СГЕРМП
ФИЗИКА
АСТРОНОМИЯ
Г.А.Снуридин
КОСМИЧЕСКАЯ
ФИЗИКА
И КОСМИЧЕСКИЕ
АППАРАТЫ

Г. А. СКУРИДИН,
доктор физико-математических наук
КОСМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА
И КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ
Издательство сЗ Н А Н И Е *
Москва 1970

Grfi
С 46
Т. п. 1970 — № 70

Счастливы те, кто развивает науку в
годы, когда она не завершена, но когда в
ней назрел решительный переворот.
Ампер
Время устраняет предрассудки и
утверждает законы природы.
Цицерон
Солнечно-земные связи
Искусственные спутники Земли и космические ракеты
впервые позволили осуществить ряд фундаментальных
экспериментов в околоземном космическом пространстве.
Результаты этих экспериментов привели к коренному пересмотру
наших представлений о процессах, протекающих в ближайших
окрестностях Земли.
В настоящее время единым комплексом представляются
нам сложнейшие геофизические явления, такие, как
полярные сияния, магнитные бури, радиационные пояса,
возмущения в ионосфере. Можно предположить, что эти явления в
основном обусловлены характером взаимодействия
солнечных корпускулярных потоков с магнитным полем Земли.
Изучение этого взаимодействия — задача новой области
геофизики — физики магнитосферы. Масштабы явлений,
наблюдаемых нами в полярных сияниях, магнитных бурях, в
возмущениях ионосферы, в радиационном поясе, а также маг-
нитнОхМ «шлейфе» Земли, захватывают воображение. Величие
космических явлений возрастает по мере того, как наши
попытки понять их причинность и происхождение
наталкиваются на все новые и новые трудности.
Остановимся кратко на развитии некоторых идей,
которые в настоящее время играют фундаментальную роль в
понимании физики магнитосферы.
История этих идей поучительна в том отношении, что,
высказанные еще в прошлом веке, они не оказали никакого
влияния на последующее понимание многих открытых
экспериментальных фактов, и потребовалось более полувека,
чтобы они возродились вновь. Так, еще в 1892—1900 гг. Фицдже-
ральд и Лодж высказали предположение о том, что
магнитные бури обусловлены потоком или облаком заряженных
частиц, что полярные сияния вызываются потоком катодных
лучей, что хвосты комет не могут быть объяснены действием
3

только солнечного давления, а, по-видимому, существенную
роль в их образовании играет солнечная радиация,
испускаемая из района солнечных пятен со средней скоростью около
300 км/сек.
Наконец, из факта существования полярных сияний и
магнитных бурь, Фицджеральд и Лодж предположили, что
Земля должна обладать, подобно кометам, небольшим
хвостом, направленным от Солнца.
Соображения Фицджеральда и Лоджа были подвергнуты
критике со стороны лорда Кельвина, и отчасти поэтому они
были забыты. Кроме того, Фицджеральд и Лодж
предполагали, что корпускулярная радиация представляет собой
катодные лучи, т. е. электроны, выбрасываемые из солнечных
лятен интенсивными химическими реакциями,
происходящими на Солнце.
В то же время Биркеланд проводил свои знаменитые
опыты с терелой (намагниченной сферой), в вакууме. В
результате он пришел к выводу, что полярные сияния вызываются
«корпускулярными лучами», понимая под ними поток
заряженных частиц, идущих от Солнца. Далее, Биркеланд на
основе проведенных лабораторных и экспедиционных работ,
проходивших в исключительно трудных условиях, высказал
ряд блестящих идей. Так, он предполагал:
1) В экваториальной плоскости имеется кольцевой ток
квазизахваченных частиц;
2) Существует частичный кольцевой ток вместе с токовой
системой, которая замыкается в ионосфере;
3) На Солнце имеются ограниченные активные области,
которые постоянно излучают радиацию, вызывающую
магнитные бури с периодичностью 27 дней, равной периоду
обращения Солнца вокруг своей оси.
4) Поскольку слабые магнитные бури происходят
постоянно, то воздействие солнечных лучей имеет место в любое
время (т. е. он предположил фактически существование
постоянного «солнечного ветра»).
5) Хвосты комет образуются в результате
«-разбрызгивания материала ядра комет (углеродного) солнечными
корпускулярными лучами».
6) Земное магнитное поле вызывает появление
околоземной полости, из которой мягкие солнечные корпускулы
будут выметаться, т. е.. он предугадал образование
магнитосферы.
Биркеланд вдохновил К. Штермера написать книгу о
полярных сияниях и космических лучах.
К. Штермер получил ряд. замечательных результатов,
объясняющих характер движения частиц в магнитном поле.
К этому следует добавить целую серию наблюдений, которые
4

можно было объяснить, в частности, постоянной солнечной
радиацией:
1) появление каждую ночь некоторых форм полярных
сияний в высоких широтах;
2) в полярных широтах всегда наблюдается магнитная
активность;
3) тюнижение интенсивности космических лучей у Земли в
период высокой солнечной активлости (форбуш-эффект).
В 50-х годах появились работы немецкого ученого
Л. Ф. Бирмана, посвященные изучению кометных хвостов.
Известно, что голова кометы почти всегда направлена к
Солнцу, а ее газовый хвост — от Солнца (исключение
составляет комета Аренда—Ролана с двумя хвостами, один из
которых направлен от Солнца, а второй, в виде исполинской
иглы, устремлен к Солнцу).
Характер хвоста (кривизна, отклонение от радиуса
вектора и т. д.) зависит от ускорения, которое получают его
частицы. Согласно механической теории, силой, ускоряющей
частицы кометного хвоста, считается сила светового
давления. Однако объяснить ряд специфических явлений в хвостах
комет 1-го типа механическая теория не могла.
Л. Бирман показал, что многие характерные особенности
кометных хвостов 1-го типа могут быть удовлетворительно
объяснены как результат взаимодействия плазмы кометного
хвоста с солнечным корпускулярным потоком.
Теория Л. Бирмана по ряду причин подверглась критике.
Однако основная ее идея о воздействии корпускулярных
потоков на хвосты комет правильна. В дальнейшем было
показано, что основную роль во взаимодействии солнечных
корпускулярных потоков с кометной атмосферой играет
магнитное поле, переносимое солнечным потоком. В рассмотрении
этого явления большое значение имели
магнитно-гидродинамические идеи X. Альвена.
Из сопоставления всех рассмотренных фактов следует,
что корпускулярное излучение постоянно испускается
Солнцем, воздействуя на атмосферу и магнитное поле Земли. Это
излучение испускается во всех направлениях, причем
скорость распространения корлускулярных потоков сразу же
после вспышки на Солнце возрастает.
В дальнейшем мы увидим, как эти идеи
трансформировались в современные представления о солнечно-земной физике
и как постепенно ученые пришли к пониманию единства гелио-
п геофизических процессов. Это стало возможно в результате
глобального изучения явлений с помощью космических
аппаратов и сравнения полученных данных с наземБыми
наблюдениями.
Однако вернемся к середине 50-х годов. В это время пе-
5

ред учеными возник ряд волнующих вопросов: какая
причина обусловливает непрерывное истечение из Солнца
корпускулярных потоков, каковы источники истечения, плотность и
скорость распространения потоков, каков характер их
взаимодействия с межпланетной средой и магнитными полями
планет Солнечной системы?
Изучению этого круга вопросов посвящены очень
важные исследования советских астрофизиков А. Б. Северного,
Э. Р. Мустеля, В. А. Крата и С. Б. Пикельнера.
Расчеты В. А. Крата и С. Б. Пикельнера показали, что
при предполагаемой кинетической температуре солнечной
короны порядка 1,5 млн. градусов должно происходить
неизбежное убегание большого числа корональных частиц от
Солнца — так называемая тепловая диссипация. Однако
этого оказалось недостаточным для объяснения постоянного
истечения солнечной короны. В работах 1953—1957 гг.
С. К. Всехсвятского, Е. А. Пономарева, Г. М. Никольского и
В. И. Чередниченко солнечные корпускулярные потоки
отождествлялись с корональными лучами, при этом была
рассмотрена динамическая модель солнечной короны. К сожалению.
указанные авторы не сделали важного вывода из своей
теории о расширении солнечной короны в космическое
пространство.
ТЕОРИЯ ЧЕПМЕНА — ПАРКЕРА
В настоящее время наиболее развитой теорией о
непрерывно испускаемых Солнцем корпускулярных потоках
является теория Чепмена—Паркера. Исследования Сиднея Чеп-
мена, одного из крупнейших геофизиков нашего времени,
показали, что если температура солнечной короны порядка
1 млн. градусов, то ионизованный газ короны благодаря
своей высокой теплопроводности создает большой поток тепла
и распространяется вплоть до орбиты Земли, имея на этом
расстоянии температуру около 200 000°К.
Исходя из данных о плотности короны, С. Чепмен
получил значение плотности короны вблизи Земли порядка 100—
1000 атомов водорода в 1 см3, что соответствует данным,
полученным ранее по измерениям, например, зодиакального
света. С. Чепмен образно сказал, что мы живем «в
продолжении солнечной короны». Недостаток этой теории в том, что
С. Чепмен рассматривал солнечную корону в
гидростатическом равновесии. Кроме того, межпланетное магнитное поле с
межпланетной плазмой в теории Чемпена не связывалось.
Развивая дальше идеи С. Чепмена, американский
астрофизик Е. Паркер показал, что корона Солнца не может
находиться в гидростатическом равновесии. Е. Паркер рассмот-
б

рел задачу о гидродинамическом расширении солнечной
короны и пришел к неожиданному результату, что скорость
расширения на «бесконечности» имеет нижним пределом
значение
v (со)>(——) -т-е-
солнечная корона расширяется, достигая на расстоянии
порядка 10 млн. км скорости в несколько сот километров в
секунду.
Если, согласно Паркеру принять, что плотность корснны у
основания N=3- Ш7 см~3, то у орбиты Земли получим
значение 2 • 102 см~3.
Отсюда Паркер сделал важный астрофизический вывод,
что гидродинамически расширяющаяся солнечная корона
представляет собой корпускулярное излучение Солнца. Этот
непрерывный солнечный сверхзвуковой поток, излучаемый
Солнцем, Е. Паркер назвал «солнечным ветром».
В 1959 г. были осуществлены первые полеты советских
автоматических ракет в сторону Луны с аппаратурой для
изучения межпланетного пространства.
Опыты по измерению межпланетной плазмы проводились
под руководством доктора технических наук К. И. Грингауза.
В этих опытах были впервые зарегистрированы солнечные
корпускулярные потоки. Скорость зарегистрированных
потоков равнялась ~400 км/сек, концентрация частиц в потоке
колебалась в пределах 25 частиц в 1 cj*3.
Первые американские измерения солнечной плазмы были
осуществлены на высокоапогейном спутнике «Эксилорер-10»
(максимальное удаление от Земли почти 200000 км)
опытами Росси, Бриджа и других в марте 1961 г. В зтих опытах
измерялись величины солнечных потоков и их скорости,
которые оказались равными 400—500 км/сек. Величина потока
составляла 10s—109 частиц • см~2 - сект1. Однако все опыты
были кратковрехменными и носили отрывочный характер.
Почти непрерывные четырехмесячные измерения скоростей
солнечной плазмы на американском космическом зонде «Ма-
ринер-2» окончательно установили постоянное существование
солнечного ветра в межпланетном пространстве, скорость
которого у Земли равнялась 300—500 км/сек. Обработка
результатов измерений позволила установить эмпирическую
формулу, устанавливающую зависимость между средней (за
сутки) скоростью солнечного ветра и индексом магнитной
активности:
V = 8,44 2 Кр+ 330 км/сек.
Здесь 2 Кр — сумма за сутки индексов Кр, соответствую*
тих трехчасовым интервалам.
7

Таким образом, прямые измерения на космических
аппаратах в общем подтвердили астрофизические идеи Е.
Паркера о природе солнечного ветра, что является важнейшим
научным достижением в исследовании космического
пространства. Это открытие важно не только с точки зрения
динамических процессов, протекающих на Солнце и в межпланетной
среде, оно имеет принципиальное значение для понимания
многих геофизических явлений вблизи Земли, их взаимосвязи
и единства происхождения.
Солнечный ветер, по-видимому, как раз и есть тот
космический «возмутитель спокойствия», который в первую
очередь ответствен за многие процессы в околоземном
космическом пространстве.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА
Теория солнечного ветра базируется на определенной
физической модели, с помощью которой возможно получить
представление о расширяющейся солнечной короне.
Солнечный ветер, как поток ионизованного газа малой плотности,
представляет собой внешнюю часть солнечной короны,
имеющую достаточно высокую кинетическую температуру.
Согласно основной идее И. С. Шкловского (1944 г.)
только низкая плотность материи в короне и связанные с этим
малые потери корональной плазмы на излучение служат
причиной высокой кинетической температуры солнечной короны.
Фундаментальным вопросом физики солнечной короны, а
гакже происхождения солнечного ветра является выяснение
природы «нагревающего механизма». Что делает корону
такой горячей?
В настоящее время предполагают, что «нагревающим
механизмом» может служить процесс диссипации энергии, т. е-
трансформации энергии упорядоченного движения газа в
энергию беспорядочных (тепловых) движений. Так,
выделение джоулева тепла в проводящем ионизованном газе может
служить типичным примером диссипации энергии.
О каком виде диссипации энергии можно предполагать в
солнечной короне? Вследствие особых условий в короне, как
в любом другом виде плазмы, здесь протекают сложные
магнитно-гидродинамические процессы, приводящие к появлению
магнитно-гидродинамических волн.
Помимо магнитно-гидродинамических волн, в солнечной
плазме возможно существование различного типа
акустических волн, которые возникают, по-видимому, из-за мощных
конвективных движений в областях, лежащих ниже
фотосферы Солнца. Шварцшильд и Бирман предположили, что
источником нагрева солнечной короны может служить диссипация
8

механической энергии акустических и
магнитно-гидродинамических волн. Эти волны передают часть своей энергии
окружающему газу, через который они проходят. Вследствие
низкой плотности короне нужно очень мало тепла для
повышения температуры.
Как пишет Е. Паркер, этот процесс напоминает действие
мальчика, который создает достаточно тепла, чтобы зажечь
путем трения две деревянные .палочки, температура которых
достигает несколько сотен градусов, хотя собственная
температура мальчика составляет только 37°С. Температура
окружающего газа растет от 5000°К к фотосфере до 1,5 • 106°К
в основании короны, где происходит диссипация основной
части энергии. Этот «нагревающий механизм» солнечной
короны приводит к ее расширению и истечению коронального
газа в межпланетное пространство. Истечение плазмы вблизи
Солнца происходит сравнительно медленно, ~10—20 км/сек-
По мере удаления от Солнца скорости растут, достигая
скорости звука, а затем сверхзвуковых скоростей. Это
непрерывное ускорение плазмы происходит вследствие действия сил,
обусловленных разностью давлений В'близи Солнца и на
больших расстояниях от него.
Диссипация энергии возрастает над активными
областями солнечной поверхности, особенно во время мощных
солнечных вспышек — одного из удивительных проявлений
космических взрывов. Одним из замечательных свойств
солнечного ветра, как высокоионизованного газа малой плотности,
является «вмороженность» магнитного поля солнечного
происхождения в плазму солнечного ветра; движущаяся
электропроводящая среда увлекает за собой и магнитное поле.
В 1958 г. Е. Паркер выдвинул идею о влиянии
солнечного магнитного поля на потоки солнечного ветра. Рассмотрим,
согласно Е. Паркеру, процесс истечения солнечной плазмы
из какой-либо области на Солнце. Предположим, что на
поверхности Солнца, на уровне ее фотосферы, магнитные поля
имеют напряженность порядка ~ 1 э. Истечение плазмы из
рассматриваемой области происходит раднально. Вследствие
вращения Солнца силовые линии магнитного поля, «жестко
скрепленные» с плазмой и поверхностью Солнца, будут
искривляться. При этом вектор напряженности магнитного поля
будет направлен вдоль касательной в каждой точке силовой
линии. Угол а, образуемый вектором напряженности
магнитного поля и вектором радиальной скорости солнечной
плазмы, определяется из соотношения
tg « = -^>
где со — угловая скорость Солнца; R — радиальное
расстояние до рассматриваемой точки силовой линии поля; V — ско-
9

ростъ плазмы. Угол а на расстоянии ~ 1 а. е. (а. е, —
астрономическая единица) при скорости солнечного ветра
~ 4!SQ км/сек составляет в среднем — 45°,
Форма силовой линии, вдоль которой распространяются
магнитные поля, переносимые солнечным ветром, зависит от
соотношения между плотностью кинетической энергии
солнечного ветра:
и плотностью магнитной энергии
При выполнении условия W^>WW формула силовых линий
приобретает вид спирали Архимеда.
Отсюда следует важный вывод — межпланетные поля
есть не что иное, как «вмороженные» магнитные поля
солнечной атмосферы, переносимые солнечным ветром. Вследствие
того что полный магнитный поток должен сохранять
постоянное значение на всех удалениях от Солнца, можно оценить
величину напряженности магнитных полей в районе Земли.
При предполагаемой величине напряженности магнитных
полей на Солнце #«,лн~ 1 э и исходя из соотношения
—Е2^! ) , получим значение напряженности меж*
планетного поля в несколько гамм (1у = Ю-5 э).
Измерения, выполненные на советских и американских
космических аппаратах, показали, что межпланетное
пространство заполнено магнитными полями с напряженностью в
несколько гамм, что также подтверждало общую концепцию
с солнечном ветре. Большой цикл исследований по
измерениям магнитных полей в межпланетном пространстве был
проведен на американских космических аппаратах серии _«ИМП»
под руководством Нормана Несса.
За время измерений (27.XI.1963—15.11.1964) Солнце
совершило несколько оборотов вокруг своей оси. Это
позволило обнаружить замечательную особенность межпланетных
магнитных полей — их секториальную структуру с центром на
Солнце, т. е. поля обладали противоположными знаками: к
Солнцу я от Солнца.
Измерения показали, что магнитные поля существуют в
каждой точке пространства и имеют спиральную структуру;
форма спирали соответствует средней скорости движения
плазмы ~ 450 км/сек. Расположение плоскости спирали по
выполненным измерениям очень близко к плоскости эклил-
тики.
10

