В. И. ЛЕВАНТОВСКИЙ
РАССКАЗ
ОБ ИСКУССТВЕННЫХ
СПУТНИКАХ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ТЕХНИКО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
МОСКВА 1957

12-2-1
Scan AAW
Левантовский Владимир Исаакович.
Рассказ об искусственных спутниках.
Редактор И, Е, Pax лип.
Технический редактор К. Ф. Брудно. Корректор 3. В. Моисеева
Сдано в набор 29/Х1 1957 г. Подписано к печати 21/XII 1957 г. Формат бумаги 84ХЮ8/32-
Физ. печ.-л. 3. Условн. печ.-л. 4,92. Уч.-издат. л. 5,16. Тираж 200 000 экз.
Т-11729. Цена книги 1 р. 55 к. Заказ № 1151
Государственное издательство технико-теоретической литературы
Москва, В-71, Б. Калужская, 15
Первая Образцовая типография имени А. А. Жданова
Московского городского Совнархоза
Москва, Ж-54, Валовая, 28

ПРЕДИСЛОВИЕ
Задача этой небольшой книжки — ответить на
некоторые из многочисленных вопросов, которые возникают у
тех, кто впервые сталкивается с теорией движения
искусственных спутников, проблемами их использования,
вопросами пребывания на них живых организмов.
Что такое искусственный спутник? Чем он отличается
от других летательных аппаратов? Почему, не имея
никакого двигателя, он не падает на Землю? Как запускают
искусственный спутник? Для чего нужны искусственные
спутники? Как они устроены? Каково их будущее? На эти
вопросы мы постараемся ответить в этой книжке.
Принцип движения искусственного спутника
существенно отличает его от всех других летательных аппаратов.
Тот, кто автоматически переносит свои привычные
«земные» представления на эту новую область знания,
нередко ошибается. Поэтому автор стремился не столько к
тому, чтобы сообщить читателю побольше фактов, сколько
к тому, чтобы помочь ему уяснить как можно лучше
причины тех явлений, которые наиболее неясны или в
отношении которых чаще всего высказываются ошибочные
мнения. Вот почему некоторые вопросы,
представлявшиеся наиболее сложными и интересными, подробно
рассматриваются в книжке, в то время как другие, быть может,
сами по себе и немаловажные, вовсе в ней не
затрагиваются.
Читателю, который пожелает получить более
обширные знания в теории искусственных спутников, можно
порекомендовать прочесть книгу лауреата
Международной поощрительной премии по астронавтике А. А. Штерн-
фельда «Искусственные спутники Земли», вышедшую в
1956 г. (второе, переработанное и дополненное издание
этой книги в настоящее время печатается) <
АВТОР
— 3 ~

ВВЕДЕНИЕ
Герой одного из фантастических рассказов
знаменитого английского писателя Герберта Уэллса, спустившись
на дно океана в особом сконструированном им аппарате,
обнаружил там страну, населенную разумными живыми
существами. Обитатели подводного царства, отделенные
от мира воздуха и солнечного света огромной толщей
воды, по существу, ничего не знали об этом мире. К ним
на дно иногда опускались корабли со всем своим
содержимым — печальные вестники трагедий,
разыгрывавшихся в волнах, поднятых штормом. По этим останкам
двуногие разумные существа, заселявшие дно океана,
могли составить себе только очень смутное представление о
нашем мире, так как выплыть на поверхность они не
могли.
Наша собственная судьба — судьба людей,
населяющих сушу,— отчасти напоминает участь жителей
океанского дна, о которых писал Уэллс. Мы тоже живем
на дне глубочайшего океана, только этот океан
воздушный. Несмотря на то, что нам, в отличие от описанных
Уэллсом существ, известно очень много о невообразимых
просторах вселенной, о природе, движении и развитии
Солнца, планет, звезд и туманностей, в наших знаниях
есть немало существенных пробелов. И очень многие из
этих пробелов объясняются только тем, что
тысячекилометровая толща воздушного океана не пропускает на свое дно
значительную долю того потока света, энергии,
межпланетных частиц, который непрерывно льется на нашу
планету.
Но нельзя ли вынырнуть со дна воздушного океана на
его поверхность? И вынырнуть не на одно мгновение,
чтобы тут же снова погрузиться на дно, как это происходит
при запуске высотных ракет, а остаться плавать на по-
- 4 -

верхности воздушного океана или вблизи нее, чтобы
в течение продолжительного времени сообщать на дно
океана — поверхность Земли — о том, что делается
наверху?
И не только наверху. Ведь для того, чтобы получше
рассмотреть предмет, не всегда бывает нужно
приблизиться к нему. Полезно иногда отойти подальше, чтобы
увидеть более отчетливо связи предмета с тем, что его
окружает, чтобы глубже проникнуть в сущность
самого предмета. Может быть, поднявшись высоко над
Землей, мы сможем даже лучше изучить и недра нашей
планеты?
И если мы сами еще не можем, оторвавшись от дна
воздушного океана, вынырнуть на его поверхность, то
нельзя ли поручить это нашим посланцам —
автоматически действующим приборам, которые, плавая высоко над
поверхностью Земли, сообщали бы нам о том, что они
«видят» и «наблюдают»? Это был бы подлинный переворот
в методах научных исследований.
Но каким образом это можно осуществить? Ученые
решили с этой целью создать искусственные спутники
Земли.
4 октября 1957 года в Советском Союзе был запущен
первый в мире искусственный спутник Земли. Не прошло
и месяца после этого, как начал свое движение вокруг
Земли второй искусственный спутник, еще больших
размеров, чем первый, снабженный разнообразными
приборами и имеющий на борту «пассажира».
Запуск первых искусственных спутников Земли явился
не только высшим научно-техническим достижением, не
только произвел переворот в методах изучения нашей
планеты, ее атмосферы и небесных явлений, о котором мы
говорили, но и возвестил начало новой эры — эры
космических перелетов и освоения человеком межпланетных
пространств.
Весь мир стал свидетелем грандиозной победы
советской науки и техники, неоспоримо доказавшей великие
преимущества социалистического строя перед
капиталистическим.
Знаменательно и то, что этот новый большой и смелый
шаг на великом пути человечества к овладению тайнами
природы был сделан именно в нашей стране, являющейся
родиной астронавтики, стране, которая дала миру выда-
- 5 -

ющегося ученого и изобретателя Константина
Эдуардовича Циолковского, научно обосновавшего возможность
космических путешествий.
I. ИСКУССТВЕННОЕ НЕБЕСНОЕ ТЕЛО
1. Что такое спутник
Спутником планеты называют небесное тело гораздо
меньших размеров, чем сама планета, постоянно
обращающееся вокруг этой планеты. Земля, планета, на которой
мы живем, имеет только одного спутника — Луну; Марс и
Нептун имеют по два спутника, Уран — пять, Сатурн —
девять, а Юпитер — даже двенадцать спутников.
Некоторые планеты вовсе не имеют спутников (Меркурий,
Венера, Плутон).
Впрочем, теперь о Земле следовало бы сказать точнее:
Земля имеет одного естественного спутника — Луну и
неопределенное количество искусственных спутников, так
как их число время от времени может изменяться.
Каким же образом человек может создать
искусственное небесное тело — искусственный спутник? Почему этот
спутник не падает на Землю?
Этот вопрос, несомненно, волнует многих, хотя,
скажем, тот факт, что притягиваемая земным шаром Луна,
обращаясь вокруг нашей планеты, тоже не падает на нее,
обычно не вызывает удивления. Между тем, причины
обоих явлений совершенно одинаковы.
Заметим, прежде всего, что тело, притягиваемое
Землей, вовсе не обязательно должно упасть на нее. Разве
движение тела всегда направлено в ту же сторону, что и
действующая на него сила? Разве подброшенный камень
не летит вверх, хотя и сила тяжести и сопротивление
воздуха при этом направлены вниз, а сила, с которой наша
рука толкнула камень, уже окончила свое действие?
Таких примеров можно указать сколько угодно.
Тело совсем не обязательно должно двигаться в ту же
сторону, куда направлена притягивающая его сила. Но
под действием этой силы тело неизбежно должно
искривить свой путь или ускорить или замедлить движение.
«Хорошо,— могут нам ответить,— для Луны все это
можно понять. Но ведь искусственный спутник запускался
с Земли, а мы не знаем таких случаев, чтобы брошенное
— 6 -~

тело не вернулось на Землю. Почему же не падает
искусственный спутник?» Попробуем это объяснить.
Представим себе, что на горе установлена пушка,
ствол которой расположен горизонтально (рис. 1).
Пушка выстрелила. Разумеется, пролетев какое-то
расстояние, снаряд врежется в Землю. Это произойдет потому, что
притяжение снаряда Землей, которое мы называем
силой тяжести, искривит
линию его полета — его траек*
торию. Не будь этой силы,
снаряд двигался бы по
инерции прямолинейно с неизмен*
ной скоростью1). Поставим
теперь на нашей горе более
мощное орудие, чтобы
увеличить скорость, с которой
снаряд вылетает из ствола. Сила
тяжести не сможет искривить
траекторию снаряда так
сильно, как раньше, и он пролетит
большее расстояние. Чем
больше начальная скорость, с
которой вылетевший из
ствола пушки снаряд начинает
свой полет, тем меньше его
траектория отклоняется от
прямой линии. Но никогда
эта траектория не станет
прямой, так как земное притяжение не может исчезнуть
и, сколь бы велика ни была скорость снаряда, оно всегда
будет как-то искривлять его путь.
Итак, в зависимости от начальной скорости снаряд под
действием силы тяжести может двигаться по различным
траекториям, имеющим разную кривизну (см. рис. 1).
Так как Земля — шар и ее поверхность имеет
кривизну, то эта поверхность будет как бы стремиться «уходить»
из-под траекторий снаряда.
Среди бесчисленного множества траекторий, которые
при различных начальных скоростях будет описывать наш
снаряд, неизбежно должна быть и такая, следуя по
которой снаряд движется параллельно земной поверхно-
*) В этом месте и в последующих рассуждениях мы созна*
тельно до поры до времени забываем о сопротивлении воздуха.
Рис. 1. Чем больше начальная
скорость снаряда, тем большее
расстояние он пролетит, прежде
чем врежется в Землю. При
первой астронавтической
скорости 7,9 километра в
секунду снаряд превратится з
искусственный спутник Земли с
круговой орбитой.
— 7 —

сти,— это окружность с центром, совпадающим с центром
Земли.
Движение снаряда будет происходить с постоянной
скоростью, так как сила тяжести не изменяет своей
величины, и направление движения сохраняет один и тот же
характер по отношению к Земле — оно все время
происходит параллельно ее поверхности. В каждое мгновение
снаряд будет ровно настолько же удаляться от Земли,
двигаясь по инерции, насколько будет приближаться к ней,
падая под действием силы тяжести. Наступит
своеобразное «равновесие» между этими двумя движениями
снаряда.
Описав вокруг Земли круговую траекторию, снаряд
вернется в начальную точку своего движения, чтобы снова
и снова повторить тот же путь. Это движение будет
продолжаться вечно, не требуя никакой затраты энергии.
Снаряд превратится в искусственный спутник Земли.
Скорость, с которой спутник будет совершать свое
движение по круговой орбите (она равна его начальной
скорости) , мы будем называть круговой скоростью.
Согласно закону всемирного тяготения сила тяжести
убывает по мере увеличения расстояния от центра Земли.
Но при уменьшении силы тяжести понадобится и меньшая
скорость для того, чтобы могло наступить то
«равновесие», о котором только что говорилось. Поэтому значение
круговой скорости убывает с увеличением высоты орбиты
над земной поверхностью. У самой поверхности Земли
круговая скорость равна 7912 метрам в секунду (так
называемая первая астронавтическая
скорость). На высоте 200 километров она составляет
7791 метр в секунду, на расстоянии 1000 километров от
поверхности Земли — 7356 метров в секунду, а на
расстоянии 7000 километров — 5463 метра в секунду1).
Если мы знаем значение круговой скорости на данной
высоте, то легко вычислить период обращения
соответствующего искусственного спутника, т. е. время, в
течение которого он совершает один оборот по своей орбите.
Для этого достаточно только разделить длину орбиты
спутника на величину его круговой скорости. Для
спутника, обращающегося по круговой орбите у самой поверх-
*) Значения скоростей и приводимых ниже периодов
обращения указываются в соответствии с расчетами лауреата
Международной поощрительной премии по астронавтике А. А. Штернфельда.
— 8 —

ности Земли, этот период равен 1 часу 24 минутам 25
секундам. При высоте над поверхностью Земли, равной
200 километрам, этот период составляет 1 час 28 минут
25 секунд, а на высоте 7000 километров — 4 часа 16
минут 31 секунду. Период обращения возрастает с высотой
быстрее, чем увеличивается сама высота. Это и понятно:
ведь с увеличением высоты не только увеличивается
длина орбиты, но и убывает круговая скорость, с которой
спутник пробегает свой путь.
2. Орбиты искусственных спутников
Подумаем теперь, что произойдет, если снаряду на
какой-то высоте сообщить в горизонтальном направлении
начальную скорость, превышающую по величине
круговую скорость. Очевидно, что если снаряд не упал на
Землю при круговой скорости, то этого тем более не
произойдет и при скорости большей по величине, так как силе
тяжести «труднее» будет искривлять путь снаряда. Что же
тогда будет со снарядом?
Оказывается, что если начальная скорость будет все
же не слишком велика, то снаряд и в этом случае будет
постоянно обращаться вокруг Земли, т. е. также
превратится в ее спутника, но будет двигаться по особой,
вытянутой орбите — эллипсу.
Что такое эллипс?
Эллипсом называется замкнутая геометрическая
линия, напоминающая вытянутую в большей или меньшей
степени окружность. Все точки этой линии обладают
одним замечательным свойством. Если измерить
расстояния от какой-нибудь точки эллипса до двух особых точек,
которые находятся внутри эллипса и называются его
фокусами, то оказывается, что сумма этих расстояний равна
сумме расстояний до фокусов любой другой точки
эллипса.
Заметим, что окружность есть не что иное, как частный
случай эллипса, при котором оба фокуса эллипса
сливаются в одну точку, совпадающую с центром окружности.
Еще три столетия назад знаменитый астроном Иоганн
Кеплер открыл закон, согласно которому каждая планета
движется вокруг Солнца по эллипсу, в одном из фокусов
которого находится Солнце. Этот закон называется
первым законом Кеплера.
— 9 —

Кеплер вывел свой закон, внимательно изучая
движение планет. Впоследствии выяснилось, что этот закон
целиком вытекает из закона всемирного тяготения,
открытого гениальным английским математиком и физиком
Исааком Ньютоном. Но всемирное тяготение «руководит»
не только движением планет вокруг Солнца, но и
движением спутников вокруг планет. Поэтому первый закон
Кеплера справедлив и для движения спутников вокруг
Рис. 2. Согласно первому закону Кеплера орбита
искусственного спутника представляет собой эллипс, один
из фокусов которого совпадает с центром Земли.
планет, в частности для движения Луны и искусственных
спутников Земли. В этом последнем случае мы
сформулируем первый закон Кеплера так: каждый спутник Земли
должен двигаться по эллипсу, один из фокусов которого
совпадает с центром Земли (рис. 2).
Строго говоря, в таком виде закон справедлив только
для спутников, массы которых очень малы по сравнению
с массой Земли. Следовательно, он верен только для и с-
кусственных спутников Земли. Фокус же
эллиптической орбиты Луны не совпадает с центром Земли, а
находится в общем центре тяжести Земли и Луны, который
отстоит от центра Земли на 4800 километров, находясь под
ее поверхностью (радиус Земли равен 6370 километрам).
Что касается искусственных спутников Земли, то, конечно,
какими бы большими они в будущем ни были, их масса
все равно будет ничтожно мала по сравнению с массой
— 10 -

Земли. (Напомним, что масса Земли в тоннах
выражается двадцатидвухзначным числом.) Поэтому один из
фокусов орбиты искусственного спутника можно считать в
точности совпадающим с центром Земли.
Таким образом, расстояние спутника от центра Земли
непрерывно изменяется. Ближайшая к центру Земли точка
орбиты спутника называется перигеем, а наиболее
удаленная — апогеем (рис. 2). Линия, соединяющая
эти две точки, называется большой осью орбиты.
Очевидным следствием из первого закона Кеплера
является то, что плоскость орбиты
спутника всегда проходит через центр
Земли, т. е. эта плоскость пересекает
земную поверхность по так
называемому большому кругу. Поэтому,
например, спутник Земли —
безразлично с круговой или эллиптической
орбитой — не может двигаться над
какой-нибудь параллелью земного шара
(за исключением экватора).
Если мы будем вблизи
поверхности Земли (хотя бы все на той же
вершине горы) сообщать телу все
большие и большие скорости,
превышающие круговую скорость, то
эллиптические орбиты будут все более и
более вытягиваться (рис. 3). При
этом чем более вытянута орбита
искусственного спутника Земли, тем
более резко сказывается на ней даже
незначительное увеличение
начальной скорости. Если при начальной
скорости, равной 10 километрам в
секунду, апогей орбиты находится
на расстоянии четырех радиусов
Земли от ее центра, а при скорости 11
километров в секунду — на
расстоянии 29 земных радиусов, то при
скорости 11,1 километра в секунду апо-
гейное расстояние искусственного
спутника от центра Земли превысит радиус орбиты Луны
(который составляет 60 радиусов Земли),
Рис. 3. Траектории,
которые должно
описывать тело при
следующих начальных
скоростях,
сообщаемых ему в
горизонтальном направлении у
поверхности Земли
(в километрах в
секунду): 7,9 (окружность
У); 10,0 (эллипс 2)\ 11,0
(эллипс 3)\ 11,1 (эллипс
4)\ 11,2 (парабола 5);
более 11,2 (гипербола 6).
— и -

3. Какие скорости может иметь спутник
Дальнейшие незначительные увеличения начальной
скорости искусственного спутника теоретически должны
вызывать все большее и большее увеличение его орбиты.
Однако при очень большом удалении апогея спутника от
Земли на его движении все более будет сказываться
усиливающееся влияние притяжений Луны и Солнца.
Поэтому слишком сильно вытянутые орбиты фактически
неосуществимы.
Если сообщить телу начальную скорость, равную 11,2
километра в секунду, то оно навсегда удалится от Земли
по одной из ветвей разомкнутой кривой линии —
параболы (рис. 3). Притяжение Земли в этом случае уже
окажется недостаточно мощным, чтобы заставить тело
совершить «поворот» и начать описывать замкнутую
эллиптическую орбиту. Скорость, при которой это произойдет,
называется параболической или второй
астронавтической скоростью.
При еще больших начальных скоростях тела будут
удаляться по еще более «разогнутым», чем парабола, кривым
линиям — различным гиперболам — и, конечно, тоже
покинут сферу притяжения Земли. Дальнейшая судьба
этих тел нас не интересует, поскольку в этой книжке мы
занимаемся только телами, движущимися вокруг Земли
по замкнутым круговым или эллиптическим орбитам.
Указанное выше значение параболической скорости,
равное 11,2 километра в секунду, относится только к тому
случаю, когда скорость сообщается телу у самой
поверхности Земли. На различных расстояниях от поверхности
Земли значения параболической скорости будут
различными, причем они убывают по мере увеличения этого
расстояния. В любой точке пространства, окружающего
земной шар, параболическая скорость на 41,4 процента
больше местной круговой скорости.
Значение параболической скорости в данной точке
пространства указывает нам границу, которую не только
не может превысить, но даже не может достичь скорость
какого бы то ни было спутника, пробегающего это место.
Если бы скорость тела достигла или превысила эту
границу, то тело удалилось бы в бесконечность и,
следовательно, не было бы спутником Земли. (Параболическую
скорость часто так и называют — скоростьудаления.)
— 12 —

Иногда можно услышать ошибочное мнение, что при
скорости, меньшей, чем круговая, тело должно упасть на
Землю. Это, однако, верно только в том случае, если
скорость сообщается телу у самой поверхности Земли. В
случае же, если начальная скорость, меньшая круговой,
сообщается в горизонтальном направлении на некоторой
Рис. 4. При начальной скорости, меньшей по величине,
чем круговая, тело не обязательно упадет на Землю;
оно может превратиться в искусственный спутник
Земли с эллиптической орбитой, расположенной внутри
круговой орбиты.
высоте, то тело начнет двигаться по эллипсу, имеющему
по-прежнему фокус в центре Земли, но расположенному
уже не вне, а внутри круговой орбиты (рис. 4).
В отличие от тех эллипсов, которые получались при
начальной скорости, большей, чем круговая, теперь точка
первоначального толчка является апогеем, а перигей
орбиты находится по другую сторону центра Земли. Если он
окажется внутри земного шара, то эллиптическая
траектория приведет наше тело к падению на поверхность
- 13 -

