Текст книги "Маленькие рассказы о большом космосе"

Автор книги: авторов Коллектив

сообщить о нарушении

Текущая страница: 15 (всего у книги 19 страниц)

«Сокол! Я Беркут!..»

Герои «Туманности Андромеды» посылали из межзвездных далей радиограмму на Землю только в положении самом отчаянном: слишком велика была затрата энергии и мало шансов на удачу.

Космическая связь – задача нелегкая. Ведь расстояние измеряется минимум сотнями тысяч и миллионами километров. Формула космической связи: «дальше – больше». Дальше расстояния – больше трудностей, технических средств, людей, обслуживающих аппаратуру связи, с помощью которой осуществляется обмен сообщениями между землянами и космонавтами.

Многими нитями-радиоканалами связаны космонавты с наземными командно-измерительными комплексами. По одним каналам идет информация о работе систем космического корабля или о самочувствии космонавтов, по другим – телевизионное изображение космонавтов, по третьим – короткие телеграфные сообщения, по четвертым – обычный «земной» телефонный разговор или радиовещательные программы с Земли. Наконец, двусторонняя радиосвязь при групповом полете.

Связь с космическим кораблем непрерывно поддерживается. Мощные передатчики посылают радиосигналы чувствительнейшим приемникам. Чтобы сигналы не затерялись в просторах вселенной, не рассеялись, тщательнейшим образом выбирается их частота. Сегодня основной диапазон частот для космической связи – несколько десятков мегагерц (миллионов колебаний в секунду). Вспомните: «Летчик-космонавт товарищ Николаев ведет свои передачи на частотах 20,006 и 143,625 мегагерц. На корабле установлен также передатчик „Сигнал“, работающий на частоте 19,995 мегагерц». Такие сигналы почти беспрепятственно проходят сквозь ионосферные слои.

В последние годы все чаще говорят об оптическом диапазоне для космической связи. Конечно, это не два фонарика, размахивая которыми можно по азбуке Морзе обменяться приветствиями или сообщить о неприятностях. Это даже не мощные прожекторы, раздвигающие космическую тьму. Речь идет об оптических квантовых генераторах, или, как их еще называют, лазерах, острых, как игла, луч которых способен пронзить расстояния в миллионы километров. Такой луч можно нагрузить сообщениями и передать их. У оптической связи, по-видимому, большое будущее.

Когда у нас, на Земле, прерывается радиосвязь, это, разумеется, неприятно, но имеется много способов восстановить ее, использовать другие радиолинии. При связи внеземной это сделать значительно труднее. К тому же, как правило, виновник прекращения связи остается неизвестным: ведь сигналы о повреждении передаются по тем же радиолиниям.

Замолчавший космолет – с человеком или без него – продолжает путь. Но быстро пропадает для тех, кто его послал.

Все больше радиоволн встряхивает космическое молчание. И мы слышим: «Внимание, я Сокол!», «Внимание, я Беркут!», «Внимание, я Чайка! Настроение отличное!»

Глава шестая

Земля в огнях, и небо слепо,

Но к звездам рвутся корабли.

Мы завоевываем небо

Для общей радости земли.

М. Дудин

Точно в квадрат

Прабабушка современных пушек – баллиста известна с незапамятных времен.

Школьники знают, что камень, брошенный под углом к горизонту, участвует сразу в двух движениях – вверх и вперед, летит по параболе. Это действительно было бы так, если бы не атмосфера.

Да еще кабы Земля была плоской. Но сопротивление воздуха резко сокращает дальность полета, как бы загибая параболу на конце: трехдюймовое орудие стреляло на 7 километров, а могло бы стрелять на 20, если бы не мешал воздух. В первую мировую войну немцы построили мощное сверхдальнобойное орудие «Большая Берта». Оно выбрасывало свой снаряд в стратосферу, и дальность резко возросла…

Поэтому создателям первых баллистических ракет было ясно: основная задача – вывести ракету за атмосферу, а уж потом разгонять ее под углом к горизонту.

Ракета поднялась за атмосферу; сейчас наклонят ее на какой-то угол к горизонту, и начнется разгон: запас горючего, а значит, и скорость, которую может дать двигатель, известны; теперь дальность полета зависит только от угла. Не всякая кривая «вывезет». Нельзя пускать ракету ни слишком круто, ни слишком полого. Есть угол, который торжественно именуется «наивыгоднейшим углом бросания». Он обеспечивает дальность наибольшую. Для ракет ближнего действия этот угол 45°.

