За миллиарды лет своего полёта в бесконечном пространстве Земля не раз принимала случайные удары соседей по Вселенной. В подавляющем большинстве случаев наша планета встречалась (и продолжает встречаться) с метеорами и метеоритами. Чаще всего единственным последствием подобных встреч бывает вспышка сгорающего в атмосфере гостя. В далёком прошлом Землю посещали и крупные метеоры, и даже астероиды. Астероиды (от греч. «астероэйде'йс» — «звездоподобные») — очень большие (от 1 до 1000 км в диаметре) тела, которые можно считать уже малыми планетами. Падение такого «камушка» массой до нескольких миллионов тонн эквивалентно мощнейшему ядерному удару. Нетрудно представить его последствия, например, в районе мегаполиса или атомной электростанции.
Чтобы надёжно защитить планету от вторжения астероидов, нужно, прежде всего, научиться их обнаруживать, и чем раньше — тем лучше. Для дальнего обнаружения используется радиолокация. Уникальные радиолокационные станции с антеннами диаметром в десятки метров и передатчиками, потребляющими мегаватты электроэнергии, могут отслеживать искусственные спутники на расстоянии 40 тыс. км. Система же противо-метеоритной обороны (ПМО) должна обнаруживать небесные тела за 300— 400 млн. км. Ближе будет уже поздно. Для этого придётся построить огромные, многокилометровые радары. Они будут находиться на околоземных орбитах, на Луне, а может быть, и на околосолнечных орбитах. Пока же единственная надежда землян — телескопы. Астероид в них виден как маленькая звездочка, движущаяся «беззаконным» образом. Нужны специальные средства обработки изображения, позволяющие выделить из всей массы астрономических объектов те, чья траектория полёта «попадает» в Землю. Часть такой системы обнаружения уже существует. Для слежения за спутниками и решения чисто астрономических задач сегодня используются мощнейшие вычислительные комплексы с соответствующим программным обеспечением. При необходимости они пригодны и для ПМО.
Следующая задача — предотвратить столкновение космического объекта с Землёй. Это можно сделать двумя способами: перевести его на другую траекторию или разбить на осколки, которые сгорят в атмосфере.
Наиболее естественное решение — установить на «опасном» астероиде ракетные двигатели и «столкнуть» его с пути, ведущего к Земле. Уже сегодня учёные и инженеры серьёзно работают над проектами доставки на астероиды технических средств, способных это сделать. Для разрушения астероида можно взорвать термоядерный заряд. Однако даже самые мощные из существующих, 100-мегатонные, боеприпасы не в состоянии разбить астероид диаметром даже около 1 км. Придётся, видимо, применять более сложные методы — ставить, например, несколько зарядов, взрывные волны которых будут складываться, раскалывая астероид.
Сложность другого рода возникает, когда речь идёт о теле размером 20— 30 м. Теми же средствами оно будет обнаружено гораздо позже, но вероятность именно такого визита больше. Поэтому кроме систем орбитального базирования нужна ещё ПМО «ближнего рубежа» с арсеналом уже существующих ракет-носителей и межконтинентальных баллистических ракет. К сожалению, метеориты и астероиды не единственная опасность, которая грозит нам из космоса. Другая проблема — космический мусор. Это обломки ракет-носителей и спутников, по разным причинам прекративших функционировать, которые продолжают обращаться вокруг Земли. Под влиянием различных факторов, например солнечного ветра или утечки компонентов топлива, они хаотически меняют траекторию полёта, нередко сталкиваясь между собой. В результате появляются новые осколки. В ближайшее время придётся весь этот мусор убирать, посылая многоразовые корабли-сборщики. А в будущем — перестать «сорить» в космосе.

Ретрансляция — это последовательная пересылка сигнала от одного приёмника к другому.
Невысокая антенна, снабжённая электронной аппаратурой, принимает сигнал, усиливает его и
посылает дальше. Цепочка ретрансляторов может передать телевизионный сигнал на тысячи
километров.
Такой способ пересылки сигнала требует сотен антенн-ретрансляторов и обходится недёшево. К
тому же каждый ретранслятор вносит в сигнал свои искажения, которые в дальнейшем только
усиливаются. После освоения околоземного пространства в качестве ретрансляторов стали использовать
искусственные спутники Земли. Благодаря спутниковым системам связи и ретрансляции удалось
значительно улучшить передачу сигналов и охватить телевизионным вещанием огромные
территории.
Первыми советскими спутниками связи были «Молния-1» и «Экран». Вместе с 90 станциями
наземного базирования они образовали глобальную систему связи «Орбита», которая
обслуживает всю страну.

Конструкции ракет-носителей, в значительной степени определяющиеся типом применяемого
двигателя, справедливо относятся к вершинам технической мысли.