Земли. Если же перигей окажется вне земного шара, то
тело превратится в искусственный спутник Земли1).
Выше мы, говоря о параболической скорости,
предполагали, что она сообщается телу в горизонтальном
направлении. Сказанное там, однако, будет справедливо и
в том случае, если скорость образует какой-то угол с
горизонтом: тело все равно вырвется навсегда из сферы
земного притяжения.
Допустим теперь, что под углом к горизонту
сообщается скорость, меньшая пароболической, в частности равная
по величине круговой. В этом случае тело также будет
двигаться по эллиптической траектории с фокусом в центре
Земли, и эта траектория или замкнется, пройдя мимо
земного шара (тело превратится в спутник), или пройдет
сквозь Землю (тело упадет на земную поверхность).
Сказанное на стр. 13 в основном имеет значение для
запусков спутников на орбиты, пролегающие далеко от
поверхности земного шара — на расстоянии тысяч
километров. Для спутников же, получающих начальный толчок
на высоте нескольких сотен километров, практически
очень важно, чтобы движение началось в горизонтальном
направлении и со скоростью, чрезвычайно близкой к
намеченной. Это объясняется не только близостью земной
поверхности, но и наличием атмосферы. Верхняя
граница ее сравнительно плотных слоев (приблизительно на
высоте 80—100 километров) может вполне играть роль
земной поверхности в предыдущих рассуждениях (см.
также стр. 32—33).
4. Как движется спутник по своей орбите
Помимо закона, говорящего о том, по какой
траектории движутся планеты вокруг Солнца, Кеплер открыл еще
два других закона, устанавливающих, как именно
происходит это движение. Оба эти закона также вполне
применимы к движению спутников Земли.
Согласно второму закону Кеплера линия,
соединяющая спутник с центром Земли, в равные времена
описывает внутри эллипса равные площади (рис. 5).
*) Сказанное справедливо, если пренебречь земной атмосферой.
В противном случае тело сможет стать искусственным спутником
только в том случае, если перигей эллиптической орбиты окажется
выше более или менее плотных слоев атмосферы.
- 14 -

Понятно, что это возможно только в том случае, если
в одинаковый промежуток времени спутник будет
проходить меньший путь, находясь далеко от Земли, и больший,
находясь близко. Иначе говоря, чем дальше спутник от
центра Земли, тем меньше его скорость.
Быстрее всего движется спутник в перигее. По мере
удаления спутника от центра Земли его движение под
проходит в одинаковые промежутки времени. При этом
заштрихованные площади оказываются равновеликими. Стрелки в
апогее и перигее изображают в одинаковом масштабе
соответствующие скорости спутника.
действием земного притяжения замедляется. В апогее
скорость спутника падает до своего наименьшего значения.
Земное притяжение заставляет спутник сделать как бы
поворот и снова начать приближаться к Земле, все более
и более убыстряя свой бег по орбите. Наконец, в перигее
скорость спутника снова достигает своей наибольшей
величины, и весь процесс многократно повторяется.
Заметим, что скорость спутника в перигее будет во
столько же раз больше его скорости в апогее, во сколько
раз его перигейное расстояние меньше апогейного. На
рис. 5 стрелки в апогее и перигее орбиты показывают в
некотором масштабе соответствующие скорости.
Сколько же времени требуется спутнику для того,
чтобы совершить один оборот по орбите? От чего зависит
период обращения спутника? На этот вопрос отвечает
— 15 —

третий- закон Кеплера. В соответствии с этим законом
квадраты времен обращения спутников вокруг Земли
относятся, как кубы больших осей их орбит. (В случае круговой
орбиты роль большой оси играет диаметр окружности.)
Таким образом, если мы знаем период обращения и
большую ось какого-нибудь спутника Земли, то мы сможем,
например, найти период обращения другого спутника,
зная большую ось его орбиты. Такой спутник, период
обращения и большая ось орбиты которого давным-давно
известны, у Земли имеется — это ее вечный естественный
спутник — Луна.
Из третьего закона Кеплера следует, что по орбитам,
имеющим более длинную большую ось, спутник
совершает свой путь дольше, чем по орбитам, имеющим короткую
большую ось. При одинаковых больших осях орбит
периоды обращения по ним спутников будут также одинаковы,
но чем более будет сплюснута орбита и, следовательно,
чем меньше будет ее длина, тем, естественно, с большей
в среднем скоростью будет пробегать спутник свой путь.
5. Особенности движения искусственных спутников
Мы разобрали здесь главные законы движения
искусственных спутников Земли. Более подробно мы займемся
вопросами движения спутников позже, а сейчас подведем
некоторые итоги.
Начав свое движение с помощью людей, искусственный
спутник дальше движется в пространстве, подчиняясь
законам природы, как и всякое небесное тело. Однажды
начавшись, это движение, если бы не было сопротивления
воздуха, продолжалось бы вечно, не требуя для этого
никакого расхода энергии.
Естественно, что такое движение не может
происходить как угодно. Траектория, описываемая спутником,
быстрота его движения, время обращения, высота полета —
все это связано между собой определенным образом.
Искусственный спутник движется по своей орбите с
колоссальной скоростью — около 8 километров в секунду.
Эта скорость в огромное число раз превышает наши
земные скорости передвижения. Пешеходу, идущему без
устали день и ночь со скоростью 5 километров в час,
понадобился бы почти год для того, чтобы пройти
расстояние, равное длине орбиты первого искусственного
- 16 -

спутника (она приблизительно на три тысячи километров
больше длины земного экватора). Велосипедисту,
движущемуся со скоростью 30 километров в час, для
этого понадобилось бы около двух месяцев, автомобилю —
18 дней (при скорости 100 километров в час),
современному электропоезду, делающему 300 километров в час,—
шесть дней, а реактивному пассажирскому самолету — два
с лишним дня (при движении со скоростью 800
километров в час). Между тем, искусственному спутнику нужно
для этого только немногим более полутора часов. Однако
удивляться такой стремительности движения не
приходится. В отличие от наземных видов транспорта, спутник,
двигаясь по определенной орбите, не может замедлить своего
движения (как мог бы это сделать, скажем, водитель
автомобиля, который пожелал бы совершить свое
кругосветное путешествие «не спеша» — не за восемнадцать дней,
а, например, за тридцать). При меньшей скорости спутник
не удержался бы на своей орбите.
Нужно сделать еще одно важное замечание. Во всех
наших рассуждениях мы совершенно не принимали во
внимание массу того тела, которое должно превратиться в
спутник Земли. Нас совершенно не интересовали его вес,
размеры, форма. И это не случайно. Величина массы
искусственного спутника после того, как ему сообщена
начальная скорость, действительно несущественна для его
дальнейшего движения по следующим причинам.
Согласно закону всемирного тяготения Ньютона, сила,
с которой Земля притягивает спутник, прямо
пропорциональна массе спутника. Поэтому, если массу спутника
увеличить, например, в пять раз, то сила притяжения, а
следовательно, и ее влияние на движение спутника
увеличится во столько же раз. Но с другой
стороны, согласно основному закону механики, также
открытому Ньютоном, воздействие силы на тело (ускорение,
которое она ему сообщает) обратно пропорционально
массе этого тела. Значит, при увеличении массы
спутника в пять раз воздействие на него силы притяжения
Земли должно было бы уменьшиться в пять раз.
Получается, что в конечном счете величина массы спутника
не играет никакой роли при его орбитальном движении.
Вот если бы спутник двигался под действием какой-нибудь
силы тяги, то его масса играла бы существенную роль, но
тогда спутник не был бы спутником.
— 17 —

Массу спутника следовало бы принимать во внимание
только в том случае, если бы она шла в какое-нибудь
сравнение с массой Земли, так как в этом случае она
существенно повлияла бы на движение самой Земли, а через
нее — и на спутник. Но все искусственные спутники имеют
и будут иметь, естественно, совершенно ничтожную по
сравнению с земным шаром массу. Какое бы тело ни
запускалось на предназначенную для него орбиту, эта
орбита определяется исключительно*) так называемыми
начальными условиями: величиной начальной скорости,
сообщенной спутнику, ее направлением и положением в
пространстве той точки, где был дан начальный толчок.
Но, конечно, сама возможность придания спутнику
необходимой начальной скорости очень сильно зависит от
массы спутника. Тяжелый спутник запустить гораздо
труднее, чем легкий. Однако, если все трудности
преодолены и тяжелый спутник уже запущен, то его движение
не должно отличаться от движения легкого спутника с
теми же начальными условиями.
Как же создать эти начальные условия? Как доставить
спутник в ту точку пространства, где он должен будет
начать свое движение? Как сообщить ему там нужную
скорость? Вот этими вопросами мы сейчас и займемся.
II. РАКЕТА ВЫВОДИТ СПУТНИК НА ОРБИТУ
1. Какой аппарат может быть носителем спутника
Во всех наших предыдущих рассуждениях мы
учитывали действие на спутник только одной силы — силы
тяжести. Но земной шар окружен воздушной оболочкой —
атмосферой, которая оказывает сопротивление движению
любого тела. Двигаясь в плотных слоях атмосферы, тело
быстро потеряет круговую скорость и упадет. Впрочем,
раскалившись от трения о воздух, оно может «сгореть» до
того, как долетит до поверхности Земли. Поэтому тело,
которому предстоит превратиться в искусственный
спутник, должно быть поднято за пределы атмосферы или, во
всяком случае, за пределы ее плотных слоев и там какой-
то аппарат должен сообщить ему необходимую скорость.
*) Напомним, что мы по-прежнему не принимаем во внимание
земной атмосферы.
— 18 —

Ясно поэтому, что наш пример орудия, установленного
на вершине горы, имеет чисто теоретический интерес:
вершины даже самых высоких горных пиков лежат, по
существу, на дне воздушного океана. Впрочем, построить
орудие, выбрасывающее снаряд со скоростью около 8
километров в секунду, вообще невозможно. Если бы даже и
удалось создать такое орудие, то тело, превращаемое в
спутник, должно было бы при выстреле получить такой
сильный толчок, который мог бы разрушить помещенные
внутри тела приборы (или безусловно принес бы гибель
экипажу будущего обитаемого спутника). Дело в том, что
артиллерийский снаряд разгоняется до необходимой
скорости в течение долей секунды, пока он движется в стволе
орудия. Значит, необходим такой способ разгона, при
котором тело наращивало бы свою скорость за значительно
более длинный промежуток времени. Расчет показывает,
что для этого разгон должен осуществляться на
протяжении десятков километров. Построить артиллерийское
орудие такой длины невозможно.
Наконец, заметим, что если бы даже артиллерийское
орудие было способно сообщить телу какую угодно
скорость, то такое тело, в принципе, можно было бы даже
отправить на Луну или на Марс, но невозможно было бы
превратить в искусственный спутник. Ведь при выстреле
в горизонтальном направлении этому должно было бы
помешать сопротивление атмосферы, а при выстреле под
углом к горизонту снаряд или вырвался бы из сферы
притяжения Земли (при параболической или большей
скорости), или упал бы на Землю, так как замкнутая
эллиптическая траектория обязательно должна была бы
привести его в ту точку, где был произведен выстрел,
т. е. обязана бы была пройти сквозь Землю.
Значит, необходимо, чтобы, выйдя из «опасных»,
плотных слоев воздуха, снаряд получил дополнительный
толчок в горизонтальном направлении. Ясно, что
артиллерийский снаряд непригоден для такого маневра: он не имеет
собственного двигателя.
Итак, для того, чтобы вывести искусственный спутник
на орбиту, необходим аппарат-носитель, способный
самостоятельно двигаться в пустоте и затем придать спутнику
необходимую горизонтальную скорость.
Что же это за аппарат? Таким аппаратом является
ракета*
- 19 -

2. Принцип движения ракеты
Принцип движения ракеты отличается от принципов
движения всех других самодвижущихся устройств.
Посмотрим, например, какая причина заставляет
двигаться автомобиль. Мотор? Но одна только работа мотора
не обеспечивает движения. Мотор вращает ведущие
колеса. Но если эти колеса оказались на льду и буксуют, то как
бы быстро они ни вращались, автомобиль не тронется с
места. Почему? Да потому, что будет отсутствовать
внешняя сила, действующая на автомобиль со стороны дороги
и движущая его — сила трения ведущих колес о дорогу.
При движении любого самодвижущегося экипажа
всегда можно указать внешние силы, действующие на
него со стороны какой-либо опоры или среды и
заставляющие его двигаться. Например, все колесные экипажи с
собственным двигателем движутся, как бы отталкиваясь
от дороги, асфальта шоссе, рельсов и т. д. Это
отталкивание делается возможным благодаря внешним
силам — силам трения,— возникающим при взаимодействии
ведущих колес, приводимых во вращение мотором, с
асфальтом и т. п. Самолет в своем движении опирается на
внешнюю среду — воздух — и движется под действием
силы тяги, возникающей вследствие взаимодействия
вращающегося винта с воздухом. Пароход движется,
отталкиваясь с помощью гребного винта от воды, и т. д.
Но как может двигаться какой-нибудь аппарат в
пространстве, где практически нет среды, на которую можно
было бы опереться или от которой можно было бы
«оттолкнуться»? Выход, однако, существует и в этом случае.
Представьте себе, что вы находитесь в лодке совсем
близко от берега, но не можете причалить, так как весла
утеряны. Вы не можете оттолкнуться от воды, и если
вдобавок нет ветра, то, значит, воспользоваться какой-либо
силой со стороны внешней среды невозможно. Если вы
начнете идти по дну лодки вперед, по направлению к
берегу, то лодка будет уходить назад. Но если вы сами
уйдете назад, к корме, то лодка продвинется вперед, и если
берег близко, то она коснется его. Можно продвинуть
лодку вперед еще и таким способом. Нужно взять какой-
нибудь тяжелый предмет и бросить его назад. Тогда лодка
продвинется вперед, причем продвижение будет больше,
если предмет тяжелее или больше скорость бросания.
- 20 -

Вот точно по такому же принципу движется и ракета.
Из нее с огромной скоростью выбрасываются
стремительно расширяющиеся газы — продукты горения,
происходящего в специальной камере
сгорания внутри ракеты. В этой
камере развиваются огромные
температуры, и она делается
из особых жаропрочных
сплавов. Чтобы еще более увеличить
скорость истечения газов, их
пропускают через
расширяющееся сопло (раструб)
специальной формы (рис. 6).
Таким образом, извергая из
себя с огромной скоростью
часть своей массы — продукты
сгорания топлива,— ракета
летит вперед, совершенно не
нуждаясь для своего движения во
внешней среде. Более того,
воздух, создавая сопротивление,
только препятствует ее
движению.
Иногда можно услышать
недоуменный вопрос: «Значит,
ракета движется с помощью
одних только внутренних сил?
Но ведь это же противоречит
законам механики!»
На самом деле никакого
противоречия с законами
механики здесь, конечно, нет.
Законы механики не утверждают, что
внутренние силы не могут
произвести передвижения. Они
только утверждают, что эти
силы не могут переместить центра
тяжести рассматриваемой
системы. Если бы в движение
выброшенных из ракеты газов не
вмешивались атмосфера и
поверхность Земли, о которую газы ударяются в момент
старта, и если бы корпус ракеты и газы не испытывали
Рис. 6. Схема устройства
одной из первых ракет,
применявшихся для
исследования верхних слоев
атмосферы:
/— полезный груз; 2— приборы
управления; 3— бак для окислителя;
4— бак для горючего; 5— турбо-
насосный агрегат для подачи
топлива в камеру сгорания; 6— камера
сгорания; 7— сопло; 8— воздушные
стабилизаторы; 9— воздушные
рули; 10— газовые рули.
— 21 —

притяжения Земли и других тел, то общий центр тяжести
всей системы (ракета плюс газы) остался бы там же, где
он был в момент начала движения.
Наконец, если рассматривать отдельно один только
корпус ракеты, то можно сказать, что этот корпус
движется, отталкиваясь от извергающихся из него газов, т. е.
испытывая воздействие внешней по отношению к
корпусу силы — реакции газов.
С этой точки зрения движение ракеты вызывается теми
же причинами, что и движение любых других аппаратов.
И автомобиль, и винтомоторный самолет, и пароход тоже
движутся за счет внешних сил реакций. Ракета от них
отличается только тем, что она эти, по существу,
внешние (относительно своего корпуса) силы создает как бы
«внутри себя», в то время как поршневые двигатели
автомобиля и самолета или паровая машина парохода
создают силы реакций не непосредственно, а с помощью так
называемых движителей, т. е. колес автомобиля или винта
самолета. В отличие от таких двигателей двигатель ракеты
называют поэтому двигателем прямой р е а к~
ц и и или просто реактивным двигателем.
3. Закон движения ракеты
Знаменитый русский ученый Константин Эдуардович
Циолковский, основоположник науки о космическом
полете, вывел основную формулу движения ракеты.
Согласно этой формуле скорость, развитая ракетой,
увеличивается с увеличением скорости истечения газов из сопла
ракеты, а также с увеличением массы выброшенных из нее
газов. Поэтому ракетный двигатель будет тем мощнее, чем
большую скорость истечения он даст.
Скорость же истечения зависит от вида применяемого
топлива. Чем большую теплотворную способность имеет
топливо, т. е. чем больше тепла выделяется при его
сгорании, тем выше скорость истечения продуктов сгорания
из сопла ракеты. Жидкие топлива имеют более высокую
теплотворную способность, и поэтому применение их в
ракетах оказывается более выгодным, чем использование
пороха. Кроме того, жидкое топливо обеспечивает более
плавное нарастание скорости ракеты. Поэтому в
современных ракетах чаще всего применяется жидкое топливо.
— 22 -

Идея так называемого жидкостного реактивного
двигателя также принадлежит К. Э. Циолковскому.
Жидкое топливо, как правило, состоит из двух
составных частей — горючего и окислителя. Горючее и
окислитель помещаются в отдельных баках, обычно
составляющих одно целое с корпусом ракеты, и подаются оттуда
в камеру сгорания с помощью насосов по специальным
трубопроводам (рис. 6). В качестве горючего в ракетной
технике применяются керосин, спирт, гидразин и пр., а в
качестве окислителя — жидкий кислород, азотная кислота,
перекись водорода и др. При обычных топливах
достигается скорость истечения газа из сопла, равная 2,5 километра
в секунду.
Так как теплотворная способность даже самых
выгодных видов топлива ограничена, то конструкторы не
надеются довести скорость истечения газов из жидкостной
ракеты больше чем до 4 километров в секунду. Поэтому,
чтобы ракета при ограниченной скорости истечения газов
могла достичь огромных скоростей движения,
позволяющих совершить космический полет (в частности,
запустить спутник), она должна запастись очень большим
количеством топлива. Лишь ничтожная часть всей
первоначальной массы будет при этом представлять собой
полезный груз. Естественно, что постройка такой ракеты
вызывает огромные трудности.
4. Многоступенчатая ракета
Выход заключается в создании многоступенчатых
ракет. Многоступенчатая, или составная,
ракета состоит из нескольких ракет-ступеней (рис. 7). Сначала
включается двигатель первой, хвостовой, ступени,
который, израсходовав весь запас своего топлива, доводит
скорость всей ракеты до определенной величины. После
этого первая ступень, баки которой опустели, отделяется от
ракеты и включаются двигатели второй ступени. После
выгорания в этой ступени всего топлива она также
отделяется от ракеты и т. д. Таким образом, набирая скорость,
ракета постепенно укорачивается. В результате
достигается очень простая цель: опустевшие баки, которые
содержали раньше топливо, отделяясь вместе со ступенью,
сыгравшей свою роль, не обременяют больше ракету мертвым
грузом.
— 23 —

10*.
3^
I
to
I
!
I
Рис. 7. Схема
трехступенчатой
ракеты-носителя
(американский проект
«Авангард»):
1— двигатель первой
ступени, 2— турбона-
сосный агрегат первой
ступени, 3— бак с
горючим первой ступени,
4— бак с окислителем
первой ступени,
5—двигатель второй ступени,
б— бак с окислителем
второй ступени, 7—бак.
с горючим второй
ступени, 8—твердое
топливо третьей ступени,
9—искусственны и
спутник, 10 — защитный
конус.
Возможна также несколько иная
схема многоступенчатой ракеты. Первая
и последующая ступени составной
ракеты представляют собой баки,
расположенные вокруг последней ступени,
которая является как бы сердцевиной
всей ракеты. Такая ракета движется
вперед, сбрасывая время от времени
опустевшие ступени-баки и как бы
«худея».
Сказанное объясняет, почему все
современные ракеты, которые для
достижения поставленных целей должны
развить большие скорости, делаются
многоступенчатыми.
Это относится, например, к
межконтинентальным баллистическим ракетам,
способным поражать цели на земной
поверхности, лежащие на расстоянии
многих тысяч километров от места
старта. Разогнавшись за несколько минут
до скорости в 6—7 километров в
секунду, такая ракета (точнее, ее последняя,
головная, ступень) дальше летит с
неработающим двигателем по дуге
эллипса, фокус которого совпадает с центром
Земли. Такая ракета может за полчаса
преодолеть расстояние в 8000
километров. Как известно, в сообщении ТАСС
от 27 августа 1957 года было объявлено
о первом успешном испытании
межконтинентальной баллистической ракеты,
проведенном в Советском Союзе.
Ракеты-носители, предназначенные
для того, чтобы доставить спутник на
его орбиту и сообщить ему там
необходимую скорость, также, конечно,
делаются многоступенчатыми.
Отброшенные ступени составной
ракеты иногда опускаются на парашютах
с целью повторного использования
ценного оборудования или взрываются в
- 24 -

