Текст книги "Открытия и изобретения ХХ века. Энциклопедия"

Глава 48

Первые искусственные спутники Земли

Весной 1946 года, когда в СССР полным ходом уже шли работы по созданию собственной ядерной бомбы, встал вопрос – как эту бомбу доставить на территорию предполагаемого противника. Самым могущественным противником в то время считались Соединённые Штаты Америки, уже обладавшие ядерным арсеналом. Но в Америке основная ставка была сделана на доставку бомбы посредством авиации, тяжёлых высотных бомбардировщиков. Базы в Западной Европе позволяли доставить бомбу в любую точку европейской части СССР. У нашей же страны такой возможности не было. Бомбардировщикам предстояло преодолеть территории враждебных стран и Атлантический океан. О какой-либо оперативности говорить не приходилось. И было принято решение – развернуть работы по созданию ракет, которые могли бы доставить ядерные заряды на большие расстояния.

Да, снова развитие технологий зависело от воли военных и политиков. Снова война стала катализатором технического прогресса. Стремление выжить в противостоянии двух политических систем ценой уничтожения противника – вот чему мы обязаны космическими полётами и исследованиями космоса.

Той же весной 1946 года, в мае, советским руководством было принято постановление о развитии ракетостроения в СССР, в соответствии с которым в советской оккупационной зоне (в Германии) был создан институт Нордхаузен. Здесь под руководством Сергея Павловича Королева (годы жизни 1906—1966), опытного к тому времени строителя ракетопланов, была изучена немецкая ракета «Фау-2» конструкции Вернера фон Брауна (годы жизни 1912—1977), применявшаяся немцами в обстрелах Лондона. На основе этой ракеты был составлен проект аналогичной ракеты «А-4», и подготовлены предложения по созданию ракет с большей дальностью. Кроме того, в Нордхаузене были построены специальные железнодорожные составы со стартовыми платформами, с которых предполагалось запускать первые ракеты до создания стационарного полигона.

Ракета «А-4», собранная из трофейных деталей, стала первой советской ракетой, успешно прошедшей лётные испытания. Вскоре Королёв с сотрудниками подготовили проект ракеты «Р-1», которая полностью воспроизводила «А-4», но с использованием отечественных технологий и материалов. Затем Сергей Павлович был назначен одним из главных конструкторов НИИ-88, расположенного в подмосковном Калининграде (сегодня город Королёв), одного из множества исследовательских институтов, занимавшегося разработкой военной техники. Позже этот институт был переименован в особое конструкторское бюро – ОКБ-1.

Ракета «Р-1» имела впечатляющую по тем временам дальность полёта – около 300 километров. Но уже в 1948 году группа конструкторов под руководством Королёва создала ракету «Р-2» с дальностью полёта до 600 километров. Эту ракету уже можно было принимать на вооружение (в качестве оружия для решения тактических задач – отсюда и название – тактическая ракета), поскольку она могла достигать военных баз американцев, располагавшихся на территории Западной Европы.

Но первая стратегическая ракета (то есть ракета, которая может применяться для решения стратегических, глобальных военных задач) дальнего действия, имевшая действительно большую дальность полёта – это испытанная 2 февраля 1956 года на полигоне в Семипалатинске ракета «Р-5М». Эта ракета могла пролететь до 1200 километров.

В 1954 году были развёрнуты работы над новым типом ракет – межконтинентальных баллистических «Р-7». Идея состояла в том, что эта ракета поднимается в верхние слои атмосферы, достигает ближнего космоса, где её не смогут достать силы ПВО противника, затем входит в атмосферу и приземляется на территории противника. Этот тип ракет уже мог применяться для доставки ядерного оружия большой мощности… Но у Королёва на «Р-7» были и другие планы. В мае 1954 года он направил министру вооружений Устинову записку, в которой предложил использовать «Р-7» для вывода на орбиту искусственного спутника Земли. Более того, в этом документе Сергей Павлович изложил всю будущую космическую программу освоения космоса, вплоть до полёта на Луну.

