"Техника-молодежи" №6-1949
| Инж. Б. ЛЯПУНОВ | Рис. Н. СМОЛЬЯНИНОВА |
 Ракета, установленная в станке перед стартом. |
Интерес к изучению воздушного океана возник давно. Первые шаги на длинном и трудном пути завоевания высот сделали русские ученые. Великий русский ученый М. В. Ломоносов построил модель геликоптера для поднятия метеорологических приборов в верхние слои атмосферы. Первые полеты аэростатов с научной целью были организованы в России. Гениальному русскому ученому Д.И. Менделееву принадлежит идея создания стратостата. Советские стратонавты достигли рекордной высоты — 22 км.
Два десятка километров это пока предел для человека. Ни это не предел для его приборов. Советскими учеными впервые в мире был изобретен замечательный аппарат — радиозонд, совершивший в 1930 году первый полет. Приборы радиозонда сами сообщают свои показания по радио. Поднятые маленькими шарами-зондами, они побывали на высоте около 40 км.
Но можно ли поднять приборы ещё выше? Сравнительно недавно на этот вопрос трудно было бы дать поожительный ответ.
Сейчас ответ ясен. Да, можно поднять приборы ещё выше. Космические лучи, ультрафиолетовое излучение солнца и многое, о чем мы сейчас только догадываемся, будет доступно нашему изучению. Да и не только приборы можно поднять на поверхность воздушного океана. Скоро и человеку будет открыта дорога туда.
Дорогу к покорению самых высоких слоев воздушного океана открывает ракета — новое оружие в арсенале науки.
Что это за новое оружие? Как велико его могущество?
Для ответа на эти вопросы нам придется посмотреть на рисунок.
Но не ошибся ли художник? Ведь он нарисовал дальнобойную ракету, напоминающую пресловутую немецкую «V-2»!
Да, действительно, ракета — исследователь воздушного океана — комструктивно похожа на антигуманистическое оружие обреченных, которым воспользовались в свой последний час гитлеровские претенденты на мировое господство, на оружие, которым теперь грозят человечеству их американские продолжатели.
Но в руках передовой науки это варварское средство массового уничтожения людей превращается в друга человека, в надежного помощника в борьбе за познание сокровеннейших тайн природы.
В головном отсеке ракеты помещен не смертоносный груз — взрывчатое вещество, там разместились новые пассажиры ракеты — приборы.
Вот счетчик космических лучей. Где он ни побывал, такой счетчик! Его опускали на дно глубоких озер, его поднимали на высокие горы, поднимали на воздушных шарах, самолетах, стратостатах. Теперь он поднимается на такие высоты, куда не проникнет ни один стратостат.
Рядом с ним — прибор, регистрирующий ультрафиолетовые лучи солнца. Эти лучи достигают поверхности Земли, но, пронизывая атмосферу, они ослабевают. Слой озона на больших высотах защищает Землю от наиболее энергичной ультрафиолетовой части солнечного спектра. Высотная ракета оставит под собой почти всю атмосферу и доставит прибор туда, где ультрафиолетовые лучи действуют в полную силу.
В ракете имеется также и спектрогелиограф — прибор для фотографирования солнечного спектра. Изучить солнечную радиацию на больших высотах — важная задача.
Не менее важно узнать температуру на больших высотах. Мы видим поэтому установленные в приборном отсеке ракеты термометры.
Но измерение температуры воздуха на летящей ракете — дело не такое простое, как может показаться с первого взгляда.
Мы на земле привыкли к тому, что термометр показывает температуру окружающего воздуха. Однако два термометра покажут разную температуру, если один из них мы выставим на солнце, а другой — в тени.
Температура, которую имеет ртуть термометра, и температура окружающего воздуха — не одно и то же. На земле они почти одинаковы.
Но не то происходит на больших высотах. У земли, в плотном воздухе, шарик термометра за короткое время подвергается ударам биллионов двигающихся молекул воздуха. А движение — это теплота. И термометр быстро примет температуру воздуха, покажет нам, насколько этот воздух нагрет. Начнем теперь поднимать термометр. Все меньше и меньше молекул воздуха будет он встречать.
На высоте 15 км он оставит под собой уже 9/10 массы всей атмосферы, число ударов молекул о его шарик резко упадет. На высоте же в 50 км плотность воздуха в тысячу раз меньше, чем у земли.
С подъемом число молекул в единице объема пространстиа вое меньше н меньше. Зато эти молекулы, нагрев мые солнцем, двигаются с огромным ; скоростями. А чем быстрее движение молекул, тем теплее. И получится любопытный парадокс: воздух будет нагрет, быть может, даже до нескольких сотен градусов, а наш термометр покажет низкую темпеоатупу.ность воздуха в тысячу раз меньше, чем у земли.
