ШТУРМ НЕБА

ИССЛЕДОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ С ПОМОЩЬЮ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ

октября 1957 года впервые в истории человечества был запущен искусственный спутник Земли, создан­ный трудами советских ученых, инженеров и рабочих. Появился новый тип исследователя атмосферы, на воз­можность создания которого К. Э. Циолковский указы­вал еще в 1895 году. Искусственный спутник, как ис­следователь атмосферы, выгодно отличается от других аппаратов тем, что он многократно проходит через одни и те же высоты; это позволяет много раз измерять одни и те же величины и тем самым повысить точность замера. Искусственные спутники позволили вести иссле­дование самых верхних слоев атмосферы, куда до них не залетал еще ни один летательный аппарат.

Как летает искусственный спутник и каким образом осуществляется его запуск?

Полет спутника подчиняется законам движения не­бесных тел. Если бы пе было силы земного тяготе­ния, то после сообщения спутнику некоторой скорости он перемещался бы прямолинейно. Притяжение Земли искривляет его путь и заставляет двигаться вокруг Земли. Когда траектория полета спутника искривляется, возни­кает инерционная сила, называемая центробежной, кото­рая отталкивает его от Земли. Если привязанный к ве­ревке камень вращать вокруг руки, то растягивающая веревку сила и будет центробежной. Ее величина за­висит от скорости вращения. При увеличении скорости камень может оборвать веревку и улететь от центра вращения. При полете спутника со скоростью около
8 километров в секунду на высоте в несколько сотен ки­лометров центробежная сила уравновешивает силу тя­жести спутника, и потому он длительно может летать вокруг Земли. Если в момент запуска скорость спутника превышает величину, при которой эти силы уравнове­шиваются, спутник будет летать по вытянутому кругу — эллипсу (рис. 14), то есть сначала он будет удаляться от Земли, а затем, потеряв скорость, приближаться к ней с возрастающей скоростью.

Наименьшая высота полета первого искусственного

Спутника Земли — 228 ки -

Лометров, наибольшая — 947 километров. Второй советский искусствен­ный спутник Земли, запу­щенный 3 ноября 1957 го­да, имел наименьшую вы­соту траектории 225 кило­метров, наибольшую — 1671 километр. Наиболь­шая высота подъема третьего советского ис­кусственного спутника, запущенного 15 мая 1958 года, составила 1881 километр.

Если начальную ско­рость запуска спутника еще увеличить, то наи­высшая точка его подъе­ма будет удаляться от Земли. При скорости

11,1 километра в секун­ду спутник будет отходить от Земли на расстоя­ние более 380 ООО километров, т. е. удаляться за орбиту Луны.

Спутник, который хоть на небольшом участке своего пути пролетает через атмосферу, имеет ограниченный срок жизни. Благодаря сопротивлению воздуха спутник постепенно снижается. Когда он войдет в плотные слои атмосферы, то разрушится и сгорит. Первый советский искусственный спутник Земли просуществовал 92 су­ток и облетел вокруг Земли около 1400 раз. Второй со­

Ветский искусственный спутник летал вокруг Земли более Б месяцев и совершил около 2370 оборотов.

Полет спутника совершается по инерции без уча­стия двигателей. Но для подъема на высоту и для сооб­щения ему первоначальной скорости необходим ракетный летательный аппарат. Обычная ракета уже не мо­жет выполнить эту задачу. Искусст­венные спутники Земли запускают с помощью «ракетного поезда» — составной ракеты. Еще в 1929 году в работе «Космические ракетные по­езда» Циолковский описал устрой­ство предлагаемой им составной ра­кеты.

Составная ракета представляет со­бой несколько отдельных ракет, соеди­ненных одна с другой подобно вагонам поезда (рис. 15).

Ракеты работают последователь­но одна за другой, начиная с нижней ступени. Ракета, использовавшая свое топливо, отсоединяется от поезда и падает на Землю. В это же время начинает работать двигатель следую­щей ступени. Полезную нагрузку мо­жет иметь только головная ступень.

К моменту начала работы двигателя этой ступени большая часть корпуса ракеты, пустые баки и использован­ные двигатели уже отброшены и не мешают ее движению.

