Начиная чуть ли не со времен Галилея, когда люди узнали о существовании у некоторых планет нескольких спутников, многие астрономы пытались ответить на вопрос, является ли Луна единственным спутником нашей Земли. Неоднократно появлялись сообщения о том, что обнаружен второй спутник нашей планеты, невидимый простым глазом и трудно различимый в телескопы из-за своих слишком малых размеров. Однако проверка таких сообщений всегда опровергала их. Второй спутник нашей планеты не обнаружен и до сегодняшнего дня. По всей вероятности, такого спутника сколь-либо значительной величины Земля не имела и не имеет. Но обязательно будет иметь в будущем. И возможно, не одну, а много искусственных лун, созданных с самыми разнообразными целями, разной величины, движущихся по разным орбитам и на разных расстояниях от Земли.
Видимо, будут среди этих искусственных спутников и гигантские — целые космогорода, со своими оранжереями; гелиоэлектростанциями, астрономическими обсерваториями, может быть, с ресторанами и гостиницами для транзитных пассажиров. И будут скромные спутнички-малютки весом всего в несколько десятков килограммов, отправленные учеными, вооружившими их специальными приборами, на разведку какой-нибудь из тайн космоса. И, конечно, первым искусственным спутником нашей Земли будет не гигантский космогород, а крошечный автоматический разведчик.
Создать такой спутник Земли можно уже при современном уровне развития техники. Во многих странах мира разработаны даже проекты таких спутников и проекты ракет для отправки этих спутников на их круговую траекторию.
Во всяком случае недалек тот день, когда, взревев реактивными моторами, рванется в синее небо гигантская ракета высотой метров в 45 и шириной метров в 10. Сначала медленным будет ее подъем, как и у всякой ракеты в первые мгновения полета. Затем, отполыхав струями раскаленных газов, она прорежет небо и, превратившись в едва заметную точку, растворится в его прозрачной голубизне.
Проследим дальше за нашей ракетой. Вот иссякло все горючее первой ступени, съеденное прожорливыми реактивными двигателями. Автоматически отцепляется ее огромный корпус. Он еще летит по инерции вверх, но как быстро удаляется от него вторая ступень ракеты, беззвучно полыхающая в разреженном воздухе стратосферы огненной струей из своего реактивного двигателя!
Потеряв всю скорость инерции, заторможенная к тому же сопротивлением воздуха, на мгновение застывает неподвижно первая ступень ракеты и начинает падать вниз. Уже добрая сотня километров разделяет вторую и первую ступени. И все выше и выше дерзко рвется эта легкая, получившая большую скорость от работы своего предшественника вторая ракета. До какой высоты сможет она подняться? Обычная достигаемая составными двухступенчатыми ракетами высота лишь не намного превышает 400 километров. Значит, еще около 100 километров пути вверх предстоит пролететь ракете.
Но что это происходит с ней? Внезапно отклоняется в сторону бившая до сих пор вертикально вниз газовая струя, и ракета, совершив пологий поворот, ложится на параллельный поверхности Земли курс. Газовая струя вылетает строго горизонтально. Автоматы повернули ракету? Или команду ее механизмам передали с Земли?
И сразу же еще одно превращение происходит с ракетой, летящей с огромной скоростью на высоте 320 километров над земной поверхностью. Оказывается, ракета состояла не из двух, а из трех ступеней. И эти ступени разделились. Медленно снижаясь, по очень пологой дуге движется мертвая, пустая вторая ступень. Но зато, еще и еще увеличивая скорость, летит, подобная метеору, третья ступень ракеты. И когда последняя капля горючего из ее баков в виде тонкой струйки раскаленного газа выбрасывается в ионосферу, ракета приобретает скорость в 7650 метров в секунду — круговую скорость движения. Мы уже говорили, что двигающееся с круговой скоростью по соответствующей орбите тело вечно падает и никогда не может упасть на Землю. Видимо, такой будет и судьба этого остроконечного, похожего на обломок карандаша остатка трехступенчатой могучей ракеты.
Но, видимо, еще не все превращения, какие должны были совершиться с нашей ракетой, уже с ней совершились. Летящая со скоростью, почти невообразимой на поверхности Земли, скоростью, которую мы называем круговой, третья ступень ракеты вдруг раскрывается на две части. На ее половинках лежит, сверкая полированной алюминиевой и пластмассовой поверхностью, небольшой шар.
Этот шар и есть первый искусственный спутник нашей планеты — ее вторая Луна, при рождении которой мы сейчас присутствовали.