воздухе, чтобы, упав, они не могли нанести ущерб
сооружениям и жилым постройкам на земной поверхности.
В будущем, возможно, они будут спускаться на Землю в
планирующем полете.
Заметим, что программа последовательного включения
и отделения ступеней составной ракеты иногда несколько
осложняется. Так, необязательно, чтобы двигатель какой-
нибудь ступени включался сразу же после окончания
работы предыдущей ступени. В течение некоторого времени
ракета может лететь с неработающими двигателями,
используя полученный ранее разгон.
При этом отработавшая ступень может даже не
отделяться. Дело в том, что, пока двигатель следующей
ступени не включен, отработавшая ступень не обременяет
ракету мертвым грузом. Это объясняется совершенно теми
же причинами, по которым движение искусственного
спутника не зависит от его массы (стр. 17). В то же время
присутствие отработавшей ступени может даже иногда
улучшить обтекаемость ракеты, т. е. уменьшить сопротивление
воздуха (если движение происходит в более или менее
плотных слоях атмосферы).
Выбор наивыгоднейших моментов отделения ступеней
и включения двигателей является специальной серьезной
задачей теории движения ракет.
Заметим, что и в многоступенчатых ракетах топливные
баки занимают большую часть их объема. Вес же
полезного груза оказывается в сотни раз меньше стартового
веса всей ракеты (перед началом взлета). Неудивительно
поэтому, что ракеты имеют большие размеры. Так, даже
ракета, которая предназначена для еще не
осуществленного запуска очень небольшого искусственного спутника
по американскому проекту «Авангард», имеет в длину
22 метра, а ее диаметр в самой широкой части равен
114 сантиметрам (ширина первой ступени). Вес этой
ракеты составляет 11 тонн. (6 декабря 1957 года ракетная
система «Авангард» взорвалась при попытке запустить
спутник диаметром 16 сантиметров и весом около полутора
килограммов.)
5, Атомная ракета
Соотношение между стартовым весом ракеты и весом
полезного груза станет гораздо более благоприятным,
когда в ракетных двигателях начнет применяться атомная
— 25 ~

энергия. Принцип движения атомной ракеты тот же,
что и принцип движения обычной ракеты на химическом
топливе. Отличие заключается в том, что на атомной
ракете вместо камеры сгорания имется «атомный котел», в
котором вследствие происходящих ядерных реакций
развивается очень высокая температура. Эта температура
оказывается значительно больше той, которую дает
горение химического топлива в обычной ракете. Поэтому
поступающее в атомный котел «рабочее тело» нагреется
до очень высокой температуры.
Допустим, что через трубы, проходящие в атомном
котле, протекает жидкий водород. Нагреваясь, он
превратится в газообразный водород, который будет
стремительно расширяться. При этом молекулы водорода распадутся
на атомы, что вызовет еще большее увеличение объема.
В результате водород будет выбрасываться из сопла
ракеты со скоростью 10—12 километров в секунду.
Такая большая скорость истечения позволит получить
нужную силу тяги при расходе газов, в 3—4 раза
меньшем, чем в обычной ракете. Что же касается запасов
«ядерного горючего» в атомном котле, то вес их будет
совсем незначителен.
В результате вес атомной ракеты будет гораздо
меньше веса обычной ракеты. Значит, и сила тяги,
необходимая для того, чтобы поднять ракету, может быть меньше;
это приводит еще к дополнительной экономии рабочего
вещества (например, жидкого водорода). Атомные ракеты-
носители смогут быть одинарными, а не составными.
Однако атомные ракеты еще не построены. На пути их
создания стоят различные трудности. Главной из них
является опасность, что стенки атомного котла не выдержат
огромной температуры, которая в нем развивается^
6. Управление ракетой
Отделение ступеней, включение двигателей, изменение
направления полета ракеты осуществляются
автоматически. Всеми этими операциями руководит так
называемое программирующее устройство, в которое заложена
программа действий ракеты, намеченная конструкторами.
Если это устройство помещается, допустим, во второй
ступени составной ракеты, то это обстоятельство, между
прочим, может послужить поводом к тому, чтобы упомянутая
- 26 —

ступень до поры до времени не отделялась. После же
отделения в этом случае второй ступени третья ступень
может оказаться неуправляемой. Таким образом, в
зависимости от конструкции ракеты некоторые ее ступени могут
быть и неуправляемыми. В других же случаях
управляемыми являются все ступени.
Управляющее устройство — автопилот — с помощью
специальных приборов «узнаёт» о направлении движения
ракеты, о ее скорости, о положении ее корпуса и, в
соответствии с имеющейся программой, обеспечивает нужное
направление и скорость движения, а также его
устойчивость. Это устройство, когда будет нужно, придаст
последней ступени ракеты-носителя горизонтальное
направление, повернув ось этой ступени перпендикулярно к
местной вертикали.
Очень важную роль в автопилоте играют
гироскопические устройства. Гироскоп представляет собой быстро
вращающийся маховик с массивным ободом, который,
будучи свободно подвешен, сохраняет неизменным
направление своей оси в пространстве, независимо от положения
корпуса ракеты. Это свойство гироскопа и позволяет
ракете «ориентироваться» при полете.
При отклонении корпуса ракеты от нужного
направления гироскоп подает электрический сигнал, который,
будучи усилен электронными лампами, приведет в конечном
счете в движение органы управления, регулирующие
направление движения ракеты и его устойчивость.
Что же это за органы?
Еще совсем недавно устойчивость ракет
обеспечивалась воздушными стабилизаторами, представлявшими
собой как бы «оперение» ракеты (рис. 6 на стр. 21). Такие
стабилизаторы и теперь применяются на многих ракетах.
Однако воздушные стабилизаторы зачастую оказываются
малоэффективными, пока ракета не развила достаточно
большой скорости *), так как при малой скорости они
слабо взаимодействуют с воздухом. Когда же ракета разовьет
достаточную скорость, она уже окажется в столь
разреженных слоях атмосферы, что стабилизаторы опять-таки
почти «не почувствуют» воздуха. А главное, большие ста-
*) Поэтому часто ракеты при старте направляются
специальными устройствами, двигаясь как бы по рельсам.
— 27 —

Ось
ракеты
Сала
тяги
билизаторы, увеличивая поверхность ракеты, увеличивают
и встречаемое ею сопротивление воздуха. Поэтому
конструкторы в настоящее время стремятся свести размеры
стабилизаторов к минимальным или отказываются от них.
Для изменения направления
движения до последнего
времени в ракетах применялись
исключительно воздушные и
газовые рули. Первые из них не
отличаются от рулей самолета,
а вторые представляют собой
пластинки, которые,
повернувшись, преграждают путь струе
газов, стремительно
вытекающих из ракеты. Воздушным
рулям присущи те же
недостатки, что и стабилизаторам,
а газовые рули, испытывая
огромное давление
вытекающих газов, быстро выходят
из строя.
Для обеспечения
устойчивости полета ракеты и изменения
направления ее движения в
настоящее время двигатель
ракеты, расположенный в ее задней
части, часто подвешивают на
шарнирах таким образом, что
он может свободно
поворачиваться. В результате струя
газов может изменять свое
направление, а вместе с этим
изменяется и направление силы
тяги (рис. 8). О самом
небольшом отклонении оси ракеты от направления, заданного
программирующим устройством, чувствительные элементы
немедленно «сообщают» автопилоту, который с помощью
электрогидравлических приспособлений заставляет
двигатель мгновенно повернуться в нужном направлении. После
этого оказывается, что сила тяги уже не проходит через
центр тяжести ракеты. Под действием этой силы корпус
ракеты поворачивается вокруг центра тяжести, и ось
ракеты воззращается в прежнее положение. Получается очень
— 28 —
г Центр
тяЖести
ракеты
Ддигатель
Рис. 8. Устойчивость ракеты
на курсе обеспечивается
шарнирным подвесом
ракетного двигателя.

чуткое устройство 1), действия которого напоминают
манипуляции жонглера, не задумываясь реагирующего на
малейшие колебания длинной штанги, которую он держит
на своей ладони.
Таким образом обеспечивается устойчивость движения
ракеты. Для того же, чтобы изменить направление полета
ракеты, тот же двигатель, изменив направление силы
Рис. 9. Советские боевые ракеты во время парада на Красной
площади в Москве 7 ноября 1957 года.
тяги, заставляет ось ракеты принять положение,
соответствующее новому направлению движения. После этого
двигатель опять поворачивается так, чтобы сила тяги
снова проходила через центр тяжести, и ракета начинает
двигаться по новой траектории.
Вследствие отказа конструкторов от стабилизаторов, а
также воздушных и газовых рулей ракета по своему
внешнему виду перестает напоминать стрелу и бывает похожа
скорее на отточенный карандаш, из которого сзади торчит
кончик грифеля (сопло ракеты).
Современная ракета имеет форму длинного цилиндра
с острой конической частью впереди; этот конус предохра-
*) Настолько чуткое, что ракетному двигателю приходится
поворачиваться только на несколько градусов.
- 29 —

няет от аэродинамического нагрева полезный груз,
находящийся в передней части ракеты (рис. 9). В
результате ракета имеет «менее красивую» форму, чем раньше,
но зато более устойчива в полете и легче прорезает толщу
атмосферы.
7. Запуск первых искусственных спутников
Чтобы превратиться в искусственный спутник, ракета
должна выйти из плотных слоев атмосферы и затем,
двигаясь параллельно земной поверхности (т. е.
горизонтально), развить скорость, достаточную для превращения в
спутник Земли.
4 октября 1957 года увенчалась блестящей победой
напряженная работа различных советских
научно-исследовательских институтов и конструкторских бюро.
Многоступенчатая баллистическая ракета, несущая в
себе тело, которое должно было превратиться в первый
искусственный спутник Земли, стартовала с территории
Советского Союза. Старт происходил в вертикальном
направлении, что характерно не только для старта ракеты-
носителя, но и вообще для старта баллистической
ракеты. Это делается для того, чтобы ракета побыстрее,
пока она еще не успела развить очень большую скорость,
вышла за пределы плотных слоев атмосферы
(сопротивление воздуха возрастает с увеличением скорости
ракеты).
Через короткий промежуток времени ось
ракеты-носителя, согласно выработанной программе, начала
отклоняться от вертикали. Последняя ступень ракеты-носителя,
достигнув заданной высоты, легла на курс в направлении,
параллельном поверхности Земли, и, израсходовав свой
запас топлива, развила необходимую скорость около 8
километров в секунду. Эта скорость превышала местную на
данной высоте круговую скорость, и, таким образом,
последняя ступень ракеты-носителя смогла превратиться в
спутник Земли,
Если бы советские ученые стремились исключительно
к тому, чтобы, так сказать, обогатить нашу планету,
подарив ей крохотную «вторую Луну» *), то они могли бы на
*) Заметим, кстати, что у нас нет полной уверенности в том,
что, помимо Луны, Земля не имеет еще и другого естественного
спутника, который благодаря своей малости до сих пор не был
замечен.
- 30 —

этом считать свою задачу выполненной. Но их целью
являлась обширная программа научных исследований.
Поэтому, в согласии с намеченным планом, после окончания
работы двигателя был сброшен защитный конус,
предохранявший как ракету, так и искусственный спутник,
лежавший в ее передней части, от аэродинамического нагрева,
вызванного сопротивлением воздуха, и из ракеты-носителя
был вытолкнут металлический шар, фотография которого,
сделанная еще на Земле, скоро обошла страницы всех
газет мира (см. рис. 19 на стр. 53).
До того, как была произведена последняя операция,
все три тела — ракета-носитель, защитный конус и
шарообразный спутник — двигались вместе с одинаковой
скоростью. Но теперь оказалось, что спутник, испытав при
выталкивании слабый дополнительный толчок, несколько
увеличил свою скорость, а ракета-носитель вследствие
полученной при этом «отдачи» немного ее уменьшила.
Следовательно, перечисленным трем телам были при запуске
сообщены различные, хотя и очень близкие (вследствие
слабости толчка при выталкивании) начальные скорости.
Поэтому они должны были, как мы уже знаем, начать
двигаться самостоятельно по различным, хотя и близким,
эллиптическим траекториям, с разными периодами
обращения. Естественно, что при этом расстояния между ракетой-
носителем, конусом и спутником-шаром должны
изменяться, но в точности предсказать заранее на много дней
вперед, как именно это должно будет происходить, не
представлялось возможным, так как сопротивление атмосферы
сильно искажает всю картину.
Аналогичным образом происходил и запуск второго
искусственного спутника 3 ноября 1957 г. Однако на этот
раз из последней ступени ракеты-носителя не был
вытолкнут шарообразый контейнер с приборами и
радиопередатчиками. Весь полезный груз остался размещенным в
последней ступени ракеты-носителя, которая сама и
превратилась в искусственный спутник. В нужный момент был
только сброшен защитный конус, что обеспечило контакт
аппаратуры спутника с наружным пространством.
Во время этого запуска последняя ступень
ракеты-носителя развила скорость свыше 8 километров в секунду,
т. е. ее скорость превысила ту, которая была
достигнута 4 октября. Поэтому и апогей орбиты второго
искусственного спутника оказался на большем расстоянии
- 31 —

от земной поверхности, чем апогей первого спутника
(для первого — свыше 900 километров, для
второго— около 1700 километров).
8. Необыкновенная точность
Для успешного запуска искусственного спутника
необходима необыкновенно точная работа всех
автоматических устройств ракеты-носителя.
Представим себе, например, что скорость, которую
развила ракета-носитель, оказалась бы меньше
запланированной. Тогда спутник мог бы начать двигаться по
эллиптической траектории, проходящей сквозь плотные
слои атмосферы или даже сквозь поверхность Земли, что
привело бы его к гибели.
Ясно, что если бы начальная скорость спутника была
отклонена совсем немного вниз от горизонтального
направления, то он также мог бы «зарыться» в плотные
слои атмосферы и погибнуть.
Может показаться, что если бы начальная скорость
была отклонена вверх от горизонтали, то это
гарантировало бы спутник от гибели, подобно той гарантии,
которую дает лишний запас скорости (если только
достигнутая скорость не превышает параболической). Но думать
так — значит ошибаться. В самом деле, по законам
механики спутник, как мы знаем, должен был бы начать
движение по какой-то эллиптической орбите, причем,
совершив один оборот, он обязан был бы вернуться в
начальную точку со скоростью, равной начальной по
величине и так же направленной. Иначе говоря, он должен
был бы прийти в начальную точку под углом к
горизонту снизу, т. е. из более плотных слоев атмосферы
или даже «из-под земли». Следовательно, и в этом случае
эллиптическая траектория также должна была бы пройти
сквозь плотные слои атмосферы (или даже сквозь толщу
Земли), но на этот раз атмосфера была бы пробита
спутником с помощью «обходного маневра» (рис. 10).
Как видим, для обеспечения успешного запуска
искусственного спутника нужно добиться, чтобы величина и
направление приданной ему начальной скорости могли
колебаться только в очень узких пределах. Это требует
исключительно точной работы всех автоматических
устройств ракеты-носителя. Поэтому сам факт запуска
— 32 -

в Советском Союзе искусственных спутников говорит
о чрезвычайно высоком развитии в нашей стране средств
автоматики, электронной и вычислительной техники.
Конечно, чем
дальше от поверхности
Земли находится точка
пространства, в которой
искусственный спутник
получает начальную
скорость своего
движения, тем шире границы,
в которых можно
позволить величине
начальной скорости и ее углу
наклона отклоняться от
заданных значений. При
этом ракета-носитель
хотя и превратится в
спутник Земли, но
может, конечно, выйти на
орбиту, сильно
отличающуюся от намеченной.
При ошибке в угле
наклона (неточное
определение вертикали места)
перигей орбиты
окажется не там, где он был
намечен.
Если же при точном горизонтальном направлении
начальной скорости ее величина окажется меньше круговой,
то точка намеченного перигея может превратиться в
апогей, а апогей — в перигей (см. рис. 4 на стр. 13).
9. Возможные варианты запусков
Мы описали, как происходил в общих чертах запуск
первых советских искусственных спутников.
Последующие запуски спутников будут, очевидно, происходить
аналогичным образом. Траектории, по которым будет
производиться вывод спутников на их орбиты, при этом будут,
конечно, различными (см. рис. 11, на котором
представлен вид одной из возможных траекторий запуска). Ведь и
перигеи и апогеи проектируемых орбит будут разными, а
Рис. 10. При запуске спутника на
орбиту, проходящую вблизи атмосферы,
даже небольшое отклонение
начальной скорости (сплошная стрелка в
верхней части рисунка) вверх от
намечавшегося горизонтального направления
(пунктирная стрелка) может привести
к гибели спутника.
— 33 —

значит, и высоты, на которых спутникам должны будут
сообщаться начальные скорости, и величины этих
скоростей будут иметь различные значения. Однако при
запусках спутников, круговые или эллиптические орбиты
которых будут располагаться в пределах 200—1000
километров над земной поверхностью, им будут сообщаться
начальные скорости порядка 8 километров в секунду.
Заметим, что не вся величина начальной скорости
спутника, сообщаемой ему в горизонтальном
направлении придается ракетой-носителем. Часть этой скорости
ракета получает вследствие того, что ее стартовая пло-
Рис. 11. Схема одного из возможных вариантов выведения спутника
на орбиту с помощью трехступенчатой ракеты-носителя. На рисунке
показаны четыре этапа рождения спутника: /— отброшена первая
ступень; //— отброшена вторая ступень; ///— третья, последняя,
ступень ракеты-носителя вышла на орбиту, сброшен защитный конус
и вытолкнут спутник; IV— спутник на орбите.
щадка участвует во вращении Земли вокруг своей оси.
Ракета, еще летящая вертикально вверх, уже имеет
горизонтальную скорость в восточном направлении (Земля, как
известно, вращается с запада на восток), равную
скорости стартовой площадки в ее вращательном движении.
Велика ли эта скорость? Самое большое значение
она, конечно, имеет на экваторе, точки которого
расположены дальше всего от земной оси; здесь она равна
465 метрам в секунду. На полюсах Земли эта скорость
равна нулю. Чем ближе к экватору, тем она больше.
В самой южной точке Советского Союза, в городе Кушка
(Туркменская ССР), она равна 380 метрам в секунду.
Таким образом, легче всего запустить искусственный
спутник в восточном направлении по орбите, лежащей в
плоскости экватора, так как вращение Земли в этом
случае будет лучше всего «помогать» запуску. При запуске
спутника по такой же орбите, но в противоположном на-
— 34 -

правлении вращение Земли будет максимально
затруднять запуск.
Нетрудно понять, что если мы желаем запустить
спутник на орбиту, лежащую в меридианной плоскости, т. е.
проходящую через полюсы Земли, то вращение Земли
тоже будет мешать этому. Ракете придется развить
скорость, большую по величине, чем это было бы нужно,
если бы Земля не вращалась. Направление этой скорости
должно быть отклонено на запад от меридиана, чтобы
компенсировать воздействие земного вращения.
Итак, запуск «полюсного» спутника представляет
большие трудности, чем запуск спутника на орбиту,
которая лежит в плоскости, образующей с плоскостью
экватора не прямой, а острый угол. Чем меньше этот угол, тем
легче запустить искусственный спутник1). Но зато, чем
этот угол больше, тем больший научный интерес
представляет орбита спутника, так как в этом случае она
охватывает больший диапазон географических широт.
Во вре*мя запусков искусственных спутников могут
иметь разную продолжительность и по-разному
чередоваться активные и пассивные участки траектории ракеты-
носителя, т. е. участки полета с включенным и с
выключенным двигателем. Разумеется, полет на пассивном
участке происходит по дуге эллипса, имеющего фокус в
центре Земли, т. е. как бы по части траектории
баллистической ракеты. Отброшенные ступени ракеты также летят
по баллистическим траекториям, причем могут упасть за
сотни километров от места старта.
Место превращения последней ступени в спутник
может быть отделено от места старта расстоянием более
тысячи километров. Весь запуск — от момента взлета с
Земли до выхода на орбиту — продолжается несколько
минут.
Траектории, по которым спутники должны
доставляться на орбиты, могут иметь разный вид. Чем на большие
высоты будут со временем запускаться искусственные
спутники, тем более разнообразны будут эти траектории.
При этом запуск на высоко расположенную орбиту не
может происходить по полностью активной траектории
движения ракеты-носителя, т. е. при непрерывно рабо-
*) Мы, конечно, предполагаем, что сравниваются орбиты, по
которым движутся спутники, запущенные с использованием, а не
с преодолением вращения Земли.
- 35 —

