Русские были более успешными в своих усилиях по исследованию Венеры, несмотря на то что первой успешной миссией в этом направлении — действительно первым аппаратом с Земли, приблизившимся к другой планете, — был американский космический корабль «Маринер-2». Он пролетел мимо Венеры в декабре 1962 года на расстоянии 34 560 км и послал информацию о температуре планеты и густых облаках, которые ее покрывали. Однако в марте 1966 года русские добились главной победы, когда космический аппарат «Венера-3», созданный в конструкторском бюро Королёва, достиг поверхности Венеры. Впервые автоматическая космическая станция соприкоснулась с другим небесным телом Солнечной системы. Запущенная на четыре дня раньше «Венеры-3» «Венера-2» пролетела мимо раскаленной, укутанной облаками планеты на расстоянии 24 000 км. В 1970 году «Венера-7» стала первой автоматической станцией, которая послала на Землю данные о поверхности другой планеты, — особенно впечатляющее достижение с учетом того, что температура поверхности Венеры равна приблизительно 500 °C. Замечательные успехи русских с аппаратами «Венера» продолжались без каких-либо помех до 70-х годов и значительно дальше, к этой серии исследований можно отнести первые фотографии, посланные с поверхности планеты Венера в 1975 году, и позднее орбитальные полеты с целью составления карты планеты. Соединенные Штаты также продолжали исследования Венеры.
Лишь небольшое число планетарных зондов, которые все были американскими, отправилось за пределы Венеры, Марса и Меркурия. При бескрайности космоса для путешествия к далеким планетам — Юпитеру, Сатурну, Урану, Нептуну и Плутону — требуются автоматические космические станции, которые способны вынести путешествия, длящиеся годами. Первым из этой выносливой когорты был «Пионер-10», запущенный в 1971 году. В декабре 1973 года он пролетел мимо Юпитера и стал первым космическим аппаратом, приблизившимся к этой далекой планете, а также установил другой рекорд, выйдя за пределы Солнечной системы. В декабре 1974 года «Пионер-11» также пролетел мимо Юпитера. Обе космические станции получили цветные фотографии облаков Юпитера. Продолжая свое поразительное космическое путешествие, «Пионер-11» прошел почти пять лет спустя, в сентябре 1979 года, мимо Сатурна, получив информацию о кольцах, окружающих эту планету.
Поближе к дому спутники Земли продолжали преобразовывать жизнь в глобальных масштабах, обеспечивая высокоточные прогнозы погоды и радио- и телевизионную связь. С помощью других спутников составлялись карты Земли и велось шпионское наблюдение за военной деятельностью Советского Союза — американского соперника в холодной войне. Из всех этих космических кораблей спутники связи имели, пожалуй, самое большое значение для жизни средних американцев.
Известный ученый и писатель Артур Кларк предсказал будущее, в котором искусственные спутники будут осуществлять связь на Земле с помощью электроники. Это пророчество он совершил в 1945 году. Он предлагал вывести на геостационарную орбиту три искусственных спутника. (Такие спутники размещаются непосредственно над экватором на высоте 35 584 км.) Они остаются над одной и той же точкой на Земле, совершая за сутки один оборот вокруг планеты. Три таких спутника могли бы «охватить» всю поверхность Земли, как утверждал Кларк, и поэтому могли бы осуществлять глобальную связь. С наступлением космической эры удалось реализовать, хотя и не сразу, концепцию Кларка. Первые спутники связи выполняли значительно менее сложные задачи. Например, в 1958 году военно-воздушные силы запустили целую ракету «Атлас», которая несла магнитофон, передававший послание президента Эйзенхауэра. За этим в 1960 году последовало «Эхо», которое представляло собой летящий по орбите шар, покрытый отражающей пленкой. Он ретранслировал радиосигналы, отражаемые от его поверхности, из одной точки Земли в другую.