Новорожденная Луна, как и всякое небесное тело, имеет два главных движения. Она движется вокруг Земли и вертится вокруг своей оси. Она похожа на волчок, брошенный в космическое пространство.
Советский ученый профессор Г. И. Покровский предлагает несколько иной способ запуска искусственного спутника на его орбиту. Его предложение еще упрощает задачу создания первого искусственного спутника. Для этой цели он предлагает использовать могучую энергию, колоссальные скорости, которых позволяет достичь направленный кумулированный взрыв.
Мы уже говорили о том, что в последние десятилетия ученые нашли способ концентрировать энергию большой массы взрывчатого вещества в узком объеме. Для этого заряду придается специальная форма — в нем делается узкое конусообразное углубление, по поверхности которого и происходит стремительное горение взрывчатого вещества. Распространяющиеся перпендикулярно к плоскости горения газы сходятся в одном центре, как сходятся в одном фокусе солнечные лучи, упавшие на вогнутое зеркало телескопа. В этом центре происходит чрезвычайно высокая концентрация энергии и струйка раскаленных газов приобретает скорость в несколько десятков километров в секунду.
Вот такой заряд взрывчатых веществ и предлагает поднять в головном отсеке двухступенчатой ракеты профессор Покровский. Когда ракета достигнет высоты 350–450 километров — потолка, на который пока может подняться современная жидкостная двухступенчатая ракета, — автоматически производится взрыв этого заряда. В яростном пламени кумулированной струйки вылетит параллельно поверхности Земли ее первый искусственный спутник — величиной с биллиардный шарик. Конечно, внутри его не будет никаких приборов. Но, наблюдая в телескопы за его полетом, ученые смогут получить некоторые данные о сопротивлении воздуха его движению вокруг Земли — как раз те данные, которые будут так необходимы при запуске более крупных спутников с приборами и людьми.
Конечно, искусственного спутника большей, чем биллиардный шарик, величины, а тем более искусственного спутника с приборами и людьми таким способом запустить не удастся. Но, возможно, что кумулированный взрыв будет использоваться при запуске некоторых видов искусственных спутников и большей величины, но не как основная сила, которая придает ему всю необходимую для движения по круговой орбите горизонтальную скорость, а как последний толчок, который выбросит искусственный спутник из третьей ступени ракеты, прибавив к скорости, набранной работой реактивных двигателей, небольшую недостающую до круговой скорость.
Яростная сила кумулятивного заряда выбросила искусственный спутник — массивный стальной шар — параллельно земной поверхности.
АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ
На расстоянии 320 километров от Земли атмосфера находится в таком разреженном состоянии, что практически она не будет оказывать почти никакого сопротивления движущимся в ней, даже с очень высокой скоростью, телам. Мы сказали «почти» не случайно. Небольшое сопротивление она все-таки оказывает. Вот алюминиевый шар искусственной луны соскочил с раскрытых половинок ракеты и начал их медленно обгонять. Видимо, его аэродинамическая форма несколько лучше и сопротивление, оказываемое ему в полете, меньше, чем остаткам ракеты. Но в течение еще сравнительно длительного времени они движутся почти рядом…
Скорость искусственной луны огромна; мы уже говорили, что она равна 7650 метрам в секунду, что составляет около 27500 км/час. Значит, вокруг земного шара полный оборот она сделает меньше чем за полтора часа. А в сутки эта искусственная луна будет восходить и заходить 16 раз. По утрам и вечерам ее, освещенную лучами уже закатившегося Солнца, можно будет увидеть в бинокль или небольшой телескоп. Можно будет увидеть в темносинем закатном небе первое космическое тело, созданное мыслью и руками человека. Познакомимся с «населением» этой искусственной планеты, посмотрим, каким целям она служит.
Искусственная луна представляет собой полый алюминиевый шар диаметром несколько более полуметра. Когда перед назначением в земные луны инженеры взвесили его в лаборатории, он весил вместе со всем оборудованием, размещенным у него внутри, чуть больше 40 килограммов. Большую часть этого веса составляет именно оборудование.
Искусственная луна движется вокруг земного шара по своеобразной траектории. Она проходит над обоими земными полюсами, и при том таким образом, что затмения этого спутника Землей в первые дни его полета случиться не может. Новая луна ни на мгновение не погружается в земную тень; она скользит по вечерним и утренним зорям, всегда оставаясь освещенной Солнцем.
Это, конечно, не случайно и вызывается двумя обстоятельствами. Во-первых, тем, что изучение радиации излучения Солнца является одной из важнейших задач, поставленных перед ее приборами. Во-вторых, потому, что Солнце дает энергию для работы всех ее приборов.