Но предложения Королёва у чиновников интереса не вызвали. Их в первую очередь интересовало оружие, а не научные исследования, не имевшие, как казалось тогда, практического значения. И Королёв, не прекращавший свои попытки достучаться до правительства СССР, начал разработку спутника собственными силами. Разрешение было получено только от нового руководителя страны Хрущёва, который в январе посетил ОКБ-1 и был впечатлён работами конструкторов. Но было поставлено одно условие – сначала провести успешные испытания межконтинентальной баллистической ракеты, чтобы закончить все работы по её созданию, и только потом заниматься спутником.

Первый спутник должен был весить 1400 килограммов и нести на борту комплекс измерительной аппаратуры для изучения ионосферы и космического излучения. Однако, из Америки пришли известия о готовящемся там запуске первого мини-спутника. И Королёв принял решение ускорить работы. Был подготовлен простейший спутник небольших размеров, на борту которого был установлен только радиопередатчик для отслеживания его полёта.

21 августа 1957 года испытания «Р-7» были завершены. В этот день состоялся второй успешный запуск баллистической ракеты, о чём спустя шесть дней сообщило телеграфное агентство Советского Союза (ТАСС). А 4 октября 1957 года планету облетела весть – на орбиту Земли выведен первый искусственный спутник, который так и назывался – «Спутник-1».

Ракета сработала так, как и было задумано. Спустя 314,5 секунд полёта спутник отделился от ракетоносителя и начал орбитальный полёт. Радиолюбители всех стран услышали его «голос» – сигналы, звучавшие как «бип-бип-бип». Это был открытый сигнал, который транслировался всеми радиостанциями планеты. Спутник летел над территорией США, которые только что объявили о создании самой совершенной системы воздушной обороны. Но даже теоретически достать этот спутник тогда никто не мог.

Сам аппарат получился очень простым. Металлическая сфера диметром всего 58 см, составленная из двух полусфер с резиновой прокладкой между ними и стянутая 36 болтами. Вес спутника – 83,6 кг. Две пары антенн длиной 2,4 и 2,9 метра. Разница объясняется тем, что на борту были установлены два автономных радиопередатчика с элементами питания, настроенные на две разные частоты.

Две недели спутник передавал на землю радиосигналы. В этом был и научный смысл – до этого полёта люди могли изучать ионосферу только по отражённым радиосигналам, а о физике прохождения радиоволн извне можно было только догадываться. Но и после истощения батарей спутник продолжал орбитальный полёт. Он закончил своё существование через 92 дня, совершив 1400 витков над Землёй. При этом перигей его орбиты (наименьшая высота над землёй) во время полёта составил 228 километров, а апогей (наибольшая высота) 947 километров…

3 ноября 1957 года на околоземную орбиту был выведен второй советский спутник. На его борту была установлена аппаратура для изучения космического излучения, но, главное, было первое живое существо, совершившее космический полёт – собака Лайка. Полёт длился 10 дней и дал ответы на многие вопросы учёных.

А первый американский искусственный спутник «Эксплорер-1» был запущен только 1 февраля 1958 года (причём, только со второй попытки – первый спутник вместе с ракетой-носителем взорвался при старте). Он весил в десять раз меньше, чем «Спутник-1», и не нёс на борту никакой научной аппаратуры. Гораздо позже, 26 ноября 1965 года, к космическим державам присоединилась и Франция, которая в этот день запустила в космос собственный искусственный спутник Земли.

Так началась космическая эра.