Существует так называемая формула Циолковского, согласно которой конечная скорость ракеты
равна произведению скорости истечения реактивной струи на натуральный логарифм отношения масс заправленной и пустой машины. Величина первой космической скорости однозначно задана размерами и массой Земли и равна, как уже говорилось, приблизительно 8 км/с. Скорость истечения реактивной струи для лучших существующих ЖРД составляет около 4,5 км/с (чаще 3,8 км/с), а у твердотопливных — ещё меньше. Следовательно, масса носителя с топливом должна быть, по крайней мере, в шесть раз больше, чем без топлива!
Конструкция носителей с ЖРД прошла долгий путь развития и совершенствования. Сначала нагрузки от двигателя (ускорение и вибрации) и набегающего воздушного потока воспринимал жёсткий каркас, к которому крепились топливные баки. Потом — и это явилось
колоссальным шагом вперёд — воспринимать все нагрузки стали сами баки. Более того, их
начали надувать, что позволило значительно облегчить конструкцию без снижения её
жёсткости (вспомните, насколько прочен надутый воздушный шарик).
Впереди ракеты находится отсек полезного груза. Выводимый на орбиту спутник, или
космический корабль, или модуль орбитальной станции закрывается головным обтекателем,
который защищает конструкцию от набегающего потока воздуха и, как правило, сбрасывается
после прохождения плотных слоев атмосферы — на высоте около 40 км.
В двигательном отсеке, в хвостовой части, находятся маршевые и (если есть) рулевые
двигатели с приводами. (Силовая конструкция этого отсека зачастую является той опорой,
которая удерживает ракету на стартовом столе.) Здесь же устанавливается огневая защита,
предотвращающая попадание в отсек газов, истекающих из двигателей (в лабиринте стартовых
газоотводов и в разрежённых верхних слоях атмосферы газы могут обволакивать корпус
аппарата).
Управляют носителем в полёте либо специальными рулевыми двигателями, либо поворачивая
камеры или сопла маршевых агрегатов. На твердотопливных двигателях используют ещё один
способ: в сопло вдувают газ, смещая вбок реактивную струю.
Все современные ракеты-носители многоступенчатые. По мере выгорания топлива ступени с
опустевшими баками отделяются от ракеты и падают на Землю. При этом заметно уменьшается
масса аппарата, а кроме того, по мере подъёма можно переходить на другое топливо и
двигатели оптимальной для данной высоты конструкции — в разрежённой атмосфере размеры
сопла должны быть в несколько раз больше, чем у поверхности Земли.
Космическую технику приходится не только выводить в космос, но и возвращать на Землю. Спускаемые аппараты с экипажем и приборами на борту приземляются на парашютах. Попытки «спасти» отработанные первые ступени, оснастив их крыльями или парашютами, успехом не увенчались: системы после полёта и приземления становятся ненадёжными. Поэтому избрали другой путь — создание аппаратов многоразового использования. В нашей
стране был построен корабль «Буран», в США — серия космических челноков типа «Шаттл»
различного назначения.
Многоразовые корабли напоминают реактивный самолёт с треугольным крылом. Кабина
экипажа герметизирована, а грузовой отсек в космосе может открываться, «выпуская» спутник
или выгружая конструкции орбитальной станции. Все «Шаттлы» оснащены стыковочными
узлами с переходными отсеками, которые позволяют им причаливать к станции «Мир» и
международной космической станции (её строительство началось в 1998 г.).
Запускают челноки при помощи пороховых ускорителей первой ступени и ЖРД — в него
поступает горючее из огромного бака второй ступени. Ускорители и опустевший бак
сбрасываются. Спуск на Землю осуществляется в режиме планирования, с выключенным
двигателем. Система наведения сажает аппарат на аэродром, как обыкновенный самолёт.
При входе в плотные слои атмосферы поверхность аппарата порой разогревается до 1000°С
Поэтому его носовая часть и передние кромки крыльев выложены керамическими плитками,
спасающими кабину от перегревания, а саму конструкцию — от разрушения.

Для того чтобы стать искусственным спутником Земли, любое материальное тело должно
разогнаться до скорости около 8 км/с. Ещё чуть-чуть — 11 км/с, и оно улетит от нашей планеты
совсем. Разогнаться до такой скорости — почти 29000 км/ч — можно только при помощи
ракетного двигателя.
ОГНЕННОЕ СЕРДЦЕ
В принципе ракетный двигатель — устройство для разгона и отбрасывания рабочего тела, в
результате чего создаётся реактивная тяга. Это может быть газ, жидкость и т. д. На практике
применяют два способа разгона: с помощью электромагнитного поля или химической реакции в
ёмкости с повышенным давлением — камере сгорания.
Камера сгорания получила такое название потому, что чаще всего давление в ней поднимают до
требуемых величин путём сжигания химического топлива. Как правило, топливо состоит из двух
компонентов — горючего и окислителя. Если их смесь твёрдая, двигатель называется
твердотопливным (РДТТ); если жидкая (или когда система её подачи устроена так, будто она
жидкая) — жидкостным (ЖРД). Возможен вариант, когда один компонент жидкий, другой —
твёрдый; тогда двигатель именуется гибридным.