Искусственная луна стремительно вращается вокруг своей оси. Это вращение ей сообщили на Земле еще до вылета ракеты, забросившей ее сюда, в космическое пространство. А кроме того, она снабжена небольшими выступами, расположенными так, что даже очень небольшое давление атмосферы на эти выступы сообщает искусственной луне дополнительное вращение, раскручивает ее.
Один из проектов автоматического искусственного спутника Земли. Спутник имеет вполне реальную ось, вокруг которой вращается таким образом, чтобы при своем движении вокруг Земли всегда оставаться обращенным к Солнцу одной стороной. Эта ось 1 служит и антенной радиопередатчика и помещением для аппаратуры: счетчика космических лучей 2, счетчика свободных электронов 3 и т. д. Обращенная к Солнцу сторона спутника представляет собой прозрачную линзу 4, концентрирующую лучи Солнца на поверхности гелиоэлектростанции 5. Кроме того, в ней есть отверстие для аппаратуры, исследующей ультрафиолетовое излучение Солнца 6 и рентгеновы лучи 7. Внутри спутника установлены аккумуляторы 8, радиопередатчик 9, шифрующая аппаратура 10. Запись показаний приборов ведется на магнитной ленте, растянутой на зубчатом ободе 11 с помощью записывающей головки 12. Обод вращает мотор 13 через редуктор 14.
Эта забота о том, чтобы первый же искусственный спутник, созданный человеком, приобрел все формы движения, свойственные небесным телам, созданным самой природой, тоже, конечно, не случайна. Это обеспечивает искусственной луне устойчивость положения, гарантирует, что к лучам Солнца она всегда повернута одной стороной, точнее, одним полюсом. У этой крошки, как видим, есть даже полюса…
Вся освещенная солнечными лучами сторона искусственного спутника накрыта пластмассовой линзой, концентрирующей лучи Солнца на фотоэлектрической батарее, вырабатывающей электрический ток. Этот ток производит постоянно подзарядку небольших аккумуляторов, питающих энергией всю аппаратуру искусственного спутника. Такова гелиоэлектростанция — энергетическое сердце искусственной луны.
В обращенной к Солнцу ее пластмассовой линзе есть два отверстия. Одно из этих отверстий закрыто линзой из кварца, отлично пропускающего ультрафиолетовые лучи. Прибор, фиксирующий и записывающий их общую интенсивность, изучающий спектр ультрафиолетовых лучей, размещен как раз за этим отверстием.
Другое отверстие закрыто пластинкой из бериллия. Какие же лучи солнечного спектра смогут пройти сквозь столь непрозрачную металлическую пластинку? Только рентгеновы. Работу аппаратуры для исследования излучения Солнцем рентгеновых лучей и обеспечивает это отверстие, прикрытое бериллиевой шторой.
На поверхности искусственного спутника есть и еще одно отверстие — в области «экватора». В это отверстие открывается устройство для создания… дымовой завесы, дымового облака из паров металлического натрия, посредством которых можно бы было обнаружить местонахождение спутника на небе. Центробежная сила разбросает вырывающиеся из отверстия пары металлического натрия; их облачко, освещенное лучами заходящего Солнца, будет хорошо видно с Земли.
Если поднять крышку и посмотреть, какие еще аппараты находятся внутри нашей искусственной луны, мы удивимся их количеству и разнообразию. Здесь мы найдем и счетчики гамма-лучей и космических лучей, приборы для изучения излучений полярных сияний, счетчик электронов, магнитометр для исследования магнитного поля Земли. А у полюса, противоположного тому, который обращен к Солнцу, разместился целый узел связи.
Прежде всего вершиной этого полюса служит алюминиевый штырь довольно значительной длины. Этот штырь делает искусственную луну похожей на проткнутое карандашом яблоко. А служит он в качестве антенны. Ведь искусственному спутнику необходимо регулярно поддерживать связь с Землей, иначе не будет смысла создавать его.
Исследовательская аппаратура, размещенная в искусственном спутнике, ведет непрерывную запись показаний. Эти показания зашифровываются системой радиосигналов и поступают на передающую радиостанцию. Приборы ведут наблюдения непрерывно, а передающая станция включается периодически — через каждые 45 минут. Итоги 45-минутных исследований многочисленных приборов будут сообщаться на Землю в короткой 30-секундной передаче. Время передачи следует предельно сократить, так как она требует больших затрат энергии, которая возмещается довольно медленно. Если не выключать радиопередатчик, аккумуляторы разрядятся и приостановится работа всех приборов.