Модель Е- Паркера — это модель спокойного Солнца.
Однако известно, что на Солнце часто происходят бурные
процессы — извержения огромных масс солнечного газа,
существуют так называемые активные области, которые
движутся поперек солнечного диска из-за вращения самого
Солнца.
Все эти обстоятельства не учитываются в
идеализированной модели Паркера.
Голд предложил другую модель, основываясь на
рассмотрении активных областей Солнца. Во время сильных хромо-
сверных вспышек из активных областей Солнца происходит
извержение солнечной плазмы, которая, расширяясь,
выталкивает магнитное поле активной области с солнечной
поверхности. Концы силовых линий магнитного поля при
расширении плаЗхМЫ остаются «прикрепленными» к Солнцу.
Магнитное поле вытягивается в петлю, образуя своеобразную
магнитную бутыль. Внутри магнитной бутыли заряженные
частицы, захваченные магнитным полем, движутся вдоль
петель — силовых линий. Частицы, приходящие извне,
отражаются магнитным полем бутыли. Магнитное поле внутри
бутыли, оцененное Голдом по начальной фазе форбуш-эф-
фекта, составляет 1 —10 гамм.
МОДЕЛЬ МЕЖПЛАНЕТНОЙ СРЕДЫ
Анализ магнитных измерений на спутниках серии «ИМП»
показывает, что межпланетные магнитные лоля—это
локальные поля отдельных областей Солнца, переносимых
солнечным ветром. Таким образом, реальное межпланетное
магнитное поле, по существу, синтезирует обе модели,
предложенные Паркером и Голдом: с одной стороны, поле
закручивается в паркеровскую архимедову спираль; с другой стороны,
это не «общее» дипольное поле Солнца, а поле отдельных,
локальных областей на поверхности Солнца, уносимых
солнечным ветром (модель Голда).
В течение 1958—1963 гг. были проведены важнейшие
измерения в межпланетном пространстве — распределение
магнитного поля (Несс, Долгинов) и плотности плазмы
(Грингауз, Нейгебауэр, Снайдер)* Значения полученных
величин усреднялись по времени и пространству. Однако эти
значения не могут служить характеристиками основных
параметров космической плазмы — концентрации (п)
скорости (и)„ электронной {Те) и ионной (Tt) температур и
напряженности магнитного поля (#). Необходимо было
знание этих параметров, отнесенных к одному и тому же вре-
U

менному интервалу. Знание сово,ку!Пности плазменных
параметров позволяет выбрать ту или иную физическую модель
космической плазмы:
8л — горячая плазма,
пкТе<£ холодная плазма.
8я
Здесь k — постоянная Больцмана.
В настоящее время показано, что в межпланетной плазме
реализуются обе модели, течение плазмы всегда сверхзвуковое.
Пока еще отсутствуют да>нные прямых измерений
скоростей потоков солнечной плазмы в непосредственной близости
от Солнца. В связи с этим важ-ное значение имеют
радиолокационные измерения Солнца, проведенные в 1962 г. на
частоте 38 Мгц. Анализ измерений показал, что на высоте
350000 км над фотосферой Солнца расширение солнечной
короны происходит со скоростью 16 км/сек. Это значение
весьма близко к теоретическому для данной высоты «при
температуре короны Т = 106°К.
Открытие солнечного ветра и изучение динамических
процессов в межпланетном пространстве привело к полному
пересмотру наших представлений о физике околоземного
космического пространства. Стремительное накопление
экспериментальных данных определило динамику развития
космической физики, ее новых концепций, идей и гипотез. В первую
очередь это коснулось наших представлений о
структуре геомагнитного поля на больших .расстоялиях и
характера взаимодействия солнечного ветра с магнитным
полем Земли.
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ И МАГНИТНЫЕ БУРИ
К концу XIX века сложилось представление о постоянном
магнитном поле {Нt) и переменном магнитном поле (Не)
Земли. Изучение магнитных бурь послужило первым
толчком к отказу от модели неограниченного геомагнитного поля.
Поле магнитной бури, согла-сно Чепмену, принято
представлять совокупностью токов, определяющих характерные
особенности бури:
D = DCF + DR + DP,
где DCF — токовая система, вызывающая начальную фазу
бури под действием солнечного корпускулярного потока
(CF — Corpuscular Flux); DR — токовое кольцо, ответст-
12

венное за главную фазу бури (R — Ring); DP —
ионосферная токовая система, особенно интенсив-ная в полярной
области (Р — polar).
Начало особенно сильных магнитных бурь
характеризуется резким возрастанием горизонтальной составляющей
(#гор) напряженности магнитного поля Н (бури с
внезапным началом). Момент начала в различных пунктах на
Земле редко отличается более чем на минуту. Далее следует
начальная фаза .бури (иногда очень короткая), а затем —
главная фаза продолжительностью в несколько часов. В течение
ее Нгор -падает ниже среднего невозмущенното уровня,
причем возмущение по абсолютной величине значительно больше
возмущения при внезапном начале. За минимумом Ягор
следует возвращение к исходному уровню, занимающее до
нескольких дней — обратная фаза бури.
Наблюдаются также бури с постепенным началом,
связанные с солнечными пятнами (точнее, с активными, так
называемыми М-областями на Солнце). Они обнаруживают
тенденцию к повторяемости через 27 дней (период вращения
Солнца вокруг оси). Описание возмущения во время
магнитных бурь является усредненным по большому числу бурь.
Характер возмущений одинаков на всех геомагнитных
широтах ниже 60°- В высоких широтах характер протекания
магнитных возмущений имеет ряд специфических особенностей —
полярные бури. Во время магнитной бури усиливаются
полярные сияния, которые нередко наблюдаются в области
более низких широт, чем обычно. Так, во время бури 10—
11 февраля 1958 г. полярные сияния были видны даже в
тропиках. В магнитоспокойное время максимальная частота
появления .полярных сияний отмечается на геомагнитных
широтах около 67°. Пояс этих широт называется зоной
полярных сияний. Частота .появления сияний около полюсов
значительно ниже, а на широтах ниже 50° уменьшается почти до
нуля.
ТЕОРИЯ ЧВДМЕНА — ФЕРРАРО МАГНИТНЫХ БУРЬ
В 1930 г. С. Чепмен и В. Ферраро сделали попытку дать
объяснение геомагнитным возмущениям на основе своей
теории начальной фазы магнитной бури. Они предположили, что
магнитные бури возникают в результате воздействия -на
геомагнитное поле потока ионизованного газа, состоящего из
положительно и отрицательно заряженных частиц,
выбрасываемых Солнцем. При скорости потока около 1000 км/сек
тачкой поток достигает Земли через 30 ч после вспышки на
Солнце. Если проводимость газа очень велика, то магнитное
■поле не может проникнуть через границу потока. Электриче-
13

ские токи, возникающие на- этой границе, как бы.
выталкивают магнитное ноле З&мли из области, занимаемой потоком.
Силовые линии магнитного поля будут деформироваться и
прижимаггься к диполю со стороны^, освещаемой Солнцем.
Магнитное давление препятствует движению потока, поэтому
если первоначально' граница потока была плоской, ПараЛ-
ЛеЛЪНОЙ ОСИ ДИПОЛЯг ТО^ Приближаясь К ДИПОЛЮ; ОНЗ ИСКрИВ-
ляется и останавливается там:, где давление потока Ро ста-
LJ2.
новится равным магнитному давлению —. Вдали от
ДИПОля его поле мало влияет на движение .потока,, поэтому ноток
как бы обтекает диполь,, образуя полость», внутри
которой заключено магнитное поле Земли (полость Чеп-
ме на—Ферр аро)-.
Для объяснения уменьшения напряженности поля во
время главной фазы бури С. Чепмен и. В.. Ферраро^ допускали
возможность- захвата геомагнитным: полем ааряженных
частиц и образования из них кольцевого тока западного
направления на расстоянии около, L0 #а, где #з — радиус
Земли. Теорня. Чепмена—Ферраро являлась, по существу, первой
теорией, доказывающей возможность деформации
геомагнитного ноля под воздействием солнечные потоков и развития
при этом: ряда геофизических янленш!
СТРУКТУРА ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
Эксперименты на советских и американских космических
аппаратах позволили поучить конфигурацией реального
стационарного геот агаихнО'ГО ноля. Геомагнитное ноле
заключено внутри некоторой областа, называемой магнитосферой
Земли* (термин принадлежит Голду), граница которой в^ маг-
нитоспокойное время расположена на дневной стороне на
расстоянии около десяти земных радиусов, а на теневой
стороне удалена на расстояние более чем на 30 земных
радиусов.
Пограничная область магнитосферы имеет протяженность
в несколько- земных радиусов* и характеризуется резким
спадом напряженности ноля, фл:уктуациями и постепенным,
переходом а межпланетное поле. С дневной стороны
магнитосферы обнаружено' существование фронта стоячей ударной
волны, отделяющей магнитосферу от невозмущешюго солнечного
ветра: На дневной и ночной сторонах внутри магнитосферы
существует область заряженных: чжтиц,, захначейзшх
магнитным нолем и называемая радиационным поясом! Землж
Перовые прямые измерения геомагнитного шаля: а
околоземном космическом пространстве были, проведеиы в 1958—
14

1959 гг. на космических аппаратах «Луна-i» и «Луна-З», а
также на американском аппарате «сПионер-1». Измерения
показали, что начиная с некоторого расстояния от центра
Земли (~3—5 Rs) магнитное поле заметно отличается от ноля
диполя (эффект Долт.инова—Пуигкова). Можно было
предположить, что начиная с расстояния /?~5—6 Яз на освещенной
Солнцем стороне падение напряженности ноля с
увеличением R резко замедляется.
В I960 г. с помощью станции «Пионер-5», выведенного на
околосолнечную орбиту, были проведены магнитные
измерения ннешней области геомагнитного поля и выполнен ряд
дискретных измерений на расстоянии 5—30 Яз- Магнитные
измерения показали, что в невозмущенном состоянии
геомагнитное поле совпадает с дипольным полем примерно до
расстояний 5—9 Яз
Первые результаты, доказавшие существование границы
магнитосферы, были получены в 1961 г. с помощью
измерений магнитного поля и частиц плазмы на спутниках «Экспло-
рер-10» и «Эксплорер-12». Измерения показали
ограниченность регулярного геомагнитного поля, обтекаемого
солнечным ветром. «Эксплорер-12» обнаружил эффект ограничения
квазитермализованной плазмы, которътй интерпретировался
как фронт бесстолкновительной ударной волны, а также
эффект переориентации вектора напряженности магнитного
поля на границе магнитосферы. -Кроме того, было показано, что
вблизи от внутренней стороны тряницьт магнитосферы
напряженность геомагнитного поля в 2 раза больше
напряженности поля диполя.
Таким образом, на основании полученных результатов
молено предположить, что для реального геомагнитного поля
характерны три различные по своим свойствам области:
1) внутренняя область магнитосферы с невозмущенным
дипольным полем;
.2.) внешняя область, в которой напряженность реального
поля выше напряженности дипольного поляг,
3) пограничная область, поле которой переходит в
межпланетное поле.
Сама эта область имеет, видимо, сложную
структуру. В области, ближайшей к границе магнитосферы,
происходит резкий спад напряженности геомагнитного поля. Для
этой области характерны сильные флуктуации поля. Далее,
в области 12—1б7?з поле менее возмущено и, наконец, в
области больше 15—J6 Яз геомагнитное поле переходит в
невозмущенное ^межпланетное магнитное поле.
Первые магнитные измерения на антисолнечной стороне
Земли были проведены на советской космической станции
«сЛуна-2». В 1961 г. эти исследования проводились на
американском спутнике «Эксплорер-Ю»,
\5

Фундаментальные исследования геомагнитного поля были
проведены Н. Нессом и его сотрудниками в течение 1963—
1968 гг. на спутниках серии «НМЛ» и «Пионер». Первые
результаты магнитных измерений на ночной стороне Земли с
помощью спутника «ИМП-1» показали, что геомагнитное
поле в антисолнечном направлении простирается вплоть до
орбиты Луны, образуя сильно вытянутый открытый
«магнитный хвост» Земли. Диаметр хвоста магнитосферы
приблизительно равен 40 Яз. Внутри хвоста, в экваториальной
плоскости, существует нейтральный слой, разделяющий
магнитные силовые линии, имеющие антисолнечное направление в
Южном полушарии и солнечное — в Северном.
Напряженность магнитного поля в нейтральном виде близка к нулю.
Дальнейшие измерения на спутниках «Пионер» указывают,
что магнитный хвост Земли простирается, по-видимому,
вплоть до расстояния ~ 1000 /?з.
Приборы, имевшиеся на спутнике «ИМП-1», позволили
установить предполагавшееся существование фронта бесстолк-
новительной ударной волны.
МОДЕЛЬ МАГНИТОСФЕРЫ ЗЕМЛИ
Современные представления о модели магнитосферы
основываются на характере взаимодействия магнитного поля
Земли со стационарным сверхзвуковым потоком
ионизованного газа — солнечным ветром.
Качественно можно представить картину обтекания
геомагнитного поля солнечным ветром следующим образом. При
обтекании магнитосферы сверхзвуковым солнечным потоком
впереди магнитосферы образуется стоячая ударная волна.
Проходя через ее фронт, поток становится дозвуковым, а
плотность и давление в нем увеличиваются. Свойства
ударных волн в разреженной намагниченной плазме значительно
отличаются от свойств обычных гидродинамических волн.
Например, в разреженной плазме возможно существование
ударных волн с толщиной фронта, меньшей длины
свободного пробега частиц. Воздействие на заряженную частицу,
«опередившую» фронт волны, может осуществляться через
магнитное поле- Состояния плазмы с обеих сторон фронта
ударной волны связаны соответствующими законами
сохранения. В области между фронтом ударной волны и границей
магнитосферы картина обтекания усложняется. Вблизи
границы магнитосферы образуется пограничный слой, в котором
текут электрические токи. Вне магнитосферы они экранируют
солнечную плазму от магнитного поля Земли и увеличивают
напряженность магнитного поля внутри магнитосферы.
Установившийся поток солнечной плазмы оказывает давление
16

на магаитные поля, и положение границы магнитосферы с
солнечной стороны определяется из условия равенетва
давления ллазмы давлению магдитного поля:
-^- = 2 mnv2 cos2\b,
8л
где Ht *— составляющая напряженности магнитного поля
Земли на границе магнитосферы, касательная к силовой
линии (тангенциальная составляющая); п —- число протонов в
1 смъ\ т — масса протона; v — скорость солнечного ветра;
ф — угол между направлением солнечного ветра и нормалью
к границе магнитосферы.
Наиболее просто определить расстояние до границы маг-
литосферы в направлении линии Земля—Солнце. В этом
случае cos2 \J5 = 1 и мы получим:
При скорости солнечного ветра ~ 500 км/сек и плотности
частиц ~ 2,5 частицы в 1 смъ граница магнитосферы будет
находиться на расстоянии 10 /?з При усилении солнечного
ветра (при возрастании скорости или плотности) расстояние
до границы магнитосферы уменьшается, а. при ослаблении —
увеличивается.
Первое точное решение двумерной задачи о
гидродинамическом обтеканил магнитосферы Земли свободно
молекулярным сверхзвуковым потоком с числом Маха М > 3 было
дано в 1959 г. В. Н. Жигулевым и Е. А. Ромишевским. В
работе были отмечены многие особенности структуры
магнитосферы: ее граница на солнечной стороне, влияние наклона
оси диполя на расположение так называемых нейтральных
точек, незамкнутость силовых линий в антисолнечном
направлении, антисимметричность в направлении Солнце-
Земля.
Решение трехмерной задачи получено пока
приближенными методами лри ряде упрощающих предположений. На
освещенной Солнцем стороне на широтах до 70° граница
магнитосферы мало отличается от сферической. Вектор
напряженности магнитного поля на границе имеет только
тангенциальную составляющую, за исключением нейтральных точек,
где напряженность магнитного ноля равна нулю. Топология
замкнутых силовых линий имеет антисимметричный
характер вдоль линии Солнце—Земля на солнечной и
антисолнечной сторонах. Силовые линии, исходящие из области
высоких широт, сносятся в направлении, противоположном
движению солнечного потока, образуя сильно вытянутый
магнитный хвост, который в зависимости от сделанных при ре-
1287-2
17