Рассмотрим на примере ЖРД, как устроен ракетный двигатель. Форсунки, через которые
подаются топливные компоненты, расположены в передней части камеры сгорания, а задняя —
представляет собой сужающуюся часть сопла.
Сопло состоит из двух участков. Первый из них — сужающийся. В нём реактивная струя
движется с дозвуковой скоростью, разгоняясь по мере уменьшения площади сечения сопла. В
самой узкой его части — критическом сечении — скорость газов достигает скорости звука, и
характер их течения радикально меняется. Теперь уже скорость струи повышается с увеличением
сечения, поэтому во втором участке сопло имеет колоколообразную форму.
Эффективность двигателя тем выше, чем больше температура в камере сгорания. Но
возможности материалов далеко не безграничны, и поэтому во всех современных агрегатах
применяется охлаждение: холодные компоненты топлива, прежде чем поступить в камеру,
проходят через её двойные стенки. Ещё один обязательный элемент ЖРД — турбонасосный агрегат. Приводом для него служат газовые турбины, работающие либо на продуктах сгорания основных топливных компонентов, либо на специальном топливе (например, перекиси водорода).
Рабочим телом ракетных двигателей служат газообразные продукты сгорания. Они обычно весьма ядовиты, кроме того, имеют большую молекулярную массу, а, следовательно, меньшую, чем хотелось бы, скорость истечения (она определяет энергетическое совершенство двигателя). Поэтому уже давно были предложены и испытаны на стендах ядерные ракетные двигатели (ЯРД), в которых рабочее тело, например водород, нагревается в атомном реакторе. А в космосе успешно работают электроракетные плазменные двигатели. Они с огромной скоростью выбрасывают поток ионизованных атомов
ксенона, ускоренных электрическим полем. Источником питания плазменных двигателей служат
солнечные батареи. Но мощность этих двигателей мала, и взлететь с Земли на них невозможно.
Их используют только для стабилизации искусственных спутников и космических станций на
орбите и для перехода с одной орбиты на другую. Очень удобны они и для межпланетных
перелётов. Для полёта на Марс, например, понадобится всего-навсего несколько сот
килограммов ксенона вместо десятков тонн жидкого топлива.

Получать и использовать «чистую» солнечную энергию на поверхности Земли мешает
атмосфера. Само собой напрашивается решение: разместить солнечные энергостанции в
космосе, на околоземной орбите. Там не будет атмосферных помех, невесомость позволит
создавать многокилометровые конструкции, которые необходимы для «сбора» энергии Солнца.
У таких станций есть большое достоинство. Преобразование одного вида энергии' в другой
неизбежно сопровождается выделением тепла, и сброс его в космос позволит предотвратить
опасное перегревание земной атмосферы.
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА
Как на самом деле будут выглядеть солнечные космические электростанции (СКЭС), сегодня
точно сказать нельзя. А к проектированию СКЭС конструкторы приступили ещё в конце 60-х
гг. XX в.
Путь энергии от приёмника электромагнитного излучения Солнца к розетке в квартире или
блоку питания станка может быть различным. В самых первых проектах предлагался такой:
солнечные батареи, вырабатывающие электричество —» сверхвысокочастотный (СВЧ) передатчик на СКЭС —> приёмник на Земле —> распределительные электрические подстанции. На практике это выглядело бы следующим образом: многокилометровые плоскости солнечных батарей на прочном каркасе; решётчатые антенны передатчиков; похожие на них (и тоже многокилометровые) приёмники энергии на поверхности Земли... Вариант, как быстро выяснилось, далеко не идеальный. Инженеры попытались вообще отказаться от использования солнечных батарей. Например, предлагалось с помощью различных преобразователей (скажем, зеркал) на станции превращать солнечный свет в тепло, кипятить рабочую жидкость и её паром вращать турбины с электрогенераторами. Но и в таком варианте процесс получения энергии остаётся очень долгим: солнечный свет через тепло и механическое движение превращается в электричество, потом — снова в электромагнитные волны для передачи на Землю, а затем — опять в электричество. Каждый этап ведёт к потерям энергии; приёмные антенны на Земле должны занимать огромные площади. Но хуже всего то, что СВЧ-луч негативно влияет на ионосферу Земли, пагубно сказывается на живых организмах. Поэтому пространство над антеннами необходимо закрыть для полётов авиации. А как уберечь от гибели птиц?
