ШТУРМ НЕБА

РАКЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ]

Мы уже знаем, что самолет не может летать без воз - духа. Воздух необходим и для полета аэростата и шара-зонда. Ракета же не нуждается в воздухе. Больше того, атмосферный воздух только мешает ее полету, создавая сопротивление ее переме­щению и несколько ухудшая работу двига­теля.

Внешний вид ракеты показан на рисун­ке 13. В камеру сгорания подается горючее (например, керосин) и окислитель (напри­мер, азотная кислота). При горении обра­зуются газы, которые вытекают с большой скоростью из камеры через отверстие в ее задней стенке. В результате возникает сила тяги, направленная в сторону, противопо­ложную движению продуктов сгорания. Чтобы ракета могла лететь вверх, необхо­димо, чтобы сила тяги превышала вес ра­кеты.

Ракетный двигатель работает и в атмос­фере и в безвоздушном пространстве. Более того, при отсутствии атмосферы сила тяги Рис 13. Внеш - ракеты увеличивается и исчезает сопротив -

Ний вид ра - ление воздуха, тормозящее движение. Это

Кеты. не значит, что ракета может достигнуть

Любой высоты. Наибольшая высота подъе­ма ракеты зависит от совершенства двигателя и самой ракеты, а также от вида применяющегося топлива.

Еще в 1903 году знаменитый русский ученый

К. Э. Циолковский опубликовал работу «Исследование мировых пространств реактивными приборами». В этой работе Циолковский предложил применить для реактив­ного двигателя жидкое топливо, как наиболее удобное для высотных полетов, и дал первую схему ракеты с жидкостно-реактивным двигателем.

«В качестве исследователя атмосферы,— писал Циол­ковский,— предлагаю реактивный прибор, то есть род ракеты, но ракеты грандиозной и особенным образом устроенной...».

В нашей стране первый подъем исследовательской ракеты состоялся в 1933 году, а начиная с 1949 года подъем ракет для изучения атмосферы производится систематически на высоты от нескольких десятков до двухсот километров. Ракеты для исследования атмо­сферы называются метеорологическими. 21 февраля 1958 года советская геофизическая ракета достигла ре­кордной высоты — 473 километров. Она подняла с со­бой приборы, радиопередающие устройства и источники питания с общим весом 1520 килограммов.

В соответствии с программой Международного гео­физического года советские ученые запускают исследо­вательские ракеты не только на территории нашей стра­ны, но также и в Антарктиде.

Скорость перемещения ракеты в полете определяется с помощью радиолокатора. Направление ее движения поддерживается автопилотом. Если из-за порыва ветра или из-за неравномерности в работе двигателя она нач­нет отклоняться от заданного курса, автопилот, воздей­ствуя на рули, заставит ее следовать по заданному курсу.

В метеорологической ракете полезный груз состоит из приборов для измерения температуры, давления и влажности воздуха, фотокамеры для фотографирования Земли, приборов для исследования солнечного излуче­ния и многих других.

Во время полета ракеты приборы автоматически делают измерения, которые могут передаваться по ра­дио на Землю. Но передать можно далеко не все. На высоте взята проба воздуха, и ее надо доставить в лабо­раторию. При полете на большой высоте сделан снимок Солнца — он тоже должен быть доставлен на Землю невредимым. При ударе ракеты о земную поверхность она разрушается. После падения одной исследователь­ской ракеты в пустыне ее головку нашли на глубине

7,6 метра. Чтобы при обратном спуске приборы не по­вредились, та часть ракеты, где они размещены, спу­скается на парашюте. Это может быть обычный шел­ковый парашют в виде зонта или парашют в виде вращающихся лопастей. Встречный поток воздуха за­ставляет лопасти вращаться, при этом возникает подъ­емная сила, замедляющая падение.

Итак, ракета поднимается выше всех других лета­тельных аппаратов. Какие же новые сведения об атмо­сфере помог получить человеку этот неодушевленный исследователь?

Ракеты собрали цепные сведения о составе атмо­сферы. Долгое время ученые считали, что с увеличением высоты количество самого тяжелого газа в воздухе — кислорода — должно уменьшаться, а содержание лег­кого газа — водорода, который у поверхности Земли имеется в виде ничтожной примеси, должно непрерывно возрастать.

Ракетные полеты показали, что расслоения атмо­сферы по удельным весам газов не наблюдается. До высоты 100 километров состав воздуха изменяется весьма незначительно. Лишь в слабой степени выше 20—30 километров намечается относительное уменьше­ние кислорода сравнительно с азотом и некоторое убы­вание тяжелых газов: аргона и углекислоты. Исследова­ния, выполненные советскими учеными с помощью масс - .спектрометров, показали, что на высоте 100—200 ки­лометров преобладают частицы окиси азота (хими­ческое соединение кислорода с азотом), а еще выше за­регистрированы частицы кислорода в виде отдельных атомов.

Во время ракетных полетов отмечено очень резкое уменьшение давления с подъемом на высоту. На высоте 80 километров замерено давление в одну сотую долю миллиметра ртутного столба, а на высоте 260 километ­ров— в одну десятимиллионную долю миллиметра ртут­ного столба.