шении задачи предположений может оказаться замкнутым
(закрытая модель) или разомкнутым (открытая модель).
Описание формы и структуры геомагнитного хвоста является
наиболее сложной задачей. Приходится вводить еще ряд
предположений, например добавочное поле некоторого
однородного тока, текущего на ночной стороне в экваториальной
плоскости, начиная с геоцентрического расстояния — 8—11)
земных радиусов.
Изучение геомагнитного поля тесно связано с изучением
распределения заряженных частиц внутри магнитосферы, на
ее границе, б пограничной области и в магнитном шлейфе.
РАДИАЦИОННЫЙ ПОЯС ЗЕМЛИ
Одним из замечательных и, можно сказать, неожиданных
открытий в самом начале космических исследований было
открытие зоны захваченной радиации — радиационного
пояса Земли (Ван Аллен, С. Н. Вернов, А. Е. Чудаков).
Открытие было сделано в 1958 г. при полетах американских
спутников «Эксплорер-1», «Эксплорер-3», третьего советского
искусственного спутника Земли, а также космических
аппаратов «Пионер». Первоначально речь шла о двух зонах
радиации — внутренней и внешней, ибо на первом этапе
исследований в основном проводилось измерение частиц высоких
энергий около десятков мегаэлектрон-вольт. После запуска
искусственного спутника Земли «Эксплорер-12», на котором
проводилось измерение электронов с энергией Ее^ 40 кэв и
протонов низких энергий £/7> 100 кэв, было показано, что
электроны не образуют двух раздельных зон радиации, а
только одну. Кроме того, было показано, что интенсивность
протонов низких энергий в области «щели» между внутренней
и внешней зонами радиации сравнима с интенсивностью
электронов- Внешняя граница захвата этих частиц совпадает
с внешней границей геомагнитного поля. Таким образом, вся
зона захваченной радиации заполнена малоэнергичными
электронами и протонами со сравнимой интенсивностью.
В настоящее время накоплен значительный
экспериментальный материал по измерению заряженных частиц, их
спектральному распределению, интенсивности потоков,
характеру движения в геомагнитном поле, вариациям
интенсивности. Важным обстоятельством было установление
зависимости зоны захваченной радиации от местного времени. Этот
факт признается в настоящее время наиболее существенным
в общей физической картине околоземного космического
пространства. Изучение зоны захваченной радиации
представляет исключительный интерес: перед нами поставленный самой,
природой гигантский эксперимент по ускорению и удержанию
18

заряженных частиц в магнитной ловушке. Эксперимент та
ких масштабов пока невозможно осуществить в лаборатор
ных условиях.
ИЗМЕРЕНИЕ НИЗКОЭНЕРГИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЫ
И «ЭФФЕКТ КОЛЕНА»
В измерениях низкоэнергичных частиц на солнечной и
теневой сторонах Земли, проведенных советскими учеными в
1959 г. на первой, второй и третьей космических ракетах
(К. И. Грингауз), прибором зарегистрировано наличие
интенсивных потоков частиц с энергией свыше 200 эв в
области между 8,9<!/?з^ 12,7. На второй космической ракете
были измерены потоки низкоэнерглчных протонов на
теневой стороне и впервые было показано, что в области
высот от ~ 2000 до — 15 000 км концентрация ионов
составляла ~ 103 в 1 см3, а на высоте 20 000 км <102
в 1 см3.
Последующие измерения на «Эксплорере-10», на «Map-
се-1» и «ИМП-1» подтвердили эффект резкого скачка
плазмы на высоте ~20 000 км.
В 1963 г. Карпентер (США) обнаружил резкий спад
плотности концентрации плазмы в экваториальных широтах в
области ^3<#з<4. Он назвал этот эффект «эффектом
колена». Им же была отмечена связь «эффекта колена» с
результатами измерений на второй космической ракете.
Совокупность всех измерений низкоэнергичной плазмы внутри
магнитосферы показывает, что на высотах ~20 000 км им^ет
место резкий скачок плазмы — плазмопауза (эффект Грин-
гауза—Карпентера).
ГРАНИЦА МАГНИТОСФЕРЫ И ДИНАМИКА
ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ
Динамика заряженных частиц во в-ремя сильных
магнитных возмущений достаточно сложна и пока еще мало
изучена.
Первые измерения на границе магнитосферы во время
магнитной бури 27.IX.1961 г. были проведены на спутнике
«Эксплорер-10». Перед началом бури спутник несколько раз
пересекал границу магнитосферы. Пересечения были
связаны не с движением спутника, а с возмущением
геомагнитного поля солнечными потоками, и свидетельствовали о том, что
граница магнитосферы находится в постоянном движении
окало некоторого квазистационарного равновесного
положения. Внезапное начало бури по данным «Эксплорера-10» со-
19

провождалось быстром возрастанием напряженности
магнитного поля в пограничной области и сжатии магнитосферы.
Граничные эффекты, связанные с магнитными бурями,
наблюдались также на спутнике «Эксплорер-12». Быдо
обнаружено, что во время первой фазы бури граница магнитосферы
приближается к Земле, т. е. магнитосфера сжимается. Во
время главной фазы бури граница магнитосферы не
возвращается к прежнему положению, но в обратную фазу граница
увеличивается и становится больше невозмущенного
значения. Амплитуда колебаний границы магнитосферы на
солнечной стороне во время бури достигает 2—3 радиусов Земли. С
началом бури связано резкое увеличение интенсивности
потоков заряженных частиц в пограничной области. Это
возрастание интенсивности связывается с приходом фронта
ударной волны от Солнца.
В 1962 г. был запущен спутник «Эксплорер-14», приборы
которого зарегистрировали вариации интенсивности потоков
заряженных частиц на ночной стороне магнитосферы. На
вечерней и утренней областях магнитосферы интенсивность
потоков электронов с энергией Е > 40 кэв подвержена
значительным изменениям во времени. Особенно большими эти
изменения становятся, начиная с расстояний /?>6/?з (R —
радиус Земли).
КОЛЬЦЕВОЙ ТОК МАГНИТНЫХ БУРЬ
Важным геофизическим открытием является открытие
токового кольца магнитных бурь на расстояниях 3—5 Яз
Впервые этот эффект был зарегистрирован при полете первой
советской космической ракеты. Затем он наблюдался
спутниками «Эксплорер-б» и «Эксплорер-10». При полете спутника
«Электрон-2» во вр-емя хмагнитного возмущения 12 февраля
1964 г. на расстоянии ~ 4/?з была отмечена сильная
депрессия магнитного поля на утренней высокоширотной части
траектории. Эффект депрессии был обнаружен спустя несколько
часов после внезапного начала, до развития главной фазы, но
во время развития полярных суббурь (Долгинов, Ерошенко,
Жузков). Через 5 ч на низких и средних широтах началось
развитие главной фазы бури. Было высказано предположение
(Долгинов и др.)» что локальные деформации поля связаны
с внедрением в магнитосферу некоего «активного агента»,
который также ответствен за развитие полярных бурь.
После магнитных измерений на спутнике «Эксплорер-26»
и прямых измерений потоков электронов и протонов с
энергией от 200 эв до 50 кэв в области 3—8 /?з стало возможным
с достатояным основанием считать реальным
существование токового кольца магнитной бури, которое локализуется
20

на расстояниях 3</?з<5 с максимумом плотности ~3,'5/?з, а
также объяснить наблюдаемые во время главной фазы бури
уменьшения магнитного поля. Кахилл считает, что главная
фаза бури развивается благодаря внедрению в глубь
магнитосферы заряженных частиц, скорее всего протонов с
энергией ~ 100 кэв.
ПОЛЯРНЫЕ СИЯНИЯ
Многочисленные исследования были выполнены в зоне
полярных сияний. Низкоэнергичные электроны — один из
основных агентов, вызывающих полярные сияния. Они были
впервые зарегистрированы на третьем советском
искусственном спутнике Земли (В. И. Красовский). Полярные сияний —
быстро меняющееся явление; некоторые их исследования
удобнее проводить на ракетах, чем на искусственных спутник
ках Земли.
Огромный материал по полярным сияниям накоплен в
результате наземных измерений. Подробно исследованы
вторгающиеся в верхнюю атмосферу электроны, вызывающие
наиболее красивые и подвижные формы полярных сияний.
Спектр этих электронов обычно имеет четко выраженный
максимум на энергии ~5 кэв, но бывают и более сложные
спектры.
Плохо изучены низкоэнергичные протоны, ответственные
за образование слабосветящихся протяженных форм
полярных сияний. Их энергетический спектр, оцененный по
наземным Наблюдениям, похож на энергетический спектр протонов
в зоне обтекания магнитосферы Земли солнечной плазмой,
По-видимому, протоны полярных сияний играют заметную
роль в энергетическом балансе и в поставке водорода в
верхнюю атмосферу высоких широт.
Еще сравнительно недавно, после открытия
радиационного пояса Земли, делались попытки объяснить явление
полярных сияний энергией, запасенной частицами в радиационном
поясе Земли. Простые оценки показали, что для яркого
полярного сияния этой энергии хватило бы примерно на
15 мин. Явление полярных сияний по-прежнему остается в
центре внимания мировой геофизики.
ВЗАИМОСВЯЗЬ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ
И ИХ ПРОИСХОЖДЕНИЕ
Процессы, происходящие в радиационном поясе Земли,
механизмы ввода частиц внутрь магнитосферы, их
ускорение, перемещение на другие дрейфовые оболочки, взаимодей-
21

ствие с электромагнитным излучением, связь всех этих
процессов с геомагнитным возмущением, полярными сияниями в
настоящее время все еще мало изучены. Для этих
исследовании недостаточно даже очень подробных измерений всех
сопутствующих явлений. Необходимо создание специальных
систем спутников, так как измерения на отдельном спутнике
не позволяют отделить временные вариации от
пространственных и исследовать процессы, происходящие в различных
частях магнитосферы.
Тем не менее можно выделить и частично объяснить ряд
явлений. Во-первых, измерены времена жизни частиц на
различных магнитных оболочках. Сделано это было различными
способами, в частности, по измерениям потока
высыпающихся частиц в области Южно-Атлантической аномалии, по
измерениям скорости спада интенсивности искусственно
инжектированных частиц и т. д.
Значительно сложнее вопрос об инжекции частиц внутрь
магнитосферы и их ускорение. Малость времени жизни и
быстрые вариации интенсивности в области захвата
показывают, что механизм нейтронного альбедо не может
обеспечить наблюдаемую интенсивность, за исключением, быть
может, жестких протонов. В силу того что спектр захваченных
частиц при переходе к более внутренним магнитным
оболочкам делается более жестким, это обстоятельство является
одним из аргументов в пользу механизма бетатонного
ускорения. Вариации интенсивности электронов на больших
удалениях от Земли во время геомагнитных бурь также могут, по
крайней мере частично, объясняться адиабатическими
процессами, хотя наблюдаются неадиабатические потери и
ускорение частиц.
Одним из возможных механизмов ввода частиц в
магнитосферу Земли является прорыв частиц солнечного ветра
через нейтральные точки в высоких широтах. В последнее
время получены некоторые экспериментальные данные в пользу
этого представления. Другой возможный механизм, очень
детально разработанный теоретически, — диффузия частиц
через границу магнитосферы. В рамках этого механизма
можно объяснить ряд закономерностей в поведении заряженных
частиц. Однако некоторые расчеты свидетельствуют о
возможности большей скорости диффузии, чем предполагалось
ранее. В этом отношении интересным представляется
появление низкоэнергичных протонов на внешних магнитных
оболочках, совпадающее по времени с полярными суббурями.
Не исключено также, что проникновение частиц в зону
полярных сияний и магнитосферу происходит из резервуара
частиц, существующего на ночной стороне в области
геомагнитного хвоста и нейтрального слоя. Измерения над зонами
полярных сияний показывают, что захват частиц на геомагянг-
22

ные силовые линии возможен и при интенсивном высыпании
частиц в атмосферу.
Можно надеяться, что дальнейшие исследования
магнитосферы с помощью систем спутников на внешних оболочках
вблизи нейтральных точек и нейтрального слоя магнитного
хвоста Земли позволят решить многие проблемы
взаимодействия солнечной плазмы с геомагнитным полем, понять
природу полярных сияний и магнитных бурь, проникнуть в
сокровенный механизм ускорения частиц внутри магнитосферы,
а также лонять природу многих процессов в солнечно-земной
физике.

...Основная моя работа заключалась
всегда в разработке, осуществлении и
отработке в полетных условиях различных
ракетных конструкций, начиная от малых
ракет и до космических кораблей.
СП. Королев
Космические аппараты
Достижения р-акетно-космической техники в СССР были
использованы для решения наиболее актуальных проблем
современной науки. В этом направлении проведены широкие
научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы.
Трудно переоценить роль, которую сыграли советские
научно-исследовательские институты и конструкторские бюро, в
работе которых активное участие принимали крупнейшие
ученые нашей страны. Многие важные стороны этой работы
координировались Академией наук СССР.
Усилия завершились триумфом советской науки и
техники — запуском 4 октября 1957 г. первого в мире
искусственного спутника Земли. Он представлял собой сферу
диаметром 58 см и весом 83,6 кг. Спутник был снабжен системой
терморегулирования, аппаратурой для измерения
температуры, радиопередатчиками и источниками энергии. Две
антенны имели длину по 2,4 м и две другие, расположенные в
перпендикулярной плоскости, — по 2,9 м.
Целью создания первого искусственного спутника Земли
было: проверка научных и инженерных решений,
использованных при конструировании ракеты-носителя и спутника,
исследование прохождения радиоволн через ионосферу, отработка
теплового режима спутника и экспериментальное определение
плотности верхних слоев атмосферы ло торможению
спутника. Спутник просуществовал 92 суток и совершил около 1400
оборотов вокруг Земли.
Второй искусственный спутник Земли был запущен в
Советском Союзе 3 ноября 1957 г. Он имел аппаратуру для
исследования ультрафиолетового и рентгеновского излучения
Солнца, для измерения космических лучей. С целью изучения
процессов жизнедеятельности в условиях космического
полета на борту спутника, который не отделялся от
ракеты-носителя, находилась собака Лайка. Датчики, укрепленные на
24

теле животного, регистрировали частоту пульса и дыхания,
кровяное давление и другие биологические параметры.
Впервые изучалось длительное воздействие невесомости на
организм животного.
15 мая 1958 г. в Советском Союзе был осуществлен вывод
на орбиту третьего искусственного спутника Земли,
оснащенного разнообразной аппаратурой, с помощью которой можно
было проводить исследования верхних слоев атмосферы и
околоземного космического пространства. Для работы
радиопередатчика «Маяк» была использована экспериментальная
солнечная батарея. Вес третьего искусственного спутника
составлял 1327 кг. Он совершил более 10000 оборотов вокруг
Земли и просуществовал до 6 апреля 1960 г.
ИСКУССТВЕННЫЕ СПУТНИКИ ЗЕМЛИ «КОСМОС»
Для дальнейших исследований околоземного
космического пространства в Советском Союзе начались планомерные
запуски искусственных спутников Земли серии «Космос» в
соответствии с программой Академии наук СССР,
объявленной 16 марта 1962 г. В программу входит изучение
радиационной обстановки Земли и геомагнитного поля, исследование
ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца,
образования и распределения облачных систем в земной
атмосфере. Решая научные .проблемы, спутники «Космос»
помогают найти ответы на многие технические вопросы. Что
ожидает спасаемую капсулу при входе в атмосферу Земли?
Каким будет воздействие космического пространства на
элементы конструкции аппаратов? Как защитить экипажи будущих
космических кораблей от опасных излучений, обеспечить их
нормальную жизнедеятельность, совершить посадку в
заданном районе?
Широкий диапазон научных задач, как и необходимость
большого числа запусков, поставил жесткие требования
перед создателями спутников «Космос». Одно из них —
предельная унификация конструкций и обслуживающих систем,
которая дает возможность организовать серийное
производство спутников и удешевить их. Задача эта весьма трудная.
Дело в том, что часть исследований целесообразно проводить
на спутниках с химическими источниками тока, в других
случаях желательна установка солнечных батарей, которые
питали бы аппаратуру в течение длительного времени.
Спутники «Космос» способны осуществлять исследования
«сверху» — их аппаратура должна быть направлена вниз, на
Землю. Наиболее характерные примеры в этом отношении —
измерение энергии уходящего излучения Земли,
распределение излучения по высоте, фотографирование облачного по-
25

крова. В этом случае космический аппарат должен быть
ориентирован на Землю. При изучении процессов, происходящих
на Солнце, одна из осей спутника постоянно ориентируется
на Солнце в течение длительного времени с необходимой
точностью (обычно до нескольких минут). Когда требуется
осуществить посадку на Землю контейнера, в котором
размещена научная аппаратура с результатами измерении,
используется тормозная двигательная установка и парашютные
системы.
Отсюда ясно, что разработка единого универсального
космического аппарата лрактически невозможна, но возможно
создание нескольких модификаций унифицированных
спутников, которые позволяли бы решать ту или иную группу
однородных или по крайней мере близких по характеру научно-
исследовательских задач. При переходе от одной
модификации к другой сохраняется максимальная преемственность
конструкции, а обслуживающие системы и схемы управления не
зависят от конкретной задачи, решаемой спутником.
Разработка и создание искусственных спутников Земли
серии «Космос» являются важнейшим этапом в изучении
физики космического пространства, в результате которого
советские ученые получили ряд выдающихся результатов. До
настоящего времени в СССР запущено более 300 спутников
серии «Космос».
ПЕРВЫЕ МАНЕВРЫ В КОСМОСЕ
1 ноября 1963 г. и 12 апреля 1964 г. были выведены на
орбиту вокруг Земли космические аппараты «Полет-1» и «По-
лет-2», на борту которых была установлена аппаратура н
система двигателей для осуществления пространственных
маневров в космосе.
Дальнейшее развитие космических исследований
выдвинуло перед конструкторами задачу создания специальных кос-
мических аппаратов для более детального изучения q/иьиче-
ских процессов, протекающих в космосе, получения
одновременных измерений в различных точках космического
пространства. Решение этой задачи потребовало создания
принципиально новой конструкции спутников, запускаемых
одновременно с помощью одной ракеты-носителя на различные
орбиты. К числу таких спутников относится космическая
система «Электрон», состоящая из двух научных станций,.
запускаемых на разные орбиты: одна с апогеем около 7000 км,
а другая с апогеем около 68 000 км.
26

КОСМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА «ЭЛЕКТРОН»
Первый пуск космической системы «Электрон» одной
ракетой был произведен 30 января 1964 г., второй — 11 июля
i964 г. Отделение космических станций «Электрон-!» и
«Электрон-3» производилось на активном участке полета.
Последние ступени ракет-носителей выводили станции «Элект-
рон-2» и «Электрон-4» на сильно вытянутые эллиптические
орбиты, что позволило осуществить широкий комплекс
измерений.
На спутниках «Электрон» были проведены измерения
заряженных частиц, магнитного поля Земли, радиоизлучения,
рентгеновского излучения Солнца, ионного состава
атмосферы, микрометеоров, космических лучей.
Изучение космических лучей представляет определенный
интерес с разных точек зрения и прежде всего для
исследования таких свойств элементарных частиц, которые могут
проявиться только при достаточно высокой энергии.
Изучение природы первичных частиц космических лучей
высоких и сверхвысоких энергий, их состава и
энергетического спектра, химического состава очень тяжелых ядер,
электронной компоненты и у-квантов высокой энергии
позволяет проникнуть в механизм их генерации, взаимодействия с
галактической и межпланетной средой.
Изучение состава и энергетического спектра первичных
частиц высоких и сверхвысоких энергий необходимо для
решения вопросов о механизме образования вторичных частиц
высокой энергии, возникающих в атмосфере в результате
взаимодействия первичных частиц с ядрами атомов воздуха.
За последние годы появилась тенденция к получению
количественных характеристик этого взаимодействия, к
созданию методов, обеспечивающих достаточно однозначную
интерпретацию опытных данных.
В Советском Союзе это направление стало широко
развиваться после того, как советским физиком Н. Л. Григоровым
был предложен новый метод измерения энергии отдельной
частицы — метод ионизационного калориметра, который
можно сочетать с различными средствами наблюдения
взаимодействия частиц с ядрами (камерами Вильсона, ядерными
фотоэмульсиями, искровыми камерами).
Потоки частиц космических лучей высокой энергии
весьма невелики, причем их интенсивность быстро падает с
ростом энергии. Для изучения таких частиц требуется
аппаратура больших площадей и измерения в течение длительного
времени на большой высоте, так как первичные космические
лучи сильно поглощаются в атмосфере. Анализ
возможностей использования космических лучей для выяснения
многих вопросов физики частиц высоких энергий еривел к за-
27

ключению о целесообразности проведения ряда
экспериментов за пределами атмосферы на тяжелых спутниках Земли,
позволяющих поднять на большую высоту и на длительное
время ионизационный калориметр, а также дополнительную
аппаратуру для исследования частиц в широком
энергетическом интервале.
Первым шагом в этом направлении был запуск научных
космических станций серии «Протон».
СТАНЦИИ «ПРОТОН»
16 июля 1965 г. с помощью новой мощной
ракеты-носителя была выведена на околоземную орбиту станция
«Протон-1» с огромным полезным весом. На ее борту находилась
научная аппаратура для исследования космических частиц
высоких и сверхвысоких энергии.
2 ноября 1965 г. и 6 июля 1966 г. были выведены на
орбиту две другие космические станции — «Протон-2» и «Про-
тон-3», а 16 ноября 1968 г. на орбиту искусственного
спутника Земли была запущена новая сверхтяжелая .научная
станция «Протон-4», вес научной аппаратуры которой составлял
около 17 т.
Космические станции серии «Протон» были оснащены
уникальной аппаратурой для изучения солнечных
космических лучей, химического состава первичного космического
излучения в области энергий 1010—1014 эв, неупругого
взаимодействия космических частиц высоких и сверхвысоких
энергий с веществом, энергетического спектра космических
лучей вплоть до энергий 10й — 10м эе, интенсивности и
энергетического спектра у*лУчей галактического происхождения,
определения абсолютной интенсивности и энергетического
спектра электронов галактического происхождения, поиска
новых фундаментальных частиц с дробным зарядом
(кварков).
ПОЛЕТЫ К ЛУНЕ
В Советском Союзе были разработаны две схемы полета
на Луну: перелет с Земли на Луну без коррекции траектории
и полет с промежуточной орбиты искусственного спутника
Земли с последующей коррекцией траектории. Обе схемы
потребовали создания высокоточных систем управления
полетом ракеты на активном участке и создания бортового
комплекса управления в полете космическим аппаратом,
включая корректирующие установки, системы ориентации, радио-
28

системы, обеспечивающие связь на многие,сотни тртсяч, а при
полете к планете — и сотни миллионов километров.
Полету к Луне и планетам возможны в определенные
астрономические сроки. Плоскость орбиты Луны наклонена
к плоскости земного экватора под углом 18°. Вследствие
этого при движении по орбите склонение Луны, т. е. угол,
составленный направлением от центра Земли к Луне с
плоскостью земного экватора, меняется от +18° до —18°. В связи
с этим с территории Советского Союза энергетически
выгодно осуществлять запуски тогда, когда Луна находится
вблизи точки своей орбиты с минимальным склонением, т. е. —18°.
На участке разгона ракета будет двигаться с наименьшим
углом к земной поверхности, и потери скорости за счет
притяжения Земли будут минимальными. Это обеспечивает
посылку к Луне наибольшего груза. Во время встречи
космического аппарата с Луной она должна находиться над
горизонтом, чтобы обеспечить приемную радиосвязь с
космическим аппаратом. Наиболее благоприятное для этого время,
когда Луна находится вблизи точки верхней кульминации,
т. е. высота ее над горизонтом наибольшая. Отсюда
выбираются для заданной точки наиболее выгодные параметры
траектории выведения и время старта.
2 января 1959 г. был осуществлен пуск первой
космической ракеты в сторону Луны с автоматической
межпланетной станцией «Луна-1». От последней ступени ракеты в
процессе полета была отделена автоматическая станция весом
361,3 кг. На последней ступени космической ракеты
находилась специальная аппаратура для создания искусственной
натриевой кометы. Искусственная комета была образована
3 января 1959 г. на высоте около 100 000 кг от поверхности
Земли и наблюдалась многими астрономическими
обсерваториями.
Станция «Луна-1» прошла в непосредственной
близости от Луны на расстоянии около 6000 км от ее
поверхности. В дальнейшем станция вышла на орбиту спутника
Солнца и стала первой искусственной планетой Солнечной
системы.
12 сентября 1959 г. был осуществлен пуск второй
космической ракеты к Луне. Автоматическая станция «Луна-2»
отделилась от ракеты и 14 сентября в 00 часов 02 минуты
24 секунды по московскохму времени 1 достигла поверхности
Луны. Впервые космический аппарат, сделанный руками
человека, был переброшен с одного небесного тела на другое.
Научная аппаратура, установленная на станции «Луна-2»,
позволила провести ряд важных исследований на пути к
Луне и в непосредственной близости от ее поверхности.
3 дальнейшем повсюду указывается московское время.
29

4 октября 1959 г. третья космическая ракета .вывела
автоматическую межпланетную станцию -«Луна-3» на орбиту
вокруг Луны. 7 октя-бря объективы фотоаппаратуры станции
были направлены системой ориентации на невидимую с Земли
сторону Луны, которая была сфотографирована в двух
масштабах,, и полуденные изображения фототелевизионным
путем переданы на Землю.
В результате этого полета были получены важнейшие
сведения о невидимой стороне Луны. Полученные фотографии
легли в основу первой карты обратной стороны Луны.
ПОСАДКА КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА
ПОВЕРХНОСТЬ ЛУНЫ
Автоматическая станция «Луна-5», запуск которой был
произведен 31 января 1966 г., 3 февраля впервые успешно
совершила мягкую посадку на Луну в восточной части Океана
Бурь, вблизи экватора.
После посадки станция «Луна-9» начала обзор лунного
ландшафта и передачу его изображений на Землю. Была
передана круговая панорама лунной поверхности при
различных высотах Солнта. Люди впервые смогли увидеть в
непосредственной близости небольшую часть поверхности Луны,
что позволило сделать некоторые виводы о строении лунной
поверхности. На поверхности не было обнаружено ныли, а
грунт оказался достаточно прочным, чтобы выдержать
давление станции. Переданные снимки позволили различить
летали лунного ландшафта с разрешением до нескольких
миллиметров.
21 декабря 1966 г. был произведен запуск автоматической
станции «Луна-13», совершившей мягкую посадку на
поверхности Луны таюке в районе Океана Бурь. Полет станции
продолжался около 80 ч; в полете была проведена коррекция
траектории с таким расчетом, чтобы обесие^шть посадку в
заданном районе Луны. На расстоянии 70 км от поверхности
Луны была включена тормозная двигательная установка, и
станция «Лужа-IS», погасив скорость, мягко опустилась на
поверхность. Она также передала на землю лунную
панораму. Были подтверждены выводы, полученные по данным
станции «сЛуна-9»- Кроме того, с помощью ряда приборов {грун-
тометра, динамографа, радиационного плотномера) станция
«Луна-13» провела прямые измерения
физико-механических свойств лунного грунта. Были про©едежы также
исследования радиационной обстановки вйлжзи
поверхности Луны.
После полета автоматической станции «Луна-3»^ с
помощью которой бшш получены уникальные сжимки '-ласти не-
30

видимой с Земли обратной стороны Луны, неооходимо оыло
завершить фотографирование лунной поверхности для,
составления ее полной карты. Эту задачу можно было решить
путем специального, выбора траектории полета космического
зонда с одновременным решением ряда других задач, важных
для осуществления будущих межпланетных путешествий.
18 июля 1965 г. был осуществлен пуск космической
ракеты с автоматической станцией «Зонд-3». Фототелевизионное
устройство станции было использовано для
фотографирования поверхности Луны, в частности той части невидимой с
Земли стороны Луны, котор-ая осталась неохваченной при
съемке, произведенной ранее с помощью «Луны-3».
Переданные со станции фотографии отличались высоким качеством.
Таким образом, после полета станции «Зонд-3» на
обратной стороне Луны почти не осталось белых пятен.
Практически была завершена глобальная съемка лунной
поверхности.
ИСКУССТВЕННЫЕ СПУТНИКИ ЛУНЫ
Дальнейшим шагом в изучении Луны была создание и
запуск искусственных спутников на селеноцентрическую орбиту.
Они открыли широкую перспективу изучения не только
окололунного пространства, но и физических свойств лунной
поверхности: химического состава, магнитного и
гравитационного полей, температуры.
31 марта 1966 г. в сторону Луны была запущена
автоматическая станция «Луна-10». 3 апреля она стала первым
искусственным спутником Луны. Научная аппаратура станции
предназначалась для изучения радиационной обстановки в
окрестностях Луны, получения гамма-спектров лунной
поверхности, магнитных измерений, изучения ее тепловых
свойств и плотности микрометеоритов вблизи Луны.
24 августа 1966 г. был выведен на орбиту вокруг Луны
второй искусственный спутник — автоматическая станция
«Луна-11», а 22 октября третий — «Луна-12», на которой,
помимо научной аппаратуры, было установлено
фототелевизионное устройство для фотографирования отдельных участков
поверхности Луны с расстояний от 100 до 340 кли
Программа- исследования Луны станцией «Луна-14>,
запущенной 7 апреля 1968 г. и через три дня сделавшейся
очередным спутником Луны, предусматривала:
уточнение соотношения масс Земли и Луны,
гравитационного поля- Луны и ее формы методом систематических,
длительных наблюдений за изменениями параметров орбиты
спутника Луны;
31

исследование условий прохождения и стабильности
радиосигналов, передаваемых с Земли на борт станции и в
обратном направлении при различных положениях ее относительно
лунной поверхности, а также при заходах станции за Луну;
проведение измерений потоков заряженных частиц,
идущих от Солнца, и космических лучей;
получение дополнительной информации для построения
теории движения Луны.
13 июля 1969 г. начался полет к Луне автоматической
станции «Луна-15», которая стала новым искусственным
спутником Луны. Станция «Луна-15» отличалась от
предыдущих станций «Луна-9» и «Луна-13» тем, что ее
аппаратура лредусматривала возможность посадки в различных
районах лунной поверхности за счет изменения
селеноцентрической орбиты. Во время полета станции вокруг Луны
было осуществлено два маневра, в результате которых станция
перешла на новую орбиту с максимальным удалением от
поверхности Луны ПО км, и минимальным — 16 км. 21 июля
1969 г. в 18 часов 47 минут по московскому времени была
включена тормозная двигательная установка, скорость
станции была погашена. Начался спуск станции на поверхность
Луны. Работа со станцией «Луна-15» закончилась в 18 часов
51 минуту по московскому времени.
Таким образом, в течение 1959—1969 гг. в изучении
Луны были достигнуты крупные успехи и получены данные,
имеющие большое значение для дальнейших полетов к Луне.
ОБЛЕТ ЛУНЫ С ВОЗВРАЩЕНИЕМ НА ЗЕМЛЮ
Для решения новой задачи, возникшей при изучении
Луны, доставки результатов исследований на Землю,
потребовалось создание серии космических аппаратов, способных
совершать облет Луны и осуществлять посадку на
поверхность Земли в заданном районе.
Космический аппарат при возвращении к Земле обладает
значительной кинетической энергией за счет огромной
скорости движения. При входе в плотные слои атмосферы перед
аппаратом образуется ударная волна, аналогичная той,
которая создается при движении снаряда. В результате между
ударной волной и космическим аппаратом равновесная
температура атмосферы достигает порядка 11 тыс. градусов.
Уменьшение скорости космического аппарата происходит за
счет аэродинамического сопротивления, при этом
кинетическая энергия аппарата преобразуется в тепловую энергию
окружающего газа, основная часть которой рассеивается в
пространстве и лишь незначительная часть поглощается
поверхностью космического аппарата.
ЗЬ

Количество тепловой энергии, передаваемой космическому
аппарату во время спуска в атмосфере, зависит от формы
аппарата, его баллистического коэффициента, скорости и угла
входа в атмосферу, от продолжительности нагрева. Все это
создает значительные трудности при решении проблемы
тепловой защиты космического аппарата. Поэтому она может
быть успешно решена путем выбора соответствующей
аэродинамической формы аппарата, оптимальных траекторий и
специальных теплозащитных материалов. Выбор формы
аппарата решается, как правило, расчетным путем, а затем
серией экспериментальных проверок, в том числе в реальных
космических условиях, например при запусках ракет.
Для отвода тепла с поверхности космического аппарата
применяются различные методы — поглощение материалом
обшивки всего поступающего тепла, радиационное
охлаждение поверхности аппарата, использование теплозащитного
покрытия, наружный слой которого в результате нагрева
плавится и испаряется. Возможна комбинация всех трех
методов.
При погружении космического аппарата в атмосферу
планеты на него начинают действовать аэродинамические силы,
которые пропорциональны плотности атмосферы, квадрату
скорости и аэродинамическому коэффициенту. Сила
аэродинамического сопротивления действует противоположно
направлению скорости, уменьшая скорость космического
аппарата. В то же время аэродинамическая подъемная сила
аппарата действует перпендикулярно его движению, создавая
тем самым ускорение в этом направлении.
Для космических аппаратов, имеющих осесимметричные
и сегментально-конические формы без выступающих частей,
аэродинамическую подъемную силу можно получить за счет
смещения центра тяжести относительно оси симметрии. В
результате образуется угол атаки, что приводит к
несимметричному обтеканию космического аппарата и созданию
аэродинамической подъемной силы.
Космические аппараты, обладающие аэродинамической
подъемной силой, значительно облегчают решение проблемы
их возвращения на Землю при входе в атмосферу со второй
космической скоростью. Основной характеристикой
аппарата, обладающего аэродинамической подъемной силой,
является его аэродинамическое качество, т. е. отношение
подъемной силы к лобовому сопротивлению. Чем выше
аэродинамическое качество аппарата, тем ниже его лобовое
сопротивление, что, в свою очередь, позволяет осуществить более
пологие траектории спуска аппарата, увеличить дальность его
полета, расширить его маневренные возможности,
значительно снизить тепловые динамические перегрузки космического
аппарата.
33

Для того чтобы осуществить управляемый спуск
космического аппарата в заданном районе е использованием
аэродинамического качества, требуется- высокая точность
попадания аппарата в определенный коридор входа. В этом случае
аппарат «захватывается» атмосферой планеты, испытывая
допустимые динамические перегрузки. Система- наведения
космического аппарата должна выдержать не только расчетный'
угол входа в атмосферу, но обеспечить также попадание
аппарата в расчетное место входа.
Для решения проблемы облета Луны автоматическими
аппаратами с возвращением на Землю в Советском Союзе была
разработана принципиально новая конструкция- космических
станций серии «Зонд».
15 сентября 1968 г. автоматическая станция «Зонд-5» с
помощью многоступенчатой ракеты-носителя была выведена
сначала на промежуточную орбиту искусственного спутника
Земли, а затем стартовала к Луне.
Облетев Луну, станция «Зонд-5» перешла на траекторию
полета к Земле. При подходе к Земле от станции отделился
спускаемый аппарат, в котором находились результаты
научных исследований. 21 сентября 1968 г. с расстояния
90 тыс. км с помощью фотоаппартуры «Зонд-5» было
произведено фотографирование Земли. Специальная парашютная,
система опускаемого аппарата обеспечила благополучное
снижение станции «Зонд-5» в акваторию Индийского океана.
Спуск станции был осуществлен по баллистической
траектории. Полет станции «Зонд-5» по трассе Земля—Луна—Земля
продолжался около 7 суток.
10 ноября 1968 г. к Луне была запущена новая
автоматическая станция «Зонд-6». Основной технической задачей
полета станции явилась отработка систем возвращения
аппарата в заданный район Советского Союза с использованием
управляемого спуска при входе в атмосферу Земли со
второй космической скоростью. Чтобы посадить станцию в
заданном районе территории Советского Союза после облета
Луны, спускаемый аппарат, войдя в плотные слои
атмосферы, должен пролететь расстояние около 9 тыс. км. Столь
значительное расстояние можно пролететь только при
управляемом спуске. Траектория спускаемого аппарата состоит из
нескольких участков: первого погружения в атмосферу, на
котором в результате аэродинамического торможения
скорость спускаемого аппарата гасится с 11 до- 7,6 км/сек;
промежуточного внеатмосферного полета и второго погружения
в атмосферу, который завершаете» посадкой аппарата в
заданном районе.
17 ноября 1968 г. в 16 часов 58 минут спускаемый аппарат
станции «Зонд-6» вошел в плотные слои атмосферы. С
помощью бортовой вычислительной машины была выбрана1 не-
34