Глава 49

Полёт человека в космос

Запуск серии искусственных спутников Земли, в том числе и с живыми организмами на борту (с собаками), позволили говорить и о возможности космического полёта человека. В начале 1959 года в Академии наук СССР прошло совещание, на котором обсуждалась не только перспективы такого полёта, но и вполне конкретные подробности например, кто, собственно, может полететь. Результатом этого совещания, созванного президентом Академии наук Мстиславом Всеволодовичем Келдышем (годы жизни 1911—1978), стали постановления правительства (в январе ЦК КПСС – в те годы центральный комитет партии занимался всеми вопросами, в том числе и явно не партийными, а в мае – Совета Министров) «О подготовке человека к космическим полётам». С этого и началась программа орбитальных полётов с космонавтами на борту космического аппарата.

По мнению Королёва в космос должны были летать опытные лётчики. Вот что говорил по этому поводу сам Сергей Павлович: «Для такого дела лучше всего подготовлены летчики и, в первую очередь, летчики реактивной истребительной авиации. Летчик-истребитель – это и есть требуемый универсал. Он летает в стратосфере на одноместном скоростном самолете. Он и пилот, и штурман, и связист, и бортинженер». В рядах Военно-воздушных сил был проведён так называемых «космический набор». Специальная комиссия отобрала 3461 лётчика истребительной авиации в возрасте до 35 лет. После беседы из них было отобрано 347 человек. После медицинского обследования и дальнейших бесед из этого числа было отобрано 206 человек. Эти кандидаты в космонавты подверглись скрупулёзным медицинским обследованиям, которые длились более полугода – с октября 1959 года, по апрель 1960 года. В результате 72 человека сами отказались от продолжения обследования, а 105 лётчиков были отчислены по состоянию здоровья. Осталось всего 29 человек, из которых было отобрано только 20. Эти 20 человек и стали первыми в мире космонавтами.

По требованию Королёва в СССР создаётся Центр подготовки космонавтов. Первое занятие в этой «космической школе» состоялось 14 марта 1960 года. А 17—18 января 1961 года выпускные экзамены на готовность к полёту на космическом корабле «Восток» сдала первая группа космонавтов – Гагарин, Титов, Нелюбов, Николаев, Попович и Быковский…

Что такое корабль «Восток»? Это та самая двухступенчатая межконтинентальная баллистическая ракета «Р-7», которая была принята на вооружение в 1959 году. Эта ракета была спроектирована с большим запасом грузоподъёмности. Конструкторы рассчитали её таким образом, что при добавлении третьей ступени ракета могла вывести на околоземную орбиту груз массой до 4,6 тонн, а при добавлении ещё одной, четвёртой, ступени вывести на межпланетную орбиту (например, к Луне) груз массой до 1,2 тонны. Так что ракета-носитель «Восток» был трёхступенчатым вариантом стратегической межконтинентальной ракеты «Р-7».

И здесь важна одна принципиальная подробность. К 1960 году наши межконтинентальные ракеты с жидкостными реактивными двигателями по дальности полёта и по эксплуатационным качествам уступали американским ракетам с твердотопливным двигателем. Однако, Королёв выбрал именно вариант с ЖРД, явно строя планы на освоение космоса. Позже ОКБ-1 выпустило и ракету с твёрдотопливным двигателем. В 1962 году была выпущена экспериментальная ракета РТ-1, имевшая дальность полёта в 2,5 тысячи километров. А в 1966 году на вооружение была принята серийная ракета РТ-2. С этого момента ракетные войска СССР, а затем и России оснащались и оснащаются только межконтинентальными баллистическими ракетами с твёрдотопливными двигателями. Поскольку речь идёт о разовом применении военной ракеты, возможность заправки жидкими компонентами усложняет её поддержание в боевом состоянии. А содержать заправленную ракету с ЖРД на боевом дежурстве в течение 15—17 лет (таков срок службы этих ракет) невозможно, поскольку жидкие компоненты – топливо и окислитель – очень агрессивны и со временем разъедают баки… Но именно упорство и дальновидность Королёва позволили нашей стране вырваться вперёд в развернувшейся космической гонке.

