ШТУРМ НЕБА

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ ПОЛЕТЫ

1Ж змерения, которые может сделать наблюдатель ме - ** теостанции, свидетельствуют о состоянии воздуха только вблизи земной поверхности. Но воздух все время перемешивается. На смену приземному слою приходит воздух из более высоких слоев, а воздух, омывавший поверхность Земли, поднимается вверх. Поэтому пред­сказания погоды, основанные исключительно на назем­ных измерениях, не отличаются большой точностью.

Теперь за состоянием воздуха на различных высотах следят аэрологи. Они регулярно производят метеоро­логические наблюдения до высоты 10—15 и более кило­метров, посылая в атмосферу приборы самописцы и поднимаясь сами на самолетах и аэростатах.

В настоящее время значительно чаще приборы под­нимаются без людей, но полеты с наблюдателем и сей­час используются как надежное средство наиболее пол­ного и всестороннего изучения атмосферы.

Как высоко может подняться человек ео своими при­борами?

Какие аппараты для подъема он может использовать?

Аэростат и стратостат. В 1731 году житель Рязани Крякутной сделал шарообразный мешок, наполнил его дымом и поднялся в воздух. Как повествует летопись, шар Крякутного поднялся «выше березы». Это был первый в мире полет человека на аппарате легче воз­духа.

Шар Крякутного поднялся потому, что наполнявший его теплый дым был легче воздуха. Но дым скоро охлаж­дается, и подъемная сила шара исчезает. Поэтому для подъема человека в воздух стали применять шары, на­полненные легким газом, обычно водородом. Такие аппараты называются аэростатами. С аэростатом свя­зано начало штурма неба — попыток завоевания воз­душного океана. Первый полет аэростата с научной целью был организован в России Академией наук в 1804 году. Его совершил академик Я. Д. Захаров. Он так писал о цели своего полета: «Главный предмет сего путешествия состоял в том, чтобы узнать с большей точностью о физическом состоянии атмосферы и о со­ставляющих ее частях в разных определенных возвыше­ниях оной».

Захаров взял с собой в полет сосуды для проб воз­духа, барометр, термометры, компас и другие приборы. Подъем аэростата состоялся в Петербурге, полет про­должался около 4 часов.

Наибольшая высота, достигнутая аэростатом, соста­вила 2480 метров.

В воздухе Захаров произвел много интересных на­блюдений, проследил, как изменялась температура воз­духа с изменением высоты полета, установил, что на­правление ветра на разных высотах неодинаково. Во время полета были взяты пробы воздуха на различных высотах.

В 1868—1873 годах подобные полеты были организо­ваны академиком М. А. Рыкачевым.

Несколько позднее систематические полеты на аэро­статах с целью изучения атмосферы организовал один из пионеров русской аэрологии М. М. Поморцев. Он собрал ценный материал об изменении температуры и влажности с увеличением высоты и в 1891 году подверг этот материал серьезной научной обработке. М. М. По­морцев сделал одну из первых попыток применить све­дения, полученные при полетах, к решению задач о пред­сказании погоды/

Большое участие в деле изучения атмосферы прини­мал великий русский ученый Д. И. Менделеев. Он дока­зывал необходимость исследовательских полетов. «Для ползающих на дне морском,— говорил он,— неведомы бури поверхности; так же и нам почти неизвестны явле­ния, в верхних слоях атмосферы происходящие».

Менделеев критически изучил и обработал данные, полученные об атмосфере другими исследователями, и пришел к выводу, что температура воздуха не непре­рывно уменьшается с поднятием на высоту. В верхних слоях падение температуры замедляется. Поэтому Мен­делеев предположил, что на некоторой высоте падение температуры прекращается и в верхних слоях она по­стоянна.

В 1901 году это предположение Менделеева блестяще подтвердилось. Многочисленными исследованиями было установлено, что на высоте 8—18 километров (в зави­симости от географической широты) падение темпера­туры с высотой прекращается и в более высоких слоях температура становится постоянной.

Нижний слой воздуха, в котором температура с вы­сотой уменьшается, называется тропосферой. В тропо­сфере воздух перемешивается как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Именно в этом слое разыгрываются явления погоды: образуются облака и туманы, выпадают осадки, возникают грозы.