Те же проблемы возникают и при передаче энергии по лазерному лучу, который к тому же сложнее преобразовать снова в электрический ток. Полученную в космосе энергию более целесообразно использовать в космосе же, не отправляя её на Землю. На производство тратится около 90 % вырабатываемой на планете энергии. Основные её потребители — металлургия, машиностроение, химическая промышленность. Они же, кстати, и главные загрязнители окружающей среды. Обойтись без таких производств человечество пока не в состоянии. Но ведь можно убрать их с Земли. Почему бы не использовать сырьё, добываемое на Луне или астероидах, создав на спутниках и астероидах соответствующие промышленные базы? Задача, безусловно, сложнейшая, и сооружение солнечных космических электростанций — только первый шаг к её решению. С производством же электроэнергии для бытовых нужд справятся ветряки, бесплотинные ГЭС и другие экологически чистые энергоустановки. Любой вариант проекта солнечной космической электростанции предполагает, что это колоссальное сооружение, причём не одно. Даже самая маленькая СКЭС должна весить десятки тысяч тонн. И эту гигантскую массу необходимо будет запустить на удалённую от Земли орбиту. Современные средства выведения в состоянии доставить на низкую — опорную — орбиту
необходимое количество блоков, узлов и панелей солнечных батарей. Чтобы уменьшить массу
огромных зеркал, концентрирующих солнечный свет, можно делать их из тончайшей
зеркальной плёнки, например, в виде надувных конструкций. Собранные фрагменты солнечной
космической электрической станции нужно доставить на высокую орбиту и состыковать там. А
долететь к «месту работы» секция солнечной электростанции сумеет своим ходом, стоит только
установить на ней электроракетные двигатели малой тяги.
НЕ ТОЛЬКО СОЛНЦЕ
Солнце не единственный космический источник энергии, которым могут воспользоваться
земляне. Не исключено, что на других небесных телах есть энергоносители, по своей
эффективности во много раз превосходящие имеющиеся на нашей планете. В поверхностных
слоях лунного грунта, например, найдены запасы гелия-3, который на Земле отсутствует.
Предполагается, что получить термоядерную энергию из этого изотопа проще, чем из других.
Между тем считанные килограммы гелия-3 удовлетворят годовую потребность в энергии всего
человечества.

Земная технология развивается не одно тысячелетие, и сегодня, кажется, с её помощью можно
сделать всё, что угодно. Тем не менее, в каждом технологическом процессе на нашей планете
должна учитываться сила тяжести. Из-за неё вода и масло не смешиваются (у них разная
плотность, и масло всплывает в воде), нельзя вырастить правильный кристалл с требуемым
распределением компонентов и т. д. На околоземной орбите сила тяжести отсутствует. Поэтому
в космосе рационально развернуть производство сверхчистых материалов с заданными
свойствами. Например, кристаллов для высокоточных оптических приборов (в частности, для
твердотельных лазеров) и микросхем.
Во всём мире 80% готовых микросхем уходит в брак — в основном по причине
неравномерного строения исходных кристаллов, выращенных в гравитационном поле Земли.
Существенное — в масштабах микросхемы — влияние оказывает и материал стенок
кристаллизатора, неизбежно попадающий в расплав.
В невесомости таких проблем нет. Можно подвесить расплав в магнитном или электрическом
поле, в лучах лазеров, и он не будет контактировать со стенками рабочей камеры. Можно
регулировать распределение компонентов расплава и рост кристалла с помощью всё тех же
полей и лучей.
В условиях невесомости значительно легче проводить очистку органических смесей. Входящие
в них частицы имеют электрический заряд, а значит, в электрическом поле будут двигаться по
траекториям, определяемым соотношением их заряда и массы. На Земле большие помехи
вносит сила тяжести.
Ещё одно направление космической технологии связано с созданием внеземных конструкций.
В невесомости отпадает необходимость в прочных, устойчивых опорах, в вакууме нет ни ветра, ни осадков. Да и коррозии нечего опасаться.
Все космические сооружения можно разделить на две большие группы: негерметичные и герметичные. Последние наполняются газом (не обязательно воздухом) или жидкостью. Они должны выдерживать внутреннее давление, здесь недопустимы утечки содержимого. Практического опыта сборки в космическом пространстве герметичных объектов с помощью привычных способов — сварки или склейки — пока нет. Освоена и отлажена только стыковка разъёмных соединений.
Намертво соединить детали в космическом вакууме несложно. Если температура хотя бы чуть-чуть выше абсолютного нуля, на поверхности стыка атомы металла постепенно перемещаются из одной детали в другую. Такая диффузия, в конце концов, приводит к холодной сварке. На Земле этому процессу мешает плёнка окиси, возникающая под действием кислорода воздуха и паров воды. В космическом вакууме окисная плёнка не образуется, и приходится даже принимать специальные меры, чтобы не «схватились» контактирующие детали, которые не нужно сваривать.
Существуют и другие способы соединения. Например, на орбитальном комплексе «Мир» две фермы построены из заранее заготовленных стержней, соединённых муфтами из нитинола (металлического сплава никеля и титана), обладающего памятью формы. Это позволяет при необходимости разобрать ферму и смонтировать её в другом месте. С увеличением размеров конструкций возрастают их термические деформации. Освещенная
Солнцем поверхность на околоземной орбите нагревается до 150 °С и расширяется, теневая —
остывает почти до -150 °С и сжимается. В результате ферма стремится изогнуться в сторону
тени. Поэтому весьма перспективны в качестве материалов для космических ферм композиты
(композиционные
материалы), особенно углепластики, которые деформируются гораздо меньше металла. В них
сочетаются химически разнородные компоненты с чёткой границей раздела между ними. Эти
необычные материалы характеризуются свойствами, которыми не обладает ни один компонент
в отдельности.
