Также гравитацию сейчас используют для геологических исследований. Разные точки на Земле имеют разную гравитацию. В силу этого спутники меняют свою орбиту, пусть и ненамного. Так что космические аппараты летают не совсем по кругу или эллипсу. Когда спутник летит над залежами тяжелых пород, например металлической руды, он слегка приближается к Земле, и наоборот, когда пролетает над пустотами, удаляется от нее. Для Луны этот эффект также оказался очень заметным и важным. Советская межпланетная станция «Луна-10», первый искусственный спутник Луны, за один оборот отклонялась на полкилометра от рассчитанной траектории. Правда, эта ошибка в расчетах сильно на миссии не сказалась, а как раз позволила открыть необычную особенность – гравитационную неоднородность ночного светила. Позже регионы с повышенной или пониженной силой притяжения стали называть масконами.
Карта гравитационных аномалий Луны. NASA
Американским астронавтам миссии «Аполлон-11» этот эффект немало потрепал нервы. Знаменитый «Орел» с Нилом Армстронгом и Баззом Олдрином смог прилуниться только в 6 км от предполагаемого безопасного места посадки. Астронавты заметно отклонились от плановой траектории, да еще возникли проблемы с компьютером. Удалось сесть буквально на последних 5 % выделенного для этого топлива. Во второй миссии такой опыт учли, и точность посадки составляла уже около 160 м. Так как Луна очень неоднородна, то и впоследствии случались ошибки в расчетах, хотя инженерам была известна суть проблемы. Например, американский спутник Луны PFS-2 должен был проработать полтора года, но из-за масконов упал уже на 35-й день.
Для расчета околоземных орбит куда более важно учитывать неравномерность распределения массы не в планете, а в спутнике, как искусственном, так и естественном. С Луной, например, уже произошло следующее: она теперь повернута к нашей планете одной стороной. Правда, тут еще играют роль приливы, которые Земля вызывает у своей спутницы. Известно, что Луна образует своим притяжением водяной горб на поверхности нашей планеты. Однако приливное взаимодействие работает и в другую сторону. Гравитация Земли тоже образует на Луне горб, причем из-за большей массы и эффект сильнее. Правда, воды на естественном спутнике нет, но силы было достаточно, чтобы вытянуть всю Луну (в те времена, когда она была молодая и пластичная). Образовавшийся горб на естественном спутнике имеет свое притяжение, и на него тоже действует гравитация Земли. Из-за этой деформации Луна начала замедляться. Этот процесс шел, пока Луна не оказалась повернута одной стороной к Земле.
Такие же проблемы не раз возникали и у ракет. Так, если космический аппарат был плохо сбалансирован, то он начинал вращаться. Земля сильнее притягивала к себе его более тяжелую часть. Жидкое топливо в силу различных причин перемещалось в баке. Это приводило к потере баланса и перевороту ракеты-носителя. Так, например, было при втором пуске ракеты-носителя Р-16 в 1960 году. В результате ее вторая ступень потеряла управление и улетела в сторону Китая. Для решения подобной проблемы сейчас повсеместно применяются механические демпферы колебаний жидкости.
Нечто похожее было на орбите у первого американского спутника «Эксплорер-1». Он имел вытянутую форму, напоминающую карандаш, и был снабжен четырьмя гибкими штыревыми антеннами. Вроде никакой жидкости внутри нет и центр масс сбалансирован. Тем не менее «Эксплорер-1» начал кувыркаться. Дело в том, что антенны были гибкие, и при раскрытии они начали по инерции качаться и менять положение космического аппарата. Аналогичное явление наблюдалось в 1967 году при запуске спутника «Космос-142», у которого было пять длинных гибких антенн.
Американский исследовательский астрономический инструмент Spartan-207 представлял собой надувную антенну. Он был запущен астронавтами с борта шаттла «Индевор». Сразу после того как спутник начал автономную работу, надувная часть аппарата стала растягиваться и наполняться газом. Из-за изменения формы центр масс сместился. Началось вращение, правда, со временем гравитация его остановила. Сегодня используется специальная стабилизация с помощью силы тяжести, но только на спутниках, которые должны быть ориентированы на Землю. У них есть небольшой груз на выдвижной штанге, благодаря которому более тяжелая часть аппарата разворачивается к планете.
Если спутники и приборы всегда чувствуют гравитацию, то люди в состоянии невесомости – нет. Вес и масса – разные понятия, пусть для обычного человека на Земле они проявляются одинаково. Масса в космосе никуда не пропадает, все предметы по-прежнему притягиваются друг к другу и к Земле. Вес же – это сила, действующая на опору, а так как в космосе опор нет, то и веса нет.
Без опоры сложно понять, где вверх, а где низ, где север, а где юг. Ориентиры в космосе есть – Земля, Солнце, звезды, но они могут быть от человека с любой стороны. Что-то похожее бывает в воде. Человек может плыть и горизонтально, и вертикально. Во время попытки первой в СССР стыковки у космонавта Георгия Берегового возникла связанная с этим серьезная проблема. Ему предстояло совершить стыковку корабля «Союз-3» с беспилотным кораблем «Союз-2». Оба аппарата зашли в тень Земли, и космонавт приступил к сближению. Соединение должно осуществляться при одинаковом положении аппаратов, при котором замки механизма захвата и стягивания могли бы попасть в соответствующие пазы. У стыковочной системы есть две антенны, которые помогают определять курс и положение кораблей. Для автоматического соединения нужно, чтобы антенны одного корабля были направлены к антеннам второго. Если есть отклонения, то включаются двигатели для поворота. Георгий Береговой управлял своим «Союзом» вручную и не заметил, что его корабль перевернут относительно другого. На автоматическом «Союзе» система это заметила, но вместо того, чтобы развернуться вниз, вращаясь по ходу движения, «Союз-2» повернулся поперек. Его стыковочный механизм отвернулся от корабля Берегового. Когда же оба аппарата вышли из тени на свет, космонавт заметил свою ошибку, но было уже поздно. Топлива для маневров не осталось. После этого всем космонавтам предписано было стыковаться только на дневной, освещенной стороне орбиты.
Глава 2
Температура
– Товарищи солдаты! Перед вами новый, секретный образец танка. Его броня способна выдержать температуру от –500 до +500 градусов по Цельсию…
– Товарищ майор! Температуры ниже –273 градусов по Цельсию не бывает! Ученые не знают таких температур!
– Повторяю: танк СЕКРЕТНЫЙ! Ученые могут и не знать!
Анекдот
В космосе холодно – чаще всего люди думают именно так, но это неверно. Температура – мера средней энергии движения молекул вещества, так что в космосе ее быть не может. Энергию в безвоздушном пространстве невозможно измерить, так как атомов и молекул там почти нет. Однако у космического аппарата в полете температура будет, и определяется она по энергии излучения. Солнце излучает свет, а все предметы в космосе поглощают его и при этом нагреваются. И, конечно, все предметы, которые имеют температуру, тоже светятся в разных диапазонах спектра, отдают энергию и остывают.
Ошибки, связанные с неверными расчетами температуры, появились уже при запуске второго спутника, на борту которого находилась первая пассажирка – собачка по кличке Лайка. Многие знают эту трагическую историю и считают, что сам полет в принципе являлся большой ошибкой. Спутник не был оборудован никакими системами посадки, даже не было парашюта. Лайка была обречена с самого начала. Были в полете и незапланированные технические проблемы. Предполагалось, что собака проживет в космосе десять дней, и в течение этого времени ученые будут следить за изменениями в организме в условиях невесомости. Однако температура в кабине стала медленно нарастать, и уже на седьмом часу полета Лайка погибла.