ПОЭТОМУ ГОЛОВНая Ступень ракет - альпая~схема трёх-

НОГО поезда может достичь значитель - ступепчатой ракеты

НО больших ВЫСОТ И скоростей, .чем со спутником В ГО -

Ловнои ступени, простая ракета. ^

Первый советский искусственный спутник Земли по­казан на рисунке 16. Его оболочка выполнена в виде шара из алюминиевого сплава и заполнена газом азотом. Благодаря циркуляции азота между аппара­турой, расположенной внутри спутника, и оболочкой внутри ее поддерживалась температура, обеспечивавшая нормальную работу радио и электрооборудования, Внутри

Спутника располагались 2 радиопередатчика и батареи для их питания. К наружной поверхности спутника при­креплялись четыре стержня-антенны радиопередатчиков. Вес спутника 83,6 килограмма.

Второй советский искусственный спутник Земли не отделялся от головной ступени ракеты. Его вид показан на рисунке 17. В передней части спутника расположен прибор для исследования ультрафиолетового излучения Солнца, далее — шаровой контейнер*) с радиоаппара­турой и батареями для их питания, а затем — контейнер

С подопытной собакой Лайкой. Кроме того, на спутни­ке ихмелись приборы для исследования космических лу­чей. Все эти приборы во время подъема ракеты были за­крыты защитным конусом, который после выведения спутника на орбиту сбрасывался. Общий вес аппара­туры и подопытного животного составлял 508,3 кило­грамма.

Вес третьего советского искусственного спутника 1327 килограммов. Это — крупная научная лаборатория. Спутник имеет форму конуса с высотой 3,57 и основа­нием 1,73 метра. Его вид показан на рисунке 18.

♦)' Контейнер — металлический ящик, в котором размещается исследовательская аппаратура.

На спутнике размещается большое число приборов и аппаратов. Здесь есть приборы, измеряющие темпера­туру, давление и состав атмосферного воздуха, аппара­тура для изучения космических лучей и счетчик числа

Ударов метеорных частиц о поверхность спутника, при­боры для изучения магнитного и электрического полей Земли.

Создатели третьего спутника многое сделали для того, чтобы исследование продолжалось достаточно боль­шое время, а собранные сведения полностью попали в руки ученых. В течение всего времени работы аппара­туры температура внутри спутника изменялась в преде­лах от 15 до 22° Цельсия, то есть не больше, чем в жи­лом помещении.

Чтобы уменьшить вес электрических батарей и уве­личить срок их службы, вместо обычных свинцовых уста­новлены серебряно-цинковые аккумуляторы. Но и они

Могут питать аппаратуру непродолжительное время. По­этому, кроме аккумуляторов, спутник снабжен солнеч­ными батареями: на поверхности спутника расположены кремниевые пластинки, которые превращают часть па­дающей на них солнечной энергии в электрическую. Бла­годаря солнечной батарее радиопередатчик третьего спутника по истечении года полета еще надежно рабо­тал. Спутник пролетает над большей частью земной по­верхности. Поэтому трудно создать столько наземных станций, чтобы принять все радиосигналы спутника. Чтобы все сведения, которые соберет спутник, попали к исследователям, на третьем спутнике установлено за­поминающее устройство. Показания приборов, преобра­зованные в электрические сигналы, попадают в запоми­нающее устройство, которое передает их через радио­передатчик на Землю только во время прохождения спутника над наземной принимающей станцией.

Спутники положили начало исследованию верхних слоев атмосферы путем непосредственных замеров при­борами. Эти исследования еще далеко не закончены, но уже сейчас получено много интересных результатов.

Масс-спектрометры, установленные на спутниках, по­зволили определить химический состав верхних слоев ат­мосферы. Оказалось, что на высотах от 230 до 950 кило­метров преобладают частицы атомарного кислорода. Зна­чительно меньше обнаружено частиц атбмарного азота.

Наблюдения над торможением спутников при про­хождении высоты 226—228 километров показали, что плотность воздуха на этой высоте составляет три деся­тимиллионных доли грамма в кубическом метре. По замеру давления на высоте 266 километров определили, что плотность воздуха на этой высоте в 10 миллиардов раз меньше, чем у поверхности Земли, а при подъеме еще на 100 километров она уменьшается в 10—12 раз.

Полет спутников в верхних слоях атмосферы пока­зал, что мелкие метеоры не представляют для них боль­шой опасности. На каждый квадратный метр поверх­ности спутника за сутки приходится около одной сто­тысячной доли грамма метеорного вещества.

Изучение космических лучей показало, что их интен­сивность с увеличением высоты полета возрастает. С увеличением высоты от 225 до 700 километров интен­сивность космических лучей возрастает в 1,4 раза.