От искусственных спутников к межпланетным полетам
Ноябрь 1957 года. Уже запущены Спутник и Спутник-2, но с полетами человека еще не все ясно...
***
Мы пока еще не располагаем опытными доказательствами того, что человек будет чувствовать себя вполне нормально в условиях невесомости. Возможно, что придется применять специальные медицинские средства для поддержания нормальной деятельности человеческого организма.
Опыты показали, что ощущение невесомости в течение одной минуты безвредно для человека, хотя в первые моменты времени он теряет всякий контроль над своими движениями (они становятся очень резкими).
На VII Международном астронавтическом конгрессе Гератеволь (США) сделал сообщение о результатах трехсот опытов по изучению воздействия кратковременной невесомости, которым подверглись 16 человек во время специальных экспериментальных полетов, произведенных в 1955-1956 гг.
Чувствительность к физиологическому воздействию невесомости оказалась чрезвычайно различной не только у разных лиц, но даже у одного и того же человека в зависимости от обстоятельств. В то время как многие лица ощущали потерю тяжести даже с удовольствием, другие более или менее тяжело заболевали.Некоторые испытывали тошноту, последствия которой давали себя чувствовать в течение многих часов после приземления. Во время кратковременной невесомости патологических процессов в кровообращении не наблюдалось, а волевые движения головой в условиях невесомости не вызывали неприятных ощущений. Влияния невесомости во многом зависят от тренировки и длительности пребывания в состоянии невесомости. Очень рискованно распространять результаты кратковременного воздействия невесомости на влияние невесомости в течение длительного периода времени.
Вопросы дыхания в условиях невесомости представляются более сложными. Например, при кратковременном падении (в частности, во время парашютных прыжков) обычно наблюдается задержка дыхания. Если же полет на искусственном спутнике [орбитальном космическом корабле], который вследствие отсутствия веса будет восприниматься человеком именно как падение, будет длиться долго, то возможно, что потребуется применение приборов для искусственного дыхания.
Что же касается полета по инерции на ракете после выключения двигателя и на искусственном спутнике, то мы не вполне уверены, что отсутствие тяжести в течение длительного периода времени будет безвредным для человеческого организма. Но если бы даже вред и был, то это не должно стать препятствием на пути создания обитаемых искусственных спутников и космических кораблей, так как технически вполне возможно создать ощущение тяжести при помощи вращения.
Обнадеживающий опыт полета подопытного животного на борту второго советского искусственного спутника говорит о том, что после прекращения работы двигателя астронавты не потеряют самообладания и, по-видимому, будут в состоянии создать искусственную тяжесть; во всяком случае, они смогут пассивно дождаться того момента, когда автоматы приведут спутник (или космический корабль) во вращение.
Примерная конструкция искусственного спутника. В нижней части искусственного спутника царит невесомость; в верхней части спутника благодаря ее вращательному движению ощущается искусственная тяжесть:
***
Даже микроскопические метеорные тела могут постепенно разрушить обшивку корабля. Эта опасность особенно велика для искусственных спутников, продолжительное время обращающихся вокруг Земли.
В опыте, произведенном в США в 1953 году на высотах от 40 до 140 километров, было зарегистрировано 66 столкновений за 144 секунды. На квадратный метр в течение секунды приходилось 4,9 столкновения. В других опытах на отполированных металлических плитках после пребывания на больших высотах были обнаружены под микроскопом ямочки от попадания микрометеоритов.
Действенные способы предохранения космического корабля от метеорной опасности пока не найдены. Однако мы знаем, что распределение метеорных тел в пространстве и во времени неравномерно. Подробно исследованы орбиты многих роев метеорных тел. И астронавты учтут эти данные при выборе траектории и времени полета. Имеется возможность во время «метеорного штиля» слетать на Луну и вернуться обратно, почти не подвергаясь опасности встречи со сколько-нибудь значительным метеорным телом. В этом убедил нас опыт первых искусственных спутников, которые без всякой «метеорной аварии» проделали путь, во много раз превосходящий такой маршрут.
Что касается более крупных метеоритов, то возможно, что для борьбы с ними удастся пользоваться радиолокационными установками, автоматически отклоняющими путь космического летательного аппарата.
Не исключено, что проблему защиты от метеорной опасности удастся решить путем обстрела метеорных тел. Разумеется, радиолокация угрожающих спутнику метеоров, а также наводка противометеорных пулеметов и обстрел должны вестись автоматически. Метеорное тело, которое «нацеливалось» на спутник или космический корабль, ударившись о пулю, взорвется на некотором расстоянии от него, и только ничтожная доля «брызг» может попасть на летательный аппарат. Эти частицы, по-видимому, не будут опаснее метеорной пыли, против которой достаточной защитой может служить обшивка корабля.
