Искусственный спутник Земли - Феликс Юрьевич Зигель Страница 10

На движение искусственного спутника Земли, пусть в ничтожной степени, но все же будет влиять сопротивление атмосферы. Удары молекул воздуха о поверхность спутника постепенно уменьшат его первоначальную скорость, и рано или поздно спутник упадет на Землю. Проникнув в нижние, более плотные слои атмосферы, спутник уподобится метеориту. Он раскалится до высокой температуры, оплавится, частично разрушится и, в конце концов, наблюдатели увидят пролетающий по небу искусственный метеорит.

Таким образом, благодаря сопротивлению воздуха, орбита спутника не останется круговой. Грубо говоря, она станет похожей на спираль довольно сложной формы. Изучение скорости движения спутника в каждой точке его пути, точное определение формы этого пути позволит выяснить характер сопротивления атмосферы на разных высотах, которое в свою очередь зависит от плотности воздуха, его температуры и других факторов. В этом — второй цикл научных проблем, решению которых поможет спутник.

Наконец, для межпланетных перелетов, для создания крупных заатмосферных станций очень важно выяснить, насколько часто встречаются в мировом пространстве небесные камни — метеориты. Столкновение межпланетного корабля с крупным метеоритом весом в десятки или сотни килограммов, не говоря о более крупных, может оказаться катастрофическим, Меньшие по массе метеориты способны нанести серьезные повреждения космическому кораблю.

Изучение метеоритной опасности в безвоздушном пространстве — одна из главных задач, которую хотя бы отчасти должны решить первые «разведочные» спутники Земли. Кое-что в данном вопросе может выяснить и простейший из спутников.

Не исключена возможность прямого попадания метеорита в спутник — в этом случае очень интересно изучить результат столкновения. Чем мельче метеориты, тем в бóльшем количестве встречаются они в мировом пространстве, тем вероятнее столкновения с ними.

Может быть на спутнике-шаре, упавшем на Землю, сохранятся не только следы его поединка с атмосферой, но и углубления, вызванные ударами мелких метеоритов. Их изучение представит значительный научный интерес.

Между прочим, исследования подобного рода ведутся уже и сейчас. Так, например, в 1953 году в США с помощью стратосферных ракет, поднимавшихся на высоту от 40 до 140 километров, было зарегистрировано 66 попаданий мелких микрометеоритов за 144 секунды. В среднем на каждый квадратный метр поверхности ракеты за секунду пришлось около 5 столкновений. При некоторых опытах удалось даже (правда с помощью микроскопов) обнаружить на металле крошечные ямочки, образованные микрометеоритами.

Чтобы следить за движением спутника, надо его видеть. Спутник, не обладая собственным свечением, будет, подобно Луне, отражать падающие на него солнечные лучи. Расчеты показывают, что шар поперечником в 1 м, отражающий свет как Луна, будет с расстояния в 900 км казаться звездочкой 7-й звездной величины, а с расстояния 200 км — звездочкой 3-й величины. Напомним для сравнения, что блеск самых слабых из звезд, доступных невооруженному глазу, равен 6-й звездной величине, а наиболее слабые звезды, зафиксированные с помощью крупнейших современных телескопов на фотопластинке, имеют блеск 23-й звездной величины.

Таким образом, некоторые из спутников удастся увидеть не только в телескоп, но и невооруженным глазом. Правда, видны они будут не всегда. Как известно, Земля отбрасывает в мировое пространство огромный конус тени. На расстоянии 200 км от поверхности Земли поперечник конуса близок к 13 000 км. Когда спутник попадет в тень Земли, он станет невидимым — произойдет затмение спутника, аналогичное лунному затмению.

Только на фоне утренних или вечерних зорь спутник будет доступен наблюдателю. Измерительные круги, которыми снабжены телескопы, позволят точно фиксировать положение спутника в пространстве.

Вполне возможно, что уже первые спутники Земли будут снабжены автоматическими приборами, но поскольку приборы боятся резких сотрясений, придется использовать иную систему запуска такого спутника. Не снаряд, выстреливаемый из ракеты, а третья, последняя ступень трехступенчатой ракеты — таков, по-видимому, наилучший вариант запуска подобного спутника (рис. 18).

Рис. 18. Спутник с автоматическими действующими приборами.

Преимущества рассматриваемого проекта очевидны. В отличие от спутника-снаряда, спутник-ракета постепенно наберет нужную круговую скорость, а потому ускорения спутника не будут чрезмерными. Это сохранит главную часть спутника — приборы. Разумеется, по достижении требуемой круговой скорости ракетный двигатель автоматически остановится и спутник начнет облет земного шара под действием единственной силы — собственного веса.

Какие же приборы поместят внутрь спутника и что они должны регистрировать?

Снаряжение первых спутников Земли будет, вероятно, во многом напоминать оборудование современных ракет, предназначенных для исследования атмосферы. Его можно разделить на следующие основные группы:

1. измерители температуры,

2. приборы для взятия проб воздуха,

3. измерители атмосферного движения,

4. спектрограф для фотографирования солнечного спектра,

5. счетчик космических лучей,

6. киносъемочный аппарат,

7. радиоаппаратура.

Рассмотрим принцип действия каждого из приборов и оценим возможность их применения на искусственном спутнике Земли.

Измерение температуры воздуха на быстро летящей ракете — сложное дело. Обычные термометры для этой цели непригодны, так как разреженный воздух больших высот не успеет их нагреть. Измерителями температуры должны быть приборы, очень быстро реагирующие на ее изменения. Такие приборы изобретены — они называются термисторами. В них используются вещества, электрическое сопротивление которых очень быстро меняется с изменением температуры. С помощью термисторов можно практически мгновенно обнаружить изменения температуры на тысячные доли градуса! Для стремительно летящих стратосферных ракет применение термисторов в качестве измерителей температур неизбежно.

Иная обстановка сложится на спутнике.

Обращаясь вокруг Земли по круговой орбите и практически за границами земной атмосферы, спутник будет находиться в условиях сравнительно постоянного теплового режима. На «дневном» участке своего пути он обогревается лучами Солнца. Попадая же в тень Земли, спутник при этом подвергается значительному охлаждению. Чередование нагрева и охлаждения спутника станет регулярно повторяющимся явлением.

Температура есть степень нагрева какого-нибудь тела, есть мера энергии движения составляющих его элементарных частиц (молекул, атомов). Какую же температуру будут измерять приборы спутника?

Вокруг спутника — безвоздушное пространство. Воздуха на высотах в сотни километров так мало, что измерить его температуру невозможно.

Представляет несомненный научный интерес измерение нагрева самого спутника, отдельных его частей и материалов. В данном случае измерителями температуры, кроме описанных выше приборов, могут стать термоэлементы. Принцип их действия очень прост.

Представьте себе два спая из различных металлов, например, цинка и меди. Пусть спаи соединены последовательно и в цепь включен электроизмерительный прибор — чувствительный гальванометр.

Если один из спаев нагреть, а другой оставить холодным, в цепи возникнет электрический ток, который заставит отклониться стрелку гальванометра. По силе тока можно вычислить температуру спая, а в некоторых случаях и температуру источника нагревания.

Термоэлементы нашли себе широкое применение в астрономии. Современные астрономические термоэлементы, объединенные в батарею — «термопару», способны обнаружить тепло от свечки, удаленной на расстояние в 300 км! Точность измерения этих удивительных приборов составляет миллионные доли