Ученых нередко интересует обратная задача. Задают какую-то дальность, хотят потратить минимум горючего – ищут «волшебный угол». Наивыгоднейшими углами пользуются, однако, осмотрительно, особенно при запусках на большие расстояния.

Если верить математике, то в этих случаях бросать следует под углами очень малыми. Значит, и к цели головка ракеты подойдет очень полого. Но разве не ясно, что небольшие ошибки могут дать тогда значительный промах?

Точность попадания важнее всего.

С поразительной точностью выходят на цель советские ракеты. Это подтвердили испытания. При дальности полета в тысячи километров головки ракет летели точно в нужный квадрат. Не хуже камней из древней баллисты, приземлявшихся, правда, в 10 тысяч раз поближе.

Летающие лестницы

Скачет гонец. Клубится пыль под копытами. Взмыленный конь в пене. Но снова и снова в его бока вонзаются шпоры. Падает конь. Скорей на другого – и снова в путь. Версты, лошади…

Она стоит как серебристая колонна, головой упираясь в небо. Венчающий ее космический корабль – земной гонец. Ради его успеха она пожертвует собственной жизнью.

Пять. Четыре. Три. Два. Один… Старт!

Привстав на огненном столбе, ракета бросается ввысь. Вперед, быстрей и быстрей. Всю силу своих мышц – всю мощь двигателя, ярость топлива бросает она в этот стремительный рывок. Вверх!

Надолго ли хватит сил? Конец близок. Последние капли топлива исчезают в огненном чреве. Ракета все отдала. Силы покинули ее. Если бы могла, кинула бы свой блестящий корпус в пламень реактивных струй. Но… бесполезным грузом повисает он за плечами. Тянет вниз.

Только не быть обузой! И разжимаются сцепления. Первая ступень падает на Землю, которую она только что покинула. Вторая принимает эстафету. Та же участь ждет и ее. Третья… И только последняя, разогнав спутник, следует за ним по орбите.

А к Земле летят отработавшие ступени. Да, они там, в небе, отдали весь жар своей короткой жизни. И в голубой дымке им чудится призрак потомков: ракеты-носители будущего – мощные, крылатые – выводят спутник на орбиту и возвращаются на Землю на своих крыльях, способные совершить еще не один полет.

Из нескольких ступеней состоят все мощные современные ракеты. Самый простой случай, когда две ступени как бы продолжают друг друга. Это «тандем». Название, правда, не очень точное: велосипедисты, сидящие друг за другом на двухместном велосипеде – тандеме, работают одновременно, а ступени, участники «ракетного тандема», – по очереди. Можно выстроить в «колонну по одному», то есть в «затылок» друг другу, три, четыре, пять ступеней. Можно расположить начальные ступени и вокруг последней. Такую схему называют пакетом. Бывает и так, что варианты комбинируются. Например: третья и вторая ступени – «тандем», а по бокам второй – секции первой.

У каждой ступени своя работа, свой тип двигателя.

Теперь мы можем ответить на древний вопрос: «Какова должна быть лестница до неба?»

– Всего из нескольких ступенек. Летающих.

Пока ревут двигатели…

Медленно, как бы нехотя, ракета отрывается от Земли. Секунды – и, набирая все большую скорость, она уносится ввысь.

Пробиты плотные слои атмосферы, где так велико сопротивление. Сколько топлива было потрачено на эти первые десятки километров!

Миновала стратосфера. Ионосфера! Но ракета мчится дальше и дальше, развивая вторую космическую скорость. Ведь только тогда она сможет вырваться из земных объятий. Но вот, наконец, межпланетный корабль вышел в большое «плавание» и несется в просторах Космоса, приближаясь к цели.

Если бы все это время работал двигатель, не хватило бы миллионов тонн топлива. Как же быть? Можно ли долететь до цели с имеющимися запасами топлива?

Можно. На помощь приходит сама природа.