С подъемом число молекул в единице объема пространства все меньше и меньше. Зато эти молекулы, нагреваемые солнцем, двигаются с огромными скоростями. А чем быстрее движение молекул, тем теплее. И получится любопытный парадокс: воздух будет нагрет, быть может, даже до нескольких сотен градусов, а наш термометр покажет низкую температуру.
Значит, чтобы правильно измерить температуру воздуха, нельзя просто выставить термометр снаружи летящей ракеты.
К тому же надо еще учесть, что ракета в нижних слоях атмосферы нагревается от трения о воздух.
И если поверить термометру, установленному на ракете, получится все наоборот: в стратосфере холодно, а ракета нагреется, и термометр покажет высокую температуру; в ионосфере, где, как теперь установлено, жарко, ракета, теряя тепло лучеиспусканием и не получая тепла от воздуха, которого мало, охладится, и термометр покажет низкую температуру.
Как же быть?
Там, где нельзя атаковать в лоб, приходится итти окольными путями. Вот один из таких путей.
Скорость звука зависит от температуры воздуха. Вместо того чтобы измерять температуру, можно измерить скорость звука на разных высотах. Но как измерить скорость звука? Не усложняем ли мы задачу, вместо того чтобы ее упрощать? Оказывается, нет.
Радиолокатор, установленный на земле, позволяет определить скорость ракеты: специальный прибор даст возможность измерить число Маиевского, представляющее собой отношение скорости полета к скорости звука. За рубежом и поныне это число ошибочно называют «числом Маха» — по имени австрийского физика и философа-реакционера Э. Маха. В действительности же впервые в науку ввел понятие об этом числе известный русский артиллерист Маиевский. Это убедительно доказали недавние изыскания профессора, доктора исторических наук Н. С. Волкова.
Зная скорость ракеты и число Маиевского, ученые получают одно уравнение с одним неизвестным — скоростью звука. Вычислив ее, легко определить и температуру. Таков окольный путь.
Радиолокационная установка и телескоп (рис. на 21 стр.), следящие за полетом ракеты.
 Внутренний вид головного отсека ракеты (рис. справа), в котором сосредоточены приборы наблюдения. Отсек этот автоматически отделяется от ракеты (см. рис. в заголовке) при достижении ею предельной высоты и затем плавно опускается с помощью «ротошюта». Содержимое отсека: 1) сосуды с автоматическими кранами, забирающие пробы воздуха, чтобы определить присутствие в нем космической пыли, озона, редких газов; 2) счетчик космических частиц; 3) регистратор ультрафиолетового излучения солнца, помещенный у кварцевого окна; 4) спектрогелиограф — прибор, фотографирующий спектр солнечных лучей на разных высотах, расположенный также у окна из кварца; 5) термопара — «чувствующая» часть болометра — электрического термометра; 6) автомат, устанавливающий лопасти «ротошюта» в рабочее положение после отделения отсека. В хвосте отсека скрыта радиоантенна. У основания хвоста — дымовые шашки, помогающие следить за приземляющимся отсеком. |
Для измерения температуры, возможно, будут применять термисторы — вещества, меняющие электропроводность с изменением температуры.
Много других приборов можно будет установить на ракете. В носовой части ракеты, например, расположатся приборы для взятия всевозможных проб. Они позволят определить состав воздуха в атмосфере, узнать содержание в нем космических частиц, редких газов и т. д.
Другие приборы помогут нам; изучить, как отражаются радиоволны от ионизированных слоев воздуха, выяснить природу магнитных бурь и северных сияний и многое другое, что остается для нас пока загадкой.
Среди пассажиров ракеты будут и радиоаппараты. Они будут передавать на землю показания приборов, управлять ракетой в полете. А в будущем, когда сойдутся пути телевидения и радиолокации, они будут передавать на землю вид Земли с летящей ракеты.
Глаз человека проник глубоко внутрь микромира. С помощью электронного микроскопа человек увидел молекулу.
Глаз человека глубоко проник и во вселенную. Телескопы показывают нам миры, находящиеся невообразимо далеко от нас.
Но увидеть Землю — планету, на которой живем, — мы еще не могли. Ракета позволит сделать это. Недалеко то время, когда человек убедится в школьной истине, что Земля — шар, не совершая кругосветного путешествия и не наблюдая тени Земли на Луне во время солнечного затмения, а увидев свою планету собственными глазами из мирового пространства.
А пока глаза человека заменяет в ракете фотоаппарат. В хвостовой части ракеты разместится маленькая кинокамера, приводимая в действие небольшим моторчиком. На высоте, например, 120 км такая камера заснимет огромную площадь радиусом 1200 км. Так можно будет заснять всю поверхность Земли и проверить точность географических карт.
И, наконец, в приборном отсеке ракеты мы видим парашют.
Парашют этот может быть обычный, какие мы привыкли видеть.
А может быть парашют и другого типа, какие мы тоже видели, но не у летчиков, а у... семян клена. Такой парашют представляет собой ротор — подобие пропеллера, который при спуске, вращаясь, как автожир, доставит невредимыми все приборы на землю.
