Файл: Авдеев, Ю. Ф. Преддверие сказочного мира. (Космос, баллистика, человек).pdf

Луны относительно экватора Земли. Луна может подниматься над эква­ тором Земли или, наоборот, опус­ каться на угол до 28°. Значит, точки условного перигея будут лежать в. полосе широт относительно эквато­ ра максимум от +28° до —28°. Сле­ довательно, в этой полосе осущест­ вим баллистический спуск космиче­ ского аппарата. Именно этим объяс­ няется посадка станции «Зонд-5» в Индийском океане. А чтобы поса­ дить станцию «Зонд-6» на террито­ рии Советского Союза, необходимо было в районе положения точки ус­ ловного перигея оттолкнуться от

атмосферы и сделать громадный тысячекилометровый пры­ жок, заканчивающийся в расчетной точке. Для американских «Аполлонов» уже не возникала необходимость совершать столь грандиозные скачки и поэтому они сравнительно спокойно тормозились атмосферой, но посадку при этом производили в районе экватора Земли.

Из сказанного также становится ясным, что для обеспече­ ния посадки станции на территории Советского Союза накло­ нение плоскости орбиты возвращения должно быть близким к 90°. В этом случае расстояние между точкой условного перигея и полигоном посадки на территории СССР будет наименьшим, т. е. будет наименьшей дальность управляемого спуска.

Механик Кондратюк и проект «Аполлон»

О полетах к Луне люди мечтали давно. Вспомните «Из пушки на Луну» Жюль Верна. Или роман Герберта Уэллса «Первые люди на Луне». Воображение нашего современника Артура Кларка, автора романа «Лунная пыль», нарисовало мрачную картину условий жизни на Луне. Мечтатель Сирано де Бержерак тоже говорил о путешествии на Луну. Ему при­ надлежит одно из первых литературных произведений, где в явной форме высказана фантастическая для того времени идея освоения Луны. Но история осталась для нас не только увлекательной серией фантастических романов.

Если вы посмотрите на карту невидимой с Земли части Лу­ ны, то среди названий отдельных областей ее встретите над­ пись «кратер Кондратюка». Мало кто из землян удостоился

чести «вознести» свое имя на Луну. Среди них — механик си­ бирской краевой конторы «Союзхлеб» Юрий Васильевич Конд­ ратюк. Почему же его имя оказалось на Луне?

В 1929 году вышла в свет книга Кондратюка «Завоевание межпланетных пространств». Судьба этой книги необычна. Вот что по этому поводу рассказывает Владимир Львов. Кондра­ тюк, работавший в то время механиком на элеваторах «Союзхлеб», как истинный патриот космонавтики издал книгу на собственный счет, использовав премиальные «за изобретение нового типа ковша и самотаски». (На титульном листе так и написано: «Издание автора».) Предисловие к книге было на­ писано одним из видных деятелей отечественной техники спод­ вижником Н. Е. Жуковского и А. Н. Туполева профессором В. П. Ветчинкиным. Сейчас книга Кондратюка является боль­ шой библиографической ценностью.

С самого начала космической эры — запуска первого спут­ ника Земли — специалисты всех стран стали интересоваться всеми исследованиями, имеющимися по этому направлению во всем мире. В частности, специалисты из НАСА (вашингтонско­ го управления по космосу) 'подняли всю русскую и советскую литературу по космическим вопросам. При библиотеке конг­ ресса в Вашингтоне даже был создан специальный отдел по библиографии советских трудов по космосу под заведованием доктора Уильяма Шелтона, выпустившего немало исследова­ ний на эту тему. Когда по специальному заданию президента Кеннеди группа американских экспертов приступила к разра­ ботке проекта высадки людей на Луну (проект «Аполлон»), то она не случайно обратила внимание на книгу Кондратюка, о чем было рассказано на страницах журнал «Лайф».

«Спор, — сообщает журнал, — шел в 1961—1962 годах между двумя группами специалистов, работавшими в НАСА. Одну из них возглавлял Вернер фон Браун, другую — инженер Джон Хуболт. Вариант Хуболта предусматривал выведение корабля «Аполлон» на окололунную орбиту с последующим отделением отсека, который и должен опуститься на Луну. Фон Браун сначала не соглашался с этим вариантом, но в кон­ це концов присоединился к нему. Инженер же Хуболт «заимст­ вовал свою идею у русского автора Юрия Кондратюка, кото­ рый подробно теоретически обосновал этот вариант в книге, выпущенной в 1929 году».