Остановится лошадь – остановится телега. Автомобиль, заглушив мотор, немного проедет по инерции и тоже остановится. Но ракета не останавливается, если выключить двигатели. И дело здесь не только в огромной скорости. Она продолжает свой путь под действием дарового двигателя – притяжения Солнца. Превысив вторую космическую скорость, ракета становится спутником нашего светила и может добраться без двигателя до Венеры, Марса. Если же ракета выводит на орбиту искусственный спутник Земли, то двигатель выключается после превышения первой космической скорости.

Отрезок пути, на котором работает двигатель, называется активным участком траектории. С момента его выключения начинается пассивный участок.

Тяжело приходится космонавту на активном участке: наваливается перегрузка. Вот как об этом вспоминает Герман Титов: «В кабину донесся грохочущий рокот, ракету затрясло мелкой дрожью, и все тело мое придавила невероятная тяжесть. Начали расти перегрузки, и я подумал, как хорошо, что мы, космонавты, много и упорно тренировались на центрифугах и вибростендах, что наши организмы приучены ко всем особенностям космического полета».

На активном участке космонавту трудно управлять ракетой, за него работают приборы. Огромна их ответственность. Малейшее отклонение – и под угрозой весь дальнейший путь. При запуске ракеты в сторону Луны ошибка в направлении скорости всего в четверть градуса даст «промах» 8,5 тысячи километров, то есть в два с половиной лунных диаметра.

Но вот отключен двигатель, перегрузка сменяется невесомостью, космонавт получает возможность двигаться, работать. Если нужно изменить траекторию движения, например перейти на другую орбиту, можно опять включить двигатель. И снова активный участок…

Ракету водят за ручку

Маленьких детей водят за ручку. Они еще не умеют ходить и спотыкаются на каждом шагу. А когда ребенок устанет, заботливые родители берут его на руки. Хорошо детям! Их учат жить и готовят к трудностям жизни.

Такие же нежные чувства проявляет человек к творениям рук своих. Люди работают на станках, водят пароходы, автомашины! И все же следить за всем очень утомительно; проще было бы, если б без участия человека варилась сталь, работали станки и мчались железнодорожные составы. Но это пока мечта. Даже самолеты до сих пор водят за «железные ручки».

Ракеты поставлены в особое положение. Их бросают в голубую высь, и они мчатся, уходя в глубины Космоса, и люди не касаются их руками, и могут ими управлять только с помощью радиосигналов.

А выходить на заданный курс, делать разворот, отделять ступени – это все вменяется в обязанности самой ракеты. Конструкторы заменили руки точными приборами-автоматами, которые и производят эти сложные операции.

Вот ракета оторвалась от пускового стола и начала подниматься вертикально вверх, чтобы поскорее прорваться сквозь плотные слои атмосферы.

Двигатели работают на полную мощность. А коварный ветер пытается сбить ракету с вертикального курса.

Борьбу с такими отклонениями ведет гироскоп. Он не изменяет положения своей оси вращения в пространстве при поворотах ракеты. При этом замыкаются контакты и включаются электромоторы. Они поворачивают газовые рули, а следовательно, возникает вращающий момент, и ракета вернется в прежнее положение.

Когда будут пробиты плотные слои атмосферы, наступит черед поворота, чтобы направить ракету по заданному курсу. Программный механизм изменяет положение оси гироскопа, происходит «мнимое» смещение оси ракеты, замыкаются контакты, и ракета поворачивается до тех пор, пока не займет нового положения, заданного программой. Автомат следит, чтобы ракета не баловалась: не вздумала выходить из заданной плоскости полета или поворачиваться вокруг своей оси.

Для того чтобы ракета достигла заданного района, необходимо, чтобы в момент включения двигателя скорость ее была вполне определенной, а значит, и время работы двигателя тоже должно быть определенным. Эту задачу выполняет интегратор, по сигналу которого выключается двигатель.

Но все же такая автоматика не совсем устраивает конструкторов. Хотелось бы, чтобы вместо всяческих электромеханических устройств на ракете стоял компактный радиоисполнитель, который по приказу с Земли производил бы все операции. И уже самая заветная мечта – создание автоматов, которые сами в полете вырабатывали бы программу и приводили ее в исполнение. Но это уже дело будущего.