обходимая программа гоолета для первого погружения. Пес-
ле выполнения программы полета первого погружения
аппарат вышел из плотных слоев атмосферы и начался
промежуточный, неуправляемый шьнет по баллистической траектории.
На этом участке ш>лета *6ыл.и произведены «автоматически
подготовительные операции для второго погружения ,аппар,а-
та в атмосферу: разворот аппарата и его стабилизация в
положение, необходимое для удравления спуском. Слетела
управления автоматически обеспечила необходимую
программу приземления спускаемого аппарата в заданном
районе. На высоте 7,'5 км при скорости аппарата около 200 м]сек
была введена в действие парашютная система, и аппарат
благополучно приземлился.
Полеты станций «Зонд-5», «Зонд-6«, «Зонд-7» позволяли
решить следующие основные технические задачи: отработать
беспилотный вариант пилотируемого космического корабля
для полетов к Луне; отработать систему управляемого спуска
при входе станции в атмосферу Земли со второй .космической
скоростью; проверить в летных условиях аэродинамическую
форму и характеристики спускаемого аппарата. Кроме
решения технических задач, на станциях серии «Зонд» был
решен важный комплекс научных задач, проведено
фотографирование Луны и Земли. Результаты исследований доставлены
на Землю. Таким образом, в течение 1959—1969 гг. в
изучении Луны были достигнуты крупные успехи и получены
научные данные, имеющие большое значение для решения
проблем межпланетных полетов.
ПОЛЕТЫ К ПЛАНЕТАМ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ
Развитие ракетно-космической техники за последнее
десятилетие позволило значительно расширить возможности
изучения планет Солнечной системы. 12 февраля 1961 г. в
Советском Союзе был осуществлен первый в истерии луск
автоматической межпланетной станции «Венера-1» к планете
Венера. В дальнейшем гбыл осуществлен еще ряд запусков к
Марсу и Венере. Во время этих полетов велосъ исследование
космического пространства и производилась отработка
конструкции космического аппарата и его систем,
отрабатывались вопросы сверхдальней космической радиосвязи я
методы управления длительным полетом автоматических
межпланетных станций.
Полеты производились в периоды, когда взаимное
расположение Земли и Марса (лл:и Веверш) было наиболее благо-
приятным. Эти периоды наступают нряблизяшльаго вдрез 1*9
месяцев для иолетав к Венере га через 25 месяцев — к
плачете .Марс К&к и прш допусках аводмагаческих сшшадой © ето-
За

решу Луны, в. этих случаях последняя ступень ракеты
предварительно выводилась на промежуточную орбиту
искусственного спутника Земли, с которой осуществлялся разгон до
второй космической скорости в заданном направлении.
Вес автоматических межпланетных станций, запущенных в
дальнее межпланетное пространство, составлял около 1000 кг.
Многомесячные полеты станций к орбитам планет Марс и
Венера дали возможность отработать аппаратуру
автоматического управления станциями. Следует напомнить, что в
течение всего полета необходимо поддерживать непрерывную
ориентацию солнечных батарей на Солнце, а это потребовало
создания аппаратуры ориентации, способной работать в
течение многих месяцев полета в межпланетном пространстве.
Так, при полете автоматической станции «Зонд-2» в качестве
органов управления системы ориентации были испытаны
плазменные двигатели. Коррекция траектории полета должна
быть столь точной, чтобы межпланетная автоматическая
станция проходила вблизи планеты с ошибками, не
превышающими доли радиуса планеты, и могла бы, в принципе, быть
направленной по траектории для посадки на планету. Это
потребовало создания высокоточной системы ориентации,
использующей в качестве опорных ориентиров Солнце и звезду
Канопус, что позволило придать автоматической
межпланетной станции требуемое угловое положение в пространстве,
а тем самым нужное направление корректирующему
импульсу для изменения траектории полета станции.
Радиосвязь с наземными пунктами проводилась как при
помощи малонаправленных антенн, так и остронаправленной
параболической, позволявшей передавать на Землю большое
количество информации за сравнительно короткие сеансы
связи. Чтобы ось параболической антенны была строго
направлена на Землю, использовались соответствующие устройства
системы ориентации, включающие оптикоэлектронный прибор,
способный производить ориентацию на Землю с различных
расстояний.
Радиокомплекс, включающий службу траекторных
измерений, комплексную радиолинию и радиолинию, по которой
на Землю передавалась научная информация, является
качественно новым по сравнению с аналогичными комплексами,
использованными при пусках искусственных спутников
Земли и автоматических станций серии «Луна».
Во время полетов автоматических межпланетных станций
«Венера-1», «Марс-1», «Венера-2», «Венера-3», а также
космических аппаратов серии «Зонд» была получена важная
научно-техническая информация. В том числе интересные
данные о межпланетном магнитном поле, космических лучах,
межпланетной ионизированной плазме, длинноволновом ра*
35

диоизлучении, рассеянном ультрафиолетовом излучении, миж^
рометеоритных частицах.
12 ию:ня 1967 i\ в сторону Венеры стартовала советская
автоматическая станция «Венера-4», которая 18 октября
1967 г. осуществила плавный спуск в атмосферу плацеты.
При этом был получен богатый научный материал о
плотности и составе атмосферы Венеры. Впервые космический
аппарат с научными приборами проник в таинственные
глубины атмосферы Венеры и передал на Землю прямые
экспериментальные данные.
5 января 1969 г. был осуществлен запуск автоматической
межпланетной станции «Венера-5», а 10 января — станции
«Венера-6».
Основной целью запуска станций «Венера-5» и «Венера-6»
являлось продолжение исследований планеты Венера,
начатых станцией «Венера-4». На межпланетных станциях
«Венера-5» и «Венера-6» был значительно расширен наОор
научной и измерительной аппаратуры.
16 и 17 мая 1969 г. станции «Венера-5» и «Венера-6»
совершили плавный спуск в атмосферу планеты.
Чтобы оценить техническое совершенство средств
управления полетом станции «Венера-4», напомним некоторые
данные об этом полете. За время полета было проведено 114
сеансов радиосвязи, во время которых производились
измерения дальности радиальной составляющей скорости полета
и угловых координат. Все это позволило вести непрерывное
и очень точное наблюдение за фактической траекторией
полета.
Измерения показали, что, несмотря на хорошее выведение
автоматической станции на траекторию полета к Венере,
промах в окрестности планеты получился равным 160 000 км от
ее центра. Для ликвидации промаха была произведена
коррекция движения при помощи ракетного двигателя. Это
произошло при удалении станции от Земли на расстояние
12 млн. км. В момент сближения станции с Венерой она
находилась на расстоянии 78 млн. км от Земли. Припланетный
сеанс радиосвязи начался, когда станция «Венера-4»
находилась на расстоянии около 45 000 км от Венеры. Станцию
сориентировали так, чтобы узконаправленная антенна была
направлена на Землю. Это положение станция сохранила до
входа в атхмосферу планеты. После этого припланетный
сеанс был закончен й от межпланетной станции отделился
спускаемый аппарат. При торможении спускаемого аппарата в
плотных слоях атомосферы Венеры перегрузки достигали
около 300 g. Когда скорость аппарата снизилась примерно
до 300 м/сек, раскрылся парашют, включились научные
приборы и лередатчик. Спуск в глубь атмосферы Венеры и.
передача научных измерений продолжались в течение 93, ми#.
37

Места входа станции в атмосферу находилось (с точностью
до 500 км) на ночной стороне Венеры, вблизи ее экватора,
на расстоянии около 1500 км от терминатора (тра-ницы тени).
Полеты автоматических станций к планетам Солнечной
системы позволили перейти от эпохи теоретических гипотез
о происхождении планет Солнечной системы к их
экспериментальному изучению.
ПЕРВЫЙ ПОЛЕТ ЧЕЛОВЕКА В КОСМОС
Чтобы осуществить первый полет человека в космос,
необходимо было предварительно создать и испытать мощную
ракету-носитель, космический корабль со сложной
аппаратурой, обеспечивающей нормальные жизненные условия для
человека во время полета. Необходимо было также решить
проблему возвращения корабля, входящего в атмосферу с
космической скоростью, создать систему, обеспечивающую
безопасную посадку; разработать средства надежной связи
в полете, наземную систему контроля за полетом корабля.
В результате напряженной работы в короткие сроки были
созданы новая трехступенчатая ракета-носитель и
космический кора«бль-спутник «Восток». Ракета-носитель «Восток»
состоит из шести ракетных блоков: четырех боковых и
одного центрального, составляющих лервую и вторую ступени,
где размещаются жидкостные ракетные двигатели, и третьей
ступени с самостоятельным двигателем. Общая длина
ракеты 38 м, диаметр у основания — более 10 м.
Создание ракетно-космического комплекса «Восток»
осуществлялось под руководством академика С. П. Королева в
содружестве с Главным конструктором двигателей, Главным
конструктором систем управления, Главным конструктором
стартового устройства, руководителем наземно-измерительно-
го комплекса и другими ведущими конструкторами,
инженерами, учеными. С целью подготовки космонавтов к
космическим полетам в СССР был создан Центр подготовки
космонавтов, в работе которого участвовали крупнейшие
ученые нашей страны, инструкторы и инженеры.
Для подготовки к полету человека в космическое
пространство и испытания космического корабля в 1960—1961 гг.
были запущены пять экспериментальных кораблей-спутников.
Первый из них вышел на расчетную орбиту 15 мая 1960 г.
Вся аппаратура и командная радиолиния управления
кораблем функционировали нормально. На 64-м обороте вокруг
Земли была подана с Земли команда на включение
тормозной двигательной установки. Однако вследствие
неисправности, появившейся к тому времени в одном из приборов
системы ориентации, направление тормозного импульса откло*
38

нилось от расчетного, что не позволило осуществить спуск
корабля на Землю.
Второй корабль-спутник был выведен на орбиту 19
августа 1960 г. На нем отрабатывались системы
жизнеобеспечения космонавта. На борту корабля находились собаки по
кличке Белка и Стрелка и другие животные вместе с
биологическими объектами. На 18-м витке корабль-спутник
благополучно приземлился в заданном районе территории
Советского Союза. Животные были катапультированы и
спустились в контейнере на парашюте. Это было первое
благополучное возвращение животных из космоса на Землю.
Третий корабль-спутник, выведенный на орбиту 1
декабря 1960 г., должен был повторить программу второго
корабля. В кабине находились собаки по кличке Пчелка и Мушка.
После выполнения программы, в связи с отклонением
траектории спуска от расчетной, корабль-спутник прекратил свое
существование при входе в плотные слои атмосферы.
Кроме проведения испытания ряда технических систем корабля
и биологических последствий полета, на кораблях-спутниках
проводилась большая программа научных исследований.
Главное внимание при этом уделялось изучению
радиационной обстановки в космосе на высотах до 350 км.
Четвертый и пятый корабли-спутники, выведенные на
орбиты соответственно 9 и 25 марта 1961 г., совершили
каждый по одному обороту вокруг Земли. Полеты четвертого и
пятого кораблей-спутников осуществлялись по той же
программе, по которой намечался первый полет корабля с
космонавтом на борту. На этих кораблях в кабине находился
манекен космонавта, полностью имитирующий вес человека,
а также животные: на четвертом — собака по кличке
Чернушка, на пятом — Звездочка. Оба корабля благополучно
совершили спуск на Землю в заданном районе. Это была
последняя генеральная репетиция перед полетом человека в
космическое пространство.
12 апреля 1961 г. в 09 часов 07 минут на корабле
«Восток- 1» начал свой исторический полет первый
летчик-космонавт Ю. А. Гагарин. 108 минут продолжался этот полет, но
это были 108 минут, которые потрясли мир мужеством,
блистательным воплощением в жизнь прорыва человека в
космическое пространство. Наступила новая эра — эра космических
полетов человека.
Для выяснения возможности длительного пребывания
человека в космическом пространстве большое значение имели
последующие полеты советских космонавтов. Космический
корабль «Восток-2», пилотируемый летчиком-космонавтом
Г, С. Титовым, вышел на орбиту 6 августа 1961 г. и
совершил 17 оборотов вокруг Земли. Полет продолжался 25
часов 18 минут. Г. С, Титов за все время полета сохранял ра-
39

ботоспособность, однако на отдельных этапах полета у
космонавта отмечались некоторые расстройства вестибулярного
аппарата.
Космический корабль «Восток-3», пилотируемый
летчиком-космонавтом А. Г. Николаевым, вышел на орбиту И
августа 1962 г. Полет продолжался 94 часа 22 минуты. Было
совершено более 64 оборотов вокруг земного шара.
С интервалом в одни сутки на орбиту был выведен
корабль «Восток-4», пилотируемый летчиком-космонавтом
П. Р. Поповичем. Его полет продолжался 70 часов 57 минут.
Это был первый в мире групповой полет двух кораблей в
космическом пространстве. Одним из наиболее важных
результатов группового полета кораблей «Восток-3» и
«Восток-4» было доказательство возможности выведения второго
корабля в непосредственной близости к первому, что должно
было в будущем облегчить маневры по сближению и
стыковке космических кораблей. Кроме того, была доказана
возможность нормальной жизнедеятельности человека в
условиях длительного космического полета.
Во время группового полета впервые изображение
космонавтов из космоса транслировалось по советской сети
телевидения и через «Интервидение» передавалось в страны
Европы.
Космический корабль «Восток-5», пилотируемый летчи-
ком-каомонавтом В. Ф. Быковским, был выведен на орбиту
14 июня 1963 г. В течение 119,4 часа полета корабль
совершил 81 оборот.
Через два дня, 16 июня, был выведен на орбиту корабль
сВосток-6», пилотируемый первой в мире
женщиной-космонавтом В. В. Терешковой. Ее полет продолжался 70,7 часа.
Было совершено более 48 оборотов вокруг Земли. В этом
совместном полете было продолжено изучение влияния
различных факторов космического полета на человеческий
организм, в том числе на организм мужчины и женщины.
Космонавты хорошо перенесли выход на орбиту, многодневный
полет и возвращение на Землю.
Следующей ступенью полетов человека в космос было
создание нового многоместного космического
корабля-спутника «Восход». Корабль имел устройство для мягкой
посадки на поверхность Земли и дополнительную тормозную
установку, что .позволяло совершать полеты на более высоких
орбитах, чем корабли типа «Восток». В корабле «Восток»
космонавты могли совершать полет без скафандров и без
системы катапультирования. Корабль имел, помимо прежних
систем ориентации, новую систему, использующую ионные
датчики направления вектора скорости. Вес корабля
составлял 5320 кг.
40

Космический корабль «Восход-1» был выведен на орбиту
спутника Земли 12 октября 1964 г. с высотой в апогее 408 км.
На борту корабля находился экипаж в составе командира
корабля летчика-космонавта В. М. Комарова, научного
сотрудника К. П. Феоктистова и врача-космонавта Б. Б.
Егорова. Полет продолжался 24 часа 17 минут. Во время
длительного космического полета была выполнена обширная
программа по испытанию трехместного космического
пилотируемого корабля, изучена работоспособность и взаимодействие в
полете группы космонавтов, проведены физико-технические
и другие научные исследования, в том числе
медико-биологические.
ВЫХОД ЧЕЛОВЕКА В КОСМИЧЕСКОЕ ПРОСТРАНСТВО
18 марта 1965 г. на орбиту спутника Земли был выведен
космический корабль-спутник «Восход-2», пилотируемый
экипажем в составе командира корабля летчика-космонавта
П. И. Беляева и второго пилота летчика-космонавта
А. А. Леонова. На втором витке полета А. А. Леонов в
скафандре с автономной системой жизнеобеспечения через
специальный шлюз впервые совершил выход из корабля в
космическое пространство, успешно провел намеченные
исследования и наблюдения и благополучно возвратился в корабль.
Совершив за 26 ч около 17 оборотов вокруг Земли,
космонавты совершили посадку на Землю.
Выход человека в открытый космос доказал возможность
для человека не только совершать полеты, но активно
работать в космическом пространстве. Открылись перспективы
осуществления сборочных работ в космосе, создания
орбитальных станций со сменой экипажа и космических кораблей
для исследования планет Солнечной системы.
В связи с дальнейшей подготовкой к выходу
космонавтов в открытый космос были предприняты обширные медико-
биологические эксперименты с целью изучения влияния
продолжительного пребывания в космическом пространстве
живого организма. Такие опыты проводились, в частности, на
искусственном спутнике Земли «Космос-110». Спутник был
выведен на орбиту 22 февраля 1966 г. На его борту
находились животные — две собаки с кличками Ветерок и Уголек.
Орбита спутника была выбрана так, что апогей ее равнялся
904 км, т. е. существенно выше, чем кораблей «Восток» и
«Восход». Таким образом, спутник «Космос-110» находился
при своем движении в зоне повышенной радиации.
Продолжительность полета спутника равнялась 22 суткам, по
истечении которых спутник совершил мягкую посадку на Землю
41

