Полет на Луну
Шрифт:
Основные наши трудности связаны с экономией топлива. Ради экономии мы проделываем почти весь путь с выключенным двигателем. Из 100 часов полета до Луны и обратно двигатель будет работать минут 15. Остальное время корабль должен лететь за счет скорости, приобретенной при разгоне, или же за счет притяжения Земли и Луны. Сразу после взлета начинается так называемый активный участок траектории. Активным именуется он потому, что только па этом участке работает двигатель, разгоняя корабль. Здесь у нас два врага — притяжение Земли и сопротивление воздуха. Чтобы уменьшить затрату топлива на преодоление воздушного сопротивления, следовало бы взлетать отвесно вверх, пересекая атмосферу по кратчайшему пути. Но тогда притяжение Земли будет тормозить всего сильнее, уменьшая скорость корабля и тем самым увеличивая продолжительность работы двигателя. Чтобы притяжение не мешало набирать скорость, следует лететь не вертикально
Какова же эта необходимая скорость? Выбирая ее, мы руководствовались следующими соображениями. Скорость отрыва от Земли равна 11,2 километра в секунду. При такой скорости, если не принимать во внимание сопротивления воздуха, тела покидали бы земной шар и улетали в бесконечность. Нам не нужно лететь в бесконечность, мы хотим добраться только до Луны, поэтому нам достаточна скорость 11,1 километра в секунду (экономия получилась не такая большая, как можно было бы подумать). Но так как мы выключаем двигатель не на поверхности Земли, а на высоте в несколько сот километров, эту величину можно еще уменьшить: ведь чем дальше от центра Земли, тем меньше сила тяжести и соответственно меньше скорость отрыва. В нашем полете необходима скорость 10,7 километра в секунду.
Покинув Землю с этой наименьшей возможной скоростью, мы долетели бы до Луны через 115 часов, то есть почти через 5 суток. Но мы позволили себе немножко увеличить скорость, приблизительно на 1 процент. И это скромное увеличение сократило продолжительность полета до 50 часов. Мы прибудем на Луну 27 ноября в 12 часов по московскому времени.
Почему ничтожная прибавка скорости так резко изменила продолжительность полета? Объяснить это можно так: разгоняя корабль до скорости отрыва, мы сообщаем ему огромную энергию. Но почти вся эта энергия тратится на борьбу с притяжением в первые часы. Поблизости от Земли скорость велика, но велика и тормозящая сила земного тяготения. Из-за этого скорость быстро падает, большую часть пути корабль проходит сравнительно медленно. При стопятнадцатичасовом полете средняя скорость корабля — около одного километра в секунду, а наименьшая — 300 метров в секунду, то есть на некоторых участках пути корабль движется медленнее, чем летали реактивные самолеты лет двадцать назад. Наш корабль можно сравнить с пловцом, который переправился через бурную реку, истратил в борьбе с течением все силы и на берег в изнеможении ползет на четвереньках. Понятно, что добавочная энергия, небольшая по сравнению с той, которая необходима для того, чтобы победить притяжение Земли, может резко увеличить среднюю скорость корабля. Кроме того, при этом становится короче и путь корабля.
Итак, мы набрали нужную начальную скорость, двигатель выключен. Как теперь полетит корабль? Если бы на нас не действовали никакие силы, мы по инерции мчались бы по прямой. Но притяжение Земли искривит наш путь, превратит его в параболу, огибающую Землю В результате мы отправляемся на Луну в тот момент, когда на Кавказе она не видна. Мы увидим нашу цель, только пройдя часть пути.
За время путешествия, а оно будет длиться 50 часов, Луна, обращаясь вокруг Земли, сама проделает немалый путь — около 180 000 километров — и для земного наблюдателя передвинется из созвездия Рыб в созвездие Овна. Поэтому и мы направимся не к Луне, а к созвездию Овна.
Пролетев около девяти десятых пути, мы прибудем в ту зону, где притяжение Луны сильнее земного До сих пор скорость все уменьшалась, теперь она снова будет расти. Мы начнем падать на Луну с высоты около 40 000 километров. Падая с такой высоты, наш корабль рухнул бы на Луну со скоростью около 2,9 километра в секунду — ведь атмосферы, способной задержать падение, на Луне нет. Конечно, такое снижение нельзя назвать посадкой, скорее это стрельба прямой наводкой. Подобный спуск неминуемо кончился бы катастрофой. Следовательно, падение нужно затормозить. Подлетая к Луне, мы с помощью рулевых двигателей повернем корабль кормой вперед и включим основной двигатель, который постепенно погасит скорость. Посадка на Луну должна быть очень плавной.