тающем двигателе. Это потребовало бы огромной
затраты топлива. Траектория выведения спутника на
высокую орбиту будет всегда состоять из одной или
нескольких эллиптических дуг, связанных небольшими
активными участками.
Возможен, например, запуск искусственного
спутника по так называемой полуэллиптической траектории.
Для этого
ракета-носитель разгоняется в
горизонтальном
направлении до скорости,
большей по величине, чем
круговая, и пролетает с
выключенным
двигателем половину
вспомогательной
эллиптической орбиты; затем
снова включается
двигатель, и скорость ракеты
доводится до местной
круговой. Таким
образом, последняя ступень
ракеты превращается в
искусственный спутник,
имеющий круговую
орбиту над точкой
земного шара,
диаметрально противоположной
месту взлета (рис. 12).
Однако во время первоначального горизонтального
разгона, предшествующего выходу на вспомогательную
полуэллиптическую траекторию, ракета-носитель будет
встречать сильное сопротивление воздуха. Поэтому этот
участок траектории выведения на орбиту практически
придется вынести в разреженные слои атмосферы, где, по
существу, даже могло бы начаться уже орбитальное
движение. Если окончательная орбита, на которую таким
способом выводится спутник, расположена сравнительно
невысоко, то очевидно, что эта орбита будет мало
отличаться от вспомогательной эллиптической орбиты.
Поэтому запуск спутника по полуэллиптической траектории
имеет смысл только при достаточно высоко
расположенной окончательной орбите.
Щита. ^
Рис. 12. Траектории выведения спут
ника на орбиту:
1 — полуэллиптическая, 2 — баллистическая.
— 36 —

Доставить спутник на такую высокую орбиту можно
и с помощью баллистической траектории, т. е. отправив
ракету-носитель по эллиптической дуге, концы которой
лежат на земной поверхности. Когда ракета достигнет
потолка (в этот момент она будет двигаться
горизонтально), двигатели последней ступени дополнят ее
скорость до орбитальной (рис. 12).
Расчеты показывают, что баллистическая траектория
выведения на орбиту требует большей затраты топлива,
чем полуэллиптическая. Выигрыш во времени (запуск по
баллистической траектории менее продолжителен) не
может, как правило, компенсировать затраты лишнего
топлива. Впрочем, баллистическая траектория выхода
на орбиту может в будущем оказаться
предпочтительнее в случае особых обстоятельств, которые могут
потребовать срочного полета с Земли на обитаемый
спутник.
III. СПУТНИК НА ОРБИТЕ
1. Плоскость орбиты
В первом разделе этой книжки было подробно рас*
сказано о том, по каким орбитам должны двигаться
искусственные спутники, если им сообщать различные
начальные скорости в том или ином направлении. Тогда
же мы узнали, как движется искусственный спутник по
своей орбите, как изменяется при этом его скорость, чем
определяется его период обращения. Мы выяснили, что
искусственный спутник должен совершать свое
движение в согласии с тремя законами Кеплера.
Рассмотрим теперь орбиту искусственного спутника
более пристально и постараемся выяснить, как влияют
на нее факторы, о которых мы совершенно сознательно
старались до поры до времени забыть, чтобы не
затруднять понимания общей картины основных законов
движения.
Законы движения искусственных спутников,
изложенные в первом разделе, вытекают из закона
всемирного тяготения Ньютона, если считать, что на спутник не
действуют никакие силы, кроме силы притяжения Земли,
и что поле тяготения Земли является центральным, т. е.
если предполагать, что Земля притягивает все тела, нахо-
— 37 -

дящиеся вне ее, так, будто бы вся масса нашей планеты
сосредоточена в одной точке—центре Земли.
В теоретической механике доказано, что поле
тяготения однородного *) тела, имеющего совершенно
правильную шарообразную форму, является центральным,
вследствие чего можно массу однородного шара как бы
мысленно сосредоточивать в его центре.
Напомним, что плоскость, в которой расположена
орбита спутника, должна проходить через центр Земли.
Из законов природы вытекает, что если бы поле
тяготения Земли было в точности центральным, то плоскость
орбиты спутника должна была бы сохранить свою
ориентацию в пространстве неизменной относительно так
называемых неподвижных звезд. Ее положение
полностью определялось бы направлением движения,
приданного спутнику в начальный момент его орбитального
движения. Земля вращалась бы внутри орбиты, как
внутри неподвижного обруча. Плоскость орбиты не должна
была бы менять свою ориентацию относительно звезд ни
в течение суток, ни в течение года по мере продвижения
спутника вместе с Землей вокруг Солнца. Иначе говоря,
эта плоскость перемещалась бы параллельно самой себе,
подобно перемещению земной оси. Но на самом деле поле
тяготения Земли можно считать центральным только, как
говорят, в первом приближении, так как наша планета, во-
первых, не имеет вполне правильной шарообразной
формы и, во-вторых, ее нельзя считать однородной.
Прежде всего, Земля, как известно, сплюснута у
полюсов. Следствием этого является то, что плоскость
орбиты спутника не сохраняет свою ориентацию в
пространстве, а медленно поворачивается. Вращение
плоскости происходит следующим образом. Представим
себе, что из центра Земли проведена прямая линия
перпендикулярно к плоскости орбиты. Плоскость орбиты
вращается так, что эта линия описывает вокруг земной
оси конус. Ее движение напоминает знакомое нам
вращение оси волчка вокруг вертикали и, так же как и то
движение, может быть названо прецессионным (рис. 13)2).
*) Однородным в механике называется тело, плотность
которого совершенно одинакова в любом его месте.
2) Аналогия с движением волчка чисто внешняя. Это видно
хотя бы из того, что орбита спутника есть воображаемая линия>
а не твердое тело, каким является волчок.
~ 38 —

Рис. 13. Нецентральность поля тяготения Земли вызывает
вращение плоскости орбиты спутника, напоминающее прецессию
волчка. Прямые стрелки показывают направление
перпендикуляров к плоскостям орбит.

Понятно, что при описанном поворачивании
плоскости орбиты спутника она не изменяет своего угла наклона
к плоскости экватора. Для первого и второго
искусственных спутников (рис. 14) этот угол составляет 65
градусов. Направление вращения плоскости орбиты
определяется направлением движения спутника по орбите.
Для первого советского искусственного спутника
направление вращения плоскости орбиты указано на рис. 13.
Оно оказывается
противоположным
вращению Земли.
Скорость
вращения плоскости
орбиты невелика.
Плоскость поворачивается
примерно на четверть
градуса за время
одного оборота
спутника. Значит,
перпендикуляр к
плоскости орбиты
опишет полный конус
приблизительно за
три месяца. Чем
больше угол наклона
плоскости орбиты к
плоскости экватора,
тем медленнее
должно быть вращение
плоскости орбиты.
Плоскость орбиты
спутника,
пролетающего над земными
полюсами (которая
перпендикулярна к
плоскости экватора),
совсем не должна
поворачиваться. Ее
ориентация в
пространстве относительно звезд должна всегда оставаться
неизменной.
Плоскость орбиты каждого из первых двух спутников
пересекает земной шар по окружности, которая касается
Рис. 14. В зависимости от того, на какой
половине своей орбиты находится один из
двух первых искусственных спутников, он
движется с юго-запада на северо-восток
(видимая на рисунке половина орбиты)
или с северо-запада на юго-восток
(половина орбиты, частично закрытая земным
шаром). Размеры орбиты в сравнении с
размерами Земли на рисунке преувеличены.
— 40 —

параллелей, соответствующих 65 градусам северной и
южной широты. Поэтому спутник при любом обороте
дважды пролетает над Землей между указанными
параллелями — один раз с юго-запада на северо-восток (часть
орбиты, видимая на рис. 14) и один раз с северо-запада
на юго-восток (часть орбиты, заслоненная на рис. 14
земным шаром).
Именно такое, а не противоположное направление
движений спутников по орбитам объясняется
стремлением при их запуске использовать в какой-то мере
вращение Земли, и это направление будет характерно для
всех или, во всяком случае, большинства искусственных
спутников, которые будут запускаться в ближайшее
время.
2. Размеры и форма орбиты
Эллиптическая орбита первого искусственного
спутника в начале его существования имела апогей,
отстоявший более чем на 900 километров от земной
поверхности. Апогей второго искусственного спутника был
первоначально расположен на высоте около 1700
километров. Так как запуск обоих искусственных спутников
был произведен с территории Советского Союза, то
естественно, что перигеи их орбит находятся в северном
полушарии, а апогеи — в южном.
Большие размеры орбиты второго искусственного
спутника (ее большая ось примерно на 800 километров
превышает большую ось орбиты первого спутника)
предопределяют и большее значение его периода
обращения. Для первого спутника этот период составлял в начале
движения 96,2 минуты, а для второго — 103,7 минуты.
Заметим, что сплюснутость земного шара у полюсов
должна не только вызывать медленное поворачивание
плоскости орбиты спутника, но и в какой-то степени
искажать форму орбиты, несколько сплющивая ее в
направлении с севера на юг. Правда, размеры
«сплющивания» орбиты не идут ни в какое сравнение с
относительными размерами сплюснутости земного шара.
Более того, теоретически даже неравномерность
распределения масс внутри земного шара может привести
к искажению орбиты и ускорению или замедлению
движения спутника. Спутник может, например,
«почувствовать», что под ним находятся большие залежи железной
- 41 -

руды, и этот факт, возможно, будет отмечен
наблюдателями. И уж, несомненно, спутник «ощутит» моменты
своего прохождения над горными цепями или берегами
материков: ведь плотность воды и материковых пород
различна!
Хотя все эти факторы, безусловно, влияют на
движение искусственных спутников, особенно низколетящих,
однако обнаружить это влияние будет нелегко, хотя бы
уже из-за искажающего влияния сопротивления земной
атмосферы.
Следует, наконец, отметить так называемые
возмущения орбит спутников (особенно высоколетящих и
с сильно растянутыми орбитами) вследствие воздействия
притяжений Луны и Солнца.
3. Влияние сопротивления атмосферы
Гораздо большие искажения в форму и размеры
орбит как первых двух искусственных спутников, так и тех
спутников, которые будут запущены в ближайшее время,
вносит сопротивление воздушной оболочки нашей
планеты. Если бы не сопротивление атмосферы, то
движение всех искусственных спутников продолжалось бы
вечно, не требуя для этого никакого расхода энергии.
Несмотря на то, что траектории первых спутников
пролегают в крайне разреженных слоях атмосферы
(собственно, только это и сделало возможным их запуск), они
все равно встречают определенное сопротивление, так как
обладают огромной скоростью. Это сопротивление имеет
различную величину на разных участках орбит
спутников. Наибольшее торможение каждый спутник
испытывает на самых низких участках своей орбиты, вблизи
перигея, где плотность воздуха самая большая, а
наименьшее торможение — в апогее. В отношении второго
искусственного спутника можно смело считать, что он
не встречает практически никакого сопротивления в
апогее, так как этот апогей, по-видимому, лежит за верхней
границей атмосферы.
При каждом обороте спутник как бы «ныряет» один
раз в сравнительно более плотные слои атмосферы и
вырывается из них с меньшей скоростью, чем это было в
прошлый раз. Поэтому он не сможет уже достичь
прежней точки апогея. Притяжение Земли заставит его, «обес-
— 42 —

силенного» сопротивлением воздуха, скорее «повернуть
назад», т. е. его новый апогей оказывается
расположенным ниже предыдущего. Возвратившись в плотные слои
атмосферы, спутник войдет в них с меньшей скоростью,
чем вошел в прошлый раз, и в результате новый перигей
окажется также несколько ниже предыдущего. Таким
образом, перигей орбиты тоже приближается к Земле, но
гораздо медленнее, чем апогей. Естественно поэтому, что
орбита спутника по форме начинает все более
приближаться к окружности 1). Так как размеры орбиты
уменьшаются, то сокращается и период обращения. В первые
дни после запуска первого искусственного спутника его
период обращения составлял 96 минут и уменьшался за
сутки только на три секунды, что предвещало «второй
Луне» долгую жизнь.
На 9 декабря 1957 года, когда первый советский
искусственный спутник совершил тысячу оборотов вокруг
Земли, его период обращения составлял 92,7 минуты, а
высота апогея уменьшилась почти до 600 километров.
Никакой искусственный спутник с орбитой, проходящей в
атмосфере, не вечен. По мере уменьшения орбиты спутника
все большая часть его пути проходит в плотных слоях
атмосферы, и поэтому сопротивление, встречаемое
спутником, непрерывно возрастает. Все более снижаясь,
спутник, наконец, двигаясь по спирали, войдет в плотные
слои атмосферы и здесь, на высоте нескольких десятков
километров, раскалится и распылится подобно
метеорам — «падающим звездам», которые вспыхивают и
гаснут на наших глазах в ночном небе. Согласно расчетам,
с первым искусственным спутником это должно
произойти в январе 1958 года. Второй искусственный спутник,
часть орбиты которого расположена выше верхней
границы атмосферы, должен оказаться долговечнее первого.
Наблюдение за движением искусственных спутников
позволяет, таким образом, сделать определенные выводы
о плотности воздуха на их пути. При этом важную роль
играет форма спутника, так как от нее зависит величина
сопротивления воздуха. К тому же, если искусственный
*) Заметим, что если бы мы изобразили на рисунке орбиты
первых искусственных спутников, то не заметили бы на глаз их
«эллиптичности», так как их эксцентриситеты (показатели
растянутости) невелики. Орбиты казались бы нам окружностями, центры
которых, однако, явно не совпадали бы с центром Земли.
— 43 —

спутник имеет, скажем, цилиндрическую форму, то
сопротивление воздуха будет различным в зависимости от
того, движется ли цилиндр вперед торцом или боком.
Математические расчеты сильно упростятся, если
сопротивление воздуха не будет зависеть от ориентации спутника,
«кувыркающегося» при своем движении. Для этого
спутник должен, очевидно, иметь форму шара. Таким и
является первый советский искусственный спутник.
Как известно, ракета-носитель этого спутника по
числу сделанных оборотов все время шла «впереди» него,
так как ее период обращения уменьшался быстрее. Это
происходило от того, что ракета-носитель встречала
большее сопротивление воздуха, чем спутник-шар *). Поэтому
жизнь ракеты-носителя оказалась короче жизни первого
спутника. 30 ноября 1957 года она стала резко
снижаться и 1 декабря, войдя в плотные слои атмосферы, начала
«сгорать» и разрушаться. Остатки ракеты-носителя,
просуществовавшей в качестве спутника Земли 58 дней,
упали на территории Аляски и западного побережья
Северной Америки.
Результаты наблюдений за эволюцией орбит уже
первых искусственных спутников дадут возможность
впоследствии точно предсказывать продолжительность жизни
других спутников.
Впоследствии можно будет, по-видимому,
устанавливать на спутниках, движущихся в атмосфере, небольшие
ракетные двигатели и с их помощью время от времени
«подправлять» траектории, сообщая спутникам небольшие
толчки (менее выгодным было бы, вероятно, непрерывное
подталкивание). Для этого требуется небольшой расход
топлива, зато жизнь таких спутников будет значительно
продлена. По некоторым проектам с помощью ракетного
двигателя можно будет поддерживать искусственный
спутник продолжительное время даже на высоте порядка
100 километров. Возможно, что такой спутник будет даже
частично поддерживаться воздухом с помощью крыльев.
Конечно, подобный «спутникообразный» летательный
аппарат уже никак нельзя считать настоящим спутником
Земли.
а) Впрочем, орбита последней ступени ракеты-носителя,
вследствие небольшой разницы в начальных скоростях, уже в самом
начале движения имела несколько меньшие размеры, чем орбита
шарообразного спутника.
— 44 —

IV. НАБЛЮДЕНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ
1. Спутник над Землей
Как мы уже знаем, движение спутника вокруг Земли
происходит совершенно независимо от вращения нашей
планеты вокруг своей оси !).
Поэтому искусственный спутник, движущийся по
неизменной (с оговорками на стр. 38—42) орбите, пролетает
над самыми различными областями поверхности Земли,
величественно поворачивающейся «внутри» его орбиты.
В течение суток «след» первого искусственного
спутника успевает 15 раз прочертить на земной поверхности
линию, напоминающую «синусоиду» и касающуюся
параллелей, соответствующих 65 градусам северной и
южной широты (рис. 15)2). Из-за вращения Земли и
медленного прецессионного движения плоскости орбиты
(стр. 38—40) эта линия после завершения одного оборота
спутника не замыкается. Каждый следующий виток
проходит западнее предыдущего на широте Москвы
приблизительно на 1500 километров, а на экваторе — примерно
на 2500 километров.
Как уже говорилось, появляясь в небе над
каким-нибудь пунктом, спутник пролетает то с юго-запада на
северо-восток, то с северо-запада на юго-восток. К Москве,
скажем, спутник может приближаться или со стороны
Киева, или со стороны Ленинграда. Это происходит из-за
того, что Москва оказывается то под одной, то под
другой половиной орбиты (стр. 40—41).
Как мы знаем, наклон плоскости орбиты первого
искусственного спутника к плоскости экватора составляет
65 градусов. Однако «след» этого спутника пересекает
земной экватор не под этим углом, а под углом 69,5
градуса.
Это также объясняется вращением Земли. Если бы,
скажем, орбита спутника проходила через земные
полюсы, то и в этом случае «след» спутника на земной
поверхности пересекал бы экватор не под прямым углом,
как пересекают экватор меридианы, а под острым или
1) Если пренебречь ничтожным влиянием на спутник того, что,
вращаясь, Земля поворачивается к орбите то горным массивом, то
низменной впадиной, то материком, то океаном.
2) В каждой точке этой линии наблюдателю удастся в
некоторый момент увидеть спутник в зените, т. е. над своей головой.
— 45 —

Рис. 15. Линия, прочерчиваемая «следом» спутника на поверхности Земли за сутки. Жирной
линией выделен ровно один виток траектории.

тупым. Точно так же отвесно падающий дождь оставляет
косые следы на стеклах мчащегося по шоссе автомобиля.
Движение второго искусственного спутника
относительно земной поверхности мало отличается от движения
первого спутника, так как плоскость его орбиты также
наклонена под углем 65 градусов к плоскости экватора.
Однако линия, которую вычерчивает на поверхности
Земли «след» этого спутника, не совпадает со «следом»
первого спутника, потому что и сами плоскости движения
спутников не совпадают, и скорости, с которыми
движутся спутники, различны. Смещение каждого следующего
витка «следа» второго спутника примерно на Vis
превышает смещение «следа» первого спутника. Разница
объясняется тем, что в течение периода обращения второго
спутника земной шар успевает повернуться на больший
угол, чем за время одного оборота первого спутника.
2. Условия видимости спутников
Благодаря сильному наклону плоскостей орбит
первых двух спутников к земному экватору траектория
каждого из них опоясывает очень большую часть
поверхности земного шара — почти от одного полярного круга до
другого. При этом из-за большой высоты полета
спутники при благоприятных условиях должны быть видны
и в полярных областях. Ведь даже на высоте 200
километров радиус видимости составляет свыше полутора
тысяч километров. На высоте 1000 километров над
Землей этот радиус увеличивается более чем в два раза, а на
высоте 1700 километров составляет свыше 4000
километров. Поэтому в начале своего движения первый
искусственный спутник мог быть виден в южном полушарии
одновременно вблизи горизонта из двух пунктов,
разделенных между собой расстоянием почти в 6000
километров, а второй — более 8000 километров.
Высота полета как первого, так и второго спутника
все же невелика по сравнению с размерами земного
шара. Вследствие этого из какого-нибудь города «видна»
только небольшая часть каждой из орбит. Поэтому
стремительно несущийся спутник, даже если бы он был
освещен, мог бы быть виден в течение только очень короткого
промежутка времени — нескольких минут (напомним, что
свою орбиту спутник пробегает всего за полтора часа).
— 47 —

Из этого ясно также, что видимое движение спутника
по небу происходит с очень большой скоростью по
сравнению с движением по небосводу других небесных тел.
В среднем за секунду первые спутники проходят по небу
расстояние, равное двум видимым диаметрам Луны. При
этом, как ясно из рис. 16, видимое движение спутников
по небу происходит стремительнее всего, когда они
находятся в зените, т. е. над головой наблюдателя.
Рис. 16. Равные по длине участки орбиты спутника проектируются
на небесную сферу в виде дуг, возрастающих по мере продвижения
спутника к зениту. В зените видимая наблюдателем скорость
движения спутника — наибольшая.
Пролетая над ровной местностью, спутник, однако,
виден невооруженным глазом или в оптические трубы
не всегда, а только тогда, когда он освещен солнечными
лучами. При этом небо должно быть достаточно темным,
чтобы спутник в нем не терялся. Иначе говоря, спутник
должен быть освещен солнечными лучами, в то время как
место наблюдения погружено в тень Земли. Для низко
летящих спутников, какими являются первые
искусственные спутники, это возможно только на рассвете перед
восходом Солнца и непосредственно после его захода.
Первый искусственный спутник представляется
звездой 5—6 величины, т. е. имеет такой же блеск, как самые
слабые звездочки нашего неба, видимые невооруженным
глазом. Ракета-носитель первого спутника и второй
спутник вследствие их гораздо больших размеров кажутся
очень яркими звездами, быстро продвигающимися по
— 48 —