Таково внутреннее и внешнее устройство внеземной автоматической научно-исследовательской лаборатории, которой и будет по существу являться наша искусственная луна.
Примерно такой проект разработал в деталях американский ученый проф. Зингер. По его мнению, ни о каком военном использовании такой луны не может быть и речи, — она слишком мала для этого. Искусственная луна — оружие науки и прогресса, а не оружие истребления человечества.
Трудно сказать, в течение какого времени сможет оставаться автоматическая лаборатория искусственным спутником Земли. Хотя сопротивление разреженной атмосферы и незначительно, но она все же будет его испытывать и медленно терять скорость движения. А потеряв скорость, она будет снижаться, попадая во все более плотные слои атмосферы, которые все сильнее будут ее тормозить. И наконец, раскалившись от трения о воздух, она, как метеор, сгорит в вечернем небе.
По предположениям проф. Зингера, первый искусственный спутник просуществует в течение нескольких недель. Менее оптимистично настроенные ученые считают, что он сможет сделать едва один-два десятка оборотов вокруг земного шара, то есть продолжительность его жизни в космосе будет измеряться только часами и днями. Но и в том и другом случае научная возможность и ценность такого опыта несомненны.
Проект проф. Зингера — отнюдь не единственный в своем роде. В августе 1955 года на международном конгрессе астронавтов в Копенгагене немецкий специалист в области ракетного дела — Эрике, работающий в США, доложил о своем проекте искусственного спутника, проектируемого для меньших высот — всего в 150 километров. Трение об атмосферу, которая здесь более плотна и оказывает большее сопротивление, чем на высоте 300 километров, предполагается компенсировать за счет периодического дополнительного сжигания топлива в ракетных двигателях. По расчетам Эрике, для облета один раз вокруг Земли спутнику понадобится всего 15 килограммов смеси бензина и кислорода.
За луной-2 на разведку крайних слоев атмосферы и ближайших к Земле областей космического пространства отправятся луна-3, луна-4 и т. д. Разнообразнейшие задачи будут поставлены перед этими искусственными лунами. По мнению акад. Седова, уже сейчас имеется возможность создания искусственных спутников различных размеров и веса.
Одни из них будут заниматься исключительно исследованием направлений воздушных течений, степени ионизации и других явлений в верхних слоях ионосферы, а также вляния их на погоду. Сигналов от этих искусственных лун будут ждать метеорологи. Данные их исследований помогут им уточнить свои долгосрочные прогнозы погоды.
Другие искусственные луны, используя крайние области атмосферы как огромную аэродинамическую трубу, будут заниматься вопросами аэродинамики, торможения в условиях сверхвысоких разрежений и сверхвысоких скоростей. Конструкторы будущих космических ракет будут первыми интересоваться результатами этих опытов. Ведь для них чрезвычайно важно, как мы говорили уже, обеспечить торможение космического корабля при посадке на планету именно трением в высших слоях атмосферы. От результатов этих опытных исследований зависит очень многое в судьбе космических полетов…
Биологи превратят искусственный спутник в оранжерею. Ведь им тоже важно знать, как влияют на всхожесть семян и на развитие растений те или иные составляющие внеземной радиации, какие меры надо предпринять, чтобы обеспечить наиболее интенсивную работу листьев по кругообороту кислорода. Без этих опытов также невозможно будет отправиться даже в самый первый космический рейс.
Врачи отправят в серию кругосветных полетов мышей, кроликов, обезьян. Вот когда станет по-настоящему возможным изучение длительного влияния невесомости на живой организм, изучение влияния космической и ультрафиолетовой радиации на прохождение различных жизненных процессов. Все это тоже опыты, которые необходимо поставить, прежде чем в космическое пространство отправится первый человек.
Итоги всех этих исследований, которые займут, по всей вероятности, не один год, а может быть, и не одно десятилетие, бесспорно, обогатят нашу науку, позволят значительно двинуть вперед метеорологию, геофизику, аэродинамику. Возможно, в ходе этих исследований будет открыто, какое-нибудь явление природы, которое произведет революционный переворот в той или иной области науки или техники. Но самое главное — они откроют широкую возможность развития космических полетов.
В ходе этих опытов будут найдены, разработаны и проверены методы борьбы с вредным влиянием некоторых составляющих космической радиации, методы борьбы с метеоритами, уточнены вопросы отопления, освещения, использования в полете энергии Солнца и многое другое… Конечно, астронавтика не будет ждать, когда будут найдены ответы на все вопросы. Тотчас же за первыми удачными полетами животных в космическое пространство отправится человек. Искусственные спутники — новые луны станут обитаемыми.