"Земля — Луна" - читать интересную книгу автора (Авторов Коллектив)

СКВОЗЬ АТМОСФЕРУ

Корабль «Луна-1» оторвался от Земли и начал свой полет к далекой цели. Много трудностей придется преодолеть кораблю на его пути длиной около четырехсот тысяч километров. И одной из первых трудностей будет преодоление земной атмосферы.

Атмосфера играет исключительно важную роль в нашей жизни. Без атмосферы мир был бы безжизненным, безмолвным, почти одноцветным, мертвым, таким, какой откроется нашим путешественникам на Луне.

Но перед экипажем межпланетного корабля атмосфера предстанет иной — опасным и коварным противником, таящим неожиданные козни. Вот почему астронавтика так заинтересована в детальном изучении атмосферы, в знании ее свойств на всем протяжении, до высот в сотни и даже тысячи километров.

Пожалуй, главное свойство атмосферы, с которым приходится считаться астронавтике, — сопротивление всякому движущемуся телу, значит и космическому кораблю. Что это — плохо или хорошо?

И плохо, и хорошо. Плохо — когда корабль взлетает, покидая Землю. На преодоление воздушного сопротивления кораблю придется затрачивать энергию, расходуя драгоценное топливо. Можно ли подсчитать дополнительный расход топлива, связанный с преодолением сопротивления атмосферы? К сожалению, только приблизительно. Полет в нижних слоях атмосферы, в плотном воздухе, изучен уже достаточно хорошо. Иначе обстоит дело на больших высотах, где воздух чрезвычайно разрежен и условия полета принципиально отличаются от хорошо изученных условий полета на малых высотах. Поэтому и не удается пока точно рассчитать сопротивление, которое окажет атмосфера взлетающему межпланетному кораблю. Примерные расчеты, подтвержденные данными автоматических ракет, показывают, что это сопротивление «съест» столько добавочного топлива, что его хватило бы на увеличение конечной скорости корабля почти на 1 километр в секунду.

Но сопротивление атмосферы не всегда вредно для межпланетного корабля. Иногда оно может быть очень полезным. Речь идет о посадке корабля при его возвращении на Землю или же о посадке на какую-нибудь планету, имеющую атмосферу. Если торможение корабля осуществляется с помощью двигателя, придется расходовать драгоценное топливо. Если же использовать для торможения корабля сопротивление атмосферы, добавочного расхода топлива можно избежать или, по крайней мере, сильно его уменьшить. Правда, такая посадка с использованием торможения в атмосфере связана со значительными трудностями и даже опасностями Самая важная из них — нагрев корабля, летящего в атмосфере. Но от чего зависит такой нагрев? Только ли от сопротивления воздуха? Да, только, хотя космическому кораблю и придется пересекать такие слои атмосферы, где температура превышает сотни и даже тысячи градусов!

Нижний из этих слоев расположен на высотах в десятки километров. Здесь имеется довольно много озона. Озон, как известно, является близким родственником кислорода, но молекула озона состоит не из двух, а из трех атомов кислорода. Однако физические и химические свойства озона и кислорода во многом различны, в частности, озон задерживает часть солнечных лучей, которую кислород беспрепятственно пропускает. Именно эти лучи вредны для всего живого, так что слой озона является благодетельной защитной оболочкой для жизни на Земле. Поглощая лучи, озон нагревается, и температура воздуха становится выше нуля, хотя на меньших высотах царит мороз в 60°.

На еще больших высотах воздух насыщен электричеством. Это электричество появляется потому, что под действием самых мощных солнечных лучей молекулы и атомы превращаются в электрические заряженные частицы — ионы, отчего верхние слои атмосферы, начиная с высоты примерно 80 километров, называют ионосферой. Верхние слои атмосферы представляют собой как бы гигантский электрохимический завод — в них непрерывно происходят сложные процессы, связанные с образованием новых веществ.

В результате этих процессов температура воздуха повышается, достигая сотен и тысяч градусов.

Однако корабль в верхних слоях атмосферы даже не ощутит этой высокой температуры. Ведь то, что мы называем теплом, — это хаотическое движение молекул, а температура соответствует их средней скорости.

В ионосфере же воздух неимоверно разрежен, молекул и атомов там ничтожно мало, к хотя эти отдельные частички мчатся с огромной скоростью, они не в состоянии передать оболочке корабля сколько-нибудь заметного количества тепла.

Но вспомните о судьбе метеора — «сгорающего», испаряющегося в земной атмосфере небесного камня. Если корабль мчится с огромной космической скоростью в воздухе, то он, подобно метеору, прокладывая себе путь, расталкивает частицы воздуха. Когда частицы ударяются о корабль, их кинетическая энергия переходит в тепловую — оболочка корабля нагревается. Этот нагрев будет сильным только в том случае, если число ударяющихся частиц будет велико, то есть только при полете в плотном воздухе, на малых высотах. Вот почему уже давно скоростные самолеты стали забираться все выше над землей — внизу невозможен полет с большой скоростью в значительной мере из-за опасности нагрева.

Когда же космическому кораблю грозит эта опасность разогрева? Очевидно, не при взлете — ведь в этом случае он пересекает плотные слои атмосферы с относительно малой скоростью. Другое дело — посадка. Врывающийся с космической скоростью в плотные слои атмосферы корабль рискует повторить судьбу метеора, если не будут приняты специальные меры предосторожности. Значит, использовать сопротивление атмосферы для торможения корабля при посадке, о чем говорилось выше, можно, но сделать это нужно умело и осторожно.

Еще полезнее атмосфера была для предшественниц нашего межпланетного корабля — многоступенчатых автоматических ракет. На первой ступени в этих ракетах стоял воздушно-реактивный двигатель, рабочим веществом которого служит воздух. Таким образом, атмосфера давала некоторое количество рабочего вещества, что позволяло уменьшить взлетный вес ракеты.

В общем, мы уже достаточно хорошо знаем нашу земную атмосферу, чтобы уверенно направить корабль «Луна-1» в его далекий путь.