Возможно, что на время прохождения «звездных дождей», когда метеорные тела падают на Землю целыми потоками, искусственным спутникам придется погружаться в более плотные слои атмосферы (но не ниже 100 километров), которые и послужат им частичной защитой. Чтобы преодолеть сопротивление воздуха, необходимо будет на это время включить небольшой ракетный двигатель, а также принять меры для предохранения оболочки спутника от перегрева.
***
О влиянии космических лучей на организм человека мы знаем еще очень мало. Лабораторные опыты в этом направлении находятся лишь в зачаточном состоянии. С этой точки зрения большой интерес представляют проделанные в США опыты с мелкими животными, которые поднимались стратостатами на высоту 30 километров примерно на 30 часов. В результате поражения первичными космическими лучами черных мышей на их коже появлялись седые пятна значительно больших размеров, чем это предполагалось. В других опытах даже после 24-часовой экспозиции никаких заболеваний не замечалось. Подопытные животные после экспериментов еще длительное время должны находиться под тщательным наблюдением.
Остекление и обшивка искусственного спутника будут подобно земной атмосфере задерживать ультрафиолетовые лучи Солнца, пронизывающие межпланетное пространство и в больших количествах вредные для человеческого организма. В случае надобности можно будет также задвинуть особые занавески на иллюминаторах. Может оказаться, что вследствие метеорной опасности и из-за вредных излучений в помещениях искусственного спутника нельзя будет делать окон, непосредственно выходящих наружу. Тогда для ввода световых лучей придется пользоваться узким каналом с системой линз и зеркал. Вести наблюдения в этом случае можно будет с помощью перископа, как в подводных лодках.
***
Как будет происходить спуск корабля, возвращающегося из космического полета?
Теоретически можно было бы использовать для этой цели ракетный двигатель. Повернутый «задом наперед» двигатель не увеличивал бы скорость, а уменьшал ее, так как выхлопные газы толкали бы ракету в обратную сторону. Но ракета не в силах унести то огромное количество топлива, которое потребовалось бы для этого.
Можно использовать для торможения корабля сопротивление воздуха. Однако неизбежное нагревание летательного аппарата при движении в атмосфере с космической скоростью не может не вызывать опасений. Пример метеоров - «падающих звезд», раскаливающихся при проникновении в атмосферу, показывает, что спуск аппарата из космического пространства на Землю является сложной задачей. Во всяком случае применение парашютов для торможения космического аппарата при спуске кажется нецелесообразным: они сгорели бы мгновенно. Кроме того, такое торможение было бы слишком резким. Громоздкий и необтекаемый межпланетный корабль вообще не приспособлен для посадки на Землю. При погружении в атмосферу Земли он несомненно раскалился бы добела.
Поэтому перед спуском еще до погружения в верхние слои земной атмосферы экипаж перейдет в космический планер, имеющий идеально обтекаемую форму.
В центре рисунка - примерная конструкция космического корабли для обследования Луны с птичьего полета. I - отправление корабля с искусственного спутника Земли; II - корабль превращается в искусственный спутник Луны; III - путь корабля вокруг Луны; IV - корабль улетает от Луны; V - отделение планеров от корабли при его приближении к Земле; VI - посадка на Землю космических планеров
Приблизившись к Земле, планер, чтобы снизить скорость, превышающую 11 километров в секунду, погружается в верхние слои атмосферы, а затем опять выходит из них и удаляется в безвоздушное пространство. За время пребывания в атмосфере планер частично замедлит свое движение и вынырнет из нее с меньшей скоростью. Повторив несколько раз такие вылеты за пределы атмосферы, планер постепенно значительно снизит скорость. При такой посадке обшивка планера не успевает нагреваться до высокой температуры.
По мере уменьшения скорости планера поверхность его небольших «зачаточных» крыльев становится недостаточной для планирования, и тогда вступают в действие выдвижные крылья. Постепенно планер погружается во все более плотные слои атмосферы. Спуск на поверхность Земли продолжается несколько часов. Таким образом, торможение в планирующем полете производится постепенно, благодаря чему аппарат не перегревается, и температура в кабине не поднимается слишком высоко. Когда скорость планера будет почти погашена, он приземлится.
Штернфельд А.А. «От искусственных спутников к межпланетным полетам» (1957)