Композиты нельзя сваривать, резать и сверлить. Детали, изготовлен из синтетической пленки, покрытой тончайшим слоем металла.

Рассчитанные на долгое пребывание в космосе обитаемые научные станции — устройства настолько сложные и дорогие, что для их создания и эксплуатации необходимы объединённые усилия и опыт инженеров и учёных многих стран.
Идея создания международной космической станции возникла в начале 90-х гг. Проект стал действительно международным, когда к России и США присоединились Канада, Япония и Европейское космическое агентство. Общий внутренний объём станции после сборки её на орбите составит 1217 м , масса — 377 т, из которых 140 т — российские компоненты, 37 т — американские. Расчётное время работы международной станции — 15 лет.
Американцы изготовляют для станции научную лабораторию, жилой модуль, стыковочные блоки «Ноуд-1» и «Ноуд-2». Российская сторона разрабатывает и поставляет функционально-грузовой блок, универсальный стыковочный модуль, транспортные корабли снабжения, служебный модуль и ракету-носитель «Протон».
Большую часть работ выполняет Государственный космический научно-производственный центр имени М. В. Хруничева. Центральной частью станции станет функционально-грузовой блок, по размерам и основным элементам конструкции аналогичный модулям «Квант-2» и «Кристалл» станции «Мир». Его диаметр — 4 м, длина — 13 м, масса — более 19 т. Блок будет служить домом для космонавтов в начальный период сборки станции, а также для обеспечения её электроэнергией от солнечных панелей и хранения запасов топлива для двигательных установок. Служебный модуль создан на основе центральной части разрабатывавшейся в 80-х гг. станции «Мир-2». В
нём космонавты будут жить постоянно, и проводить эксперименты.
Участники Европейского космического агентства разрабатывают лабораторию «Колумбус» и
автоматический транспортный корабль под ракету-носитель «Ариан-5». Канада поставляет
мобильную систему обслуживания, Япония — экспериментальный модуль.
Для сборки международной космической станции потребуется выполнить 28 полётов на
американских космических кораблях типа «Спейс шаттл», 17 запусков российских ракетносителей и один запуск «Ариана-5». Доставят экипажи и оборудование к станции 29
российских кораблей «Союз-ТМ» и «Прогресс».

Философы Древней Греции космосом считали гармоничную Вселенную, в которой царит
порядок и всё подчиняется законам природы (в отличие от хаоса, где царствует слепой случай).
Современные исследователи понимают под космосом примерно то же самое, но их интересует
вопрос: а какие законы управляют Вселенной? Чтобы понять это, космос изучали при помощи
различных наземных устройств — радио- и оптических телескопов, счётчиков заряженных
частиц и прочей научной аппаратуры.
4 октября 1957 г. Советский Союз осуществил запуск первого искусственного спутника Земли.
Устройство, сделанное руками человека, впервые было выведено в космос. С тех пор
исследование Вселенной стало одной из основных задач космической техники. К этой технике
относят, во-первых, ракеты-носители, доставляющие научные приборы в околоземное и
космическое пространство. Сегодня с их помощью выводят на орбиту спутники и межпланетные лаборатории массой в десятки и сотни тонн. Во-вторых, мощнейшую вычислительную аппаратуру, позволяющую рассчитывать траектории полёта к планетам Солнечной системы и режимы посадки на них. В-третьих, сами научные приборы, способные безотказно работать в условиях вакуума, космического холода, в потоках ионизирующего излучения. В-четвёртых, служебные системы и агрегаты, которыми оснащаются космические станции.
Космические исследования обходятся недёшево. Например, орбитальный телескоп диаметром 1 м стоит в сто раз дороже наземного. Создание космического телескопа «Хаббл» с зеркалом диаметром 2,4 м обошлось американцам более чем в 6 млрд. долларов. Но на эти траты приходится идти. Научная аппаратура сегодня приносит не менее половины всей астрофизической информации, поступающей в распоряжение учёных.
Главная причина, заставляющая выводить научную аппаратуру в космос, — влияние земной атмосферы. В ней распадаются заряженные частицы, прилетающие из глубин Вселенной и от Солнца, рассеиваются и поглощаются излучения. Атмосфера никогда не бывает спокойной: воздух дрожит, размывая изображение звёзд в телескопах. Приборы в космосе не испытывают воздействия атмосферы и поэтому позволяют получить гораздо больше научной информации, чем наземные.
Но существуют задачи, которые в принципе невозможно решить без космической техники. Это непосредственное изучение атмосферы планет Солнечной системы и их поверхности, исследование межпланетного пространства.