небу. Впрочем, блеск этих двух искусственных небесных
светил изменяется, то усиливаясь, то ослабевая (был
отмечен период изменения блеска в 20 секунд). Колебания
блеска объясняются тем, что ракета-носитель,
«кувыркаясь» при своем движении, поворачивается к
наблюдателю то «боком», то «носом».
Иногда задают вопрос: «Но ведь спутник так мал?
Почему же его удается видеть невооруженным глазом?»
Дело объясняется просто. Ярко освещенный предмет мы
можем видеть, несмотря на его малые размеры.
Вспомните, как ярко вспыхивает в лучах Солнца крошечный
осколок стекла, лежащий на дороге. Мы не различаем
при этом ни размеров, ни формы осколка, а узнаем
только, где он лежит. Так же мы видим и блеск
отполированной поверхности искусственного спутника. Даже
при наблюдении через оптическую трубу невозможно
увидеть его форму, подобно тому как в самые мощные
телескопы нельзя разглядеть шарообразную форму даже
самых близких и больших звезд. Телескоп только во
много раз усиливает их яркость.
Условия наблюдения спутников будут, естественно,
другими, когда искусственные спутники станут запускать
на большие высоты (порядка десятков тысяч
километров). Движение спутников по орбитам происходит тем
медленнее, чем больше размеры орбит. Поэтому,
например, искусственные спутники, движущиеся в плоскости
экватора на высотах, превышающих 35 800 километров,
в направлении с запада на восток, покажутся
наблюдателю движущимися в небе в противоположном
направлении, так как наблюдатель вследствие вращения Земли
будет как бы «обгонять» спутник. Период же обращения
искусственного спутника по круговой орбите на
расстоянии 35 800 километров от поверхности Земли равен
периоду вращения Земли вокруг оси (23 часа 56 минут 4
секунды). Поэтому, если такой спутник будет двигаться
в плоскости экватора в направлении, совпадающем с
направлением вращения Земли вокруг оси, то он будет как
бы накрепко связан с нашей планетой. Каждый
наблюдатель на Земле будет видеть такой «стационарный»
спутник в виде неподвижной точки, постоянно находящейся
в одном и том же направлении, на одной и той же высоте
над горизонтом, как бывают, например, видны из какого-
либо места далекие горные вершины.
— 49 -

3. Средства и методы наблюдений
Наблюдения за движением искусственных спутников
ведутся с помощью оптических и радиотехнических средств.
Может показаться, что для наблюдений спутников
должны применяться самые мощные телескопы: ведь
спутник так мал — это
крошечная пылинка в космосе.
Но нет никакой
необходимости внимательно
рассматривать сам спутник. Что он
собой представляет, известно и
без того: спутник был
построен нашими руками. Цель
наблюдений спутника совсем
другая: нужно точно
установить положение спутника на
небе и точно засечь момент
времени, которому
соответствуют установленные
координаты спутника. Между тем,
= ввиду большой скорости
видимого движения спутника
по небу, он при наблюдении
в телескоп с сильным
увеличением промелькнет
мгновенно и исчезнет из поля зрения.
Поэтому при наблюдениях искусственных спутников
применяют специальные оптические трубы с небольшим
увеличением, величиной с подзорную трубу средних
размеров (рис. 17). Имеющаяся аппаратура, с помощью
которой оптическая станция отмечает положение
спутника на небесной сфере, позволяет производить
измерения с точностью до одного градуса, а момент времени, в
который отмечается это положение, определять с
погрешностью не более одной секунды.
При поисках на небе искусственного спутника на
оптической станции применяется «правило местного
звездного времени». Дело в том, что спутник может появиться
над станцией наблюдения, конечно, только в том
случае, если станция в этот момент оказалась под орбитой
спутника, хотя одного этого, разумеется, и недостаточно.
Орбита же, если пренебречь медленным вращением ее
Рис. 17. Оптическая труба для
наблюдения искусственных
спутников.
— 50 —

плоскости вследствие сжатия земного шара, занимает
неизменное положение в пространстве и поэтому
станция может оказаться под ней только дважды в течение
звездных суток с промежутком, равным половине
звездных суток (звездные сутки продолжаются 23 часа 56 минут
4 секунды). Таким образом, ожидаемое положение
спутника на небе и
соответствующий момент
времени можно
приблизительно
предсказать для каждой
станции (если бы не
сопротивление
воздуха, то это можно
было бы сделать
вполне точно).
Оптические трубы заранее
направляют на такие
точки неба («точки
ожидания»), что
рано или поздно
спутник окажется в их
поле зрения.
Наблюдаемые
участки неба также
фотографируются (рис.
18). Применение
фотографических
методов может позволить
измерить положение
спутника в пространстве с точностью до 1U—15 метров.
За движением спутников ведут непрестанное
наблюдение с помощью радиолокационных установок и
радиопеленгаторов. Это позволяет не упускать спутник «из
вида» и тогда, когда оптические методы наблюдения
неприменимы (в частности, при облачном небе).
Луч радиолокатора отыскивает спутник в глубинах
пространства, а на Земле улавливаются радиоимпульсы,
отраженные спутником. Радиопеленгаторы
устанавливают местонахождение спутника, улавливая
радиосигналы его передатчиков. После того, как запасы
электроэнергии спутника исчерпаются, наблюдать его можно
только с помощью оптических труб и радиолокаторов.
Рис. 18. Фотоснимок ракеты-носителя
первого искусственного спутника,
сделанный в Главной астрономической
обсерватории Академии наук СССР (Пулково)
10 октября 1957 года. Прямая длинная
черта — след ракеты-носителя за время
экспозиции, короткие черточки — следы
звезд, участвующих в суточном
вращении небесной сферы. Перерыв в следе
ракеты-носителя (временное прекращение
экспозиции) позволяет определить
продолжительность пролета соответствующего
участка траектории.
- 51 —

Регулярные наблюдения за искусственными
спутниками ведутся с помощью описанных методов сотнями
специальных научных станций в СССР и за рубежом.
Только в нашей стране этим занимаются 66 станций
оптических наблюдений, все астрономические
обсерватории и 26 клубов ДОСААФ, которые оснащены большим
количеством средств радионаблюдений. Сигналы со
спутника ловят тысячи радиолюбителей во всех странах мира.
Полученные данные обрабатываются на электронных
счетных машинах. Эти «разумные» машины —
замечательное достижение математики и электроники —
заменяют работу сотен вычислителей. С их помощью очень
быстро вычисляются параметры орбиты спутника и на
несколько дней вперед предсказывается прохождение
спутника над разными пунктами земного шара.
Конечно, если бы искусственные спутники не
встречали при своем движении сопротивления атмосферы, то
такие предсказания можно было бы сделать на много лет
вперед, подобно тому как астрономы с точностью до
секунд предсказывают на много лет вперед для разных
мест земного шара время начала и конца солнечных или
лунных затмений. Не будем, однако, жалеть о том, что
нельзя сделать подобных предсказаний: ведь зато
данные, поступающие с наблюдательных станций, позволяют
произвести расчеты плотности воздуха на пути
искусственных спутников.
V. УСТРОЙСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ
ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ
1. Как устроены первые искусственные спутники
Мы познакомились с законами движения
искусственных спутников, со способами их запуска и методами их
наблюдения. Но что же собой представляют эти крошечные
небесные тела, созданные разумом и волей человека?
Первый в мире искусственный спутник Земли,
созданный в Советском Союзе, имеет форму шара диаметром
58 сантиметров и весит 83,6 килограмма (рис. 19). Корпус
спутника сделан из алюминиевых сплавов и герметически
отделяет его содержимое от мирового пространства.
Что же находится внутри этого шара?
- 52 —

Аппаратура первого искусственого спутника состоит в
основном из двух радиопередатчиков, которые до того, как
иссякли запасы электроэнергии, работали на волнах
длиной 7,5 метра и 15 метров и посылали радиосигналы через
четыре антенны,
имеющие вид стержней
длиной от 2,4 до 2,9 метра.
Радиосигналы
первого искусственного
спутника напоминали
телеграфные сигналы. Эти
прерывистые сигналы
были разделены
промежутками той же
длительности, причем в то
короткое время, когда
один передатчик давал
сигнал, другой молчал.
Прием этих
радиосигналов позволял следить
за движением спутника,
а также судить о
некоторых процессах,
происходящих внутри него
(в частности, о
температуре и давлении). Рис. 19. Первый советский искус-
Температура искус- ственный спутник (сфотографирован
ственного спутника все иа п°Дставке)-
время изменяется.
Спутник нагревается в лучах Солнца и охлаждается,
излучая полученное тепло, когда погружается в тень Земли.
На температуру спутника в какой-то мере влияет
сопротивление воздуха. Наконец, он разогревается
изнутри вследствие работы находящихся в нем приборов,
подобно тому, как нагреваются во время работы
радиоприемник или телевизор. Поэтому поверхность спутника
была подвергнута специальной обработке, чтобы заставить
корпус спутника поглощать и излучать предусмотренную
часть солнечной энергии (это помогает обеспечить
температурный режим, необходимый для нормальной работы
аппаратуры). С этой же целью перед запуском корпус
первого спутника был заполнен азотом. Циркулируя внутри
спутника, этот газ создавал температурное равновесие.
- 53 -

Рис. 20. Установка контейнеров с научной аппаратурой
во втором искусственном спутнике.
Рис.21. Схема размещения аппаратуры второго спутника:
1 — защитный конус, сброшенный после выведения спутника на
орбиту; 2—прибор для исследования ультрафиолетового и
рентгеновского излучений Солнца; 3 — сферический контейнер с
аппаратурой и радиопередатчиками; 4 — силовая рама для крепления
аппаратуры; 5 — герметическая кабина с подопытным животным.
- 54 —

Как уже говорилось, второй искусственный
спутник представляет собой последнюю ступень
ракеты-носителя, содержащую контейнеры с научной аппаратурой
(рис. 20, 21).
На специальной раме в носовой части ракеты
установлены прибор для исследования ультрафиолетового и
рентгеновского излучения Солнца, сферический контейнер с
радиопередатчиками и другой аппаратурой, вполне
подобный по конструкции первому искусственному спутнику
Рис. 22. Собака «Лайка» в контейнере перед установкой
на спутник.
Земли, а также цилиндрический контейнер, в котором
помещалось подопытное животное — собака «Лайка».
Оболочки контейнеров изготовлены из алюминиемых сплавов.
Радиопередатчики, размещенные в сферическом
контейнере, работали, как и передатчики первого спутника, на
волнах 7,5 и 15 метров, но в отличие от первого спутника
передатчик на волне 7,5 метра давал непрерывный
сигнал.
Герметический контейнер с подопытной собакой
(рис. 22) содержал запасы пищи для нее,
автоматическую систему кондиционирования воздуха, приборы для
изучения жизнедеятельности в условиях космического
пространства, аппаратуру, измеряющую температуру и
- 55 -

давление внутри кабины. На корпусе ракеты расположена
аппаратура для изучения космических лучей, приборы для
измерения температуры, а также источники
энергопитания (на рис. 20 и 21 вся эта аппаратура не видна). Кроме
того, в контейнерах и на корпусе ракеты размещена
радиотелеизмерительная аппаратура, предназначенная для
передачи данных научных измерений на Землю.
Общий вес всего перечисленного полезного груза
второго спутника составлял 508,3 килограмма.
2. Грандиозная программа исследований
Помимо уже запущенных искусственных спутников, в
Советском Союзе будет запущено еще несколько
искусственных спутников с целью осуществления обширной
программы научных исследований, проводимых в связи с
Международным геофизическим годом. Запуск нескольких
искусственных спутников предполагается также в
Соединенных Штатах Америки.
Новые искусственные спутники будут также
представлять собой автоматически действующие лаборатории.
Рассмотрим теперь поподробнее, что исследуют и будут
исследовать приборы, помещаемые внутри спутников.
Заметим, прежде всего, что многие из приборов в принципе
не отличаются от приборов, помещаемых в ракетах,
которые запускаются в верхние слои атмосферы, поднимаясь
на сотни километров. Но в то время, как
продолжительность пребывания ракеты на больших высотах исчисляется
секундами, на спутниках приборы будут работать в
течение продолжительного времени.
Программа использования искусственных спутников
для научных исследований охватывает большой список
вопросов, касающихся изучения как нашей планеты, так и
космического пространства.
Как мы знаем, уже одна только обработка данных
наблюдений за движением спутников может немало
сообщить нам о форме Земли, о распределении масс внутри
нее, о плотности атмосферы и т. п. Помимо этого,
сведения о плотности и давлении воздуха на больших высотах
могут быть получены с помощью приборов, которые будут
помещаться на искусственных спутниках.
Известно, что на высоте 60—70 километров начинается
слой атмосферы, называемый ионосферой. Ионосфера со-
- 56 -

держит в большом количестве ионы, т. е. электрически
заряженные атомы и группы атомов, и свободные (не
связанные с атомами) электроны. Состояние ионосферы имеет
огромное значение для условий радиосвязи. Радиоволны,
многократно отражаясь от ионосферы и преломляясь в
ней, а также многократно отражаясь от земной
поверхности, зачастую достигают даже противоположной точки
земного шара. Не будь ионосферы, радиосвязь на большие
расстояния была бы на Земле невозможна.
Но мы еще очень мало знаем о составе и строении
ионосферы. Мы даже не знаем точно, где лежит ее верхняя
граница. Между тем, наблюдения за распространением
радиоволн, излучаемых передатчиками уже первых
искусственных спутников, позволяют сделать важные выводы о
концентрации ионов в ионосфере. Ведь сигналы,
принимаемые на Земле со спутника, оказываются слабее или
сильнее в зависимости от числа ионов и электронов на
пути радиоволн. Сам факт приема радиосигнала спутника
в каком-либо пункте приносит ученым определенные
сведения о преломлении или поглощении радиоволн в
ионосфере.
Радиосигналы со спутников принимались на очень
больших расстояниях, далеко превышающих расстояние
прямой видимости. Так, сигналы на волне 15 метров
улавливались на расстоянии более 15 000 километров.
Чрезвычайно важную задачу представляет изучение
магнитного поля Земли. Само происхождение этого поля
науке неизвестно. Много неясностей имеется и в
вопросах о том, что вызывает периодические изменения
магнитного поля, и чем объясняются внезапные возмущения —
«магнитные бури», нарушающие радиосвязь и
заставляющие резко колебаться стрелку магнитного компаса.
Ученые предполагают, что в ионосфере существуют
постоянные электрические токи, течение которых время
от времени нарушается потоками частиц, исходящих от
Солнца (так называемое корпускулярное излучение
Солнца), что и вызывает полярные сияния и магнитные бури.
Кроме того, ученые предполагают существование
постоянного кольца электрического тока, расположенного за
ионосферой, на высоте нескольких радиусов Земли.
Проверить все эти предположения до сих пор было
очень трудно, так как ионосфера мешала произвести
необходимые измерения. Но искусственные спутники позво-
- 57 —

ляют преодолеть ионосферный барьер; их орбиты целиком
или частично располагаются над тем слоем ионосферы,
где больше всего концентрация ионов и электронов.
Апогей же орбиты второго искусственного спутника
первоначально лежал даже выше верхней границы всей ионосферы.
Кроме того, показания приборов на искусственном
спутнике, передаваемые по радио на Землю, помогут
установить причины, вызывающие постоянные отклонения
магнитной стрелки от направления магнитного меридиана в
некоторых местах земного шара. Вызываются ли такие
аномалии (например, так называемая азиатская
аномалия) залежами железных руд (подобно Курской
магнитной аномалии) или электрическими процессами,
происходящими внутри Земли; на какой глубине происходят эти
процессы или где залегают магнитные руды — на все эти
вопросы помогут найти ответ радиосигналы
искусственных спутников.
Измерение электрического заряда спутника косвенно
поможет ответить на вопрос, почему Земля заряжена
отрицательно. Наконец, ученые надеются также выяснить,
является ли Земля вместе со своей атмосферой
нейтральным или электрически заряженным телом.
Нетрудно понять, какую большую роль сыграют
искусственные спутники в изучении космических лучей,
состоящих из протонов и ядер различных элементов. Толща
земной атмосферы защищает все живое на нашей планете
от непрерывного потока этих частиц, обрушивающегося на
Землю из глубин мирового пространства.
Приборы, находящиеся на искусственных спутниках,
позволят изучать космические лучи такими, какие они есть
на самом деле, а не такими, какими их «видят» наши
приборы на Земле. Ведь до поверхности Земли долетают не
те частицы, которые летели в мировом пространстве
(первичные космические лучи), а те, которые представляют
результат их взаимодействия с частицами воздуха
(вторичные космические лучи).
Особенно важное значение имеет измерение в составе
космических лучей количества ядер трех элементов: лития,
бериллия и бора. Ученые подозревают, что эти ядра могут
образовываться в межзвездном пространстве во время
блуждания в нем космических частиц за счет
столкновений более тяжелых ядер с частицами межзвездного
вещества. Если это верно, то можно будет сделать некоторые
- 58 —

заключения о том, каков «возраст» космических
частиц, т. е. долго ли летели они до Земли. Если же мы
это узнаем, то сможем выяснить, какой путь проделали
частицы, т. е. где они родились. Значит, результаты работы
приборов на спутниках помогут разрешить давно уже
мучающую ученых загадку происхождения космических лучей.
Искусственные спутники позволяют изучить суточные,
полусуточные и двадцатисемисуточные колебания потока
космических частиц и выяснить их связь с явлениями,
происходящими на Солнце.
Данные, полученные со второго искусственного
спутника, подтвердили, что магнитное поле Земли отклоняет
космические лучи таким образом, что только частицы,
обладающие очень большой энергией, могут достигать
экваториальных районов Земли, а частицам с малыми
энергиями доступны лишь районы Арктики и Антарктики.
Спутник позволил зарегистрировать число космических
частиц и их энергию на разных широтах.
Подсчет заряженных частиц вели специальные
счетчики. После регистрации определенного числа частиц на
Землю посылался сигнал и начинался новый подсчет.
Известно, что атмосфера Земли не пропускает
значительную часть солнечного излучения, а именно
коротковолновую часть его спектра: большую часть
ультрафиолетовых лучей и рентгеновские лучи. Между тем, изучение
этих лучей позволило бы уточнить причины образования
ионосферы и выяснить состав солнечной короны,
посылающей часть этих лучей.
Помимо указанных лучей, с помощью искусственных
спутников будет изучаться также корпускулярное
излучение Солнца, т. е. исходящие от Солнца потоки протонов и
электронов, играющие, как предполагают ученые,
существенную роль в возникновении полярных сияний и
магнитных бурь.
Искусственным спутникам принадлежит также важная
роль в изучении метеорных тел, т. е. твердых частиц
различных размеров, непрерывно бомбардирующих нашу
планету. Известно, что только самые крупные из них
достигают поверхности Земли, большинство же раскаляется и
распыляется в верхних слоях атмосферы. Предполагают,
что крошечные метеорные частицы величиной в тысячные
доли миллиметра оказывают воздействие на многие
процессы, происходящие в верхних слоях атмосферы,
— 59 —

Кроме того, метеорные тела представляют серьезную
угрозу для будущих космических полетов ввиду
огромных скоростей, с которыми они будут сталкиваться с
межпланетными кораблями.
На искусственных спутниках могут быть установлены
сверхчувствительные микрофоны, отмечающие попадания
самых мелких метеорных тел. О том, что обшивка
спутника пробита метеорным телом, сообщит на Землю
специальный измеритель давления внутри спутника. Наконец,
по постепенному потускнению поверхности спутника,
которое будет замечено наблюдателями, можно будет судить
о частоте столкновений спутника с метеорными телами.
Существует и такой метод. На поверхности спутника
наносится тонкая металлическая полоска, по которой
проходит электрический ток. По мере попадания в нее
метеорных тел ее поперечное сечение уменьшается и
сопротивление ее прохождению тока возрастает, что отражается на
силе радиосигналов, принимаемых на Земле.
Попадание в искусственный спутник крупного
метеорного тела может вывести из строя какую-нибудь часть его
аппаратуры и даже вообще уничтожить спутник.
Вероятность последнего события, однако, очень невелика.
Как мы знаем, второй искусственный спутник,
запущенный в Советском Союзе 3 ноября 1957 года, содержал
на своем борту контейнер с подопытной собакой по кличке
«Лайка». Зачем нужен такой опыт? О чем могут нам
рассказать приборы, наблюдающие жизнедеятельность
животного, летящего на огромной высоте вокруг земного
шара? Об очень важных вещах.
Наступит день, когда в просторы космоса вылетят не
автоматические механизмы, а человек. Немало
опасностей поджидает человека на этом пути. Кое-что об этих
опасностях мы знаем, но очень мало. Приборы, надетые на
животном, рассказывают нам о том, как перенесло оно
сильную перегрузку, вызванную стремительным
нарастанием скорости во время взлета ракеты. Мы узнаем и о том,
как переносит этот «астронавт-поневоле» условия
невесомости, царящие на искусственном спутнике, и о том,
насколько губительными оказались для него
ультрафиолетовые лучи Солнца и космическое излучение !).
*) Подробнее о перегрузке и невесомости, а также об условиях
жизни в космическом пространстве будет рассказано в разделе
«Обитаемые искусственные спутники»»
- 60 —

