каждый килограмм веса спутника требует несколько сотен килограммов веса различных вспомогательных конструкций, веса горючего и окислителя.
Для создания космических ракет требуются кардинально новые технические решения, основанные на использовании последних достижений науки и техники с применением полупроводников в радиотехнике, в телеаппаратуре и в точной автоматике. Необходима специальная автоматизированная аппаратура для исследовательских работ. В частности, нужны специальные счетчики Гейгера для изучения свойств космических лучей, счетчики фотонов для восприятия ультрафиолетового излучения Солнца. Особая аппаратура требуется для исследования магнитного поля Земли. Нужны датчики температуры и давления внутри спутника и многие другие приборы.
Чтобы иметь возможность поддерживать длительную радиосвязь со спутником и обеспечивать работу его приборов, на нем должен быть аккумулирован значительный запас энергии. Отсюда возникает необходимость создания легких источников энергии большой емкости.
Для последующего развития техники космических полетов проблема новых источников энергии очень важна. В этой области необходимо продолжать вести многочисленные исследовательские работы.