Научные приборы, предназначенные для орбитальных и межпланетных лабораторий, создаются с учётом условий космоса. Зеркала оптических телескопов делают не из простого стекла, а из ситалла, продукта объёмной кристаллизации стекла разного состава. Ситалл очень прочен, а главное — практически не подвержен тепловому расширению. К телескопу подключаются различные регистрирующие системы:
спектральные приборы, фотоумножители и так называемые приборы с зарядовой связью
(матрицы ПЗС) — устройства, создающие полноцветное изображение исследуемого объекта.
Изображение в цифровой форме вводится в компьютер и передаётся на Землю; по качеству оно
не уступает фотографическому. Космические телескопы позволяют вести наблюдения в
видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра. Инфракрасный диапазон
особенно труден для наблюдения: сам телескоп и приёмники излучения приходится охлаждать
почти до температуры абсолютного нуля, чтобы их собственное тепловое излучение не мешало
измерениям. Несмотря на технические сложности, инфракрасную аппаратуру удалось сделать очень чувствительной: она способна с околоземной орбиты обнаружить горящую на Луне спичку. Ещё труднее измерять энергию радиоволн сантиметрового и миллиметрового диапазонов, которые буквально пронизывают Вселенную, образуя постоянный фон. Эти радиоволны возникли одновременно с нашей Вселенной и несут сведения о первых секундах её существования. Обычные антенны здесь бесполезны, и для работы на специализированных спутниках были созданы особые рупорные антенны и чувствительные приёмники-радиометры. Для регистрации рентгеновского и гамма-излучения применяют счётчики и детекторы самых разных типов. Кванты этих излучений несут очень большую энергию; в зависимости от типа счётчика они или ионизуют атомы газа, или вызывают световую вспышку в кристалле, или рождают цепочку искр, отмечающую траекторию их движения. Так регистрируют потоки заряженных частиц, приходящие из глубин космоса и от Солнца. Из нескольких детекторов собирают рентгеновский или гамма-телескоп — устройство, с большой точностью определяющее направление на источник излучения.
Совсем иную аппаратуру несут станции, предназначенные для исследования других планет. Их оснащают приборами для измерения магнитного поля планеты, анализаторами атмосферных газов, радиолокаторами для просвечивания плотной облачности. Для спуска на поверхность планеты такие станции снабжены системами мягкой посадки — тормозными двигателями, амортизаторами и парашютами. На станциях монтируют стереоскопические (от греч. «стерео'с» — «твёрдый», «объёмный», «пространственный» и «скопе'о» — «смотрю») камеры для панорамной съёмки, компактные буровые установки и манипуляторы для отбора проб грунта. Бортовые лаборатории проводили химические анализы грунта и ставили опыты по отысканию органической жизни на Марсе. По Луне и Марсу уже разъезжали телеуправляемые экипажи — отечественные «Луноходы» и американский марсоход «Соджорнер». Функционирование космических лабораторий обеспечивают различные системы и агрегаты. Источниками электроэнергии здесь служат панели солнечных элементов и аккумуляторы, которые от них подзаряжаются, а станции, уходящие далеко от Солнца, снабжаются вдобавок и атомными батареями. Система телеметрических (от греч. «те'ле» — «вдаль», «далеко» и «метро» — «измеряю») измерений следит за тем, чтобы все устройства работали в установленном режиме. Результаты научных измерений вводятся в запоминающее устройство и передаются на Землю по радио во время сеанса связи. Особо выделена радиолиния,
позволяющая по командам с пункта управления
включать и выключать приборы, ориентировать станцию, маневрировать. Бортовой компьютер
координирует работу систем и агрегатов станции и управляет ею по заданной программе или
по командам с Земли, а связанный с компьютером эталон времени осуществляет привязку
работы станции к земным часам с точностью до 0,001 с. Система терморегуляции поддерживает на борту требуемую температуру. Станцию во время полёта ориентируют так, чтобы её антенны были направлены на Землю, а научные приборы — телескопы, счётчики заряженных частиц, фотоприёмники — на исследуемый объект: звезду, туманность, планету или её спутник. Высокую точность наведения приборов обеспечивают компьютеры (на борту и на Земле), которые производят сложные расчёты. Разворачивают станцию и удерживают её в нужном положении исполнительные механизмы: двигатели малой тяги и тяжёлые волчки-гироскопы, называемые гиродинами (от греч. «ги'рос» и «ди'намис» — «сила»). Ось раскрученного волчка стремится сохранить своё направление в пространстве, и достаточно массивный гироскоп препятствует самостоятельному повороту всей космической станции. Орбитальный комплекс «Мир», например, стабилизируют сразу шесть гиродинов.
Сейчас, когда вы читаете эту книгу, пределы Солнечной системы впервые покинула американская межпланетная станция «Пионер-10». Она направляется к звезде Альдебаран в созвездии Тельца и прилетит к ней через 2 млн. лет, принеся земное послание иным мирам.
