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.
От тройного к нулевому весу
Канд. биологических наук С. И. Лисицына.
Жизнь на Земле возникла около миллиарда лет назад. С тех пор живые существа непрерывно совершенствовались, приспосабливаясь к земным условиям. Но к условиям межпланетным не приспособлены ни люди, ни животные. Изучить эти условия, облегчить человеку межпланетный полет, избавить его от опасностей — такова задача нашей лаборатории. Нам приходилось разрешать множество проблем, но здесь расскажу только об одной — о проблеме веса.
В земных условиях вес — нечто постоянное и надежное. В Баку вы нальете в цистерну 20 тонн нефти, в Москву доставите те же 20 тонн. Гиря, которая весит один килограмм во Львове, во Владивостоке будет весить столько же. Но за пределами Земли вес становится зыбким и непрочным.
Почему это происходит? Прежде всего разберемся, что такое вес.
Повсюду во вселенной действуют силы притяжения. Солнце притягивает Землю, Земля — Луну. Все предметы, находящиеся на земной поверхности, притягиваются к центру Земли — океаны, горы, дома, поезда, мы с вами… Но мы не падаем к центру Земли, этому препятствует твердая почва у нас под ногами. Притяжение прижимает нас к почве, к полу, к стулу, на котором мы сидим. Эта прижимающая сила и есть вес.
Вес может создаваться не только земным притяжением, но и другими силами. Когда поезд трогается с места и набирает скорость, нас прижимает к спинке сидения сила инерции. На крутом повороте мы чувствуем центробежную силу. Может случиться, что эти силы окажутся больше земного притяжения в несколько раз, тогда и человек будет весить в несколько раз больше, чем обычно.