Наибольшая высота тропосферы — у экватора (16— 18 километров), наименьшая — у полюсов (8—10 кило­метров). У экватора поверхность Земли имеет наиболь­шую температуру. Это обеспечивает прогревание и

Перемешивание воздуха до больших высот, чем над дру­гими участками земной поверхности.

У полюсов, наоборот, господствуют низкие темпера­туры, и поэтому прогревание воздуха распространяется здесь до меньших высот.

Слой, расположенный над тропосферой, называется стратосферой. В нижней части этого слоя температура по высоте не изменяется. Как теперь найдено, постоян­ство температуры наблюдается до высоты примерно 20—25 километров.

Д. И. Менделеев лично принимал участие в исследо­вательских полетах. В 1887 году он решил воспользо­ваться воздушным шаром для исследования атмосферы во время солнечного затмения. В последнюю минуту ока­залось, что шар не сможет поднять и Менделеева и пилота. Тогда ученый решил совершить полет один. Он поднялся в воздух и выполнил намеченные наблю­дения.

В 1875 году для достижения больших высот Д. И. Менделеев предложил прикрепить к аэростату «герметически закрытый оплетенный упругий прибор для помещения наблюдателя, который будет тогда обес­печен сжатым воздухом и может безопасно для себя де­лать определения и управлять шаром». На таком аэро­стате можно подниматься значительно выше, чем на обычном. Аэростат с герметически закрытой кабиной для наблюдателей получил название стратостата.

Менделеев составил план работы по изучению боль­ших высот, которые можно выполнить с помощью стра­тостата. Но царское правительство не предоставило уче­ному необходимых средств, и он не смог осуществить своей идеи. Только через полвека появились первые стратостаты.

Советские исследователи широко использовали стра­тостат для изучения атмосферы.

30 сентября 1933 года воздухоплаватели Прокофьев, Бирнбаум и Годунов на стратостате «СССР-1» достигли высоты 19 километров. Взятые на различных высотах пробы воздуха позволили заключить, что состав его на достигнутых высотах такой же, как и у поверхности Земли.

30 января 1934 года советские воздухоплаватели Фе - досеенко, Ваеенко и Усыскин совершили исследователь­ский полет па стратостате «С-ОАХ-1», построенном ле­нинградским Осоавиахнмом, и достигли высоты 22 кило­метров.

Более высокие слои атмосферы для стратостатов недоступны. Чем ограничена высота их подъема?

Стратостат поднимается вверх до тех пор, пока подъ­емная сила, определяемая количеством газа в оболочке, превышает его вес. Поэтому стратостат поднимается тем выше, чем больше объем его оболочки с газом и чем меньше его вес. Чтобы общий вес стратостата был как можно меньшим, для заполнения оболочки используют самый легкий газ — водород. Оболочку делают обычно из легкой и прочной, непроницаемой для газов, проре­зиненной ткани.

Чтобы создать подъемную силу, достаточную для поднятия в высокие слои атмосферы нескольких иссле­дователей с приборами, нужна оболочка огромных раз­меров. Например, оболочка стратостата «С-ОАХ-1» имела диаметр около 36 метров и объем около 25 тысяч кубических метров. Подъем на большие высоты потре­бовал бы еще больших размеров оболочки.

Чем выше предполагается подъем стратостата, тем больше должен быть размер оболочки при одинаковом количестве газа, впущенного в нее перед полетом. Од­нако, как ни стремятся уменьшить вес стратостата, вес оболочки с увеличением ее размеров возрастает и для некоторой высоты будет больше подъемной силы газа. Это — предельная высота для стратостата. Стратостаты выпускают и без наблюдателей. В этом случае их обо­рудуют приборами, действующими автоматически. Та­кие автоматические стратостаты достигают высот боль­ших, чем обычные.

Аэростаты и стратостаты сыграли важную роль в из­учении атмосферы. Они помогли установить состав воз­духа и закономерности изменения температуры и давле­ния до высоты 22 километров; оказалось, что в средних широтах до высоты И километров температура воздуха непрерывно уменьшается, на высоте И километров до­стигает в среднем 55 градусов ниже нуля и дальше остается примерно постоянной. Состав воздуха &о вы­соты 22 километров практически неизменен.