Запуски искусственных спутников и межпланетных лабораторий продолжаются. Начался монтаж первых блоков международной космической станции. На базе морской платформы для добычи нефти в России создана стартовая площадка в низких широтах, удобных для выведения спутников связи. Техника космических исследований становится совершеннее, и с её помощью мы всё больше узнаём о Солнечной системе, о Галактике, о Вселенной.

Воздушную среду изучают не только с Земли, но и из космоса. Со спутников следят за температурой, плотностью и химическим составом средней (10—100 км от поверхности Земли) и верхней (более 100 км) атмосферы. Самой современной аппаратурой для подобных исследований является CRISTA (Германия). Это три инфракрасных телескопа-спектрометра, которые улавливают тепловое излучение газов. Чтобы определить, как распределяются газы, проводят зондирование (сканирование) атмосферы по высоте. Три телескопа направлены под углами 162°, 180° и 198° к траектории движения спутника, так что вся воздушная среда разделяется на три полосы по 200 км шириной. Каждую полосу наблюдает один телескоп. Весь участок необходимо измерить за 1 с. На борту CRISTA (так называют и сам спутник) содержится 600 л жидкого гелия, имеющего температуру -270 °С. Он охлаждает высокочувствительные инфракрасные детекторы и оптические устройства, чтобы их собственное тепловое излучение не мешало измерениям. За 16 оборотов спутника вокруг Земли в течение суток можно получить картину распределения в атмосфере соединений углерода, азота, хлора, фтора и других элементов. Такая условная карта состоит из более чем 9 тыс. квадратов размером 200x200 км каждый.
В 60-х гг. XX в. американские спутники неожиданно начали фиксировать всплески гамма-излучения, подобные тем, что возникают при ядерных испытаниях. Но никаких испытаний там, где заметили подобные явления (над Африкой, Индонезией, океанскими просторами), быть не могло. Вскоре выяснилось, что аппаратура регистрирует не взрывы, а мощные грозы. С помощью высокочувствительных кинокамер, спектрографов и приёмников гамма-излучения, размещённых в самолёте-лаборатории, удалось заснять необычные электрические разряды — восходящие молнии в средней атмосфере. Природа этого относительно редкого явления до сих пор неясна. В среднем на 500 обычных молний приходится одна, бьющая в ионосферу, при том что в год на земном шаре происходит около 10 млрд. грозовых разрядов.

«Планета есть колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели... Человечество не останется вечно на Земле, но, в погоне за светом и пространством, сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе всё околосолнечное пространство». Эти слова принадлежат великому мечтателю и замечательному русскому учёному Константину Эдуардовичу Циолковскому (1857—1935). Он никогда не строил и не запускал ракет, но его фундаментальный вклад в создание науки о полётах в космос признан во всём мире. В 1895 г. Циолковский опубликовал книгу «Грёзы о Земле и небе и эффекты всемирного тяготения», в которой утверждал, что можно создать искусственный спутник. «Воображаемый спутник Земли, — писал учёный, — вроде Луны, но произвольно близкий к нашей планете, лишь вне пределов её атмосферы, значит, — вёрст за 300 от земной поверхности, — представит, при очень малой массе, пример среды, свободной от тяжести». Циолковский предложил использовать в ракетах жидкое топливо, более выгодное по сравнению с твёрдым; разработал теорию многоступенчатых ракет, или «ракетных поездов», в которых отработавшие ракетные ступени отбрасываются во время полёта. Именно Циолковский научно обосновал возможность орбитальных полётов и создания искусственных космических станций, сформулировал принципы функционирования систем жизнеобеспечения межпланетного корабля. Многие идеи и проекты учёного воплотились в жизнь, стали реалиями XX столетия.
Ракета, в отличие от самолёта, может летать за пределами земной атмосферы: для движения ей не нужен воздух. В соответствии с третьим законом Ньютона ракета будет перемещаться в сторону, противоположную направлению истечения газов, и в космическом пространстве. Впервые доказал это на практике американский профессор Роберт Годдард (1882—1945). В 1912 г. он провёл любопытный опыт: поместил ракету в большой стеклянный сосуд, из которого затем был выкачан воздух. Через 14 лет, 16 марта 1926 г., в американском городе Обурн Годдард осуществил успешный запуск первой в мире ракеты с жидкостным ракетным двигателем (ЖРД). Ракета поднялась на высоту 12,5 м, пролетев 56 м за 2,5 с. Исследования Р. Годдарда натолкнули немецкого изобретателя Макса Валье (1895—1930) на мысль использовать ракетный двигатель в качестве автомобильного. Двигатель, топливом для которого служила смесь этилового спирта и жидкого кислорода, вмонтировали в автомобиль марки «Рак-7». Испытания прошли в апреле 1930 г. на аэродроме Темпельхоф в Берлине. Машина двигалась с большим шумом, оставляя за собой шлейф пепельно-красного дыма — продукт неполного сгорания топлива. Опыты с автомобилем-ракетой закончились трагически. В мае 1930 г. во время испытательного пробега двигатель взорвался, а сидевший за рулём Валье погиб.