3. Автоматические лаборатории в космосе
Мы перечислили основные научные цели, которые
преследуются созданием искусственных спутников в самое
ближайшее время. Они охватывают, как мы видим,
широкие области изучения нашей планеты и космического
пространства.
Понятно, что снарядить спутник всей аппаратурой,
необходимой для научных исследований, а также
телеизмерительной аппаратурой — не простая задача. Ведь
искусственный спутник должен представлять собой целую
летающую лабораторию, да еще вдобавок работающую
автоматически. Конечно, приборы должны быть очень
компактны.
Немалые трудности пришлось, например, преодолеть,
чтобы обеспечить продолжительное пребывание на втором
искусственном спутнике подопытного животного. Это
потребовало создания специальной автоматической
системы кондиционирования воздуха, подобной тем
системам, которые в будущем обеспечат существование на
спутниках людей. Условия невесомости, в которых живет
собака на спутнике, заставили конструкторов позаботиться
о принудительной вентиляции воздуха в контейнере с
собакой1). Специальное устройство обеспечивает питание
собаки. Наконец, потребовалась разработка способа
обеспечения собаки водой, так как в мире без тяжести малейший
толчок вытолкнет воду из открытого сосуда и она
распылится по всему помещению.
Сведения о жизнедеятельности организма собаки
передавались на Землю посредством показаний приборов,
надетых на животное 2). Радиосигналы сообщали
электрокардиограмму, пульс, частоту дыхания, кровяное
давление и температуру собаки.
Важной частью аппаратуры спутника являются
радиопередатчики: без них спутник был бы нем. Для работы
радиопередатчиков необходимо питание. В электроэнергии
нуждается также и большинство других приборов на
спутнике. Между тем, размеры электрических батарей на
спутнике, естественно, ограничены, и поэтому энергию прихо-
1) Зачем это нужно, будет разъяснено на стр. 79.
2) Собака привыкла к этим приборам, так же как и к
пребыванию в тесной герметической кабине, во время длительной
предварительной тренировки.
- 61 -

дится всячески экономить. Вот одна из причин, по которой
данные измерений не посылаются на Землю непрерывно.
На втором искусственном спутнике включение
радиотелеметрической аппаратуры производилось периодически
по специальной программе.
Требования экономии электроэнергии заставляют
добиваться также, чтобы и приборы не работали впустую.
Так, «фотоэлектронные умножители» второго
искусственного спутника, предназначенные для изучения
ультрафиолетовых лучей Солнца, автоматически включались только
в тот момент, когда солнечные лучи попадали в приемник
света.
Существуют проекты преобразования на спутнике
солнечной энергии в электрический ток с помощью
полупроводниковых элементов. При этом спутник должен быть
ориентирован в пространстве таким образом, чтобы одна
его сторона была продолжительное время обращена к
Солнцу. Этого можно достичь приданием спутнику
вращательного движения (ось вращения будет направлена на
Солнце). Запасенная в аккумуляторах
электроэнергия таким образом сможет использоваться и в то время,
когда спутник погрузится в тень Земли (на нем наступит
ночь).
Создание всей этой сложнейшей аппаратуры оказалось
вполне под силу советскому приборостроению. Вспомним,
что на отдельных льдинах в Арктике уже давно плавают
оставленные там советскими полярниками
метеорологические «радиовехи». Они регулярно передают по радио
результаты метеорологических наблюдений, автоматически
проделанных различными приборами.
До сих пор, говоря о получении с автоматических
спутников результатов научных экспериментов, мы имели в
виду исключительно радиосвязь с ними. Между тем,
большую ценность представила бы для ученых, например,
фотография солнечного спектра, автоматически сделанная на
спутнике. Интересно было бы также просмотреть на Земле
автоматически заснятый на спутнике кинофильм о
поведении подопытных животных. Нельзя ли как-нибудь достать
со спутника эти интересные материалы?
Для этого нужно спустить на Землю или сам спутник
или хотя бы его часть. Но здесь встречаются огромные
трудности, так как при возвращении на Землю каким бы
то ни было способом спутнику угрожает опасность
- 62 -

раскалиться и распылиться от огромного нагрева в
более плотных слоях атмосферы. Если же такая участь
минует его, то ему еще грозит опасность разбиться о
Землю. Ученые, однако, ищут пути разрешения этой
проблемы.
Было высказано, например, предложение спустить на
Землю кассету с фото- и кинопленкой, заснятыми на
автоматическом спутнике, следующим образом. Сначала
по радиоприказу с Земли включается небольшой
ракетный двигатель, который тормозит движение спутника и
уменьшает его скорость на 1,5 километра в секунду.
В результате, как мы знаем (стр. 13), спутник переходит
на эллиптическую траекторию, которая вводит его в
плотные слои атмосферы. Здесь падение выброшенной из
спутника кассеты с пленкой замедляется с помощью
наполненного гелием сферического аэростата, оболочка которого,
изготовленная из нержавеющей стали, помещалась в
спутнике в сложенном виде и была надута в нужный момент.
Тем самым, как ожидается, можно преодолеть сильный
перегрев кассеты с пленкой. После преодоления опасной
зоны аэростат играет роль парашюта, и пленка спускается
на Землю, где она разыскивается поисковыми
партиями. Предусматривается возможность, что опускающийся
аппарат будет подавать радиосигналы, облегчающие
поиски.
4. Перспективы не очень далекого будущего
С течением времени с помощью искусственных
спутников будут решаться все более сложные задачи.
Конструкция спутников при этом будет, конечно, усложняться.
Например, искусственные спутники можно
использовать для постоянного наблюдения за состоянием
облачности в атмосфере, что сильно облегчит прогнозы погоды.
Для этого на спутнике необходимо установить
автоматически действующую телевизионную аппаратуру. С
помощью такой аппаратуры можно будет также проводить
астрономические наблюдения, вынеся наши телескопы за
пределы атмосферы, сильно затрудняющей наблюдения
светил. Не так уж далек тот день, когда, сидя перед
экраном телевизора, мы сможем взглянуть на нашу родную
планету из глубин мирового пространства. Это тоже не
должно показаться слишком фантастичным, если напом-
— 63 —

нить, что уже существуют управляемые снаряды с
«телевизионными головками», позволяющими наблюдать из
пункта управления, над какой территорией в данный
момент такой снаряд пролетает.
Известно, что телевизионные программы могут
приниматься только на расстоянии «прямой видимости» от
передающей станции. Существуют проекты использования
искусственных спутников для ретрансляции телевизионных
передач вместо дорогостоящих релейных линий
радиосвязи, которые сейчас для этой цели применяются. Три-
четыре такие ретрансляционные станции, обращающиеся
вокруг Земли на достаточно большой высоте, практически
позволили бы принимать передачи какого-либо
телевизионного центра в любом пункте земного шара. Очень
удобно было бы для этой цели воспользоваться
«стационарными» искусственными спутниками (см. стр. 49).
Заметим, что, как сообщалось, телевизионная передача,
посвященная открытию VI Всемирного фестиваля молодежи
и студентов в Москве, транслировалась в Минск, Смоленск
и Киев через релейные станции, расположенные на
самолетах. С помощью аналогичных воздушных станций 7
ноября 1957 года в Ленинград, Горький и Смоленск
транслировались по телевидению парад и демонстрация
трудящихся на Красной площади Москвы.
На искусственных спутниках могут быть организованы
лаборатории, имеющие идеальные условия исследований в
вакууме. Этот вакуум не нужно будет создавать
искусственно, откачивая воздух насосами. Какое удобство для
исследователей, работающих в области электроники
или химии! А какие интересные открытия, возможно,
принесут опыты биологов над ростом и делением клеток в
условиях невесомости, господствующей на искусственном
спутнике!
Многие исследования, вероятно, потребуют пребывания
на искусственных спутниках людей.
Сейчас трудно указать все обширные области будущих
применений искусственных спутников. Приобретаемый
учеными опыт заставит их непрерывно дополнять свои планы
научных работ.
Некоторые известные круги за рубежами нашей страны
вынашивают планы военных применений искусственных
спутников. Предполагается, что спутники можно будет
использовать для военной разведки средствами оптики и
— 64 -

радиолокации. Создаются планы будущего использования
спутников для точного наведения на цель крылатых ракет
с атомным зарядом. Следует, однако, заметить, что
такие искусственные спутники будут легко уязвимы. Ведь
всегда будет точно известно, когда и где они должны
появиться.
Но совесть народов не примирится с подобными
планами. Искусственные спутники должны применяться
только в мирных целях!
5. Межпланетные станции
В будущем искусственные спутники должны сыграть
чрезвычайно важную роль в деле осуществления
космических перелетов. Их можно будет использовать в качестве
«межпланетных станций». Идея такого применения
искусственных спутников принадлежит Константину
Эдуардовичу Циолковскому.
Как мы уже знаем, чтобы вырваться из сферы
притяжения Земли, космический корабль должен развить
скорость, не меньшую 11,2 километра в секунду. Впрочем,
для достижения Луны достаточна и меньшая скорость —
11,1 километра в секунду. Для достижения Марса
космической ракете необходимо развить скорость, равную
11,6 километра в секунду, а для достижения Венеры —
11,5 километра в секунду 1).
Если же космический корабль будет стартовать с
межпланетной станции, то ему достаточно только развить
скорость около 4 километров в секунду (относительно
станции) и он сможет долететь до Марса или Венеры. В самом
деле, ведь если корабль разовьет указанную скорость
в направлении, совпадающем с направлением движения
спутника (рис. 23), то к этой скорости автоматически
прибавится скорость спутника, составляющая около 8
километров в секунду.
Мы назвали здесь значение скорости спутника в
случае движения на высотах, не превышающих 1000
километров. По-видимому, такие «низколетающие» спутники
будет выгоднее всего использовать в качестве межпланет-
*) Указанные значения скоростей требуют наименьшего
расхода топлива. При больших начальных скоростях, требующих
лишней затраты топлива, можно зато достичь Марса и Венеры в более
короткие сроки.
— 65 -

ных станций. Скорость спутника, прибавляющаяся к
скорости отлета космического корабля с межпланетной
станции, сможет быть и больше 8 километров в секунду, если
отлет будет происходить в низко расположенном перигее
сильно вытянутой эллиптической орбиты.
Рис. 23. Отлет космического корабля с межпланетной станции.
Момент отлета с межпланетной станции придется
выбирать так, чтобы можно было максимально использовать
движение самой Земли вокруг Солнца. В случае, если
спутник будет обращаться вокруг Земли с запада на
восток, отлет будет происходить глубокой ночью.
Межпланетные перелеты внутри солнечной системы
будут происходить в так называемой плоскости эклиптики,
т. е. в плоскости движения Земли вокруг Солнца
(примерно в этой плоскости лежат и орбиты других планет).
Ясно поэтому, что плоскость орбиты межпланетной
станции также должна лежать в плоскости эклиптики, т. е.
быть наклоненной к плоскости экватора на 237г
градуса.
Прибыв с Земли на межпланетную станцию,
космический корабль запасется здесь топливом, чтобы отправиться
в дальнейший путь. Может быть и так, что корабль не
прибудет с Земли, а будет собран и снаряжен на самой
межпланетной станций из материалов, заранее
переброшенных с Земли специальными ракетами. Другие ракеты
— 66 —

доставят топливо, необходимое снаряжение и участников
экспедиции. Такой вариант даже более вероятен, и вот
почему.
Представим себе, что космический корабль должен
отправиться к Марсу, причем путешественники собираются,
приблизившись к этой планете, заставить корабль на
время стать искусственным спутником Марса, чтобы
потом, произведя
многочисленные исследования и, может
быть, даже высадив десант
на поверхность планеты,
вернуться на межпланетную
станцию вблизи Земли (ту
же или другую). Нетрудно
понять, что конструкция
такого космического корабля
будет совсем не похожа на
конструкции ракет,
курсирующих на линии Земля —¦
межпланетная станция. В то
время, как последние
должны иметь обтекаемую
форму, так как им придется
преодолевать сопротивление
земной атмосферы,
«марсианский» корабль на описанном
только что маршруте своего
путешествия не встретит
никакой среды, которая могла
бы оказывать сколько-нибудь
заметное сопротивление его
движению. Ему совершенно не нужна обтекаемая форма.
Он может иметь самый неожиданный вид, представляя
собой соединение различных частей — жилых кабин,
лабораторий, баков с топливом, двигателей,—
закрепленных на жестком каркасе, но даже не заключенных в
общую оболочку (рис. 24).
Допустим, что с Земли взлетает ракета, весящая
100 тонн. Ясно, что сила тяги двигателей хвостовой ступени
должна быть больше 100 тонн, иначе ракета не сможет
оторваться от Земли. Совсем другое дело — взлет с
искусственного спутника Земли. Достаточно сообщить какому-
нибудь телу на спутнике совсем слабый толчок и тело
Рис. 24. Космический корабль
по одному из проектов.
— 67 —

покинет спутник, начав двигаться вокруг Земли по другой
орбите.
Поэтому при отлете с межпланетной станции двигатели
космического корабля могут развить совсем небольшую
силу тяги и, «не торопясь», с небольшим ускорением,
разогнать корабль до необходимой скорости порядка четырех
километров в секунду. Конструкции корабля не придется
выдерживать таких серьезных перегрузок, как при взлете
с Земли1). Расчеты показывают, что путешествие на
Марс, подобное описанному выше, нельзя было бы вообще
осуществить, если бы корабль с жидкостным реактивным
двигателем отправлялся в путь с поверхности Земли. Для
этого ему пришлось бы запастись таким огромным
количеством топлива, что мы пока даже не представляем себе
путей создания такого колоссального летательного
аппарата.
Вот как много выгод сулит использование больших
искусственных спутников в качестве межпланетных
станций!
Вспоминается предложенная К. Э. Циолковским
программа завоевания космических пространств с помощью
межпланетных станций (он называл их «эфирными
поселениями»). В своей работе «Исследование мировых
пространств реактивными приборами» знаменитый ученый и
мечтатель писал:
«Мы можем достигнуть завоевания солнечной системы
очень доступной тактикой. Решим сначала легчайшую
задачу: устроить эфирное поселение поблизости Земли, в
качестве ее спутника, на расстоянии 1—2 тыс. км от
поверхности, вне атмосферы... Основательно устроившись тут
и получив надежную и безопасную базу, освоившись
хорошо с жизнью в эфире... мы уже более легким путем
будем изменять свою скорость, удаляться от Земли и
Солнца...».
В заключение сделаем одно замечание, чтобы
предостеречь читателя от возможной ошибки.
Межпланетные станции часто сравнивают с
промежуточными остановками, на которых паровоз запасается
водой и углем и т. п. Поэтому может показаться, будто бы
*) Разумеется, для членов экипажа такой взлет тоже гораздо
приятнее, чем старт с поверхности Земли, однако этим людям все
равно придется испытать сильные перегрузки при перелете с Земли
на спутник.
- 68 -

все дело в том, что искусственный спутник расположен,
так сказать, «на пути» к планетам, что от него будто бы
«ближе» до Марса, чем от Земли, и т. д. Но ведь
межпланетная станция будет находиться от Земли на
расстоянии — самое большее — нескольких тысяч километров, а
до Марса будут предстоять сотни миллионов километров
пути! Да и станция-то совсем не обязательно должна
при старте корабля находиться между Землей и
Марсом. Дело совсем в другом. Межпланетная станция —
вовсе не «остановка», ведь она сама стремительно
движется, и в этом все дело. Тот, кто прибывает на
такую станцию, не «останавливается», а наоборот,
сохраняет свою скорость, чтобы использовать ее в
дальнейшем.
VI. ОБИТАЕМЫЕ ИСКУССТВЕННЫЕ СПУТНИКИ
1. Трудности и опасности пребывания в космосе
Естественно, что с усложнением искусственных
спутников и с расширением их задач все более будет ощущаться
необходимость присутствия на них людей. С другой
стороны, проживание на спутниках людей само потребует
внесения в конструкцию спутников таких изменений,
которые обеспечили бы людям безопасность и нормальные
условия работы.
Обитатели искусственных спутников окажутся в
совершенно непривычных условиях. Жизнь их отчасти будет
напоминать жизнь на подводной лодке. Так же как и
подводники, жители «космических островов» должны,
конечно, находиться в кабинах, герметически отделенных от
внешнего пространства. Разница, однако, заключается в
том, что снаружи искусственного спутника никакой среды
нет, и стены своеобразного космического корабля, каким,
по существу, будет являться обитаемый искусственный
спутник, должны испытывать давления не снаружи, а
изнутри. Однако это давление, естественно, не будет
превышать одной атмосферы; поэтому обеспечение прочности
стен не представит затруднений для «небесных»
архитекторов.
Заметим, кстати, что давление воздуха в кабинах
астронавтов может быть и несколько меньше нормального
— 69 —

за счет повышения количества кислорода, содержащегося
в нем (состав воздуха в жилых помещениях вообще может
отличаться от обычного). Однако слишком большое
количество кислорода так же принесет вред, как и его
недостаток.
Конечно, на обитаемом искусственном спутнике будет
осуществляться автоматическое кондиционирование
воздуха, обеспечивающее нужный его состав, влажность,
температуру. Из воздуха будут удаляться вредные газы,
избыток водяных паров и т. п. (регенерация воздуха).
Водяные пары можно будет конденсировать в воду для
последующего ее использования. Воздух в помещении может,
например, очищаться от вредных примесей и обогащаться
кислородом, если его периодически пропускать через
жидкий кислород.
К. Э. Циолковскому принадлежит идея — создать на
искусственном спутнике («эфирном острове») оранжереи
(рис. 25 на стр. 81). Сады в этих оранжереях, по его
мысли, будут не только приносить плоды, но, главное,
освежать воздух, которым будут дышать астронавты.
Несмотря на то, что, по-видимому, проще будет
снабжать обитаемый искусственный спутник с Земли
достаточным количеством жидкого кислорода, идея Циолковского
не умерла. Обнаружены морские микроорганизмы —
водоросли, которые под действием солнечных лучей (а в
солнечной энергии на спутнике недостатка не будет)
выделяют очень много кислорода. Ученые проводят опыты над
их использованием. Конечно, эта проблема гораздо более
важна для межпланетных кораблей, экипажи которых
будут в течение многих месяцев и даже лет оторваны от
Земли.
Как известно, на втором искусственном спутнике Земли
применялись высокоактивные химические соединения,
которые выделяли кислород, необходимый для дыхания
собаки и поглощали углекислоту и избыточные водяные
пары.
Будущим конструкторам искусственных спутников
придется позаботиться о том, чтобы уберечь людей от
губительного действия ультрафиолетовых и рентгеновских
лучей Солнца, а также космических лучей. Первая задача
нетрудна: от ультрафиолетовых лучей можно отгородиться
специальными стеклами (или прозрачной пластмассой),
— 70 —

вставленными в иллюминаторы жилых кабин. Труднее
будет защита от космических лучей.
Космические частицы, попадая в живые ткани,
вызывают распад молекул на электрически заряженные ионы.
Попадание большого количества таких частиц может
вызвать серьезное заболевание. При этом эффект облучения
может сказаться только впоследствии. Серьезную
опасность может представить даже отдельная тяжелая
космическая частица, если она повредила важные нервные
клетки. Возможно, что обшивку спутника придется делать
многослойной. Неплохой защитой от космических лучей
будет слой твердого водорода. Проблему защиты от
космических лучей еще нельзя считать решенной. Трудности
вызываются тем, что опасность будут представлять не
столько первичные космические лучи, «бомбардирующие»
оболочку искусственного спутника, сколько вторичные
космические лучи, возникающие вследствие ядерных
взаимодействий первичных лучей с атомами, составляющими
оболочку спутника.
Очень серьезной для искусственного спутника будет
метеорная опасность. Столкновение даже с очень мелким
метеорным телом грозит огромными бедствиями. Ведь
спутник и метеорное тело будут сближаться с
колоссальными скоростями (скорости метеорных тел составляют
десятки километров в секунду). Такое быстро летящее тело
может, пробив оболочку жилой кабины, нарушить ее
герметичность. Увязнув же в ней, оно может мгновенно
превратиться в пар — взорваться, что принесет еще больший
вред. Возможно, что удастся выработать такой материал
для обшивки спутника, который мгновенно будет сам
«заделывать» пробитое отверстие, подобно тому как
затягивается отверстие, проткнутое иглой в резинке для
стирания карандаша. По другому проекту удар метеоритов
будет принимать на себя особая оболочка, отстоящая от
основной оболочки на некотором расстоянии.
Существует и иная возможность борьбы с
метеоритами. Мощные радиолокационные установки
обнаруживают приближение метеорита, когда он еще находится на
расстоянии тысяч километров; счетно-решающее
устройство наводит специальные «космические пулеметы»,
которые и расстреливают метеорит. Такие же, по существу,
манипуляции автоматически производятся при стрельбе
современных зенитных орудий.
— 71 ~