А пока… Автоматика продолжает совершенствоваться. Вот как, например, впервые в истории 30 октября 1967 года произошла автоматическая стыковка «Космоса-186» и «Космоса-188». В этой паре первый спутник был активным, то есть осуществлял маневр, а второй – пассивным. Спутники запускали так, чтобы плоскости их орбит совпали и партнеры оказались в непосредственной близости. Благодаря радиозрению они нашли друг друга и, «глядя антенна в антенну», начали сближаться. Счетно-решающие устройства вырабатывали команды, управлявшие двигательной установкой «Космоса-186». Сближение происходило таким образом, чтобы линия визирования, соединявшая центры спутников, перемещалась параллельно самой себе. Спутники должны были мягко коснуться друг друга. Штанга стыковочного узла «Космоса-186» входила в захват «Космоса-188», и специальный замок соединял их. В этой заключительной фазе многократно включались и выключались двигатели малой тяги, спутник выполнял сложный танец. И автоматика не подвела, справившись с труднейшими маневрами.

Проведенная незадолго до этого в США стыковка пилотируемого корабля с искусственным спутником осуществлялась человеком, который наблюдал процесс сближения кораблей и управлял всеми маневрами.

…И вот финал автоматической стыковки. Спутники причаливают друг к другу, замыкаются электрические цепи стыковочного узла. После этого «Космос-186» и «Космос-188» в течение трех с половиной часов продолжают полет уже как единое целое, а затем, по команде с Земли, производится расстыковка.

15 апреля 1968 года автоматическая стыковка на орбите двух советских искусственных спутников была успешно повторена.

А 15 сентября 1968 года в Советском Союзе была запущена автоматическая космическая станция «Зонд-5».

После семисуточного полета по трассе Земля – Луна – Земля станция возвратилась на Землю.

Впервые в мире советский космический аппарат, облетев Луну, успешно возвратился на Землю со второй космической скоростью, совершив мягкую посадку в Индийском океане.

Это качественно новое техническое достижение. Оно связано с разрешением сложных задач автоматического управления, аэродинамики, которые встают при входе летательного аппарата в атмосферу со скоростью около 11 километров в секунду. При посадке искусственных спутников Земли начальное движение их в атмосферу не превышает 8 километров, столь большое повышение скорости потребовало резко суженных по направлению движения станции углов входа ее в атмосферу и надежного обеспечения теплозащиты от температуры в 12–13 тысяч градусов, возникающей в слое между ударной волной и поверхностью аппарата.

Чтоб не заблудиться

Плохо человеку, заблудившемуся в глухом лесу. Даже случись дорога или тропка – в какую сторону идти, как выйти к человеческому жилью? Остается лишь положиться на свои голосовые связки и международный сигнал «Ау!». Кто поопытнее, знает: надо сориентироваться по странам света, иначе говоря – точно определить север и юг. А в лесу это не так уж и трудно, даже если нет карты и простейшего из приборов – компаса.

Но с топографической картой и компасом человек знает свое место на суше. А штурману корабля в океане этого уже мало: ему нужны не только квадрант и секстант – ему еще подавай звезды ночью и солнце днем. Впрочем, это могло удовлетворить лишь древних мореходов. А сейчас, чтобы точно проложить на морской карте курс корабля и в любую минуту знать его точное местонахождение в океане, штурман пользуется и лоциями, и сложными таблицами, и радиолокацией. Да и маяков стало побольше.

А кто зажжет маяк для космического путешественника? Жители туманности Андромеды? А положение космического корабля, мчащегося с сумасшедшей скоростью, должно быть строго определенным в каждый момент времени. Чтобы изменять положение корабля в пространстве и корректировать направление его движения, разработана целая система автоматических приборов и механизмов. Ее назвали системой ориентации.

4 октября 1959 года была запущена советская автоматическая межпланетная станция, которая должна была сфотографировать обратную сторону Луны. Система ориентации была включена сигналом с Земли в тот момент, когда станция сблизилась с естественным спутником и оказалась приблизительно на прямой Солнце – Луна. Невидимая землянам часть лунной поверхности ярко освещалась Солнцем, и фотоаппараты наводились на нее путем поворота всей АМС. Система ориентации прежде всего прекратила произвольное вращение станции вокруг центра тяжести, начавшееся в момент отделения ее от последней ступени ракеты-носителя.