Сам Джон Хуболт вспоминает: «Когда ранним мартовским утром 1968 года с взволнованно бьющимся сердцем я следил на мысе Кеннеди за стартом ракеты, уносившей корабль «Аполлон-9» по направлению к Луне, я думал в этот момент о

2 76

русском — Юрии Кондратюке, разработавшем ту самую трас­ су, по которой предстояло лететь трем нашим астронавтам».

Полет к Луне (имеется в виду 'посадка на нее и возвраще­ ние на Землю) может быть выполнен по одному из вариантов.

Первый вариант — прямой полет корабля на Луну. Косми­ ческий корабль, стартующий с Земли, совершает полет по тра­ ектории, пересекающей Луну, и в момент приближения к ней тормозится с помощью двигателя и производит мягкую посад­ ку на поверхность Луны. Для возвращения на Землю корабль стартует с поверхности Луны и без осуществления каких-либо маневров выходит на траекторию полета к Земле. Значит, со­ вершая посадку, корабль должен нести с собой запас топлива,, необходимый ему для последующего возвращения на Землю..

Второй вариант выглядит, конечно, сложнее. При подлете к. Луне корабль вначале выводится на орбиту спутника Луны, а. уж с этой орбиты отделяется специальный отсек, который са­ дится на Луну. Посадочный отсек берет с собой столько топли­ ва, сколько надо, чтобы обеспечить взлет и выход на орбиту спутника Луны. Для старта к Земле используется топливо, ко­ торое «не совершало посадку» на Луну, как это предусматри­ валось в первом варианте, а оставалось на орбите спутника Луны. В этом состоит достоинство второго варианта полета и именно его рекомендовал сибирский механик Кондратюк.

Для того чтобы возвратить на Землю командный отсек, весом 6,8 тонны, при полете по первому варианту вес ракеты на Земле (перед стартом) должен составлять 8000 тонн, а по второму — 2700 тонн, т. е. почти в три раза меньше. Эти циф­ ры подтверждают справедливость утверждений Кондратюка и становится понятным выбор схемы полета кораблей «Апол­ лон».

Луна в роли ускорителя

Ограниченная задача трех тел — Земля — Луна — косми­ ческий аппарат является наглядным источником сюрпризовдля изучающих космическую баллистику.

Ранее мы уже неоднократно касались вопроса о том, что после того, как космический аппарат «побывает» в сфере дейст­ вия Луны, его дальнейшее движение может быть самым неожи­ данным. Первоначальная траектория движения начисто ло­ мается, скорость полета, пространственное положение орбиты и форма ее после выхода из сферы действия уже ничего не име­ ют общего с первоначальными характеристиками движения. Такого рода «ломка», конечно, не является случайной, она под­ чинена строгим законам небесной механики и зависит от уело-

277

<зий входа в сферу действия Луны. Чем меньше скорость входа в сферу действия и чем ближе траектория проходит относи­ тельно Луны, тем сильнее проявляется эффект ее влияния. Од­ нако, кроме очевидного эффекта — искривления траекторий,

.Луна по отношению к космическому аппарату может высту­ пать в качественно новой роли, становясь своеобразным гене­ ратором или потребителем механической энергии. Это прояв­ ляется в том, что космический аппарат на выходе из сферы действия Луны, за исключением отдельных 'частных случаев, по отношению к Земле-будет иметь другой запас механической энергии по 'сравнению е той, с которой он входил в сферу дей­ ствия. Иначе говоря, суммы кинетической и потенциальной энергии его на входе в сферу действия Луны и на выходе из нее не будут равны между собой. Откуда же берется или куда отдается эта энергия? Несколько раньше мы уже поясняли это обстоятельство: изменение механической энергии движе­ ния космического аппарата происходит за счет соответствую­ щего увеличения или уменьшения энергии Луны. Когда энер­ гия аппарата возрастает, то на ту же самую величину умень­ шается энергия движения Луны, в результате чего Луна как бы замедляет свой бег относительно Земли.

Теперь мы можем провести качественный анализ вопроса — при каких направлениях входа космического аппарата в сферу действия Луны возрастание его геоцентрической энергии будет наибольшим?