Что рассказать вам об обратном пути? На Луне взлетные эстакады для нас не приготовлены. Придется стартовать с шасси. Но так как лунное притяжение в 6 раз меньше земного, покинуть наш спутник гораздо легче, чем Землю. Когда мы наберем скорость 1,5 километра в секунду, на высоте 50 километров двигатель будет выключен — при такой скорости мы превратимся в искусственного спутника Луны. Летя с выключенным двигателем на постоянной высоте, мы совершим полный оборот вокруг Луны и посмотрим ее обратную сторону, большая часть которой в это время будет освещена Солнцем. Правда, автоматическая ракета уже сняла на пленку «тыл» Луны, но с более далекого расстояния. Да и вообще, как не воспользоваться случаем и не взглянуть на Луну с «запрещенной» стороны!
Когда путешествие вокруг Луны закончится, двигатель снова будет включен на короткое время, корабль устремится к Земле. Обратный полет будет совершен по аналогичному пути и продлится столько же времени. Как только корабль удалится от Луны на такое расстояние, что земное притяжение превысит лунное, он начнет падать на Землю, при этом скорость его будет непрерывно увеличиваться.
Посадка на Землю — один из самых сложных и опасных этапов нашего путешествия. На высоте около 1000 километров мы повернем корабль кормой к Земле и включим двигатель, чтобы затормозить падение, уменьшить скорость от 11 до 7 километров в секунду. Затем корабль снова повернется носом к Земле, и оставшаяся скорость будет погашена сопротивлением воздуха. Для этого придется, между прочим, совершить кругосветное путешествие. Таким образом, весь земной шар будет нашим аэродромом, и над этим «аэродромом» мы сделаем круг перед посадкой. Мы учитываем, что наш аэродром вращается вокруг своей оси с запада на восток, значит, если мы подлетим к Цимлянскому морю с запада, наша скорость по отношению к этому морю будет меньше и легче будет ее погасить. Тренируясь, я несколько раз сажал на Цимлянское море скоростные заатмосферные ракеты, думаю, что не промахнусь и на этот раз.
Сквозь атмосферу
Старший научный сотрудник Геофизического института А. М. Владимиров.
Корабль «Луна-1» оторвался от Земли и начал свой полет к далекой цели. Много трудностей придется преодолеть кораблю на его пути длиной около четырехсот тысяч километров. И одной из первых трудностей будет преодоление земной атмосферы.
Атмосфера играет исключительно важную роль в нашей жизни. Без атмосферы мир был бы безжизненным, безмолвным, почти одноцветным, мертвым, таким, какой откроется нашим путешественникам на Луне.
Но перед экипажем межпланетного корабля атмосфера предстанет иной — опасным и коварным противником, таящим неожиданные козни. Вот почему астронавтика так заинтересована в детальном изучении атмосферы, в знании ее свойств на всем протяжении, до высот в сотни и даже тысячи километров.
Пожалуй, главное свойство атмосферы, с которым приходится считаться астронавтике, — сопротивление всякому движущемуся телу, значит и космическому кораблю. Что это — плохо или хорошо?
И плохо, и хорошо. Плохо — когда корабль взлетает, покидая Землю. На преодоление воздушного сопротивления кораблю придется затрачивать энергию, расходуя драгоценное топливо. Можно ли подсчитать дополнительный расход топлива, связанный с преодолением сопротивления атмосферы? К сожалению, только приблизительно. Полет в нижних слоях атмосферы, в плотном воздухе, изучен уже достаточно хорошо. Иначе обстоит дело на больших высотах, где воздух чрезвычайно разрежен и условия полета принципиально отличаются от хорошо изученных условий полета на малых высотах. Поэтому и не удается пока точно рассчитать сопротивление, которое окажет атмосфера взлетающему межпланетному кораблю. Примерные расчеты, подтвержденные данными автоматических ракет, показывают, что это сопротивление «съест» столько добавочного топлива, что его хватило бы на увеличение конечной скорости корабля почти на 1 километр в секунду.
Но сопротивление атмосферы не всегда вредно для межпланетного корабля. Иногда оно может быть очень полезным. Речь идет о посадке корабля при его возвращении на Землю или же о посадке на какую-нибудь планету, имеющую атмосферу. Если торможение корабля осуществляется с помощью двигателя, придется расходовать драгоценное топливо. Если же использовать для торможения корабля сопротивление атмосферы, добавочного расхода топлива можно избежать или, по крайней мере, сильно его уменьшить. Правда, такая посадка с использованием торможения в атмосфере связана со значительными трудностями и даже опасностями Самая важная из них — нагрев корабля, летящего в атмосфере. Но от чего зависит такой нагрев? Только ли от сопротивления воздуха? Да, только, хотя космическому кораблю и придется пересекать такие слои атмосферы, где температура превышает сотни и даже тысячи градусов!