Ракеты и полеты в космос

Лей Вилли

Еще до создания обитаемой космической станции или спутника с телевизионной камерой может появиться непилотируемая ракета, которая будет запущена на Луну (так называемый «лунник») [48] . Когда в начале развития ракетной техники заходил разговор о запуске ракеты на Луну, то даже самые большие скептики наполовину соглашались с осуществимостью подобного проекта. В отличие от этого проект обитаемой космической станции всегда вызывал сильное недоверие.

При тех топливах, которые используются в ракетах-носителях спутника «Авангард», космическая ракета для запуска на Луну должна быть четырехступенчатой. Управление ею будет осуществляться сравнительно просто, в основном путем предупреждения или корректирования любых возможных отклонений от вертикальной траектории. Когда-то, еще до изобретения телеметрических приборов, профессор Годдард предлагал поместить в головную

часть космической ракеты, посылаемой на Луну, заряд ярко горящего пороха, вспышка которого сигнализировала бы о прибытии туда ракеты. Позднее профессор Оберт пришел к выводу, что Годдард в своих расчетах уменьшил количество пороха, необходимого для получения вспышки нужной яркости.

48

12 сентября 1959 года в Советском Союзе была запущена вторая космическая ракета, последняя ступень которой 14 сентября в 00 час. 02 мин. 24 сек. по московскому времени достигла поверхности Луны. Контейнер с научной аппаратурой опустился восточнее моря Ясности вблизи кратеров Аристил, Архимед и Автолик. При полете ракеты к Луне производились многочисленные и разнообразные исследования, позволившие значительно обогатить наши знания о Луне. ( Прим. ред.)

Впоследствии эта идея получила новую форму: было предложено заменить вспышку пороха постоянной «отметкой» в точке прилунения. Это могло быть достигнуто путем разбрасывания белого порошка (толченое стекло, алебастр или металлический натрий, который при ударе испаряется, а затем оседает на довольно большой площади). Предполагалось, что довольно темная поверхность Луны позволит ясно различить такую отметку.

Со временем, когда был накоплен большой практический опыт по запуску высотных ракет и получены разнообразные научные данные, интерес к «луннику» заметно ослаб. По сути дела этот дорогостоящий эксперимент ничего не давал, кроме престижа и не имеющей научного значения отметки на Луне.

Однако совсем недавно во взглядах на запуск «лунника» произошел крутой поворот. На конференции в институте Франклина, посвященной проблеме искусственных спутников Земли, научный сотрудник фирмы «Рэнд Корпорейшн» Клемент прочел лекцию о «луннике», в которой утверждал, что трехступенчатая ракета, имеющая стартовый вес около 450 000 кг и длину 53 м, может доставить на Луну полезный груз весом 45 кг. Примерно такое же заявление было сделано Штелингом и Фостером на Международном конгрессе по астронавтике в Риме в 1956 году.

Штелинг и Фостер предлагали использовать для этого трехступенчатую ракету на твердом топливе, запускавшуюся с воздушного шара «Скайхук» емкостью 112 000 м³ на высоте 21 000 м. Первая ступень ракеты по проекту представляла собой связку из четырех двигателей весом 11 340 кг с общей тягой примерно 107 000 кг и продолжительностью работы до 20 секунд. Вес второй и третьей ступеней составлял 713 кг. Предполагалось, что выгорание топлива первой ступени (связки) произойдет на высоте 55 000 м. Во второй ступени, имеющей один двигатель с тягой 6350 кг, выгорание топлива должно было иметь место на высоте 85 000 м, а двигатель третьей ступени (тяга 500 кг) прекращал работу на высоте 107 000 м, когда скорость ракеты составляла несколько более 12 000 м/сек. Ниже даны значения скоростей «лунника» и вероятные потери скорости (м/сек):

Последняя ступень должна нести полезную нагрузку весом 1,8 кг, достаточную для того, чтобы оставить на поверхности Луны отметку. Телеметрия во время движения ракеты к Луне была признана излишней.

Космическая ракета, посланная на Луну, поможет ученым решить одну проблему, которая в настоящее время имеет известный интерес. Большие темные «моря» на Луне представляются нам удивительно гладкими. Большинство астрономов всегда считало их потоками затвердевшей лавы, очень удобными для использования в качестве посадочных площадок. Но недавно англичанин Томас Гоулд высказал предположение, что эти гладкие «моря» являются гигантскими чашеобразными углублениями, наполненными пылью. На поверхности Луны действительно много пыли, что частично объясняется постоянной бомбардировкой ее крупными, средними, малыми и мельчайшими метеоритами, а частично - воздействием космических лучей. Однако все считают, что глубина этого слоя пыли не превышает нескольких дюймов. Если же верить Гоулду, то твердый «грунт» лунных «морей» может оказаться скрытым под слоем пыли толщиной более километра.