вместе с научной аппаратурой и подопытными животными.
Этот интересный эксперимент дал денные результаты в
области космической физиологии.
СТЫКОВКА КОСМИЧЕСКИХ КОРАБЛЕЙ
Для проверки технических идей и конструкторских
решений по автоматической стыковке двух кораблей на орбите
Земли 27 и 30 октября 1967 г. были произведены запуски
спутников «Космос-186» и «Космос-188». В процессе
стыковки двух кораблей один из них является «активным» — он
осуществляет поиск, обнаружение, подход и сближение;
второй — «пассивный», только ориентируется в пространстве
определенным образом в момент стыковки и служит маяком
для «активного» аппарата. 30 октября 1967 г. на 49-м витке
полета спутника «Космос-186» и на первОхМ витке полета
спутника «Космос-188» впервые в мире была произведена
автоматическая стыковка двух космических аппаратов. Полет
состыкованного комплекса продолжался 3,5 часа, после чего по
команде с Земли произошла расстыковка спутников. Это
был крупнейший шаг в развитии космической техники.
КОСМИЧЕСКИЕ КОРАБЛИ «СОЮЗ»
Одновременно с отработкой стыковки космических
аппаратов в космосе в Советском Союзе создавались новые
пилотируемые корабли серии «Союз».
23 апреля 1967 г. был осуществлен первый
экспериментальный запуск корабля «Союз-1», пилотируемый летчиком-
космонавтом В. М, Комаровым, ранее совершившим полет в
составе экипажа корабля «Восход-1з>. Целью космического
полета на корабле «Союз-!» являлось испытание нового
корабля, отработка систем и элементов конструкции корабля
в условиях космического полета, проведение
научно-технических и медико-биологических исследований. В течение
испытательного полета В. М. Комаровым была полностью
выполнена намеченная программа. При завершении полета
космического корабля «Союз-!» трагически оборвалась жизнь
замечательного летчика-космонавта В. М. Комарова. Подвиг,
совершенный В. М. Комаровым, навсегда войдет в
героическую историю освоения и изучения космоса.
Космические корабли «Союз> характеризуют новый этап
в развитии пилотируемых аппаратов. Корабль «Союз>
состоит из орбитального отсека — научной лаборатории и места
отдыха космонавта, кабины пилота — спускаемого аппарата,
в котором находится экипаж корабля во время его выведе-
<2

ния на орбиту и при возвращений ва Землю, приборно-аг-
регатного отсека, в котором размещаются аппаратура и
оборудование основных систем корабля и двигательная
установка. Орбитальный отсек корабля сообщается со спускаемым
аппаратом с помощью герметичного люка. На приборно-аг-
регатном отсеке укреплены панели солнечных батарей
полезной площадью около 14 м2. Жидкостная реактивная
двигательная установка имеет два двигателя (основной и
резервный) тягой по 400 кг каждый. Это позволяет совершать
кораблю маневры до высоты 1300 км. При спуске с орбиты
после торможения спускаемого аппарата в атмосфере на
высоте около 9 км раскрывается тормозной парашют, а затем
основной. На высоте около 1 м от поверхности Земли
срабатывают тормозные пороховые двигатели мягкой посадки. Это
обеспечивает непосредственное приземление аппарата со
скоростью, не превышающей 2—3 я{сек~ Большой объем
рабочих отсеков — до 9 ^ создает необходимые условия и
комфорт для работы экипажа.
Конструктивные совершенства корабля «Союз»,
надежные бортовые системы, экономичные двигательные
устройства, научное оборудование и возможности маневра в
космическом пространстве обеспечивают выполнение широкой
программы космических исследований. Космические корабли
«Союз» должны послужить прототипом «базового» корабля
для отработки и сборки орбитальных станций в космосе.
25 октября 1968 г. на орбиту вокруг Земли был выведен
космический корабль «Союз-2», а ва следующий день в. 11
часов 34 минуты стартовал корабль «Сок>з-3», пилотируемый
летчиком-космонавтом Г. Т. Береговым. После выхода
корабля «Союз-3» на орбиту он отделился от рзкетььносителя и
произвел радиопоиск корабля «гСок>з-2». Завершив операцию
радиопоиска, корабли начали автоматически сближаться до
расстояния между ними около 200 ли Последующее
сближение производилось под управлением летчика-космонавта.
Затем корабли разошлись на расстоянии 565 км. При
повторном сближенрги Г. Т. Береговой осуществил
фотографирование корабля «гСоюз-2». По окончании совместных
экспериментов корабль «Сок>з-2» был возвращен на Землю.
За время четьгрехсуточного полета корабля «Согоз-3»
было- проведено многократное маневрирование- с применением
автоматической и ручной системы управления,, испытаны
различные системы корабля, выполнены научные
исследования — наблюдения звездного неба, Земли, светил,
фотографирование облачного и снежного покрова, дневного и
сумеречного горизонта Земли, обнаружение тайфунов и циклонов,
медико-биологические наблюдения. В процессе полета
проводились регулярные телевизионные передачи и телевизионный
репортаж космонавта Г. Т. Берегового.
43

30 октября 1968 г. космический корабль «Союз-3»
успешно завершил свой полет. После торможения от корабля
отделился спускаемый аппарат. Он совершил управляемый
спуск в атмосфере Земли с использованием
аэродинамического качества и мягко приземлился в заданном районе.
Успешное завершение программы полета космических
кораблей «Союз-2» и «Союз-3» явилось важным этапом на
пути к созданию орбитальных научных станций.
ПЕРВАЯ ОРБИТАЛЬНАЯ СТАНЦИЯ
14 и 15 января 1969 г. на орбиты искусственных
спутников Земли были выведены космические корабли «Союз-4» и
«Союз-5». Корабль «Союз-4» пилотировал летчик-космонавт
В. А. Шаталов. Экипаж космического корабля «Союз-5»
составили: командир корабля Б. В. Волынов, бортинженер
кандидат технических наук А. С. Елисеев и
инженер-исследователь Е. В. Хрунов. Во время совместного полета кораблей
проводились регулярные сеансы космического телевидения,
проверялась система ручной ориентации, велись наблюдения
за звездами и различными объектами на Земле,
осуществлялись навигационные измерения и медико-биологические
исследования.
На 32-м витке после очередной проверки системы
ориентации космического корабля «Союз-4» была включена
двигательная установка и корабль перешел на новую орбиту.
Двигательная установка включилась с помощью ручной
системы управления. На 34-м витке полета корабля «Союз-4»
и 18-м витке полета корабля «Союз-5» началось их
автоматическое сближение. Расстояние между кораблями в
результате автоматического сближения сократилось до 100 ли
После этого командир корабля «Союз-4» В. А. Шаталов
перешел на ручное управление. С помощью ручного управления
В. А. Шаталов совершил ряд маневров корабля «Союз-4» и
причалился к кораблю «Союз-5». После причаливания
произошел взаимный механический захват кораблей, жесткое их
стягивание и соединение электрических цепей.
16 января 1969 г. в И часов 20 минут на орбите
искусственного спутника Земли была собрана и начала
функционировать первая в мире экспериментальная космическая
станция с четырьмя отсеками для экипажа, обеспечивающими
выполнение комплекса экспериментов и исследований, а также
благоприятные условия для работы и отдыха. Вйутри
станции между ее отсеками была установлена телефонная связь.
На этапах сближения, причаливания и стыковки все системы
кораблей функционировали нормально. Весь процесс
стыковки передавался по телевидению.
44

На 35-м витке космонавты Е. В. Хрунов и А, С. Елисеев
в скафандрах, снабженных новой автономной системой
жизнеобеспечения регенерационного типа, вышлц через люк
орбитального отсека корабля «Союз-5» в открытое космическое
пространство, где находились около часа, проводя научные
эксперименты и наблюдения. После этого космонавты
перешли в орбитальный отсек космического корабля «Союз-4»,
сняли скафандры и приступили к выполнению дальнейших
работ. Во время перехода между космонавтами
поддерживалась постоянная двусторонняя связь, выход космонавтов в
космос, и все операции в космическом пространстве,
включая монтажные работы, передавались на Землю с помощью
телевизионных камер. Впервые на орбите искусственного
спутника Земли был осуществлен переход двух космонавтов
из одного корабля в другой.
Осуществление этого эксперимента создало предпосылки
для выполнения таких операций в космосе, как замена
экипажей долговременных орбитальных станций или спасение
экипажей космических кораблей при аварийных ситуациях.
16 января 1969 г. в 15 часов 55 минут произошла
расстыковка космических кораблей «Союз-4» и «Союз-5» и начался
их совместный групповой полет. После завершения
программы полета экипаж космического корабля «Союз-4» —
космонавты В. А. Шаталов, А. С. Елисеев, Е. В. Хрунов начали
подготовку к спуску корабля на Землю. Они уложили всю
экспериментальную научную аппаратуру, кино- и
фотоматериалы, проверили работу системы ориентации. В расчетной
точке орбиты был включен тормозной двигатель и корабль
перешел на траекторию спуска к Земле. После работы
тормозного двигателя от спасаемого аппарата отделился
орбитальный отсек. Спуск в атмосфере Земли совершался с
использованием аэродинамического качества. Когда аппарат
вошел в расчетный район приземления, была введена в
действие парашютная система, а в непосредственной близости от
Земли включились двигатели мягкой посадки.
17 января 1969 г. в 9 часов 53 минуты космический
корабль «Союз-4» благополучно приземлился в 40 км северо-
западнее города Караганды. «Союз-5», пилотируемый
летчиком-космонавтом Б. В. Волыновым, продолжал полет.
Космонавт проводил научные наблюдения облачных и снежных
покровов Земли, а также геолого-географических объектов
земной поверхности, проверял работу системы ориентации, с
помощью ручной системы управления осуществил закрутку
корабля. Закрутка космического корабля на Солнце — это
такое положение корабля в пространстве, при котором лучи
Солнца падают перпендикулярно плоскости солнечных
батарей, что обеспечивает максимальную выработку
электроэнергии для питания систем корабля и зарядку аккумуляторов.
45

На 36-м витке Б. В. Волынов включил корректирующую
двигательную установку и осуществил коррекцию орбиты
космического корабля «Союз-5». После завершения
программы полета, 18 января 1969 г. в 11 часов, космический
корабль «Союз-5» успешно приземлился в 200 км
юго-западнее Кустаная.
Космические корабли серии «Союз» стали подлинными
кораблями науки. Полеты орбитальных космических
кораблей позволили по-новому оценить масштабность Земли как
планеты. Если каравеллам Магеллана потребовались годы
для первого кругосветного путешествия, то космический
корабль совершает такое путешествие за полтора часа. Столь
короткое время, по существу, .позволяет говорить об
одновременности наблюдения происходящих на Земле и в ее
космических окрестностях изменений. Новый масштаб времени
позволил выдвинуть ряд принципиально новых задач в
геофизике и метеорологии, т. е. в тех науках, которые в
основном занимаются изучением внезапных и быстрых глобальных
процессов.
Для человека в космосе, с одной стороны, расширяется
масштаб обозрения Земли, ее поверхности, а с другой,
открываются перспективы более глубокого изучения процессов,
происходящих во Вселенной. Все это по-новому ставит
задачу проведения космических экспериментов, проводимых
космонавтами на борту космического корабля и в открытом
космосе.
В качестве примеров можно .привести измерение таких
быстро изменяющихся во времени величин, как уровень
космической радиации во время вспышки на Солнце,
интенсивность потоков заряженных частиц, напряженность
магнитного поля во время значительных возмущений, движение
тайфунов и циклонов, внезапные изменения границы таяния
снегов и льда.
Присутствие на борту космонавта-ученого или инженера в
то же время позволяет отказаться от ряда автоматических
устройств, т. е. значительно упростить конструкцию
кораблей и использовать высвобождающийся вес для установки
тех или иных научных приборов.
С созданием первой экспериментальной орбитальной
станции в ракетной технике открываются качественно новые
возможности. Появляется возможность отработать такие
операции в космосе, как обслуживание и ремонт космических
аппаратов на орбите, групповой лолет, сближение,
причаливание, стыковка, заправка и сборка межпланетных кораблей, и
обеспечение их старта к планетам Солнечной системы.
46

ГРУППОВОЙ ПОЛЕТ КОСМИЧЕСКИХ
КОРАБЛЕЙ
11 октября 1969 г. в Советском Союзе начался полет
космического корабля «Союз-6», пилотируемого
летчиком-космонавтом Г. С. Шояиным, бортинженером корабля кандидатом
технических наук В. Н. Кубасовым.
В течение двух дней 12 и 13 октября были запущены
космические корабли «сСоюз-7» и «Союз-8». На борту
космического корабля «Союз-7» находились: летчик-космонавт
А. В. Филипченко — командир корабля, В. Н. Волков —
бортинженер, В. В. Горбатко — инженер-исследователь.
Космический корабль Союз-8» пилотировали Герой Советского
Союза В. А. Шаталов, бортинженер Герой Советского Союза,
кандидат технических наук А. С. Елисеев.
Впервые начался групповой полет трех космических
кораблей, способных совершать различные маневры в космосе,
взаимное сближение и причаливание, вести наблюдения
друг за другом, включая использование оптической
сигнализации.
Программа группового полета охватывала широкий
перечень научных, технических, инженерно-конструкторских и
медико-биологических задач. Особенно важным явилось
наблюдение и фотографирование геолого-географических объектов,
а также испытание с помощью уникальной технологической
аппаратуры различных способов сварки металлов в условиях
глубокого вакуума и невесомости.
Конструктивно-сварочная аппаратура размещалась в
орбитальном отсеке космического корабля «Союз-6», а пульт
управления процессом сварки — в кабине экипажа. 16
октября на 77 витке командир корабля Г. С. Шонин
разгерметизировал орбитальный отсек. После того как в орбитальном
отсеке установился глубокий вакуум, бортинженер В. Н.
Кубасов включил сварочную аппаратуру. Поочередно были
осуществлены несколько видов автоматической сварки. Чем
замечателен проведенный эксперимент? Во-первых, необычны
сами условия сварки — глубокий вакуум, невесомость,
широкий диапазон температур. Во-вторых, и это главное,
необходимо решить, какому из известных в земных условиях
виду сварки дать путевку .в космос, как будет вести себя
расплавленный металл в космосе. Осуществление уникального
эксперимента в космосе должно ответить на м>ногие вопросы
для будущей «разработки технологии сварки в космических
условиях.
Важной серией экспериментов, проводимых лри
групповом полете космических кораблей «Союз»,, являлось
наблюдение за земной поверхностью и ее фотографирование. Новый
вид космической информации должен послужить основой для
47

решения народнохозяйственной задачи — использования кос*
мических аппаратов для изучения природных ресурсов
Земли, слежения за состоянием посевов, лесов, особенно лесньг*
ми пожарами. Наряду с этим экипажи космических кораблей
выполнили одновременные астрофизические наблюдения иэте-
перименты, в частности изучалась поляризация солнечных
лучей, отраженных атмосферой; проводились измерения
освещенности, создаваемой Солнцем; определялась истинная
яркость звезд, был осуществлен опыт автоматической
астроориентации корабля с применением ручного управления.
Одной из важных задач группового полета космических
кораблей «Союз» являлась проверка наземных комплексов
управления, Одновременное управление полетов трех
кораблей — очень сложная техническая задача.
После завершения программы полета космические
корабли «Союз» совершили посадку в заданном районе Советского
Союза. Посадка всех трех космических кораблей проходила
по траекториям управляемого спуска с использованием
аэродинамической подъемной силы.
КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В США
За прошедшее десятилетие во многих странах
развернулись интенсивные исследования космического пространства.
Космическими державами стали США, Франция, Япония и
Китай. Совместно с США проводятся исследования
космического пространства в Англии, Италии, Канаде, а также в
некоторых других етра.нах в рамках Европейской организации
космических .исследований.
Американские ученые и инженеры после ряда неудач
смогли осуществить первый запуск искусственного спутника
Земли «Эксплорер-1» 1 февраля 1958 г.
Спутник «Эксплорер-1» и последующие за ним спутники
«Авангард-b, «Эксплорер-3», «Эксплорер-4» были
предназначены для исследования космических лучей и физических
параметров верхней атмосферы. На спутнике «Авангард-1»,
запущенном 17 марта 1958 г., были впервые применены
солнечные батареи. Спутник «Эксллорер-1» первый в серии
американских спутников представлял собой цилиндр длиной
2 м (вместе с последней ступенью ракеты-носителя и
носовым конусом) и диаметром 152 мм. Вес спутника составлял
8,3 кг, вес научной аппаратуры — 4,5 кг. Корпус спутника
был изготовлен из стали и выстлан изнутри
стеклотекстолитом. На спутнике были установлены два передатчика. Вес
каждого составлял 220 г.
48

Спутник «Эксплорер-4» был запущен 26 июля 1958 г. для
изучения последствий высотного атомного взрыва на
околоземное космическое пространство (операция «Аргус»). С
помощью научной аппаратуры, установленной на спутниках
«Эксплорер-3» и «Эксплорер-4», было установлено
существование в околоземном космическом пространстве зоны
заряженных частиц, захваченных магнитным полем Земли.
Дальнейшее изучение зоны захваченных частиц
проводилось на спутниках «Эксплорер-6», «Эксплорер-10», «Экспло-
рер-7», «Эксплорер-12».
Значительное число гелиофизических, астрофизических и
геофизических экспериментов в околоземном космическом
пространстве было проведено на космических аппаратах: ОГО
(орбитальная геофизическая обсерватория), ОАО
(орбитальная астрономическая обсерватория), ОСО (орбитальная
солнечная обсерватория), ИМП (испытательная межпланетная
платформа).
В 1958—1959 гг. были осуществлены запуски космических
аппаратов серии «Пионер» в сторону Луны. Космические
аппараты «Пионер-1» и «Пио-нер-3» не вышли на расчетную
траекторию и через сутки, достигнув высоты 114 000 и
102 000 км соответственно, возвратились з атмосферу Земли
и -прекратили свое существование. Однако несмотря на столь
короткое время полета, с их помощью были получены
важные научные результаты. Космический аппарат «Пионер-4»,
запущенный 3 марта 1959 г., стал второй искусственной
планетой Солнечной системы.
Дальнейшая модификация аппаратов серии «Пионер»
предназначалась для зондирования межпланетного
пространства на гелиоцентрической орбите. 16 декабря 1965 г. был
осуществлен первый запуск новой серии аппаратов — «Пио-
нер-6», выведенных на гелиоцентрическую орбиту с
параметрами: .перигелий ~ 121,8 млн. км, афелий ~ 150 млн. км,
период обращения вокруг Солнца равен 311 суткам.
Для получения данных о рельефе лунной поверхности и
изучения ее морфологических особенностей, начиная с 1961 г.,
проводились запуски к Луне космических аппаратов серии
«Рейнджер». Первоначально предполагалось, что на
поверхность Луны будет доставлен приборный контейнер с
сейсмографом. Однако в течение трех лет вследствие неполадок
либо в системах управления, либо в бортовых системах самого
космического аппарата ни один из проведенных запусков не
закончился выполнением намеченной программы.
28 июля 1964 г. к Луне стартовал космический аппарат
«Рейнджер-7», который 31 июля 1964 г. достиг поверхности
Луны в районе Моря Познанного. Перед падением
фототелевизионные системы аппарата передали на Землю 4316
изображений лунной поверхности с очень высоким разрешением.
49

