Искусственный спутник Земли
Шрифт:
Преимущества рассматриваемого проекта очевидны. В отличие от спутника-снаряда, спутник-ракета постепенно наберет нужную круговую скорость, а потому ускорения спутника не будут чрезмерными. Это сохранит главную часть спутника — приборы. Разумеется, по достижении требуемой круговой скорости ракетный двигатель автоматически остановится и спутник начнет облет земного шара под действием единственной силы — собственного веса.
Какие же приборы поместят внутрь спутника и что они должны регистрировать?
Снаряжение первых спутников Земли будет, вероятно, во многом напоминать
1. измерители температуры,
2. приборы для взятия проб воздуха,
3. измерители атмосферного движения,
4. спектрограф для фотографирования солнечного спектра,
5. счетчик космических лучей,
6. киносъемочный аппарат,
7. радиоаппаратура.
Рассмотрим принцип действия каждого из приборов и оценим возможность их применения на искусственном спутнике Земли.
Измерение температуры воздуха на быстро летящей ракете — сложное дело. Обычные термометры для этой цели непригодны, так как разреженный воздух больших высот не успеет их нагреть. Измерителями температуры должны быть приборы, очень быстро реагирующие на ее изменения. Такие приборы изобретены — они называются термисторами. В них используются вещества, электрическое сопротивление которых очень быстро меняется с изменением температуры. С помощью термисторов можно практически мгновенно обнаружить изменения температуры на тысячные доли градуса! Для стремительно летящих стратосферных ракет применение термисторов в качестве измерителей температур неизбежно.
Иная обстановка сложится на спутнике.
Обращаясь вокруг Земли по круговой орбите и практически за границами земной атмосферы, спутник будет находиться в условиях сравнительно постоянного теплового режима. На «дневном» участке своего пути он обогревается лучами Солнца. Попадая же в тень Земли, спутник при этом подвергается значительному охлаждению. Чередование нагрева и охлаждения спутника станет регулярно повторяющимся явлением.
Температура есть степень нагрева какого-нибудь тела, есть мера энергии движения составляющих его элементарных частиц (молекул, атомов). Какую же температуру будут измерять приборы спутника?
Вокруг спутника — безвоздушное пространство. Воздуха на высотах в сотни километров так мало, что измерить его температуру невозможно.
Представляет несомненный научный интерес измерение нагрева самого спутника, отдельных его частей и материалов. В данном случае измерителями температуры, кроме описанных выше приборов, могут стать термоэлементы. Принцип их действия очень прост.
Представьте себе два спая из различных металлов, например, цинка и меди. Пусть спаи соединены последовательно и в цепь включен электроизмерительный прибор — чувствительный гальванометр.
Если один из спаев нагреть, а другой оставить холодным, в цепи возникнет электрический ток, который заставит отклониться стрелку гальванометра. По силе тока можно вычислить температуру спая, а в некоторых случаях и температуру источника нагревания.
Термоэлементы нашли себе широкое применение в астрономии. Современные астрономические термоэлементы, объединенные в батарею — «термопару», способны обнаружить тепло от свечки, удаленной на расстояние
С другой стороны, поместив в спутник небольшую камеру, наполненную воздухом под давлением, близким к нормальному, можно будет выяснить изменение температуры воздуха, что важно для конструирования пассажирских ракет.
На современных ракетах устанавливают приборы для взятия проб воздуха. Очевидно, на заатмосферных искусственных спутниках ни эти приборы, ни измерители атмосферного давления не понадобятся, зато остальные приборы современных ракет на спутнике очень пригодятся.
Известно, что воздушная оболочка Земли играет роль фильтра. Она прозрачна далеко не для всех лучей, приходящих к нам из космоса.
Первое «окно прозрачности» расположено в области видимых лучей. Атмосфера пропускает лучи света с длиной волны от 0,29 микрона до 0,76 микрона. Большая часть этого «окна» доступна для наших глаз, которые чувствительны к лучам, имеющим длины волн от 0,40 до 0,76 микрона. Что же касается ультрафиолетовых лучей с длиной волны меньшей 0,29 микрона, то для них, как и для некоторых инфракрасных лучей, земная атмосфера совершенно непрозрачна.
Установлено, что преградой для большей части ультрафиолетовых лучей является слой озона, расположенный на высоте 25–30 километров над Землей. Не будь этого слоя, ультрафиолетовые лучи Солнца убили бы все живые организмы нашей планеты. Разрушительная сила ультрафиолетовых лучей, несущих с собой большое количество энергии, общеизвестна. Вспомните, как мучительны ожоги, полученные от Солнца в жаркий летний день. А ведь вызваны они лишь самой слабой, ничтожной долей ультрафиолетового излучения Солнца.
Что касается инфракрасных лучей, то их задерживают водяные пары атмосферы. И все же, в инфракрасной части спектра есть еще одно «окно прозрачности». В него проникают лучи с длиной волны от 1,25 см до 30 м.
Такие лучи глаз не воспринимает — их мы называем радиоволнами. Принципиально они не отличаются от лучей видимого света. Известно, что как те, так и другие представляют собой электромагнитное излучение, но различной длины волны. Радиоволны, приходящие к нам из космоса, мы не видим, но изучить их с помощью специальных радиоприемников вполне возможно.
Спутник Земли оставит под собой земную атмосферу с ее «окнами прозрачности». Приборы спутника смогут воспринять любое излучение, пронизывающее космос. Одним из таких приборов несомненно будет спектрограф. Он имеет следующее устройство. Луч света попадает в трубку, называемую коллиматором. На одном ее конце имеется узкая щель, а на другом — двояковыпуклая линза. Так как щель коллиматора помещена в фокусе его линзы, лучи света, пройдя через коллиматор, выходят из него параллельным пучком. Далее они направляются на трехгранную стеклянную призму, которая разлагает белый пучок света на составляющие его разноцветные лучи. Получающийся при этом спектр фотографируется обычной фотокамерой.