Аэростатами пользуются и сейчас для исследования атмосферы. Как средство для воздушных сообщений бйй йе Применяются, так как неуправляемы, йо аэроЛогй используют способность их перемещаться вместе с дви­жущейся массой воздуха.

Чтобы наблюдать, какие изменения происходят в воз­духе при его перемещении, лучше всего «путешество­вать» вместе с ним. Здесь неуправляемость аэростата, его покорность ветру становится очень ценным каче­ством.

Исследованиями этого рода занимается у нас Цент­ральная аэрологическая обсерватория. Во время одного

Из исследовательских полетов пилот Б. А. Невернов и аэролог С. С. Гайгеров совершили полет на аэростате от Москвы до Новосибирска за 69 часов. В октябре 1950 года воздухоплаватели обсерватории С. А. Зино - веев, С. С. Гайгеров и М. М. Кирпичев провели еще бо­лее длительные исследования на аэростате, пролетевшем за 84 часа из Москвы в район Алма-Аты.

Самолет. Первый самолет, способный подняться в воздух, был создан нашим соотечественником Александ­ром Федоровичем Можайским. Испытание этого само­лета состоялось в 1882 году.

Самолет — аппарат тяжелее воздуха. Крылья его расположены так, что во время полета под крыльями давление воздуха больше, чем над ними. Разность дав­ления воздуха на нижнюю и верхнюю поверхности крыльев создает подъемную силу, направленную вверх. Эта сила и держит самолет в воздухе (рис. 8).

С каждым годом самолеты становятся все более со­вершенными. Наибольшая высота подъема — «потолок» самолета — растет из года в год. В 1925 году рекордная высота подъема самолета несколько превышала И ки­лометров, в 1935 году она составляла около 14, в 1950 го­ду— 18 километров, а сейчас — значительно больше.

Изучение атмосферы на разных высотах с точки зре­ния возможности пребывания на них человека показали, что подъем на высоту до 3 километров можно совершать в открытых кабинах и без кислородных масок. Подъем на высоту 7—9 километров возможен в открытых каби­нах, но с кислородными приборами. Однако такой полет требует предварительной тренировки. Полет на высоту больше 12 километров возможен только в особых герме­тически закрытых кабинах или в специальных костю­мах — скафандрах.

Отсутствие герметических кабин долгое время пре­пятствовало полетам самолета на большой высоте. Около двадцати лет назад советский конструктор

А. Щербаков создал первую герметическую кабину. Во время полета в кабину непрерывно подается из баллона кислород, а накапливающиеся в ней углекислый газ и влага поглощаются специальным аппаратом.

Метеорологи широко используют самолеты для ис­следований в тропосфере, где формируется погода. Са­молет помогает собирать сведения о погоде на большом пространстве в короткий срок.

Погода играет большую роль при планировании бое­вых операций. А для того чтобы предвидеть погоду, надо знать состояние атмосферы на огромных пространствах. Во время Великой Отечественной войны враг держал в секрете сведения о состоянии атмосферы на своей тер­ритории. Здесь большую услугу метеорологам оказали самолеты, летая во вражеский тыл для разведки погоды.

Высоту подъема летательного аппарата можно уве­личить, если использовать на нем ракетный двигатель, не требующий для своей работы атмосферного воздуха. Идея такого летательного аппарата была впервые вы­сказана и обоснована в 1881 году революционером Н. И. Кибальчичем, участником убийства Александра II. Находясь в заключении в крепости, он предложил «проект воздухоплавательного прибора», основанного на реактивном принципе. Проект Кибальчича царские жандармы подшили в его судебное дело, и он много лет пролежал в архиве департамента полиции.

Проанализировав возможные способы для получения тяги на летательном аппарате, Кибальчич предложил

Использовать для этих целей силу взрывчатых веществ. Такой ракетный двигатель может работать на любой высоте. Сейчас мы можем с помощью ракетных аппара­тов посылать автоматически работающие приборы на очень большие высоты.