Если космическая ракета, запущенная в сторону Луны, пройдет мимо цели на сравнительно небольшом расстоянии от нее (менее 1600 км),то случится вот что: поле тяготения Луны притянет ракету, заставив ее некоторое

время двигаться вокруг центра Луны по гиперболической орбите, однако вследствие большой скорости космической ракеты она не сможет стать спутником Луны, а совершит поворот вокруг Луны под острым углом и выйдет из сферы ее притяжения по траектории, являющейся ветвью гиперболы, направленной в общем в сторону Земли. Конечно, обратно на Землю эта ракета не попадет, хотя и пройдет от нее на небольшом расстоянии, но зато наблюдение за траекторией полета ракеты позволит с большой точностью вычислить массу Луны и подтвердить выдвинутую в прошлом гипотезу о наличии расхождения в положении геометрического центра и центра тяжести Луны. Если же космическая ракета будет достаточно большой, чтобы иметь на борту телевизионную камеру, мы сможем получить изображение невидимого с Земли полушария Луны [49] .

49

Выполнить эту величайшую научную задачу позволила третья космическая ракета, запущенная в Советском Союзе 4 октября 1959 года. Последняя ступень ракеты (сухой вес 1553 кг) имела на борту автоматическую межпланетную станцию весом 278,5 кг, оборудованную новейшей измерительной аппаратурой, и в том числе фототелевизионной установкой. Станция совершила облет вокруг Луны, что дало возможность 7 октября 1959 года произвести фотографирование невидимой с Земли части Луны и передачу изображения на Землю. (Прим. ред.)

Как отмечалось выше, спутник весом 10 т представлял бы собой уже целую обитаемую космическую станцию. Эта станция может иметь вид крылатой третьей ступени очень большой ракеты, и в этом случае запуск ее будет весьма сходен с запуском спутников по проекту «Авангард». Так же, как и они, космическая станция выводилась бы на орбиту и оставалась на ней в течение нескольких оборотов вокруг Земли, то есть около 6 или 12 часов, а может быть, и в продолжение целых суток. Затем пилот мог бы замедлить ее движение, включив тормозной ракетный двигатель, работающий на резервном топливе, в результате чего станция-ракета пошла бы на снижение, вошла в атмосферу по касательной и погасила бы излишнюю скорость, планируя вокруг нашей планеты. Несмотря на сильный нагрев ее поверхности, станция-ракета, по-видимому, вполне сможет совершить посадку, так как скорость при этом будет даже несколько ниже скорости посадки современных пассажирских лайнеров.

Появление пилота на космическом корабле сразу меняет всю картину. Целый ряд вопросов при участии пилота решается легче, так как человеческий разум помогает точнее разобраться в обстановке, чем это может сделать автоматическая аппаратура управления. К тому же человек весит значительно меньше сложных приборов системы управления. Если при возвращении в атмосферу температура корабля становится слишком высокой, пилот может снова вывести свой корабль за пределы атмосферы или попытаться уйти в теневой конус Земли с тем, чтобы быстрее излучить накопленное кораблем тепло. Короче говоря, присутствие пилота на космическом корабле дает очень много преимуществ. Но в то же время человек, находясь на космическом корабле, подвержен воздействию многих отрицательных факторов, для ослабления которого необходимо вносить изменения в конструкцию корабля.

Может ли человеческий организм выдержать те нагрузки, которые он испытывает при выходе космического корабля на орбиту и отклонении от нее?

Эта проблема в течение ряда лет усиленно изучалась отделом астромедицины министерства авиации на базе ВВС Рэндольф; возглавлял исследования доктор Губерт Штругольд - один из основоположников немецкой авиационной медицины.

Рассмотрим основные проблемы полета человека в космос. Прежде всего пилот должен выдержать значительные перегрузки при взлете ракеты. Затем, в течение всего полета, пока не начнется торможение, он будет находиться в состоянии невесомости, то есть при нулевом g. В космическом пространстве он и его корабль встретятся с опасностью воздействия космических лучей и столкновения с метеоритами. Кроме того, полет в космос связан с резкими температурными колебаниями и целым рядом других, менее существенных факторов.

Легче всего исследовать проблему влияния на человека больших перегрузок. Еще Оберт в одной из первых опубликованных им работ предлагал изучить сопротивляемость человеческого организма высоким перегрузкам с помощью большой центрифуги. Этот метод позволил тщательно исследовать и решить проблему перегрузок. Были составлены специальные таблицы, где значениям времени, необходимого для разгона ракеты до второй космической скорости (11,2 км/сек), соответствовали определенные значения возникающих при этом перегрузок. Из приведенной ниже таблицы становится ясно, что когда скорость нарастает медленно, то время для достижения второй космической скорости увеличивается, а перегрузка уменьшается, и наоборот.