Космический аппарат «Рейнджер-8», запущенный к Луне
17 февраля 1965 г., упал на Луну 20 февраля 1955 г, в
районе Моря Спокойствия.; он передал &а Землю 7Э00 снимков.
Последний аппарат этой серии «Рейнджер-9» был запущен
21 -марта 1965 г. При подлете к Луне было передано на
Землю 5814 снимков. 24 марта 1965 т. космический аппарат
«Рейнджер-9» упал на поверхность Луны в районе кратера
Алъфонса.
Полеты космические аппаратов «Рейнджер» пе
предполагали мягкой посадки на поверхность Луны. Эта задача была
решена с помощью аппаратов серии «Сервейер».
В состав научной аппаратуры при первых запусках
входили подлетная и панорамная телевизионные кажеры. При
последующих запусках использовались в различных
комбинациях ковш-захват, матнит, алъфа-анализатар.
Первый запуск космического аппарата «Сервейер-1» был
осуществлен 30 мая 1966 г. 2 июня 1966 г. он совершил
мягкую посадку на поверхность Луны, в районе Океана Бурь.
Всето в течение 1966—1968 гг. было запущена семь
космических аппаратов серии «Сервейер». Пять из них совершили
мягкую посадку. За время фототелевизионных сеансов было
передано на Землю более 80 000 снимков лунной
поверхности, проведены научные исследования на Луне.
Космический аппарат «Сервейер-6», запущенный 7
ноября 1967 т., находясь на Луне, 17 ноября с помощью
ракетных двигателей переместился от первоначального таеста
своей посадки примерно на 2,5 м. После перемещения аппарат
продолжал нормальное функционирование.
Во время работы на Луне аппарата «Сервейер-7»
ковшом захватом было вырыто 7 траншей, проведено
исследование магнитных свойств частиц лунной поверхности.
Одновременно с изучением Луны автоматическими
станциями, совершающими мягкую посадку в различных районах
лунной поверхности, проводилось исследование окололунного
космического пространства и глобальное фотографирование
Луны с помощью искусственных спутников Луны. Эта задача
решалась автоматическими аппаратами «Лунар Орбитер».
Основной целью запусков спутников «Лунар Орбитер»
являлся поиск участков поверхности Луны, безопасных для
будущей высадки космонавтов на Луну.
Вес космического аппарата «Лунар Орбитер» составлял
386 кг, в том числе нес фототелевизионного устройства 68 кг.
Фотоаппаратура включала в >себя две фотокамеры. Первая
фотокамера обеспечивала фотографирование с разрешением
8 м при съемке с номинальной высоты 46 том, вторая — с
разрешением 1 м при съемке с той же высоты. С помощью
первой камеры могли быть получены стереоскопические пары
снимков. Съемка обеими камерами проводилась одновремен-
50

но. Запас фотографической пленки, на борту равнялся- —
80 м, что обеспечивало получение qkQvTq 21,2 снимков каждой
ка.мерой.
Для: изучения метеорной и радиационной, обстановки
около Луны агатараты «Лунар Орбитер» были оборудованы
20 детекторами метеорных частиц, с общей площадью Q,28 м2
и двумя дозиметрами. Основной задачей дозиметров
являлось определение радиационной дозы, полученной
фотопленкой.
Е течение L966—1967 гг. было выведено на
селеноцентрическую орбиту пять аппаратов «Лунар Орбитер».. Первый,
запуск, был осуществлен 10 августа 1966 г. Однако ввиду
неисправности одной из фотокамер полностью выполнить
намеченную программу не удалось. В, каждом из последующих
запусков было получено по 211—2:12 запланированных, снимков,
на основе которых удалось сделать вывод, что, на Лупе есть
участки,, пригодные для^ посадки лунной кабины космонавтов.
Всега было- получено с пяти аппаратов 833 пары, снимков. В
интерпретации* снимков, полученных аппаратами «Рейнджер»
и «Лугнар Орб"итер», между учеными пока нет согласия. ГЬо
заявлению американского астронома Томаса Гоулда, эти
снимки представляют собой, «магическое зеркало»,, в котором
каждый, ученый видит отражение своей собственной теории
происхождения Луны, и ее физических характеристик.
Е 1962 г. американские ученые .предприняли ряд попыток
осуществить запуск, космических аппаратов к планетам
Солнечной системы. 2:7 августа 1962 г. в сторону Венеры был
запущен космический аппарат «Маринер-2», который 14
декабря- 1962 г. совершил* облет планеты;, минимальное
расстояние от поверхности Венеры при облете равнялось
34 630 /си- Вес аппарата составлял- 202^2 кг; в том числе вес
научной аппаратуры — 18,44 кг.
28 ноября 1964 г. в сторону планеты Марс был запущен
космический аппарат «Маринер-4», который 15 июля 1965 г.
совершил пролет мимо планеты на расстоянии около
10 0QQ км. Во время пролета производилось
фотографирование поверхности Марса. 22 снимка планеты были переданы
на Землю. Связь с аппаратом прекратилась 20' декабря
1967 г. По полученным фотографиям впервые было
установлено существование на Марсе крупных кратеров,
аналогичных кратерам на Луне.
14 июля 1967 г. в сторону Венеры был запущен
космический аппарат «Мари.нер-5», совершивший пролет мимо
Венеры 19 октября 1967 г. на минимальном расстоянии около
400Q км.
В феврале и марте 1969 г. были запущены космические
аппараты «Маринер-6» и «Маринер-7». Цель запусков —
дальнейшее изучение Марса. Фотографии, сделанные с борта
51

межпланетных станций «М-аринер-b» .и «Маринер-7»,
окончательно разрешили загадку знаменитых марсианских
«каналов». Последние представляют собой края гигантских
кратеров. Марс удивительно похож на Луну: его поверхность
испещрена кратерами, ландшафт столь же пустынен.
Важное направление программы космических
исследований США составляли полеты орбитальных кораблей. Эта
программа предусматривала два этапа: полеты космонавтов
вокруг Земли и высадка космонавтов на Луне. Первые
полеты человека в космос осуществлялись по американской
программе «Меркурий».
Корабли-спутники «Меркурий» предназначались для
полета одного космонавта по низкой геоцентрической орбите,
причем предварительная отработка кораблей проводилась во
время полетов по баллистической траектории.
5 мая 1961 г. экспериментальный образец спутника
«Меркурий», получивший название «Фридом-7», был запущен по
баллистической траектории .и пролетел около 480 км. В кабине
корабля находился американский космонавт Шепард.
Максимальная высота полета равнялась около 185 км. Через 15
минут полета Шепард приводнился в Атлантическом океане.
Следующий полет по баллистической траектории 21 июля
1961 г. совершил космонавт Гриссом. Космонавт был
подобран в Атлантическом океане. Кабину корабля спасти не
удалось. В апреле—мае 1961 г. проводились
экспериментальные запуски непилотируемых кораблей-спутников.
20 февраля 1962 г. на корабле «Фре.ндщип-7» космонавт
Гленн совершил первый орбитальный полет, пробыв в
космосе 4 часа 56 минут. Максимальная высота полета составляла
265 км, минимальная ~ 159 км. Вес корабля без аварийной
системы спасения составлял около 1300 кг. Корабль был
снабжен системой ориентации, тормозной двигательной
установкой и системой приводнения.
В дальнейшем по программе «Меркурия» было
осуществлено еще три запуска с космонавтами: Карпентер (24 мая
1962 ,г.), Ширра (3 октября 1962 г.), Купер (15 мая 1963 г.).
В 1964 г. начались экспериментальные пуски кораблей
серии «Джемини», а также ракеты .«Сатурн-1» с макетом
основного блока космического корабля «Аполлон».
Первый орбитальный полет двухместного
корабля-спутника «Джемини-3» с космонавтами Гриссомом и Ям пом был
совершен 23 марта 1965 г. Космонавты пробыли на орбите
Земли 4 часа 54 минуты и достигли высоты полета ~ 240 км.
Дальнейшие полеты кораблей «Джемини» совершались на
большей высоте. Значительно увеличилось время полета.
52

КОСМИЧЕСКАЯ ПРОГРАММА «АПОЛЛОН»
Одновременно с проведением орбитальных полетов по
программе «Джемини» в США широко развернулись работы
•по программе «Аполлон».
В течение 1962—1968 гг. в США была создана и
экспериментально испытана новая мощная ракета «Сатурн-5»
вместе с космическим кораблем «Аполлон».
Космическая ракета «Сатурн-5» — трехступенчатая
ракета. Общая длина ракеты — 85,6 м, длина первой ступени —■
42,1 м, второй вместе с переходником — 24,8, третьей вместе
с переходником — 17,8; отсек оборудования — 0,9 м,
диаметр ракеты — 10 м. Первая и вторая ступени имеют по 5
жидкостных двигателей, третья — один. В качестве
окислителя и горючего на первой ступени использовались жидкий
кислород и керосин, на второй и третьей — жидкий кислород
и водород. Космический корабль «Аполлон» — трехместный
корабль, предназначенный для полета к Луне, посадки
космонавтов на Луну, взлета с Луны и возвращения
космонавтов на Землю.
Космический корабль «Аполлон» состоит из отсека
экипажа, двигательного отсека, лунной кабины, посадочной
ступени лунной кабины и взлетной ступени. Общий вес корабля
около 36,5 т.
11 октября 1968 г. с помощью ракеты-носителя
«Сатурн-1 В» на орбиту около Земли был выведен космический
корабль «Аполлои-7». На борту корабля находились
космонавты Ширра, Эйзел и Каннинтем.
Программа полета корабля «Аполлон-7»
предусматривала проведение всех необходимых операций для
пилотируемого полета к Луне и возвращения на Землю. Во время
полета семь раз включался маршевый двигатель для
осуществления различных маневров в космосе. Были проведены
проверка работы двигателя в режиме обеспечения перехода с
геоцентрической орбиты на траекторию полета к Луне,
проверка корректирующих маневров около Луны. Проведенные
операции показали высокую надежность работы маршевого
двигателя.
Важной частью программы полета явилась проверка
системы ориентации, в частности, разворот корабля на 180°
•после отделения корабля от последней ступени
ракеты-носителя и последующее сближение корабля с последней
ступенью, работа бортовой вычислительной машины,
навигационных устройств, системы жизнеобеспечения и энергетики
корабля.,.
Космонавты Ширра, Эйзел и Каннингем выполнили ряд
экспериментов: фотографирование Земли, в частности фото-
53

графирование урагана «Глодис», наблюдение звезд в дневное
вр-емя, наблюдение специально выложенных на Земле знаков
с целью определения способности космонавтов использовать
ориентиры на поверхности Луны, визуальные наблюдения за
земной поверхностью, космонавты провели несколько телеви-
зонных сеансов.
22 октября 1968 г. в 14 часов 12 минут корабль «Апол-
лон-7» приводнился в нескольких стах километрах к
юго-востоку от Бермудских островов.
ПОЛЕТ ЧЕЛОВЕКА К ЛУНЕ
21 декабря 1968 г. с помощью ракеты-косителя
«Сатурн-5» на орбиту вокруг Земли был выведен космический
корабль «Аполлон-8» с космонавтами Фрэнком Борманом
(командир корабля), Джеймсом Ловеллом и Уильямом Ан-
дерсом. Во время полета по геоцентрической орбите
космического аппарата «Аполлон-8» вместе со стыкованной с ним
третьей ступенью проводилась проверка функционирования
всех бортовых систем и подготовка к включению двигателя
последней ступени. Корабль вместе со ступенью
ориентировался так, чтобы продольная ось была параллельна земному
горизонту. Через 2 ч 50 мин 31 сек после старта был
повторно включен двигатель последней ступени, который
проработал 317 сек. В результате скорость увеличилась с 7800 до
~ 11000 м/сек. Космический корабль «Аполлон-8» лег на
траекторию полета к Луне. После окончания работы
двигателя и выхода на траекторию полета к Луне космонавты
отделили последнюю ступень от корабля, которая отошла от
него на расстояние 15—20 м. В течение более 10 минут
совершался совместный полет корабля с последней ступенью, во
время которых имитировались некоторые олерации,
необходимые для обеспечения при дальнейших полетах возможности
пристыковки основного блока к лунной кабине. В
дальнейшем космонавты отвели ступень на безопасное расстояние и
путем включения вспомогательных двигателей перевели ее на
гелиоцентрическую орбиту.
При полете на трассе Земля—Луна корабль «Аполлон-8»
был ориентирован в пространстве таким образом, чтобы его
продольная ось составила угол с направлением на Солнце
90 ±20°. Для обеспечения заданного температурного режима
корабль поворачивался вокруг своей продольной оси со
скоростью 0,1 град/сек. Когда корабль находился на
расстоянии около 55 тыс. км от Земли, была введена в действие
остронаправленная антенна, обеспечивающая высокое качество
связи космонавтов с центром управления полетом. Первая
коррекция траектории корабля «Аполлон-8» была проведена
54

с помощью маршевого двигателя, когда корабль находился
ка расстоянии около 96 тыс. км от Земли. Через несколько
часов после проведения первой коррекции космонавты
почувствовали недомогание (тошнота, боль в желудке). Приняв
таблетки против укачивания, космонавты почувствовала себя
лучше.
До полета к Луне космонавты провели два телевизионных
сеанса. У Луны была проведена вторая коррекция. Корабль
зашел за Луну, и когда он находился на расстоянии 126 км
от лунной поверхности, был включен маршевый двигатель.
Скорость корабля снизилась до 1600 м/сек и он перешел на
эллиптическую селеноцентрическую орбиту с высотой
переселения 113 км и высотой апоселения 312 км.
Во время полета вокруг Луны космонавты провели ряд
важных экспериментов: фотографирование поверхности
Луны, навигационные измерения. Состоялся третий
телевизионный сеанс. После завершения двух оборотов космонавты
провели коррекцию селеноцентрической траектории корабля:
на 9 сек в переселении был включен маршевый двигатель,
после чего траектория корабля вокруг Луны приблизилась к
круговой около 112 км.
По круговой орбите вокруг Луны космический корабль
«Аполлон-8» совершил десять витков. С круговой орбиты был
проведен четвертый телевизионный сеанс, который
продолжался 25 мин. На десятом витке была дана команда на
включение маршевого двигателя, который проработал
203 сек; скорость корабля «Аполлон-8» составила около
2700 м/сек и он взял курс по направлению к Земле. На
трассе Луна—Земля, когда корабль находился на расстоянии
около 310 000 км от Земли, была проведена последняя
коррекция корабля. При подлете к Земле были проведены еще
два телевизионных сеанса, последний с расстояния
~ 180 000 км.
27 декабря 1968 г. космический корабль «Аполлон-8»
вошел в плотные слои атмосферы Земли. Произошло
разделение двигательного отсека и отсека экипажа, который вскоре
приводнился. Через 147 ч исторический полег космонавтов
Бормана, Ловелла и Андерса был благополучно завершен.
Впервые человек Земли облетел Луну и возвратился на
Землю.
После полета космического корабля «Аполлон-8»
необходимо было провести летные испытания пилотируемой лунной
кабины на геоцентрической орбите с имитацией всех режимов
высадки космонавтов на Луну.
3 марта 1969 г. был осуществлен полет космического
корабля «Аполлон-9» с космонавтами Джеймсом Макдивиттом,
Дэвидом Скоттом и Расселом Швеикартом. Корабль был
выведен на геоцентрическую орбиту.
55

Полет космического корабля «Аполлон-9» продолжался
десять суток. Основной целью полета являлось испытание
пилотируемой лунной кабины корабля. Главными операциями
•при этих испытаниях были:
перестроение отсеков корабля и отделение его от
последней ступени ракеты-носителя;
расстыковка лунной кабины и основного блока;
автономный полет лунной кабины, отделение взлетной
ступени кабины от посадочной, встреча и стыковка взлетной
ступени с основным блоком;
отделение взлетной ступени без космонавтов и включение
двигателя на этой ступени по команде с основного блока.
Во время полета, на четвертые сутки после проведения
всех необходимых операций, Швейкарт совершил выход в
открытый космос, который продолжался 47 мин.
Испытав скафандр и ранцевую системы
жизнеобеспечения, космонавт возвратился в лунную кабину, где находился
Макдивитт. Космонавты провели телевизионный сеанс из
лунной кабины и через внутренний лаз вернулись в отсек
экипажа для подготовки основного эксперимента —
автономного полета лунной кабины.
На пятые сутки полета Макдивитт и Швейкарт, надев
скафандры, перешли в лунную кабину. На 59-м витке по
команде Скотта произошло разделение лунной кабины и
основного блока. Лунная кабина удалилась от основного блока на
15 м. После визуального осмотра лунной кабины Скотт
включил вспомогательные двигатели основного блока и перевел
его на другую орбиту, обращаясь по которой, основной блок
находился от лунной кабины на расстоянии около 5,2 км. Во
время этого полета с помощью бортового радиолокатора,
установленного в лунной кабине, определялись дальность до
основного блока и радиальная скорость. Была установлена
также гиростабилизированная платформа основной системы
наведения и введены уточненные данные в аварийную
систему наведения с целью испытания ее перед включением
двигателя посадочной ступени лунной кабины.
На 59-м витке был включен двигатель посадочной ступени;
тяга его дросселировалась в пределах 10—40% от полной
тяги (~4,4 г). В результате лунная кабина перешла на более
вытянутую орбиту с высотой эпогея ~253 км. Когда лунная
кабина удалилась от основного блока на расстояние ~89 кмл
было проведено испытание радиолокатора, обеспечивающего
посадку лунной кабины на поверхность Луны.
В дальнейшем Макдивитт и Швейкарт провели успешно
все последующие операции — включение двигателя
посадочной ступени, включение основного двигателя взлетной
ступени, включение двигателей системы ориентации, торможение и
56

