Ракеты и полеты в космос - Вилли Лей

Такая же неопределенность существовала и в отношении продолжительности периодов между запусками спутников. Дело в том, что каждый спутник может дать два ряда различных данных: один - складывающийся из наблюдений за спутником с Земли, а другой -  из записей приборов, установленных на нем. И те и другие данные имеют одинаково большое значение, так что запуск спутника даже при отсутствии телеметрических данных все равно будет очень полезным для науки. Так вот, сначала все, кто имел непосредственное отношение к запускам спутников, считали, что интенсивность сокращения орбиты будет довольно большой. Предполагалось, что спутник будет находиться на орбите три- четыре дня, от силы - неделю, а это требовало произвести запуск спутника № 2 после гибели спутника № 1, но не сразу, а после обработки данных, собранных спутником № 1, и соответствующих изменений в приборно-измерительном оборудовании спутника № 2.

В настоящее время, когда стало известно, что спутник может существовать целый год, нет смысла медлить с запуском следующего спутника и дожидаться, пока сгорит первый.

При запуске искусственных спутников Земли может быть получено много интересных данных. Так, наблюдение за интенсивностью приближения спутника к Земле дает новые, более точные сведения о массе нашей планеты, и в особенности о массе экваториальной выпуклости Земли. Благодаря им можно точно установить ширину океанов; произвести триангуляцию[46] водных пространств и собрать очень точную информацию о плотности атмосферы на различных высотах. Последнее поможет нам решить задачу возвращения ракет из космоса в атмосферу.

В результате наблюдений за спутником можно установить количество космической пыли, рассеянной в пространстве, непосредственно примыкающем к верхним слоям атмосферы. Эта проблема, несомненно, имеет очень большое значение. Частицы космической пыли настолько малы, что не могут проникнуть в обшивку спутника, сделанную из магниевого сплава, даже если ее толщина не превышает 0,7 мм. Но, сталкиваясь со спутником, эти частицы выбивают в его обшивке миниатюрные воронки, и зеркальная полировка обшивки тускнеет. Этот факт используется для подсчета числа частиц космической пыли, встретившихся со спутником.

Степень потускнения обшивки спутника определяется визуально по интенсивности отраженного света. В некоторых спутниках с той же целью используется телеметрическая система передачи данных. Эта система состоит из датчика, представляющего собой короткую полоску металла с высоким электрическим сопротивлением, которая укрепляется на обшивке спутника. Под воздействием космической пыли на полоске возникает точечная коррозия, что приводит к увеличению ее электрического сопротивления. Это изменение коэффициента сопротивления превращается в соответствующий радиосигнал и передается на Землю.

Спутник может сообщить еще целый ряд интересных данных, например, изменение температуры обшивки во время его вхождения в тень Земли, интенсивность радиации и напряженность магнитного поля Земли.

Поскольку восточное побережье США и западное побережье Южной Америки расположены, грубо говоря, на одном меридиане, этот последний предполагалось сделать «меридианом слежения». Для улучшения качества приема слабых радиосигналов спутника пункты слежения оборудовались крупногабаритными наземными антеннами. Радиослежение за спутником возлагалось на Морскую исследовательскую лабораторию под руководством доктора Хэйгена. Задача визуального наблюдения была поручена астрофизической обсерватории Смитсонианского института во главе с доктором Уипплом. В помощь профессионалам были мобилизованы астрономы-любители.

Предполагалось, что спутник будет виден за час до восхода и через час после захода солнца, но имелись опасения, что он будет недостаточно блестящ, чтобы его можно было разглядеть на небе невооруженным глазом.

Предназначавшаяся для запуска спутника ракета «Авангард» должна была состоять из трех ступеней. В первой ступени ракеты, построенной фирмой «Мартин Эркрафт Компани», был использован двигатель Х-405 фирмы «Дженерал Электрик», развивающий на уровне моря тягу 8200 кг в течение 150 секунд. Подача топлива осуществляется в нем обычным турбонасосным агрегатом, а в качестве окислителя применяется жидкий кислород. Топливо в ходе разработки несколько раз подвергалось изменениям: сначала было решено использовать бензин с добавкой 5% спирта; затем было предложено ракетное топливо JP-4, однако разброс характеристик горения и тяги при этом топливе был почти таким же, как и при смеси бензин + спирт. После этого было применено топливо RP-1 (стандартный керосин фирмы «Мобайлойл компани»), которое в конечном счете пришлось заменить тяжелым топливом UMF-1 фирмы «Шелл-ойл».