Ученые и до применения ракет предполагали, что температура в стратосфере сохраняется примерно неиз­менной только до некоторой высоты, а затем начинает повышаться. Исследовательские полеты ракет подтвер­дили это предположение. Оказалось, что после высоты в 20—25 километров, где воздух охлажден примерно до —55°, наблюдается повышение температуры; на высоте 50—60 километров она достигает около 0° Цельсия. В более высоких слоях температура снова понижается и на высоте около 80 километров равна около —65°.

На высоте больше 100 километров температура воз­духа снова возрастает и на высоте 250—300 километров она доходит до +500—600° Цельсия.

Исследовательские полеты ракет позволили просле­дить, как меняется плотность воздуха с подъемом на высоту. На высоте 50 километров плотность воздуха меньше, чем около земной поверхности, в тысячу раз, на высоте 100 километров — в миллион раз, на высоте 150 километров — в 300 миллионов раз.

Следует заметить, что температура и плотность воз­духа на одной и той же высоте изменяются в зависимо­сти от времени суток и года, а также от географиче­ского положения места исследования, так как от этого зависит количество тепла, получаемого воздухом на раз­личных высотах.

Изучение ветра в атмосферном воздухе с помощью ракет представляет большие трудности. Поэтому о пере­мещениях воздуха в верхних слоях атмосферы имеется мало сведений. При одном из ракетных исследований было обнаружено, что на высоте 200 километров дует юго-восточный ветер со скоростью 80 метров в секунду.

Специальные исследования с помощью ракет были поставлены для выявления возможности столкновения ракеты с метеорными частицами — песчинками и кам­нями, которые залетают в земную атмосферу из миро­вого пространства. Для этой цели на поверхности ракеты устанавливались специальные пластины. Частота и сила ударов метеорных тел об эти пластины воспринималась специальными приборами и по радио передавалась на Землю. Во время полета советской ракеты 21 февраля 1958 года с высоты 125 до 250 километров было отме­чено 44 удара метеорных частиц на каждый квадратный метр поверхности ракеты, а с высоты 250 до 300 кило­метров— 9 ударов.

Одна из задач изучения атмосферы состоит в том, чтобы выяснить, какие опасности подстерегают человека при полете на большой высоте, и выработать способы защиты от этих опасностей.

Когда ракета удаляется от Земли с возрастающей скоростью, находящиеся на ней предметы испытывают так называемую перегрузку. Пока ракета стоит на стар­товой площадке, каждый находящийся в ней предмет прижимается к полу ракетного отсека с силой, равной весу этого предмета. Но вот двигатель начинает рабо­тать, и ракета поднимается с возрастающей скоростью, сила, прижимающая предмет к полу, возрастает. Это явление и называется перегрузкой. Натренированный летчик при выполнении фигурного полета кратковре­менно получает такую перегрузку, когда он чувствует себя в 6—8 раз тяжелее обычного. При подъеме ракеты эта перегрузка может быть больше и продолжительнее. Поэтому, до того как человек отправится в ракетный полет, необходимо выявить влияние длительности и ве­личины перегрузки на живой организм.

Для полета человека на больших высотах, где возду­ха почти нет, должны быть созданы надежные гермети­ческие кабины, в которых поддерживались бы не только состав и давление воздуха, но также и его температура.

Ультрафиолетовые лучи Солнца и космические лучи, которые представляют собой поток быстрых частиц, ле­тящих из мирового пространства, губительно действуют на живые организмы. Воздушная оболочка Земли погло­щает и рассеивает их. Она служит щитом, отражающим от жителей Земли эту опасность. При полете на большой высоте атмосфера не может уже защитить человека от вредного влияния этих лучей. Поэтому нужны защитные средства, которые обезопасили бы работу летчика в та­ком полете.

Изучение опасностей, которым может подвергаться человек в ракетном полете, а также испытание различ­ных защитных устройств производится с помощью жи­вотных. В нашей стране такие опыты проводятся на собаках с 1949 года.

Чтобы узнать о самочувствии и поведении собаки на различных этапах полета, к ней прикрепляются датчики приборов, замеряющих частоту ее дыхания, пульс, кро­вяное давление, температуру. Изменение каждой из замеряемых величин отражается на напряжении элект­рического тока, который от датчика передается устрой­ству, называемому модулятором. В зависимости от вели­чины напряжения модулятор устанавливает определен­ную длительность сигналов радиопередатчика или их частоту. Принимая эти сигналы на Земле, исследова­тели узнают об изменениях в организме собаки. Для бо­лее полного представления о поведении собаки в полете она снимается на фото - или кинопленку.

Исследуемые в полете собаки возвращаются на Землю с помощью парашютов, и над ними продол­жаются наблюдения.

Исследовательские полеты ракет с собаками пока­зали надежность работы герметических кабин и систем для поддержания в них нужных величин давления, со­става воздуха и температуры, а также надежность па­рашютов для возвращения собак на Землю. Собаки удовлетворительно переносят перегрузки, возникающие при подъеме ракеты, а также на обратном пути, когда кабина с собакой входит в плотные слои атмосферы.