Метеорная опасность будет возрастать в то время,
когда Земля вместе с искусственным спутником будет
проходить сквозь метеорные потоки. Это будут опасные
«сезоны звездных дождей», когда, быть может, люди
временно покинут некоторые из «островов вселенной»...
2. Невесомость и перегрузка
Как видим, условия жизни людей на искусственных
спутниках будут достаточно суровыми.
Но мы еще совсем не упомянули об одном очень
интересном явлении, которое придаст этой жизни совершенно
особый колорит, хотя и не представит для людей
серьезной опасности. Мы имеем в виду, конечно, невесомость,
о которой, вероятно, слышало большинство читателей1).
О причинах этого странного, на первый взгляд,
явления можно услышать самые ошибочные мнения.
Некоторые, например, считают, что невесомость на
искусственном спутнике объясняется тем, что он якобы
находится далеко от Земли и поэтому сила ее притяжения
на нем почти не ощущается (эта ошибка часто
встречается в научно-фантастических романах и повестях). Но в
том-то и дело, что на искусственном спутнике ощущение
веса должно отсутствовать не «почти», а полностью. Что
же касается расстояния, то сила притяжения Земли на
искусственных спутниках, орбиты которых пролегают на
сравнительно небольших высотах, лишь немного
отличается от силы тяжести на поверхности Земли. Например, на
высоте 500 километров сила тяжести только на 14
процентов меньше нормальной.
Иногда говорят так: «Когда спутник движется по
окружности вокруг Земли, то возникает центробежная
сила, которая равна силе притяжения Земли, но
противоположно ей направлена и потому ее уничтожает». Но это,
казалось бы, простое объяснение объясняет очень немного.
А как быть, если спутник имеет эллиптическую орбиту?
Ведь в этом случае центробежная сила во всех точках
*) Невесомость, о которой пойдет речь, иногда называют
«кажущейся», но это неверно, так как эту невесомость будут отмечать
приборы, которым ничего «казаться» не может. Можно ее
называть относительной, подчеркивая тем самым, что речь идет об
исчезновении всех обычных проявлений силы тяжести, хотя сама сила
притяжения Земли не исчезает и исчезнуть не может.
~ 72 -

орбиты, кроме апогея и перигея, не равна силе
притяжения Земли и не прямо противоположна ей по направлению.
Наконец, как объяснить, что космические
путешественники будут вообще испытывать невесомость в течение
всего того времени, что они будут летать с выключенными
двигателями, т. е. практически во время всего
путешествия?
Что же такое невесомость? Чтобы ответить на этот
вопрос, попробуем сначала ответить на вопрос: чем
объясняется ощущение тяжести? Представьте себе, что вы
находитесь в кабине лифта и трос, поддерживавший ее,
вдруг внезапно оборвался. До этого вы стояли на полу и
чувствовали эту опору. Когда же началось падение, то пол
стал уходить у вас из-под ног. Правда, вы тоже падаете
вниз, но вы падаете точно с такой же скоростью, с какой
опускается пол. Значит, вы не будете давить на пол.
По той же причине верхняя часть вашего тела не будет
давить на нижнюю — вы не будете ощущать веса. Вы
опрокинули графин с водой — вода не вылилась: ведь она
падает с той же скоростью, что и графин. Пружинные
весы, на которых был подвешен груз, показывают нуль:
пружина не натянута. Тяжесть исчезла.
Выходит, что тяжесть исчезает, если исчезает опора.
Во всех случаях нашей обыденной жизни опора
существует.
Пассажир в самолете? Но и здесь есть опора —
самолет крыльями опирается на воздух, он не падает свободно
под действием силы тяжести.
Парашютист во время затяжного прыжка? Да, в
первые мгновения он падает свободно и при этом
чувствует себя невесомым. Но дальше все больше и
больше дает себя знать сопротивление воздуха, которое
стремительно возрастает с увеличением скорости, и
парашютист снова обретает ощущение веса, он начинает
чувствовать опору — его поддерживает воздух.
Возьмите в руки тяжелый чемодан и спрыгните со
стола на пол. В момент падения вы не почувствуете
тяжести чемодана. Правда, опыт продолжается такое
короткое мгновение, что нелегко проверить свои ощущения.
Вот стремительно взмывает ввысь ракета с людьми.
Будут ли они испытывать тяжесть? Конечно, будут! Они
почувствуют, что на них навалилась страшная сила, что
все члены тела отяжелели. Отчего это произошло? Оттого,
- 73 -

что двигатели ракеты развили силу тяги (давление газов),
которая понесла ракету вперед. Опора стала действовать
на людей не с той силой, с которой она действовала на них
обычно (обычно эта сила — реакция опоры — была равна
весу), а с гораздо большей, и люди почувствовали так
называемую перегрузку.
Но вот двигатели выключены. Исчезла сила тяги
ракетных двигателей, исчезла опора — и исчезла перегрузка.
Но, может быть, восстановилась обычная, нормальная сила
тяжести? Нет, не восстановилась, ведь опоры нет!
Ракета и все, что находится в ней, теперь движется под
действием одних только сил тяготения Земли и других
небесных тел, а при этом опоры возникнуть не может.
Почему же? Почему в ракете, летящей с выключенным
двигателем в безвоздушном пространстве, и в падающей
кабине лифта никакое тело не может служить опорой для
другого тела?
Потому, что силы тяготения — совершенно особые
силы. Они проникают всюду. От тяготения ничем нельзя
загородиться. Поэтому нет такой частицы в ракете или в
кабине лифта, которая не притягивалась бы Землей. И что
самое замечательное, притяжение Земли оказывает
совершенно одинаковое действие *) на все эти тела и
частицы, находящиеся в ракете или в лифте, заставляя их
совершать одинаковое движение с одинаковыми
скоростями (мы уже встречались с этим свойством сил
тяготений, когда говорили о том, что движение искусственных
спутников не зависит от величины их масс). Но если все
тела в ракете (или в лифте) движутся совершенно
одинаково, то ясно, что ни одно из них не может служить опорой
для другого.
Движение тела под действием одних только сил
тяготения напоминает стремительное движение воздушного шара,
увлекаемого ураганом. Внизу, на земле, ветер ломает де-
х) Это происходит потому, что, например, в ракете все тела
находятся практически на одинаковом расстоянии от центра Земли.
Аналогично этому мы не замечаем на Земле проявлений сил
притяжения Луны и Солнца, так как они оказывают практически
одинаковое воздействие на земные тела. Однако в связи со
значительными размерами нашей планеты Луна, например, притягивает
частицы воды, находящиеся на той стороне Земли, которая ближе к
ней, все же несколько сильнее, чем частицы, находящиеся на
противоположной стороне. В этом заключается причина морских
приливов.
— 14 —

ревья, срывает крыши с домов, катит огромные волны, а
пассажиры, сидящие в корзине воздушного шара,
увлекаемого ураганом, почти не чувствуют ветра. Спокойно
свисают флаги, которых не полощет ветер, и лист бумаги,
выроненный аэронавтом, как и шляпа на его голове, не уносится
ураганом, действующим почти одинаково на воздушный
шар и связанные с ним тела.
Аналогия все же неполная, так как, во-первых, ветер
не совсем одинаково действует на сам воздушный шар, на
корзину под ним и на предметы, находящиеся в ней, и, во-
вторых, в действие ветра «вмешивается» сила тяжести
(выроненный лист бумаги не будет унесен ветром, но
опустится вниз). Силы же тяготения Земли, Луны и других
светил действуют на все тела, находящиеся в ракете,
совершенно одинаково, причем, если двигатель выключен,
никакая сила и не вмешивается в их действие.
Есть, впрочем, очень небольшие силы, действующие,
строго говоря, на предметы в ракете, летящей в
космическом пространстве, или на искусственном спутнике. Это —
силы тяготения между самими предметами. Нечего и
говорить о том, как малы эти силы, которые ведь
существуют и в нашей повседневной жизни, но совсем не
ощущаются. Понятно, что и сам корпус искусственного спутника
будет притягивать людей и предметы на его борту с
совершенно ничтожной силой.
Вот почему на искусственных спутниках, так же как и
на космических кораблях после выключения двигателей,
будет царить невесомость.
Иногда говорят, что перегрузка объясняется тем, что
ракета движется с ускорением, а при движении без
ускорения якобы наступает невесомость. Это неверно. Дело не
в самом ускорении, а в причине, которая его вызывает.
Если ускорение вызывается силой тяги ракетного
двигателя, то будет перегрузка. Если же оно объясняется
действием сил тяготения, то, наоборот, будет невесомость.
Невесомость, о которой здесь говорилось, обычно
называют динамической невесомостью, в отличие от
статической невесомости, в которой пребывало бы, например,
тело, помещенное в центре Земли. Все силы притяжения,
действующие на такое тело со стороны отдельных земных
масс, взаимно уравновешивались бы. В состоянии
статической невесомости будет находиться и тело в такой
- 75 -

точке между Землей и Луной, где силы их притяжения
взаимно уничтожаются (мы пренебрегаем притяжениями
Солнца и других небесных тел).
3. Действие перегрузки на человека
Как уже говорилось, при взлете с Земли, пока будут
работать двигатели ракеты, пассажиры подвергнутся
действию перегрузки. Смогут ли они ее перенести?
Для исследования влияния перегрузки производят
опыты с людьми, которых помещают в специальные ротатив-
ные (центробежные) машины. Возникающая при вращении
центробежная сила прижимает человека к стенке и он
начинает испытывать усиленную тяжесть. С этой же целью
применяются ракетные тележки и ракетные сани.
При большой перегрузке трудно поднять руки и ноги.
Опускается кожа лица, оно как бы стареет. Изменяя
скорость вращения, можно добиваться любых перегрузок.
Опыты показали, что человек способен в течение
нескольких минут без вреда перенести перегрузку, в пять раз
превышающую нормальную силу тяжести. Но за несколько
минут при силе тяги, создающей указанную перегрузку,
ракета успеет развить любую астронавтическую скорость.
Чтобы легче перенести перегрузку, пилот и пассажиры
космической ракеты будут, вероятно, во время взлета
лежать в специальном «противоперегрузочном костюме»1).
Конечно, перегрузка сильно затруднит работу пилота, но
управлять ракетой при взлете все равно будет не он, а
автоматическое устройство.
4. Человек в условиях невесомости
Но вот двигатели ракеты выключены. Тотчас же
человек очутится в новом, непривычном для него мире без
тяжести. Сможет ли он жить и работать в этом мире?
Прежде всего заметим, что жизненные функции
человека почти не изменяются от того, стоит он, сидит или
лежит. Отсюда можно сделать вывод, что направление силы
тяжести, а возможно и само наличие ее, для человека не
!) Подобные костюмы уже сейчас существуют в авиации. Они,
в частности, имеют специальные пневматические устройства,
создающие противодавление в области нижней части тела. Это
препятствует оттоку крови от жизненно важных центров.
— 76 —

очень существенно. Например, известно, что человек может
глотать воду и пищу стоя вниз головой (большинство
четвероногих животных вообще глотают, только опустив
голову): пища движется не за счет силы тяжести, а за счет
сокращения мышц пищевода.
Конечно, вместо того, чтобы гадать, лучше было бы
провести экспериментальную проверку действия невесомости
на животных и людей. Чтобы это сделать, надо, как мы
знаем, на какое-то время лишить испытуемых всякой
опоры, предоставив им возможность двигаться под действием
одних только сил тяготения.
Опыты над собаками, которые поднимались вверх на
высоту до 210 километров с помощью ракет, показали, что
животные неплохо перенесли невесомость во время
подъема после прекращения работы двигателя и при падении до
раскрытия парашюта.
Проводились и опыты над людьми. Стремительно
разогнавшись на высоте более 20 километров, реактивный
самолет летел с неработающим двигателем, подобно
брошенному камню, испытывая лишь слабое сопротивление
разреженного воздуха. Опыты показали, что различные люди
переносят невесомость (полную или частичную)
по-разному. Одни чувствовали головокружение и тошноту,
теряли ориентировку в пространстве, другие же, наоборот,
испытывали, по их словам, даже приятные ощущения.
Подобные опыты, естественно, были очень
непродолжительны (2—3 минуты при опытах над животными и
несколько секунд при опытах над людьми). Поэтому так
ценны результаты опытов над животными, помещаемыми
в искусственных спутниках.
Возможно, что долговременная невесомость
даст совсем другие результаты. Некоторые ученые,
например, опасаются, что при долгой невесомости у человека
может развиться сонливость и даже некоторая атрофия
мускулатуры. Другие, напротив, считают такие опасения
неосновательными.
Данные, полученные со второго искусственного
спутника, говорят о том, что подопытная собака «Лайка» хорошо
перенесла как перегрузку, продолжавшуюся в течение
нескольких минут при выведении спутника на орбиту, так и
состояние невесомости, продолжавшееся несколько дней.
Состояние животного во время всего опыта оставалось
удовлетворительным.
— 77 —

Можно предположить, что некоторые люди будут
переносить невесомость хорошо, а другие — испытывать
болезненные ощущения, подобно тому, как не все оказываются
подверженными «морской болезни». Ну, что же, значит,
лица, подверженные «космической болезни», не смогут
принимать участия в полетах в мировом пространстве! Мы
уже видели, что пребывание в космосе не будет легкой
прогулкой. Будущим астронавтам придется неустанно
тренироваться, воспитывая в себе физическую
выносливость.
Но если мы и не опасаемся серьезно за здоровье
выносливого и тренированного человека в мире невесомости,
то мы все же отчетливо представляем, какими необычными
окажутся для него условия жизни и работы в этом мире.
Все предметы, если их не прикрепить к стенам 1),
подобно тому, как это делают на небольших морских судах,
будут свободно перемещаться в кабине. Нет, они не
обязательно будут «порхать» по помещению 2), но достаточно
будет, скажем, небольшого толчка, и массивный шкаф
медленно, может быть, даже незаметно для глаза поплывет
по воздуху.
Передвижение самого человека не потребует усилий,
но ходить будет невозможно, так как вместе с
исчезновением давления на «пол» исчезнет и сила трения между
подошвами человека и «полом». Придется передвигаться,
перебирая руками «ступени» специальных «лестниц».
Все жидкости придется хранить в плотно закупоренных
сосудах. Вода не будет литься из бутылки, но даже при
слабом толчке она «выскочит» из нее и соберется в виде
жидкого колышущегося шара, плывущего по воздуху, как
мыльный пузырь. Лучше не трогать этот шар, иначе вода
распылится по помещению или под действием сил
сцепления мгновенно расползется по всему телу неосторожного
астронавта. Понятно, что умываться при таких условиях
*) В условиях невесомости «пол» и «потолок» тоже придется
называть стенами.
2) Не нужно думать, что вследствие невесомости быстрое
проворное перемещение тел не будет требовать от астронавтов
никаких мускульных усилий. Вес исчезнет, но масса не исчезнет. Чтобы
сообщить телу большую скорость, понадобится и более сильный
толчок. Однако и самого слабого толчка окажется достаточно для
того, чтобы сдвинуть с места массивный предмет, в то время как
в обычных земных условиях этому бы помешала сила тяжести или
обусловленная ею же сила трения.
- 78 -

будет невозможно. Придется ограничиться смачиванием
лица влажной губкой или мокрым полотенцем. Принимать
жидкости внутрь можно будет, только всасывая их через
трубку, а все супы, пожалуй, из меню астронавтов
придется вычеркнуть.
Да и нелегко было бы готовить эти супы. Конечно,
кастрюли можно герметически закрыть, но вот как быть с
огнем газовой плиты? Куда будет направлено пламя, когда
исчезнет понятие «верха»? А главное, как будет
происходить горение, если горячие продукты сгорания не будут
подниматься вверх1), чтобы открыть кислороду доступ к
пламени? Нет, придется готовить пищу исключительно на
электрических плитах.
Но если нагретый воздух не будет подниматься вверх,
то, значит, в помещении не будет происходить тепловое
перемешивание воздуха (конвекция). Поэтому
выдыхаемый человеком воздух будет скапливаться около него, и он
начнет задыхаться. Нужно предусмотреть специальную
вентиляцию, чтобы этого не происходило.
Невесомость будут испытывать не только люди, но
также механизмы и приборы. Смогут ли они нормально
работать? Ясно, например, что маятниковые часы с гирями
ходить не будут: и гири не будут натягивать цепь, и
маятник не будет качаться. Значит, придется пересмотреть
устройство всех приборов и механизмов: мы так привыкли
к силе тяжести, что забываем о роли, которую она играет
в разных приспособлениях. Совершенно очевидно,
например, что обычная химическая аппаратура окажется
непригодной в мире невесомости.
Ясно, что вся трудовая деятельность человека
осложнится. Кроме того, по привычке он будет прилагать
большие мышечные усилия, чем это нужно в мире невесомости,
и в результате нарушится координация его движений.
Эксперименты над летчиками, впрочем, показали, что
нервная система после нескольких опытов приспосабливается к
условиям невесомости и координация движений в
значительной мере восстанавливается.
*) Вместе с исчезновением тяжести перестанет действовать
и закон Архимеда, т. е. исчезнет сила, «выталкивающая» вверх тела,
находящиеся внутри жидкости или окруженные воздухом. Ведь с
исчезновением веса жидкости и воздуха перестанет существовать
разность давлений на нижнюю и верхнюю части тела, вызывающая
появление выталкивающей силы.
— 79 —

5. Искусственная тяжесть
Как видим, невесомость несет с собой столько
неудобств, что интерес астронавтов к фантастической
новизне обстановки очень скоро уступит место жалобам на
невозможность нормально работать.
Нельзя ли избавиться от невесомости? Понятно, что
этого можно достигнуть, заставив работать ракетный
двигатель, но это будет невозможно из-за большого расхода
топлива. Есть, однако, другая возможность, и притом очень
простая. Нужно только привести во вращение помещение,
в котором будут находиться люди, и центробежная сила
отбросит их от оси вращения и прижмет к
противоположной стене. Появится опора! Давление на указанную стену
будет ощущаться как сила тяжести, отбрасывание тел —
как обычное падение, а сама стена будет служить полом
(когда люди будут стоять на ней, их головы будут
направлены к оси вращения, где будет «верх»). Если ось
вращения будет расположена достаточно далеко от вращающейся
комнаты, то расстояния предметов от этой оси будут мало
отличаться друг от друга; поэтому центробежные силы
будут (аналогично силам тяготения) оказывать почти
одинаковые действия на все предметы.
Заметим, что при этом совсем не обязательно
добиваться создания обычной величины силы тяжести. Выбрав
определенное расстояние до оси и желаемую скорость
вращения, можно создать для обитателей искусственного
спутника наиболее приятное и удобное для работы
напряжение искусственной тяжести (конечно, такая тяжесть
будет меньше, а не больше обычной).
6. Устройство обитаемых спутников
Теперь мы приблизительно представляем себе, какие
требования будут предъявляться астронавтами к
строителям искусственных спутников. Строители должны
обеспечить им безопасность существования и необходимые
условия для работы. Очень во многом эти требования совпадут
с теми, которые придется предъявлять к межпланетным
кораблям. Разница, пожалуй, только в том, что близкое
соседство Земли, с которой будет поддерживаться
регулярная связь с помощью пассажирских и грузовых ракет,
позволит не создавать на спутнике очень больших запасов
— 80 -

продуктов питания и кислорода, а также в том, что
небольшие ракетные двигатели такого спутника будут
предназначены только для выполнения каких-нибудь специальных
маневров в исключительных случаях.
Какой же вид будут иметь большие обитаемые
искусственные спутники? Существует много проектов таких
спутников.
Это будут сложные сооружения, состоящие из жилых
кабин, складов,
лабораторий, радиостанций,
ремонтных мастерских,
астрономических
обсерваторий и т. п., а также
причалов для ракет,
прибывающих с Земли,
и (в случае
использования спутника в качестве
межпланетной станции)
для космических
кораблей, поддерживающих
связь с другими
планетами. Причалы
предполагаются в
большинстве проектов
выносными (вроде мачт, к
которым приставали
дирижабли) , чтобы
прибывающие космические
корабли не повредили
спутник.
Почти во всех
проектах предусматривается
создание на спутнике
искусственной тяжести.
Как мы знаем, это должно достигаться вращением
всего спутника (рис. 25, 26) или какой-нибудь его части
(рис. 2.). Такое вращение создается в какой-то
момент с помощью ракетных двигателей и затем
продолжается по инерции, не требуя больше никакого расхода
энергии.
Необходимость вращения объясняет, почему авторы
многих проектов придают своим спутникам форму баранки
или колеса диаметром в несколько десятков метров.
Рис. 25. Обитаемый искусственный
спутник по проекту К. Э.
Циолковского:
1— оранжерея, 2— жилые помещения и
лаборатории, 3— переходы, 4—
вспомогательные помещения, 5— воздушный тамбур.
Пунктирная линия показывает ось,
вращение вокруг которой обеспечивает создание
на спутнике искусственной тяжести.
— 81 —

В этом случае жилые кабины размещаются по окружности,
и люди ходят «ногами наружу», чувствуя свой «зенит» в
центре «баранки» или «колеса».
Нетрудно понять, что в помещении, расположенном в
центре такого «колеса» (рис. 26), царит невесомость.
Когда же прибывшие с Земли люди из этого центра по
Рис. 26. Обитаемый искусственный спутник по Брауну.
«спице» «спускаются вниз» к жилым помещениям, они
чувствуют, как увеличивается их «вес» по мере
продвижения.
На больших обитаемых искусственных спутниках будут,
конечно, собственные электростанции. Во многих проектах
предусматривается сооружение на спутниках огромных па*
раболических зеркал-рефлекторов, которые будут
концентрировать солнечные лучи в одной точке, чтобы
преобразовать затем солнечную энергию в электрическую. Большие
перспективы сулит применение атомной энергии.
В некоторых проектах спутник-станция состоит из
отдельных сооружений, связанных гибкими электрокабелями
и трубопроводами.
— 82 -

¦ш
Рис. 27. Обитаемый искусственный спутник по А. А. Штернфельду —
«космический плот», составленный из корпусов отдельных ракет. В
части спутника, расположенной на переднем плане, царит невесомость,
во вращающихся кабинах на заднем плане — искусственная тяжесть.
Видна параболическая антенна, направленная на Землю, и
космический планер, предназначенный для полета на Землю.
— 83 —