причаливание лунной кабины к основному блоку. Стыковка
лунной кабины с основным блоком была завершена 7 марта.
После завершения всех операций с лунной кабиной и
перехода космонавтов в основной блок от него была отделена
взлетная ступень, которая перешла на орбиту с высотой
апогея около 7000 км. Так завершился основной эксперимент
программы полета космического корабля «Аполлон-9».
Последующие пять суток полета были посвящены различным
научным и техническим экспериментам. С помощью
оптических приборов проводилось наблюдение наземных
ориентиров. Проверялась .работа маршевого двигателя. Космонавт
Скотт осуществил с помощью сектанта наблюдение планеты
Юпитер и четырех его спутников.
На 152-м витке восьмой раз был включен маршевый
двигатель для схода корабля с орбиты. Корабль развернулся
на 45°. Двигательный отсек отделился от отсека экипажа,
который, пройдя плотные слои атмосферы Земли,
приводнился в Атлантическом океане.
Испытания пилотируемой лунной кабины космического
корабля «Аполлон» на геоцентрической орбите прошли
успешно. Однако, по мнению американских специалистов,
перед полетом космонавтов на Луну необходимо было
провести еще одну «генеральную репетицию» космического
корабля на селеноцентрической орбите с проведением всех
операций, за исключением заключительной — посадки лунной
кабины с космонавтами на поверхность Луны.
18 мая 1969 г. начался полет космического корабля
«Аполлон-10» с космонавтами Томасом Стаффордом,
Джоном Янгом и Юджиным Сернаном.
После проведения всех запланированных операций на
геоцентрической орбите корабль «Аполлон-10» вышел на
траекторию полета к Луне. При полете к Луне потребовалась
всего лишь одна коррекция траектории, которая была
осуществлена на расстоянии около 200 000 км от Земли. После
включения маршевого двигателя, который проработал
356 сек и сообщил приращение скорости 908,9 м/сек, корабль
перешел на селеноцентрическую орбиту с высотой в
переселении 109 км и высотой апоселения 313 км. Через 4,5 ч вновь
был включен маршевый двигатель и корабль перешел на
почти круговую орбиту. На селеноцентрической орбите
космонавты Сернан и Стаффорд перешли из отсека экипажа в
лунную кабину для проверки работы ее бортовых систем.
Проверка показала, что все системы работают нормально,
после чего началась подготовка к проведению главного
эксперимента — автономного полета лунной кабины и
сближения ее с Луной на 15 км с имитацией всех необходимых
маневров.
57

На 12-м. витке произошла расстыковка лунной кабины, где
находились космонавты Сернан и Стаффорд* с основным
блоком. Расстыковка происходила на невидимой с Земли
стороне Луны. Когда лунная кабина и основной блок
появились из-аа Луны и восстановилась связь с ниши, они
совершали групповой полет на расстоянии 9—12 км друг от друга.
Групповой полет продолжался 25 мвт* Затем начались
различные испытания лунной кабины с темг чтобы Янг,
находившийся в отсеке экипажа,, мог провести фотографирование
кабины, проверить правильность ее положения в
пространстве. После этого1 Янг перевел отсек экипажа на новую
орбиту.
Включение двигателя .посадочной ступени лунной кабины
было произведено, когда кабина находилась над невидимой
стороной Луны. Двигатель проработал 15 сек на 10% от
полной тягиг а затем: еще 12,4 сек на 40% от полной тяги.
Лунная кабина перешла на эллиптическую* орбиту с высотой в
переселении 14,3 км ± 200 м и высотой апоселения 113,2 км.
В переселении были проведены испытания радиолокатора,
обеспечившего посадку лунной кабины на поверхность Луны.
Во время полета корабля на селеноцентрической орбите под
влиянием гравитационных аномалий орбита корабля, а
затем лунной кабины несколько сместились,
В результате лунная кабина прошла на 6>4 км южнее
участка лунной поверхности,, который предполагался для
будущей посадки кабины. Было зафиксировано,. что только
25—30% площади участка подходит для безопасной
посадки, но если совершить горизонтальное перемещение над
поверхностью Луны, то посадка вполне возможна в заданном
районе. Съемку участка осуществить не удалось из-за выхода
из строя фотокамер.
После того как лунная кабина пропила переселений, было
вновь проведено включение двигателя иосадо'чной ступени.
Кабина перешла на новую орбиту: 22* км в переселении,
359 км в апоселении; затем начались испытания
радиолокатора, обеспечивающего встречу на орбввте лунной кабины и
основного блока. На 22-м виткег когда кабина прошла
переселений на высоте 22 км, со второй попытки была отделен!
взлетная ступень от посадочной. Для того чтобы удалить
взлетную ступень от посадочной, Стаффорд включил
вспомогательные двигатели взлетной ступени. В этот момент
началось неожиданное вращение взлетной ступени. С помощью
ручной системы ориентации Стаффорд сумел
стабилизировать взлетную ступень, проявив при этом мужество и
спокойствие, после чего начались маневры по сближению взлетной
сутпени с основным блоком. Взлетная ступень была
ориентирована таким образом, что сопло двигателя было
направлено вперед по полету. Включение двигателя имитировало
58

взлет с поверхности Луны. Двигатель проработал 15 сек,
в результате чего апоселении орбиты уменьшился до
86,4 км.
Дальнейшие маневры обеспечили сближение луня ой
кабины и основного блока до нескольких метров. Операция
стыковки лунной кабины и основного блока была проведена
космонавтом Янгом. Всего раздельный полет продолжался
около 8 ч. Космонавты Серная и Стаффорд, успешно
завершившие программу главного эксперимента с лунной кабиной,
перешли в отсек экипажа. Взлетная ступень была отделена
и основной блок переведен на безопасное расстояние. После
этого, находясь в основном блоке, космонавты Серная,
Стаффорд п Янт продолжали полет вокруг Луны около 24 ч. За
это время был проведен целый ряд научных я технических
экспериментов. На 32-м вятке включился маршевый
двигатель основного блока, который, проработав 164 сек, перевел
корабль с селеноцентрической орбиты на траекторию полета
к Зем.ле. На трассе лолета Луна—Земля была проведена
тоже только одна коррекция. За сутки до нряводнения
космонавты побрились.
26 мая 1969 г. космический корабль «Аполлон-10»
благополучно приводнился. Полет космического корабля «Апод-
лон-10» завершил всю экспериментальную программу
предварительных испытаний для успешного проведения
последнего этапа лунной одиссеи — высадки космонавтов на
поверхность Луны. 8о время полета корабля «Апюллон-10»
впервые были проведены сеансы цветного космического
телевидения.
ВЫСАДКА ЧЕЛОВЕКА НА ПОВЕРХНОСТЬ ЛУНЫ
Подготовка к запуску космического корабля «Аяоллон-11»
началась в те дни, когда корабль «Аполлон-10» летел по
направлению к Луне. 21 мая 1969 г. исполинская
ракета-носитель «Сатурн-5» вместе с космическим кораблем «Аиол-
лон-11» была доставлена с технической позиции на
стартовую площадку космодрома на мысе Кеннеди. Лунная
кабина космического корабля должна была совершить посадку
на поверхность Луны — завершить американскую лунную
программу пилотируемых полетов. 15 июля 1969 г.
подготовка к старту космического корабля «Аполлон-П»
закончилась.
Три американских космонавта Нейл Арэдстрояг, Майкл
Коллинз и Эдвин Олдрин заняли рабочие места в кабине
космического кор.абля, чтобы совершить свой исторический рейс
Земля—Лужа. В разное время 1966 г. три космонавта у у.:-2

совершали полеты в космос. Они прошли сложный этап
наземных тренировок.
16 июля 1969 г. в 16 часов 32 минуты по команде от
электронно-вычислительной машины был дан старт
космического корабля «Аполлон-11». После полета на околоземной
промежуточной орбите с помощью двигателя третьей
ступени космический корабль перешел на траекторию полета к
Луне. Траектория была близкой к расчетной и потребовалась
всего лишь одна ее коррекция. На трассе Земля—Луна
были осуществлены ранее отработанные операции:
перестроение отсеков и отделение последней ступени ракеты-носителя.
Вечером 19 июля 1969 г. космический корабль
«Аполлон-11» специальным маневром перешел на
селеноцентрическую орбиту. На орбите Луны космический корабль
находился около суток. В это время был проведен ряд
телевизионных сеансов, навигационные измерения и коррекции орбиты
корабля, в результате чего он перешел на круговую
селеноцентрическую орбиту. По завершении этих операций
космонавты Армстронг и Олдрин перешли в лунную кабину,
чтобы еще раз проверить ее готовность к посадке на Луну.
20 июля 1969 г. «Орел» — лунная кабина с
космонавтами Армстронгом и Олдрином отделилась от «Колумбии» —
основного блока, который остался на орбите Луны вместе с
космонавтом Коллинзом. Запас топлива позволял «Орлу» в
течение 2 мин совершить горизонтальный полет над
поверхностью Луны. Космонавт Армстронг имел в своем
распоряжении считанные секунды, чтобы оценить обстановку,
выбрать ровную площадку и посадить лунную кабину. С этой
задачей Нейл Армстронг справился великолепно. 20 июля
1969 г. в 23 часа 18 минут «Орел» совершил посадку на
поверхность Луны в районе Моря Спокойствия. После
прилунения космонавты отдыхали.
21 июля 1969 г. в 5 часов 56 минут Нейл Армстронг
впервые в истории человечества ступил на поверхность Луны.
Через двадцать минут к Нейлу Армстронгу присоединился
Эдвин Олдрин. Выход космонавтов из лунной кабины и первые
их шаги по Луне транслировались на Землю по
телевидению.
На Луне космонавты установили ряд научных приборов,
собрали образцы лунных пород и в районе посадки
оставили надпись: «Здесь люди с планеты Земля впервые ступили
ногой на Луну. Июль, год 1969-й нашей эры. Мы пришли с
миром от имени всего человечества».
В 8 часов 15 минут Армстронг и Олдрин вернулись в
кабину. Отдых космонавтов продолжался приблизительно семь
часов. Затем началась подготовка к старту взлетной ступени
с поверхности Луны, которая продолжалась около трех часов.
60

21 июля 1969 г. в 20 часов 54 минуты с поверхности
Луны стартовала взлетная ступень лунной кабины. Посадочная
ступень кабины осталась на Луне. Три с половиной часа
длилась операция по сближению «Колумбии» и «Орла».
После завершения стыковки космонавты перешли в
основной блок, а использованная взлетная ступень была
сброшена и осталась на селеноцентрической орбите. Включив
маршевый двигатель основного блока, который проработал
149 сек, космонавты начали полет к Земле. На расстоянии
около 300 000 км от Земли была произведена коррекция
траектории, обеспечившая вход корабля в заданный район
посадки. При подлете к Земле состоялся последний сеанс
цветного телевидения. Ввиду неблагоприятных метеорологических
условий пришлось изменить район посадки, вследствие чего
спуск космического корабля «Аполлон-11» в атмосфере
Земли проходил с использованием аэродинамического качества.
После разделения двигательного отсека и отсека экипажа
последний вошел в атмосферу Земли на высоте 120 км.
24 июля 1969 г. отсек экипажа приводнился в точке с
координатами 13° 30' с. ш. и 169° 15' з. д. Космонавтам через
люк были переданы скафандры, в которых они вышли из
отсека экипажа. Затем скафандры были обработаны
дезинфицирующим средством «Бетадин» (неорганическое соединение
йода). Через 63 мин после приводнения Армстронг, Олдрин
и Коллинз были доставлены на борт авианосца и прямо из
вертолета перешли в карантинный фургон. 27 июля
авианосец «Хорнит» прибыл в порт Пирл-Харбор и в тот же день
фургон с космонавтами доставили в специальную
лабораторию в Хьюстоне. По окончании 21-суточного карантинного
пребывания в Хьюстоне, 13 августа 1969 г., космонавтов
торжественно встречали в Ныо-Р1орке, Чикаго и Лос-
Анджелесе.
Так завершилось первое в истории путешествие на Луну.
* * *
Недавно весь мир узнал о новом грандиозном успехе
советской космонавтики. 25 апреля 1970 г. были с помощью
одной ракеты-носителя запущены восемь (!) искусственных
спутников Земли («Космос-336»—«Космос-343»).
На спутниках установлена научная аппаратура,
предназначенная для продолжения исследований космического
пространства в соответствии с заранее объявленной
программой.
Кроме научной аппаратуры, на спутниках имеются:
радиосистемы для точного измерения элементов орбиты,
радиотелеметрические системы для передачи на Землю данных о
работе приборов.и4.научной аппаратуры.
61

Советские ученые и конструкторы продолжают веста
огромную работу, направленную на освоение космического
пространства и исследование ближайших к нам планет
Солнечной системы.
Шестидесятые годы нашего века стали подлинным
триумфом ракетно-космической техники, а труд покорителей
космоса — памятником человеческого труда вообще. Мы
приближаемся к новой кульминации нашего века, когда
технические возможности сольются воедино с величайшими
открытиями науки о Вселенной.

СОДЕРЖАНИЕ
СОЛНЕЧНО-ЗЕМНЫЕ СВЯЗИ :j
Теория, Чепмена—Паркера . G
Происхождение солнечного ветра 8
Модель межпланетной среды И
Магнитное поле Земли и магнитные бури . 12
Теория Чепмена—Ферраро магнитных бурь . 13
Структура геомагнитного поля 14
Модель магнитосферы Земли 16
Радиационный пояс Земли 18
Измерение низкоэнергетической плазмы и эффект «колена» ... 19
Граница магнитосферы и динамика заряженных частиц ... 19
Кольцевой ток магнитных бурь 20
Полярные сияния 21
Взаимосвязь геофизических явлений и их происхождение ... 2!
КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ 24
Искусственные спутники Земли «Космос» £>
Первые маневры в космосе 2о
Космическая система «Электрон» 27
Станции «Протон» ,...,. 23
Полеты к Луне - 23
Посадка космических аппаратов на поверхность Луны «... 30
Искусственные спутники Луны 31
Облет Луны с возвращением на Землю 22
Полеты к планетам Солнечной системы 35
Первый полет человека в космос ....*..... >S
Выход человека в космическое пространство ....*.. 1-1
Стыковка космических кораблей 42
Космические корабли «Союз» «2
Первая орбитальная станция . . - , ^ . ^ . - . . 4 4
Групповой полет космических кораблей 47
Космические исследования ъ США ?3
Космическая программа «Аполлон» » 1>3
Полет человека к Луне «г>1
Высадка человека на поверхность Луны . S3
ИСПРАВЛЕНИЕ
В брошюре Рудольфа Мессйауэра «Резонансная адеклзюскогаш гамма-
излучения» (№ 7, 1970 г.) на стр. 3, строка 13 снизу, следует читать:
«...политехнических институтов...»
63

Геннадий Александрович СКУРИ ДИН
КОСМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И КОСМИЧЕСКИЕ
АППАРАТЫ
Редактор И. Б. Ф а и н б о й м
Худож. редактор В. Н. Конюхов
Обложка Л. П. Ромасенко
1 ехн. редактор Г. И. Качалова
Корректор И. И. Поршнева
А04818. Сдано в набор 27.V.1970 г. Подписано к
печати 17.VII.1970 г. Формат бумаги 60X90/16.
Бумага типографская № 3. Бум. л. 2.0. Печ. л. 4,0.
Уч.-изд. л. 3,64. Тираж 78 400 экз. Издательство
«Знание». Москва, Центр, Новая пл., д. 3/4.
Заказ 1287. Типография изд-ва «Знание». Москва,
Центр, Новая пл., д. 3/4.
Цена 12 коп.

12 коп.
Индекс 70072
ТОВАРИЩИ ЧИТАТЕЛИ!
Сообщаем вам, что с января 1971 года вместо серии «Физика,
астрономия» издательство «Знание* начнет выпускать две новые серии:
«ФИЗИКА» и «КОСМОНАВТИКА, АСТРОНОМИЯ». Е- каждой из них в
течение года выйдет 12 номеров. Стоимость подлиски на каждую серию —*
1 руб. 08 коп. Какие же брошюры получат подписчики?
В СЕРИИ «ФИЗИКА»
A. Баженов. Нобелевские лауреаты.
Е. Завойский, академик. Магнитная спектроскопия.
П. Капица, академик. Выдающиеся ученые XX века.
И. Кикоин, академик. Задачи для начинающих.
B. Кузнецов, кандидат физико-математических лаук. Синтез тяжелых
элементов.
Б. Нестеров и В. Рыдник, кандидаты физико-технических наук.
Прямые методы преобразования энергии.
Физики о физике. Сборник.
В СЕРИИ «КОСМОНАВТИКА, АСТРОНОМИЯ»
К. Кондратьев, член-корреспондент АН СССР. Спутники и проблема
природных ресурсов.
Д. Мартынов, доктор физико-математических наук. Луна и планеты.
Б. Петров, академик. Космические исследования и научно-технический
прогресс
Б. Раушенбах, член-корреспондент АН СССР. Космическая навигация.
Г. Скуридин, доктор физико-математических наук. Аппараты для яс»
следования планет.
Г. Титов, летчик-космонавт СССР. Первый космонавт планеты.
Особенности космической программы США.
ИНДЕКСЫ СЕРИИ В КАТАЛОГЕ «СОЮЗПЕЧАТИ»: «ФИЗИКА» -
70102, «КОСМОНАВТИКА, АСТРОНОМИЯ» — 70101.
ВЫПИСЫВАЙТЕ И ЧИТАЙТЕ БРОШЮРЫ ЭТИХ СЕРИЙ!
Издательство «Знание»