Пусть траектория отлета от Земли выбрана так, что косми­ ческий аппарат после пересечения сферы действия Луны дви­ гается вдоль прямой, соединяющей центры Земли и Луны (рис. 91). Войдя в сферу действия в точке А со скоростью V ■{относительно Луны), он выйдет в диаметрально противопо­

ложной точке А' с точно такой же ско­ ростью (при этом предполагаем, что он

А1 не столкнулся с Луной). Поскольку скорости входа и выхода одинаковы, го кинетическая энергия космического аппарата относительно Земли останет­ ся одной л той же. В то же время изза увеличения расстояния до Земли (точка А' лежит от Земли на 132 тыс.

278

энергии космического аппарата за счет энергии Луны, необхо­ димо отлетные от Земли траектории выбирать так, чтобы дви­ жение внутри сферы действия Луны происходило по гипербо­ ле типа ВВ'. Типичный .вид таких траекторий показан на рис. 92. Наибольшему разгону соответствуют траектории, про­ ходящие близко от поверхности Луны. При сближении с Луной на восходящей ветви космический аппарат должен обходить ее против часовой стрелки, а при сближении на нисходящей вет­ ви — по часовой. Наиболее сильные разгонные траектории бу­ дут получаться в тех случаях, когда после выхода из сферы действия Луны скорость полета аппарата станет возможно ближе к направлению скорости Луны. Тогда к скорости выхода из сферы действия Луны добавится скорость движения Луны относительно Земли. Получающаяся после разгона скорость относительно Земли всегда является гиперболической, т. е. после встречи с Луной космический аппарат навсегда уходит от Земли. И этот эффект всегда будет иметь место, независи­ мо от начальной скорости полета с Земли, лишь бы соблюда­ лось указанное условие полета к Луне и облета ее. Однако ве­ личина скорости, на которую производится разгон, зависит и от начальной скорости отлета от Земли. Она достигает своего максимального значения (порядка 1,5 км/сек) при начальных, скоростях отлета, близких к минимальным. С ростом началь­ ной скорости величина доразгона убывает, поскольку Луна оказывается уже не в состоянии должным образом повернуть

279

подлетную траекторию к направлению своего движения. Космический аппарат может стартовать с Земли в любой день каждого месяца, причем траектории полета его к Луне, обеспечивающие наибольший доразгон, будут примерно одни­ ми и теми же. Поэтому скорость отлета от Луны благодаря ме­ сячному вращению ее можно получить в любом направлении, лежащем в плоскости орбиты Луны. Поскольку эта плоскость составляет небольшие углы с плоскостями орбит планет, то ускоряющее влияние Луны может быть использовано для раз­ гона космического аппарата с целью осуществления полетов к

планетам Солнечной системы.

Необходимо, однако, оговориться, что реализация разгон­ ных траекторий для дальних полетов является очень сложным делом. Как мы уже говорили, наиболее сильные разгонные :решения получаются при близком облете Луны. Повышение траектории над Луной уменьшает выигрыш в скорости. Значит, чтобы добиться максимального разгона, необходимо очень точ­ но вывести ракету на траекторию полета к Луне или, если это технически нереально, осуществлять коррекцию ее перед сбли­ жением с Луной.

В заключение отметим, что решение задачи о любом разго­ не вследствие обратимости движения всегда дает также реше­ ние задачи о таком же торможении с помощью Луны при дви­ жении по траектории, зеркально симметричной разгонной. При этом наиболее выгодной для торможения оказывается траек­ тория, получающаяся из наиболее выгодной разгонной. Траек­ тории максимального торможения могут быть использованы, например, при возвращении космического аппарата из меж­ планетного полета.

Полет к Венере

Таинственный манящий блеск Венеры мы можем наблю­ дать то вечером, то утром. В глубокой древности люди прини­ мали Венеру за две звезды: вечернюю—Веспер и утреннюю— Люцифер. Однако древнегреческому ученому Пифагору уже было известно, что в действительности это только одна звезда. Позднее этой яркой звезде присвоили имя богини любви и красоты — Венеры, как бы воплотившей в себе образ прекрас­ ной недоступной женщины. Не случайно в качестве обозначе­ ния Венеры астрономы избрали изображение ручного зерка­

ла — эмблемы женственности и красоты.

Врезультате многовековых наблюдений было установлено, что Венера движется вокруг Солнца почти по круговой орбите на среднем расстоянии от него в 108 миллионов километров,

280