7. Небесная стройка
Как же будут запускаться искусственные спутники,
имеющие столь замысловатую форму и, главное, такие
большие размеры? Ясно, что нечего и думать вывести
такой спутник на орбиту, вместив его в качестве полезного
груза в гигантскую ракету.
Такой спутник будет запускаться по частям.
Отдельные ракеты доставят на определенную, заранее
намеченную, орбиту разборные детали конструкции большого
спутника. Каждая такая деталь будет представлять, по
существу, самостоятельный спутник. Как мы знаем,
движение искусственного спутника совершенно не зависит от
его массы. Поэтому различные детали будут двигаться
рядом по одной и той же орбите. Единственное, о чем
должны позаботиться строители,— добиться, чтобы
вторая ракета подлетела к первой, уже ставшей
искусственным спутником, со скоростью, такой же по величине и
направлению, какую в этот момент имеет первая ракета.
Тогда вторая ракета будет двигаться по той же орбите.
Не беда, если совершенно точно это сделать не удастся
и окажется, что обе ракеты движутся по близким, но все
же не совсем одинаковым орбитам. С помощью
телеуправления по радио одна ракета ценой ничтожного
расхода топлива приблизится и «пристанет» к другой1).
Таким же образом прибудут и следующие ракеты.
Когда на намеченную орбиту будут переброшены все
необходимые детали, к «месту сбора» направится ракета
или несколько ракет с монтажниками, которые соберут
из отдельных деталей и пустых (без топлива) корпусов
ракет необычное архитектурное сооружение —
обитаемый искусственный спутник Земли.
При этом, прежде всего, необходимо скрепить вместе
все корпуса ракет, иначе всё сооружение может
расползтись в разные стороны, как расползаются бревна плота
на спокойно текущей воде, если их не связать в одно
целое. Достаточно совсем небольшого случайного толчка,
и корпус какой-нибудь ракеты, ничем не закрепленный,
начнет медленно, незаметно для глаза уходить в сторону.
*) Возможен и такой вариант: все ракеты взлетят
одновременно на запланированную орбиту. Однако вследствие неизбежных
небольших различий в их движении все равно понадобится
дополнительное маневрирование для сближения ракет.
- 84 —

Конечно, это — нелегкая работа. Мельчайшие ее
подробности будут заблаговременно продуманы, а все
строительство «прорепетировано» на Земле (к сожалению,
невозможно «прорепетировать» невесомость).
Монтажники будут одеты в специальные
«космические» скафандры и сообщаться друг с другом по радио.
Специальная аппаратура обеспечит необходимую
температуру внутри скафандра, несмотря на сильное
нагревание его в лучах Солнца и быстрое охлаждение в тени.
Одежда монтажников будет менее громоздкой и удобнее
для работы, чем, скажем, глубоководные скафандры.
Сколько неожиданностей будет подстерегать
строителей! Одно неосторожное движение, и каждый из них
начнет удаляться по инерции от места стройки в бездну
космоса. Поэтому монтажники будут закрепляться около
рабочего места тросами. Впрочем, строители будут также
вооружены специальными «ракетными пистолетами».
Включив на мгновение этот миниатюрный ракетный
двигатель, человек получит толчок в нужном направлении.
В условиях невесомости, конечно, многие трудоемкие
работы упростятся, хотя и неверно представлять себе
дело таким образом, будто бы строители небесных
сооружений смогут легко перебрасываться огромными
деталями конструкций (см. примечание на стр. 78).
8. Связь с Землей
Как уже упоминалось, постоянно действующие
обитаемые искусственные спутники — эти форпосты
человечества в космосе — будут поддерживать регулярную
связь с Землей при помощи ракет.
Чтобы прибыть на искусственный спутник, ракета,
взлетевшая с Земли, должна, достигнув его орбиты,
приблизиться к нему, имея скорость, равную его скорости, и
двигаясь в том же направлении, иначе она проскочит
мимо спутника (рис. 28). Но ведь сделать это для
ракеты, значит, превратиться самой в искусственный спутник,
имеющий ту же орбиту, что и спутник, на который она
прибывает. Короче говоря, задача полета на спутник
ничем не отличается от задачи запуска спутника (точно так
же должно происходить строительство большого
спутника, описанное выше, который будет создаваться, как
мы знаем, из частей, превращающихся, каждая в
отдельности, в спутники Земли).
— 85 —

Продолжительность полета с Земли на спутник
зависит от высоты орбиты спутника. Время полета на спутник,
движущийся на расстоянии нескольких тысяч километров
от Земли, измеряется часами.
В земных условиях расписание движения
железнодорожного транспорта, автобусов, пароходов, самолетов
Рис. 28. Полет с Земли на обитаемый спутник.
можно составлять и менять по произволу. С
космическими ракетами дело обстоит иначе, так как станции
отправления и станции назначения будут непрерывно
изменять свое взаимное расположение.
В частности, например, старт с Земли ракеты,
направляющейся на искусственный спутник, может
совершаться только в тот момент, когда ракетодром находится в
плоскости орбиты спутника !), а это за сутки может слу-
*) Мы ведь знаем, что прилететь на спутник — это то же, что
запустить новый спутник на старую орбиту, а такой запуск
должен, конечно, происходить в той же плоскости орбиты. В
противном случае направление полета подлетающей ракеты не совпадет с
направлением движения спутника.
- 86 -

читься с одним ракетодромом только дважды.
Рассеянный астронавт, опаздывая на ракету, уходящую на
космический остров, где он работает, рискует попасть на
дежурство только на другой день. Впрочем, он сможет
воспользоваться свободным временем, чтобы с того же
ракетодрома слетать на другой спутник, если стартовая
площадка окажется в плоскости орбиты этого спутника.
Гораздо более серьезной проблемой является спуск на
Землю. На стр. 63 мы говорили о планах возвращения на
Землю хотя бы части материалов с небольших
автоматических искусственных спутников, которые будут
запускаться в ближайшие годы. Тогда было ясно, насколько
это трудная задача. Спуск же людей с обитаемых
искусственных спутников — еще более сложная проблема, так
как здесь требования к «жароустойчивости»
летательного аппарата, естественно, возрастают. Но зато в
распоряжении обитателей искусственного спутника будет
специальный аппарат для спуска.
Что это будет за аппарат?
Казалось бы, проще всего с помощью ракетного
двигателя погасить скорость, с которой этот аппарат
движется по орбите вместе со спутником и предоставить
ему возможность падать на Землю; чтобы астронавты
при этом не разбились, нужно включить снова ракетный
двигатель, направив струю газов к Земле, и тем самым
погасить скорость падения. Такой напрашивающийся
способ спуска на Землю имеет один большой недостаток:
он требует огромной затраты топлива для торможения
при падении. Несмотря на это, астронавтам будущего
придется применять его для посадки на планеты, на
которые иначе высадиться будет невозможно.
Но Земля, как и некоторые другие планеты, имеет
особенность, которая затрудняет полет на спутник, но
зато облегчает спуск с него. Речь идет, конечно, об
атмосфере.
Нельзя ли затормозить падение, воспользовавшись
сопротивлением воздуха? Правда, при этом аппарат для
спуска на Землю может нагреться до такой степени,
что пассажиры окажутся в огненном кольце. Значит,
надо устроить так, чтобы сопротивление воздуха, играя
роль тормоза, не слишком сильно раскалило
аппарат для спуска. Этого можно достичь в планирующем
полете.
- 87 —

Люди, возвращающиеся на Землю с искусственного
спутника, сядут в специальную крылатую ракету-планер
(возможно, что крылья будут выдвижными), имеющую
обтекаемую форму. Ракетный двигатель разовьет силу
тяги в направлении, противоположном направлению
движения спутника, несколько уменьшив скорость планера,
но не полностью погасив ее. Планер будет сброшен со
Рис. 29. Спуск со спутника с помощью «космического планера»
спутника и перейдет на эллиптическую траекторию,
проходящую через земную атмосферу. Нужно так
выбрать траекторию, чтобы угол входа в атмосферу (по
отношению к горизонтальному направлению) был как
можно меньше.
Для этого планеру придется обогнуть Землю,
погрузившись в атмосферу на той ее стороне, которая
противоположна месту начала спуска (рис. 29). Двигаясь почти
горизонтально, планер будет медленно терять свою
скорость. Спуск на Землю затянется, зато отпадет
опасность чрезмерного раскаливания планера.
Поддерживаемый подъемной силой, планер пройдет большое
расстояние, спускаясь по спирали. Возможно, что он
- 88 -

даже обогнет Землю несколько раз, прежде чем совершит
посадку. Скорость приземления будет меньше, если
движение планера будет происходить в сторону вращения
Земли.
Может случиться и так, что при спуске с далеко
расположенного спутника планер, разогнавшись под
действием земного притяжения, войдет в атмосферу с
такой большой скоростью, что выскочит из нее и начнет
обращаться вокруг Земли, как спутник с эллиптической
орбитой, постепенно опускаясь все ниже и ниже (как это
происходит, было подробно рассказано на стр. 42—43).
Поэтому для того, чтобы спуск не слишком затянулся,
придется некоторое время «прижимать» планер к Земле,
используя аэродинамическую силу, аналогичную
подъемной силе (для этого нужно особым образом
расположить крылья, перевернув, так сказать, планер «вверх
ногами»).
Хотя описанный способ спуска со спутника и
представляется сейчас наилучшим, некоторые ученые
продолжают поиски других возможностей. Например,
предлагается совершить спуск не в идеально обтекаемом
планере, а в аппарате, который бы встречал большое
сопротивление воздуха, но предохранялся от
раскаливания вспрыскиванием на его поверхность специальной
жидкости.
Конечно, обитаемый искусственный спутник будет
поддерживать регулярную радиосвязь с Землей и с
космическими ракетами. При этом связь с Землей сможет
поддерживаться только на таких радиоволнах, которые
будут хорошо проходить через ионосферу. Длина этих
радиоволн будет, вероятно, от 3 до 100 сантиметров1).
Устойчивая непосредственная радиосвязь будет
возможна только в моменты «прямой видимости» того пункта
земного шара, с которым ведутся переговоры. Поэтому
для низко расположенных спутников время переговоров
будет непродолжительно. Впрочем, его можно будет
продлить с помощью промежуточных радиорелейных
станций, расположенных как на Земле, так и на других
искусственных спутниках.
*) Длина волн радиопередатчиков первых искусственных
спутников, как известно, больше длин волн указанного диапазона; это
сказывается на качестве приема, что и позволяет изучать структуру
ионосферы.
— 89 —

Тот факт, что уже давно осуществляется
«радиолокация Луны» (регистрация на Земле радиосигнала,
отраженного лунной поверхностью), доказывает, что
радиосвязь, даже с самыми отдаленными искусственными
спутниками, не вызовет затруднений.
ПУТЬ в космос проложен
В этой книжке мы рассказали об использовании и
устройстве искусственных спутников Земли, об их
настоящем и будущем.
Мы видим в будущем нашу родную планету
окруженной многочисленными искусственными спутниками,
движущимися вокруг нее во всевозможных плоскостях и на
самых различных расстояниях. На одних из них
находятся автоматически действующие приборы; эти спутники
исправно несут свою службу, мало отличающуюся от той,
которую выполняют автоматические искусственные
спутники, запускаемые в наши дни. На других спутниках
живут и работают люди: ученые — астрономы, физики,
биологи,— использующие космическое пространство для
таких экспериментов, которые невозможно проделать на
Земле, инженеры-строители, монтажники, собирающие в
космической бездне межпланетные корабли, и люди
совершенно новых профессий, о которых мы сейчас даже не
можем подозревать.
Но все эти искусственные спутники — и радиомаяки,
обслуживающие космические корабли, и
астрономические обсерватории, и станции для ретрансляции на
Землю телевизионных передач, и большие космические
порты — всего только потомки того небольшого шара из
алюминиевых сплавов с четырьмя длинными усами —
антеннами, который 4 октября 1957 года по воле советских
людей начал свое стремительное движение вокруг
земного шара.
Быть может, нарисованная здесь картина
кому-нибудь покажется фантастической. Но разве запуск первых
искусственных спутников не представляет собой
осуществление фантастической мечты?
Сотни лет люди мечтали разорвать цепи тяготения,
привязывающие к Земле все, что на ней находится — и
эта мечта осуществилась. Ученые, писатели, философы
мечтали о том дне, когда человек вырвется в межпланет-
- 90 -

ное пространство. Этого еще не произошло, но
четвероногий друг человека — собака — уже «участвовал» в
космическом полете.
Совсем недавно начала претворяться в жизнь мечта
людей — заставить служить себе энергию, скрытую в
недрах материи. Осуществляется даже то, о чем никто
и не мечтал и мимо чего прошли писатели-фантасты:
создание человеческих рук — быстродействующие
электронные математические машины начинают все
больше и больше заменять умственный труд человека и не
только помогают ему производить утомительные
вычисления, но и управляют самолетом, руководят
технологическим режимом на производстве.
Безусловно, сбудутся и слова Константина
Эдуардовича Циолковского: «Человечество не останется вечно на
Земле, но, в погоне за светом и пространством, сначала
робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет
себе все околосолнечное пространство».
Запуск первых искусственных спутников Земли
прокладывает человеку путь в мировое пространство.
Люди давно мечтали побывать на Луне. Ведь до
Луны совсем близко — в среднем 384 000 километров.
Это вполне «земное» расстояние. Однако посадка на
Луну сопряжена с большими трудностями. Луна
практически не имеет атмосферы. Поэтому безопасный спуск на
нее возможен только с помощью ракетного торможения,
а это требует, чтобы ракета не только унесла с Земли
необходимый для спуска на Луну лишний запас топлива,
но и израсходовала огромное дополнительное количество
топлива, чтобы унести с Земли этот лишний запас.
Понятно, что если бы даже такой спуск на Луну нам удался,
то уж думать о возвращении посланного на Луну
аппарата домой, на Землю, не приходится: ведь для этого
ракете пришлось бы взять с собой еще топливо,
необходимое для взлета с Луны... Для таких рейсов придется
сначала соорудить межпланетные станции вблизи Земли
или построить атомные ракеты.
И все же «штурм Луны» с помощью управляемых по
радио ракет, вероятно, начнется в ближайшие годы. Но
ракета, посланная к Луне, не станет совершать на нее
посадку, а, двигаясь по траектории, напоминающей
очень сильно вытянутую эллиптическую орбиту
искусственного спутника с апогеем, находящимся за орбитой
— 91

Луны1), обогнет ту сторону Луны, которая не видна с
Земли2), и вернется к нашей планете. Теоретически для
такого полета достаточно только сообщить ракете один
первоначальный толчок, подобно тому, как это делается
при запуске искусственного спутника. Советские ученые
с помощью быстродействующих электронных цифровых
машин отыскивают в настоящее время наиболее
выгодные, с точки зрения расхода топлива, траектории такого
полета. Для его осуществления понадобится, чтобы,
улетая с Земли, ракета развила скорость, несколько
превышающую 11 километров в секунду. Не исключена
возможность, что после облета Луны удастся посланный
аппарат вернуть на Землю.
Есть другой способ исследования Луны. Подлетев
близко к Луне и попав в сферу ее притяжения, ракета
снова включит на короткое время двигатель, чтобы
развить круговую скорость относительно Луны. Таким
образом, она превратится в искусственный спутник Луны.
Движение такого спутника может происходить очень
низко над поверхностью Луны, так как Луна, в отличие
от Земли, практически лишена атмосферы. С высоты
20—30 километров над Луной телевизионная
аппаратура, помещенная на ракете-спутнике, передаст на
Землю виды лунной поверхности. Пролетая над Луной на
высоте 20 километров, спутник будет двигаться со
скоростью 1,7 километра в секунду, совершая один оборот
за 1 час 50 минут.
Не имея в запасе достаточного количества топлива,
эта ракета так и останется спутником Луны, представляя
собой как бы дар Земли своему старому естественному
спутнику.
В более далеком будущем можно ожидать создания
искусственных спутников планет и Солнца, как
постоянно или временно действующих наблюдательных пунктов,
лабораторий, межпланетных станций.
Улетев с Земли со скоростью, большей 11,2 километра
в секунду, но меньшей 16,6 километра в секунду,
космический корабль превратится в искусственный спутник
*) Если бы не искажающее влияние притяжения Луны, то
ракета действительно двигалась бы по эллиптической орбите.
2) Двигаясь вокруг Земли, Луна все время поворачивается к
ней одной и той же стороной: период обращения Луны вокруг
Земли равен периоду вращения ее вокруг своей оси.
- 92 -

Солнца (или, если угодно, искусственную планету),
движущийся по эллипсу, в одном из фокусов которого
находится Солнце. Орбиту такого корабля можно рассчитать
так, чтобы его можно было использовать для регулярной
связи с Марсом или Венерой.
Превращение космического корабля на некоторое
время в искусственный спутник Марса явится также, по-
видимому, неизбежным этапом на пути «завоевания»
этой планеты.
Первые полеты к планетам будут, таким образом,
беспосадочными. Впоследствии сделаются возможными
посадки на планеты, имеющие атмосферы (к их числу
относятся и наши близкие соседи по солнечной
системе — Венера и Марс).
Космическая навигация сильно упростится после
создания атомных ракет. Отпадет необходимость в
промежуточной остановке на межпланетной
станции—спутнике Земли. Сделаются возможными посадки на
планеты, лишенные атмосферы.
Несомненно, на начальном этапе «завоевания»
солнечной системы будут осуществляться только полеты
автоматически управляемых ракет, приборы которых
сообщат по радио на Землю важные данные об атмосфере
планет, структуре их поверхности и опасностях,
подстерегающих будущих путешественников.
И если полет управляемой по радио ракеты вокруг
Луны, по-видимому, произойдет в самые ближайшие
годы, то можно не сомневаться и в том, что уже в
текущем столетии человек сумеет покинуть Землю, чтобы
отправиться к далеким таинственным мирам.
Все это, еще вчера казавшееся смелым вымыслом
мечтателей, сегодня уже представляется наметками
грандиозных планов. Завоевание человечеством космического
пространства началось, и в этом смелом и благородном
деле на путях мирного соревнования ученых всех стран
первенство принадлежит советской науке.

ЧТО ЧИТАТЬ ОБ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКАХ
И КОСМИЧЕСКИХ ПОЛЕТАХ
1. Советский искусственный спутник Земли. Сборник
материалов, опубликованных в газете «Правда» 5—
12 октября 1957 года. Изд-во «Правда», М., 1957.
2. Второй советский искусственный спутник Земли.
Материалы, опубликованные в газете «Правда». Изд-во
«Правда», М., 1957.
3. Искусственный спутник Земли. (Материалы
семинара по американскому проекту «Авангард».) Перевод
с английского. Изд-во «Советское радио», 1957.
4. М. В. Васильев, Путешествие в космос. Гос-
культпросветиздат, М., 1955.
5. В. П. Казн ев с кий, Разведчики межпланетного
пространства. Изд-во ДОСААФ, М., 1957.
6. Ю. А. Победоносцев, Искусственный спутник
Земли. Изд-во «Знание», М., 1957.
7. А. А. Штернфельд, Полет в мировое
пространство. Гостехиздат, М., 1949.
8. А. А. Штернфельд, От искусственных
спутников к межпланетным полетам. Гостехиздат, М., 1957.
9. А. А. Штернфельд, Искусственные спутники.
Издание второе, переработанное и дополненное.
Гостехиздат, М., 1957. (Печатается)

СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие 3
Введение 4
I. Искусственное небесное тело 0 . . . 6
1. Что такое спутник . . , 6
2. Орбиты искусственных спутников 9
3. Какие скорости может иметь спутник 12
4. Как движется спутник по своей орбите 14
5. Особенности движения искусственных спутников ... 16
II. Ракета выводит спутник на орбиту 18
1. Какой аппарат может быть носителем спутника .... 18
2. Принцип движения ракеты 20
3. Закон движения ракеты 22
4. Многоступенчатая ракета 23
5. Атомная ракета 25
6. Управление ракетой 26
7. Запуск первых искусственных спутников 30
8. Необыкновенная точность 32
9. Возможные варианты запусков 33
III. Спутник на орбите . „ 37
1. Плоскость орбиты 37
2. Размеры и формы орбиты 41
3. Влияние сопротивления атмосферы 42
IV. Наблюдение искусственных спутников в 45
1. Спутник над Землей 45
2. Условия видимости спутников 47
3. Средства и методы наблюдений 50
V. Устройство и применение искусственных спутников . 52
1. Как устроены первые искусственные спутники .... 52
2. Грандиозная программа исследований 56
3. Автоматические лаборатории в космосе ........ 61
4. Перспективы не очень далекого будущего 63
5. Межпланетные станции 65
— 95 -

VI. Обитаемые искусственные спутники 69
1. Трудности и опасности пребывания в космосе . . а . 69
2. Невесомость и перегрузка , 72
3. Действие перегрузки на человека 76
4. Человек в условиях невесомости 76
5. Искусственная тяжесть 80
6. Устройство обитаемых спутников , 80
7. Небесная стройка 84
8. Связь с Землей . 85
Путь в космос проложен 90
Что читать об искусственных спутниках и космических
полетах 94