Потом солнечные оптические датчики подали сигнал для разворота всей АМС нижним днищем по направлению к Солнцу, и Луна оказалась перед объективами фотоаппаратов. Специальное устройство – своеобразный «видоискатель» – уточнило наводку и разрешило автоматическое фотографирование. Гироскопические датчики фиксировали положение станции, а блок логических электронных устройств и управляющих двигателей осуществлял точное выполнение всех команд автоматов. Как только фотографирование закончилось, система ориентации была автоматически выключена.

Создать надежную систему ориентации космического корабля очень трудно. Маятниковые устройства, например, в условиях невесомости непригодны. На Земле они надежно указывают направление местной вертикали. Но маятник, подвешенный на корабле-спутнике в произвольном положении, так и останется в этом положении и не укажет направления к центру Земли. Ненадежны и обычные гироскопы. При продолжительной работе они «уходят», то есть отклоняются от первоначально заданного направления.

Особенно ответственный момент – включение тормозной двигательной установки при возвращении корабля-спутника на Землю. Малейшая неточность в выполнении расчетной программы – и спутник или начнет снижаться чересчур круто, а значит, будет чересчур высок нагрев его корпуса в плотных слоях атмосферы, или же вместо снижения он поднимается на более высокую орбиту, а запас топлива для торможения будет израсходован. Чтобы этого не случилось, автоматика должна обеспечить точную ориентацию корабля.

В полетах советских космонавтов одна из осей корабля-спутника ориентировалась на Солнце. Сигналы оптических и гироскопических датчиков преобразовывались в электронном блоке в команды системе управления. Корабль автоматически разворачивался и удерживался в нужном положении с большей точностью. Включение системы ориентации и тормозной двигательной установки производилось по сигналам электронным программным устройством.

В кабине космонавта находится удивительный прибор – небольшой глобус. На нем космонавт видит в любое время положение корабля относительно Земли. Он также необходим и для выбора момента включения тормозного двигателя с целью посадки в заданном районе в случае применения для спуска на Землю ручной системы управления.

В общем не заблудится!

Волчок знает дорогу

На Земле, чтобы не заблудиться, нужно выяснить, где север или юг. А вот в Космосе нужно еще знать, где «верх» и «низ». Ведь там нет силы тяжести, и, летая вниз головой, вы даже этого не почувствуете.

Космические расстояния огромны. «Попасть» в планету ракетой так же трудно, как из ружья – в горошину с километрового расстояния. В полете необходимо очень точно ориентировать корабль, например двигателями или антеннами к Солнцу.

На помощь приходят чувствительные гироскопические приборы. Сердце им заменяет быстро вращающийся маховичок в кардановом подвесе. Кардан устроен так, что корпус прибора можно поворачивать как угодно, не влияя на маховичок. Быстро вращаясь, он обладает одним замечательным свойством: ось вращения его стремится сохранить постоянное положение в пространстве. Нечто подобное происходит с детской юлой: попробуй свали ее, когда она вращается! Вращающийся волчок строптив: он активно сопротивляется резким толчкам, поворачивающим ось.

Гироскопы-волчки бывают весом от нескольких граммов до нескольких тонн (например, для устранения качки кораблей). Есть и естественные волчки – земной шар и… электрон!

Космонавту трудно управлять ракетой при больших скоростях. Как и летчику, если на помощь не приходит автопилот. Это сложный прибор, чутко отзывающийся на всякое отклонение от заданного направления полета. Воздушная яма – и самолет пошел вниз либо уклонился в сторону. «Органы чувств» автопилота немедленно заметят это и пошлют сигналы-команды рулям. Рули отклоняются, и машина возвратится в прежнее положение. Автопилот освобождает летчика от необходимости непрерывно следить за курсом и высотой, а механизм – от нагрузок при ручном управлении.

Один из основных гироскопических приборов – гирокомпас. Он состоит из гироскопа, ось которого благодаря особым устройствам остается параллельной географическому меридиану Земли. Стрелка связана с подвесом гироскопа. Следя за нею, летчик ведет машину по заданному курсу. Гирокомпас можно ориентировать, например, относительно Солнца.

Гироскопы – очень точные приборы. Так, гироскоп, плавающий в жидкости на поплавке, может определить угловую скорость, с какой Земля вращается вокруг Солнца.

Массивный вращающийся маховик-гироскоп обладает и еще одним качеством: разогнанный до очень больших оборотов, он может служить аккумулятором энергии.