12 апреля 1961 года в 9 часов 7 минут по московскому времени на космодроме Байконур был дан старт, и на орбиту был выведен первый пилотируемый космический корабль «Восток-1». Весь мир узнал открытую улыбку Юрия Алексеевича Гагарина, ставшего не только национальным, но и всемирным героем. Полёт длился всего 1 час 48 минут. За это время корабль совершил один виток вокруг Земли и благополучно приземлился.

К этому моменту открытыми оставались многие проблемы. Полёты животных в космос уже показали, что невесомость живому организму не опасна. Но как поведёт себя человек в состоянии невесомости, которое продлится достаточно долгое время. Как отразится на жизнедеятельности человека чудовищное ускорение при выводе корабля на околоземную орбиту? Собаки оставались живыми, но они не могли сообщить о своих ощущениях. Насколько эффективная защита человека от воздействия космической радиации? И каковы, наконец, последствия полёта для здоровья человека? Ответов не было, и это означало только одно – первый космонавт очень рисковал. Но иного пути не было. Именно поэтому мы называем Юрия Гагарина настоящим героем, хотя в том первом в истории полёте он не выполнял никаких действий, являясь не столько пилотом, сколько пассажиром корабля.

Вторым в истории человеком, поднявшимся в космос стал американский астронавт (такое название пилот космического корабля бытует в Америке) Алан Шепард. Он поднялся в космос 5 мая 1961 года на корабле «Меркурий Редстоун 3», но на орбиту не вышел. Полёт продолжался всего 15 минут 22 секунды, после чего астронавт вернулся на землю. По сравнению с полётом Гагарина полёт Шепарда выглядит как неудачный, но в ходе полёта Шепард сам управлял кораблём. А в январе 1971 года в составе третьей лунной экспедиции первый американский астронавт Алан Шепард высадится на Луну. Но это будет ещё не скоро…

Третьим человеком в ближнем космосе стал тоже американец Вирджил Гриссом. Он поднялся в космос 21 июля 1961 года на корабле «Меркурий Редстоун 4». Полёт снова был суборбитальным – корабль на околоземную орбиту не вышел. Длительность полёта составила 15 минут 37 секунд. Этот полёт примечателен тем, что впервые приземление было совершено в океан. После приводнения корабль затонул, но астронавту удалось выбраться наружу и дождаться спасателей в воде.

Второй советский космонавт Герман Степанович Титов (кстати, наземный дублёр Гагарина в первом полёте) поднялся на орбиту 6 августа 1961 года на корабле «Восток-2». Этот полёт стал первым в истории длительным пребыванием человека в ближнем космосе. В течение 25 часов 18 минут Титов 17 раз облетел Землю и благополучно приземлился.

Отставание американцев с каждым полётом сокращалось. 20 февраля 1960 года астронавт Джон Гленн вывел на околоземную орбиту корабль «Меркурий Атлас 6». Полёт продолжался 4 часа 55 минут, в течение которых управляемый Гленном корабль совершил три витка вокруг Земли.

Однако русские были на несколько шагов впереди. И американцы объявляют о запуске лунной программы, в ходе которой они намерены, ни много ни мало, осуществить высадку человека на поверхность естественного спутника нашей планеты – Луны. 25 мая 1961 перед Конгрессом США выступил президент Кеннеди. В своей речи он выдвинул предложение об экспедиции на Луну «до конца этого десятилетия» в рамках космической программы «Аполлон». Это положило начало следующему этапу космической гонки. К Луне запускаются первые советские и американские корабли с автоматическими зондами, которые должны помочь изучению ближайшей от нас малой планеты и, таким образом, подготовиться к полёту к Луне человека.

Но… 14 января 1966 года великого конструктора, пионера космонавтики Сергея Павловича Королёва не стало – не выдержало сердце после несложной операции. Эта внезапная кончина сказалась на развитии и советской космонавтики, и мировой космонавтики в целом. Вскоре американцы догнали и перегнали СССР в космических технологиях. Советское руководство постепенно утратило интерес к космическим рекордам, а вскоре угас и интерес США. Полёты в космос потеряли характер научного и технологического соревнования. А личности, сравнимой по масштабам с личностью Королёва, в мировой космонавтике так и не появилось.