Работы в области ракетной техники велись и в СССР. В 1931 г. в Москве начала действовать Группа изучения реактивного движения (ГИРД). Она объединила энтузиастов, ставших впоследствии ведущими конструкторами страны. В частности, у истоков ГИРДа стояли Фридрих Артурович Цандер (1887—1933) и Сергей Павлович Королёв (1906 или 1907— 1966). С момента основания Группа установила тесную связь с К. Э. Циолковским, оказавшим большое влияние на её деятельность.
Ф. А. Цандер занимался теорией реактивного движения, построил жидкостные ракетные двигатели ОР-1 и ОР-2. Через несколько лет усовершенствованный ОР-2 поставили на баллистическую и крылатую ракеты. Преждевременная смерть помешала учёному осуществить задуманные проекты, тем не менее, его вклад в разработку элементов будущих ракетных систем весьма существен.
В Ленинграде подобные исследования проводились в Газодинамической лаборатории (ГДЛ). В 1929 г. заведующий отделением ГДЛ Валентин Петрович Глушко (1908—1989) изобрёл первый в мире электротермический ракетный двигатель, реактивную тягу в котором создавала струя газа, нагретого до высокой температуры электрическим током. Однако такой двигатель не мог вывести космический аппарат за пределы атмосферы, поэтому дальнейшие усилия группа под руководством Глушко сосредоточила на проектах ЖРД. В 1931 г. появился жидкостный ракетный двигатель ОРМ-1, работавший на смеси горючего (бензина или толуола) с окислителем (четырёхокисью азота), а в 1933 г. — усовершенствованный двигатель жидкостного типа ОРМ-52. Его можно было установить не только на ракете, но также на истребителе И-4 (как дополнительный мотор) и на морской торпеде.
Развитию ракетостроения в Германии способствовали исследования профессора физики и математики Германа Оберта (1894—1989). Он обосновал возможность применения ракет в верхних слоях атмосферы, предложил использовать в двигателях различные топливные комбинации. Идеи Оберта заинтересовали многих учёных, и в 1927 г. группа энтузиастов основала в Германии Общество межпланетных сообщений. В 1930 г. под руководством Г. Оберта был создан ракетный двигатель «Кегельдюзе», работавший на бензине и жидком кислороде, и построена ракета «Мирак» с этим двигателем. Испытания на берлинском полигоне Рейникендорф показали, что конструкция двигателя взрывоопасна и требует дальнейшей доработки. Тогда Оберт с помощниками построил новую, более надёжную ракету «Репульсор». Она поднималась на высоту порядка 1500 м.
В начале 30-х гг. деятельность энтузиастов перестала получать поддержку. Во-первых, в это время Германия переживала экономический кризис, а во-вторых, опыты с ракетами вызывали протесты жителей кварталов, прилегавших к полигону. В 1934 г. Общество межпланетных сообщений прекратило существование, но его разработками заинтересовались военные. В 1933 г. при Управлении вооружений было организовано специальное подразделение по ракетной технике. Его сотрудник Вернер фон Браун (1912—1977) стал впоследствии ведущим конструктором Германии, а с 1945 г. — США. В 1934 г. на острове Беркум в Северном море под руководством фон Брауна проводились испытания ракет А-2, летавших на смеси жидкого кислорода и спирта; они достигали высоты 1500—2000 м.
Очень скоро все работы над ракетами с ЖРД были засекречены, и начались целенаправленные исследования в интересах армии. На Балтийском побережье Германии, в местечке Пенемюнде, в 1937 г. построили крупный ракетный исследовательский центр.
По заданию Управления вооружений группа фон Брауна в 1942 г. создала крупную ракету А-4, известную во всём мире как V-2 («Фау-2»). Ракета была способна доставлять боевую головку массой 1 т на расстояние до 275 км. В сентябре 1944 г. гитлеровские войска применили «Фау-2» для массированной бомбардировки Лондона. «Оружие возмездия», как называли ракету немецкие военные, не смогло спасти фашистскую Германию от поражения во Второй мировой войне. Профессор фон Браун переехал в США, где продолжил свои исследования. Выдающийся конструктор и учёный С. П. Королёв стал в СССР ведущим специалистом в области ракетной техники ещё до Второй мировой войны. 17 августа 1933 г. под его руководством в районе подмосковного посёлка Нахабино была успешно запущена ракета ГИРД-09, работавшая на смеси жидкого кислорода и отверждённого бензина. Этот аппарат достиг высоты около 400 м. Спустя три года Королёв спроектировал ракетопланёр, поднимавшийся в воздух с помощью самолёта-буксировщика. Первый полёт состоялся 28 февраля 1940 г.; включение ЖРД производилось на высоте 2600 м.
Менее чем через два десятилетия, 4 октября 1957 г., с помощью межконтинентальной баллистической ракеты Р-7, разработанной конструкторским бюро С. П. Королёва, был осуществлён запуск первого в мире искусственного спутника Земли. Так была открыта космическая эра в истории человечества.

Newer Posts »