Так устроена ракета — оружие науки.
Как же она действует?
Ракета готова к старту. Сигнал — и пустеет стартовая площадка. Люди, которые только что возились у длинного тела ракеты, заправляли ее горючим, проверяли, осматривали, спрятались в укрытие. Старт! Клубы дыма окутывают ракету. Она начитает подниматься все быстрее и быстрее...
Гул двигателя сотрясает воздух. Еще мгновение, и ракета уж на такой высоте, что ее не видно простым глазом.
И все же она под наблюдением. Ее видят с помощью телескопа, внешне похожего на зенитное орудие.
За ракетой следят и операторы радиолокационной станции. Радиолокаторы ловят слабые, отраженные ракетой радиосигналы, и на экране появляется изображение не вражеского самолета, а маленького разведчика больших высот.
Еще недавно на этом фронте науки велись обходные маневры. Звуковые и радиоволны, световые лучи и метеоры, сумерки и свет полярных сияний доносили нам вести с больших высот.
Звук, свет и радио были разведчиками воздушного океана и находились на вооружении ученых, изучающих атмосферу.
Но звуковую волну не заставишь поднять приборы, метеор не расскажет нам о космических лучах.
Только косвенным путем ученые делали выводы о воздухе больших высот, его температуре, плотности, движении.
Появились большие ракеты — появилось и новое оружие науки. Новое оружие науки — новые результаты.
Но вернемся к нашей ракете.
На старте ракета точно нацелена вверх. А прямо ли она полетит? Ведь малейшее случайное отклонение, вызванное неточной работой двигателя, сильным боковым ветром, может направить ее не туда, куда нужно ученым. Чтобы этого не случилось, ракету снабжают «органами чувств». Заглянем в приборное отделение ракеты — среди множества хитроумных приборов мы найдем простенькую игрушку — волчок. Волчок-гироскоп заменяет здесь пилота. Ось вращающегося волчка всегда сохраняет одно определенное положение в пространстве.
Вот ракету качнуло вправо, но волчка это не касается. Лишь рамка гироскопа, соединенная с корпусом ракеты, поворачивается, а поворачиваясь, она замыкает контакты электрической цепи. Длинная это цепь! Но нам важны сейчас только ее начало и конец. Начало — это контакт, включенный волчком. Конец — это маленький моторчик, поворачивающий руль.
И как только ракета повернулась, отклонилась от намеченного пути, волчок включает моторчики, и рули возвращают ракету на верный курс.
От начала старта прошла минута. За эту минуту успело совершиться множество дел в летящей ракете.
Она стала легче почти в три раза. Насосы успели перекачать все топливо из баков. Двигатель окончил свою работу. Ракета летит теперь по инерции.
Внизу осталась тропосфера — прибрежная полоса воздушного океана, с ее облаками, дождями и грозами, снегом и градом. Чем выше, тем холоднее в тропосфере.
Внизу осталась и нижняя часть стратосферы, где температура постоянна.
Здесь, на высоте 40 — 45 км, начинается страна загадок, вход в которую открыт только ракете.
На каждом шагу в этой стране ракету и ее приборы подстерегают неожиданности.
Косвенными путями ученые уже определили, что на высоте 50 — 60 км жарко, как в Сахаре.
Это озон поглощает ультрафиолетовые лучи солнца и нагревается. Выше снова становится холоднее и холоднее, пока на высоте около 80 км не наступит стоградусный мороз.
Холод снова сменяется теплом, и мы вступаем в новую область воздушного океана — ионосферу. Здесь расположены слои, отражающие радиоволны.
Это только несколько разгаданных секретов поверхности воздушного океана. О них рассказывалось в № 8 нашего журнала за 1948 год. А сколько еще ждут своей очереди! Их очередь настанет, когда в эту страну прилетят посланцы человека — высотные ракеты.
Попробуем представить себе будущее наступление на этом фронте науки,
Ракеты с приборами будут подниматься все выше и быстрее. Наступит день, когда ракета достигнет скорости, позволяющей ей стать спутником Земли, и человек создаст новое небесное тело. Сколько сокровеннейших тайн природы будет открыто с помощью такой космической лаборатории, посылающей результаты своей работы по радио на Землю! К космической лаборатории — длинный и сложней путь. Но мы идем уже по нему.
Первый шаг на этом пути был сделан русской наукой. Это ее представителем К. Э. Циолковским еще полвека назад были сказаны замечательные слова: «...в качестве исследователя атмосферы предлагаю реактивный прибор, то-есть род ракеты, но ракеты грандиозной и особенным образом устроенной. ...В далеком будущем уже виднеются сквозь туман перспективы, до такой степени обольстительные и важные, что о них едва ли теперь кто мечтает...»
Циолковский сам разработал принципы конструирования высотной ракеты и указал пути ее создания.
Прошло полвека. И мы с вами можем заглянуть в эти блистательные перспективы, которые из мечты ученого превращаются в действительность.