Глава 50

Спутниковая связь и космическая метеорология

История знает множество случаев, когда талантливые писатели-фантасты предсказывали научные открытия и изобретения. Но чтобы писатель стал автором идеи, захватившей впоследствии умы учёных? Такого вроде бы не было… Или было? Один такой случай (на самом деле гораздо больше) известен достаточно широко. В 1954 году английский писатель-фантаст Артур Чарльз Кларк (годы жизни 1917—2008) написал письмо доктору Гарри Векслеру, руководителю отдела научных исследований американского метеорологического бюро, и предложил использовать искусственные спутники Земли для долговременного прогноза погоды. Это предложение способствовало появлению нового направления в метеорологии – космической метеорологии. А доктор Векслер стал горячим сторонником использования ракет и спутников для ведения метеонаблюдений из космоса.

Почему именно 1954 год? В космосе ещё не было ни одного искусственного спутника, но американская и мировая научно-популярная периодика уже пестрела статьями о космосе. В воздухе в буквальном смысле веяло близким расцветом космической эры. Это вызывало энтузиазм не только у просвещённой публики, но и в среде вполне серьёзных учёных. Главный вопрос – как можно использовать будущие спутники с практической стороны? Исследование космического излучения и верхних слоёв атмосферы – да, это очень важно, однако быстрой практической выгоды не подразумевает. Между тем даже у самых мощных мировых держав, в число которых, безусловно, входили и Соединённые Штаты Америки, хватало других забот, кроме развития теоретической науки. А космические программы требовали колоссальных финансовых вложений.

В печати с популярными статьями выступали и вполне авторитетные учёные, вроде Вернера фон Брауна, отца американской астронавтики и конструктора первых немецких и американских ракет. Большой интерес вызывали фантастические произведения самого Кларка и художника Чарльза Броунстелла. Под их влиянием космические исследования (которые к тому времени ещё не начались) разделились на три больших направления. Первое – научное, особенно так называемая внеатмосферная астрономия. Второе – военное, подразумевающее использование спутников для разведывательной деятельности, наблюдения за военными объёктами недружественных стран. Наконец, третье – гражданское, в которое входят спутники связи, метеорологии, навигации. Эти спутники могут выполнять и военные задачи, поскольку обычно финансируются государством (затраты на космические программы очень велики, не любая частная компания, тем более научная организация, способны их выдержать), но всё же основное предназначение гражданское.

В Советском Союзе работы по освоению космоса всегда оставались засекреченными и проводились в рамках, скорее, военных, чем научных программ (гражданских лиц в космических центрах было немного, в основном военные чины). А США ситуация складывалась иначе. В конце 1957 – начале 1958 годов в США состоялись слушания Конгресса для выяснения причин отставания Америки от СССР в области космических исследований. Поводом стал запуск первого искусственного спутника Земли, который произвёл в Америке эффект разорвавшейся бомбы. Никто просто не ожидал, что разрушенная войной страна способна так быстро восстановиться и опередить экономически более развитую сверхдержаву на таком трудоёмком направлении. Проанализировав ситуацию, президент Эйзенхауэр пришел к выводу, что военные и гражданские космические разработки плохо совмещаются, а поэтому программы невоенного характера следует выделить из компетенции вооружённых сил США. И, взяв за основу национальный консультативного комитет по аэронавтике, работающий в США с 1918 года, создать новую организацию – Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА). Официально деятельность НАСА официально началась 1 октября 1958 года.