Следующим важным достижением спутниковой связи был «Телстар», экспериментальный спутник, запущенный на орбиту НАСА в июле 1962 года для компании AT&T («Американский телеграф и телефон»). «Телстар» впервые успешно передавал телевизионные сигналы, поступающие из Европы в США, что невозможно осуществлять с помощью обычных телевизионных средств. Радиоволны распространяются прямолинейно, то есть, учитывая кривизну поверхности Земли, на расстояние только около 70 км от места трансляции. «Телстар» сделал международное телевидение реальностью путем усиления и ретрансляции телевизионных сигналов через Атлантику. К 1965 году компания Huges Aircraft разработала и отправила на орбиту «Раннюю пташку» (Early Burd), первый в мире коммерческий спутник связи, или «комсат», как его стали называть. «Спутник-1» «Ранняя пташка», точно так, как два десятилетия назад писал Кларк, был выведен на геостационарную орбиту. Он позволил одновременно производить сотни телефонных звонков и явился экономически выгодной альтернативой кабелю, проложенному по дну океана. Однако существовало одно интересное исключение, которое не соответствовало оригинальному предложению Кларка: сигналы, идущие от геостационарного комсата, плохо передаются в северные районы Европы. Для Советского Союза это было важной проблемой, так как большая часть его территории расположена далеко на севере. Русские разрешили эту проблему, разработав свою собственную систему комсатов «Молния», которые двигаются по сильно вытянутой эллиптической орбите, с высоты которой охватывается Северное полушарие.
С середины 60-х годов число комсатов значительно возросло вместе с их мощностью и возможностями. Они постоянно поддерживали связь, осуществляемую с помощью голоса, и передачу информации, а также передавали развлекательные программы и новости в виде телевизионных и других электронных сигналов.
Возвращение домой
Когда астронавта Уолла Ширра попросили назвать самое прекрасное из того, что он видел во время космического полета, он ответил: «Это раскрывающийся парашют». Космический корабль на орбите достиг своего рода вершины, достижения, которого добивались огромными усилиями. Однако, подобно альпинисту, достигшему вершины, космический корабль, находящийся на орбите, совершил еще только половину своего полета. «С самого начала мы четко решили, что это будет нечто вроде путешествия туда и обратно», — любил говорить Ширра. Чтобы вернуться домой с вершины или с орбиты, надо спуститься вниз, и следует тщательно обсудить маршрут спуска, так как он может оказаться таким же смертельно опасным, как и подъем.
Чтобы вернуться на Землю, космический корабль должен выйти на точную траекторию вхождения в атмосферу Земли под правильным углом. Подобно тому как реактивный самолет приземляется на короткую посадочную полосу в Андах, космический корабль не имеет права на ошибку. Выберете слишком пологий спуск — и космический корабль выйдет обратно в космос из-за кривизны атмосферы, уже не имея запаса топлива для возвращения. Слишком крутой угол — и космический аппарат разобьется, не успев погасить скорость в плотных слоях атмосферы. Чтобы приступить к благополучному возвращению, космический корабль «Аполлон» входил в атмосферу под углом 6,5° при погрешности в полградуса.
Основная проблема возвращения с орбиты в атмосферу Земли заключается прежде всего в том, как туда попасть; и сложность не столько в высоте, сколько в скорости. Если космический аппарат, находящийся на высоте орбиты в состоянии покоя, просто свободно падал бы на Землю, подобно парашютисту, то возвращение не представляло бы особых трудностей. Орбитальный космический корабль, однако, не может это сделать из-за высокой скорости, с которой он движется. Он может включить тормозные ракеты и полностью остановиться — если для этого у него будут достаточно мощные двигатели и хватит горючего. Но чтобы ускориться от покоя до орбитальной скорости в 28 000 км/ч, он получил всю мощь целой ракеты-носителя. Энергия, необходимая для торможения от такого значения скорости обратно до нуля и равная энергии разгона, должна откуда-то появиться. Еще не построен ни один космический носитель, который был бы в состоянии вывести на орбиту такой источник энергии, поэтому инженеры-ракетчики используют трение об атмосферу для замедления возвращающегося космического корабля и безопасного приземления.
Трение о воздух создает значительные тормозящие силы, но это же трение порождает огромное количество теплоты. При такой «энергичной» скорости температура носа сверхзвукового авиалайнера Конкорд достигает 350 °C, а фюзеляжа — 95 °C. Конкорд сталкивается с таким нагревом при скорости, превышающей скорость звука всего в два раза. Орбитальная скорость спутника больше скорости звука в 25 раз, значит, космический аппарат, опускающийся в атмосферу, должен выдерживать температуры трения о воздух в тысячи градусов. Создание космического корабля, защищенного от такого ужасного испытания, было серьезной проблемой и для советских, и для американских инженеров. Поскольку проблема была единой для всех землян, каждая сторона разработала незначительно отличающиеся решения.