Вторая ступень с двигателем была создана фирмой «Аэроджет Дженерал». Окислителем в ней служила азотная кислота, а топливом -  диметилгидразин. Третья ступень работала на твердом топливе.

Сейчас пока еще нельзя сказать, к чему приведет осуществление проекта «Авангард». Но есть основания предполагать, что это будет попытка разработки постоянного спутника. Самый легкий путь к решению этой задачи заключается в том, чтобы запустить спутник с такой высотой перигея, которая позволила бы полностью освободиться от лобового сопротивления движению. Подобный спутник будет иметь постоянную, но все еще эллиптическую орбиту. Можно добиться этого и другим путем, если сохранить в двигателе третьей ступени часть топлива до того момента, когда она в первый раз достигнет апогея. Использовав здесь это топливо, можно сделать апогей перигеем новой орбиты.

После запусков по проекту «Авангард» можно создать постоянный спутник, обеспечивающий максимальную наблюдаемость с Земли даже невооруженным глазом. Его диаметр должен составить в этом случае 4,5- 6 м, причем он может быть выполнен в виде простого воздушного шара из неупругой пластмассы белого или светло-желтого цвета. Этот шар можно уложить в последней ступени ракеты, а после отделения -  автоматически надуть, использовав для этого небольшой газовый патрон. Вероятно, вполне достаточным для этого будет внутреннее давление порядка 18 г/см2. Если такой шар будет пробит метеоритом, он не взорвется, как резиновый воздушный шар; газ, конечно, улетучится, но шар не потеряет свою форму. Наконец, можно установить на ракете баллон со сжатым пенопластом[47] и в определенной точке на орбите взорвать его с помощью хронирующего устройства. Образовавшийся из пенопласта громадный «спутник» будет очень хорошо наблюдаем с Земли и весьма полезен для геодезических измерений, а также для целей навигации и самонаведения ракет и снарядов.

Искусственные спутники Земли можно классифицировать по весу, от которого будет непосредственно зависеть и их назначение. Спутник весом 900 г, как правило, является совершенно бесполезным. Спутник весом 9 кг («Авангард») уже может быть оборудован некоторыми измерительными приборами и наблюдаем с Земли. Может быть построен и спутник весом 90 кг, который позволяет выполнить весьма широкий круг задач. Имея хороший источник питания - небольшой атомный реактор, - такой спутник может нести телевизионную камеру, передающую картину Земли на землю. Подобные наблюдения имеют огромное значение для метеорологов, знания которых о том, что происходит в атмосфере, ограничиваются сейчас только немногими процессами, происходящими главным образом вблизи земной поверхности.

Даже находясь на сравнительно малой высоте, спутник позволяет наблюдать обширные участки земной поверхности. По мере увеличения высоты возрастают и размеры видимого шарового сегмента. Наблюдатель на борту спутника «Авангард», находящегося в апогее, смог бы, например, увидеть около 1/3 поверхности Земли (рис. 63). Как указано в таблице, приведенной ниже, наибольший диаметр видимого шарового сегмента достигается при высоте наблюдения 6400 км. Следовательно, для того чтобы наблюдатель мог увидеть сразу до 40% поверхности Земли, спутник с телевизионной камерой должен двигаться вокруг Земли на высоте от 4000 до 6400 км. Применение цветного телевидения откроет большие возможности перед метеорологами, которые при определении движения разнотемпературных масс воздуха руководствуются главным образом еле различимыми оттенками голубого и белого цвета.

Рис. 63. Угол и сектор наблюдения с искусственного спутника Земли

H- высота над уровнем моря, S-предел видимости (линия горизонта), А - видимый шаровой сегмент

В дальнейшем предполагается создание большого спутника, который будет весить около 1 т и иметь на борту манекен-робот с телевизионными камерами вместо глаз и системой автоматического регулирования с обратной связью. Используя телеуправление, можно заставить робот проделывать всё, что может делать человек, в условиях космического полета. Кроме того, робот можно будет периодически включать и выключать на определенное время.