Следует признать, это было важное решение. После уже упомянутой речи 25 мая 1961 года следующего после Эйзенхауэра американского президента Кеннеди, во время которой он объявил о начале лунной программы, НАСА развернула бурную деятельность. Это был серьёзный соперник советским конструкторам и учёным Сергея Павловича Королёва. В 60-е годы НАСА приступило к проектированию и постройке космического корабля «Аполлон» и ракеты-носителя «Сатурн-5», которым и предстояло доставить астронавтов на Луну. В те же годы НАСА приступило к исследованиям Луны, а также планет Венеры и Марса с помощью автоматических межпланетных станций, к разработке искусственных спутников Земли для проведения исследований Солнца и звезд в ультрафиолетовой и рентгеновской областях спектра (а это возможно только за пределами земной атмосферы). Начались запуски экспериментальных метеорологических и связных искусственных спутников.

На этом этапе преимущество в исследованиях ещё долго оставалось за СССР. Но после смерти Королёва темпы работ постепенно снизились. Поворотным моментом стал день 16 июля 1969 года, когда стартовал космический корабль «Аполлон 11», который доставил на Луну американскую команду астронавтов. Лунная гонка была выиграна американцами…

В начале 70-х годов для НАСА начались трудные времена. Лунная программа была завершена, а с ней урезано и финансирование. Амбициозным планам учёных, среди которых была и высадка человека на Марс, не суждено было осуществиться. Деятельность НАСА была урезана до разработки «космического челнока» – космического корабля многоразового использования «Шаттл», который совершил первый полёт в космос в 1981 году. Самое же крупное сокращение программ НАСА произошло в 1995 году, когда космический бюджет был доведён до уровня 1961 года, когда американцы ещё не приступили к реализации лунной программы…

Мы взяли ради примера историю НАСА, но советские космические программы прошли, практически, тот же путь. Как только политическое руководство страны утрачивало интерес к гражданским космическим исследованиям, научные программы сокращались, финансирование урезалось. И это не могло не сказаться на темпах освоения космоса.

Но всё же за первые десятилетия космической эпохи сделать удалось очень многое. В рамках научных программ исследования планет Солнечной системы были запущены автоматические станции к Луне, Венере, Марсу и другим планетам. Удалось создать работающую систему метеорологических наблюдений с использованием искусственных спутников Земли. Сегодня метеопрогнозы, которые мы ежедневно видим по телевидению и слушаем по радио, составляются мощными компьютерами на основании данных, полученных с орбитальных спутников. Эта мощная система позволяет с большой точностью делать краткосрочные и с приемлемой точностью долгосрочные прогнозы изменений погоды в любой точке планеты.

Ещё в 1965 году в СССР была создана постоянно действующая спутниковая система связи «Орбита». В эту систему вошли наземные приёмо-передающие станции и три искусственных спутника Земли – «Молния», «Радуга», «Горизонт – с установленными на них антеннами ретрансляторов. Эта система позволила обеспечить высококачественной связью в ультракоротковолновом диапазоне самые отдалённые районы Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока. Эта же система использовалась для трансляции программ московского телевидения.

«Орбита» работает по тому же принципу, что и все современные спутники связи. Радиосигнал, который в диапазоне ультракоротких волн распространяется только прямолинейно и в зоне прямой видимости, передаётся с наземного передатчика на орбиту, отражается от пассивной антенны спутника (то есть ретранслятору не требуется энергия для усиления и передачи сигнала) и возвращается на Землю под углом – фокусируясь на антенне другой наземной станции, которая из-за шарообразности Земли находится вне зоны видимости первого передатчика. Ретранслирующие спутники находятся на гелиостационарных орбитах, то есть скорость их вращения совпадает со скоростью вращения Земли, поэтому для наземного наблюдателя они неподвижны. Система получается долговечная, надёжная и хорошо работающая.

Спутники связи работают в системах телевизионной и радиотрансляции (спутниковое ТВ), в системах спутниковой телефонии и в системе глобального позиционирования GPS. Эта система – Global Positioning System – очень интересная и вполне доступная любому человеку технология, позволяющая определить свои координаты, проложить маршрут движения, отметить его на карте, узнать скорость передвижения и многое другое. Но о ней мы поговорим отдельно.