Но не одни только баллоны с жидким кислородом будут поставщиками этого «эликсира жизни» на спутнике. Циолковский не только выдвинул идею, но и произвел расчеты оранжерей, растения которых способны поглощать выделяемую обитателями спутника углекислоту и вырабатывать с помощью хлоро-филльных зерен зеленых листьев живительный кислород*. Чудесное содружество растительного и животного мира, перенесенное с Земли на спутник, не только обеспечит его обитателей свежим воздухом, снабдит их овощами и фруктами, но украсит спутник вечно цветущим садом, заполнит вазы в жилых помещениях пассажиров цветами.
 

Отсутствие воздуха вне спутника позволит его обитателям совершать, при желании, небольшие экскурсии в мировое пространство. Для этого они должны будут надеть специальные межпланетные костюмы, внешне похожие на водолазные скафандры, но гораздо более сложно устроенные**.
 

Так может выглядеть межпланетный скафандр.

Ткань этих костюмов должна быть достаточно прочной, чтобы выдержать удары хотя бы крохотных небесных камней, а также внутреннее давление в костюме, которое будет создаваться установкой кондиционирования воздуха. Ткань костюма должна защищать также от вредного действия различных излучений, пронизывающих мировое пространство. Возможно, что целесообразно будет изготовить межпланетные скафандры из металла с гибкими «гармошками» во всех сочленениях. Через люк-тамбур, служащий своеобразным шлюзом, пассажиры спутника выберутся наружу, превратившись в самостоятельных спутников Земли. Только там, вне стенок спутника, могут быть осуществлены многие ценные научные наблюдения. Да и вообще такая возможность погулять вне спутника окажется ценной во многих случаях, когда нужно произвести ремонт снаружи, установить новое оборудование на внешней поверхности спутника, при ведении строительных работ во время его сооружения и т. д. Поэтому громоздкий костюм астронавтов должен обеспечивать подвижность рук, ног и даже пальцев.

Каждый экскурсант будет снабжен разнообразным оборудованием, необходимым для пребывания вне спутника в течение нескольких часов. Небольшой баллон с кислородом; сухая батарея для питания крохотной приемо-передающей радиотелефонной станции и фары наружного освещения, которая может оказаться полезной при необходимости осмотра не освещенной Солнцем поверхности спутника; пневматический пистолет, конечно не для охоты на космических зайцев, а для передвижения вдали от спутника с использованием отдачи при выстреле из этого пистолета – вот примерное оборудование каждого «пловца» в мировом пространстве. Тяжеловато? Нет, конечно, ибо все, что находится на спутнике, в том числе и летящие рядом с ним в мировом пространстве и как бы связанные со спутником невидимыми нитями экскурсанты, ничего не весят.

Но эта невесомость, удобная в данном случае, представляет собой, пожалуй, наиболее неприятную особенность жизни на спутнике.

Что же это значит: «ничего не весит»? Разве пассажиры спутника и все предметы на нем перестают притягиваться Землей? Нет, конечно, они притягиваются попрежнему, и только на высотах, во много раз больших, сила притяжения становится существенно меньшей. Здесь дело совсем в другом.

В чем проявляется на Земле наш вес? В том, что опора, на которой мы находимся – пол, стул, почва и т. д., – мешает нам падать к центру Земли, в котором мы обязательно очутились бы под действием силы тяготения, если бы у нас не было опоры. Сила давления, которое мы оказываем на опору, и есть наш вес. Если угодно, эту силу можно измерить: для этого достаточно подложить под опору мощную пружину. Под действием нашего веса пружина сожмется, в если мы знаем, какая сила нужна для такого сжатия, то тем самым узнаем и наш вес.
 

Прибор, позволяющий судить об ускорении космического корабля и о том, сколько весят его пассажиры. Этот прибор называется акселерометром - "измерителем ускорений". Слева - корабль неподвижен или движется с постоянной скоростью. Стрелка акселерометра показывает 1, вес пассажиров обычный. В середине - корабль взлетает, его скорость непрерывно увеличивается. Стрелка акселерометра показывает 4, это значит, что пассажиры весят в 4 раза больше обычного. Справа - корабль летит с остановленным двигателем, следовательно свободно падает на Землю. Кольцо акселерометра, а значит, и пассажиры корабля, ничего не весят. Стрелка показывает 0.

Уберем опору из-под наших ног – и мы сейчас же начнем падать к центру Земли. Мы будем падать все быстрее и быстрее; скорость нашего падения будет стремительно расти – каждую секунду она будет увеличиваться почти на 10 метров в секунду, если не учитывать сопротивления воздуха. Это и есть ускорение свободного падения. Что же произойдет с пружиной, если мы вместе с опорой действительно окажемся в состоянии свободного падения, то-есть будем свободно, без каких бы то ни было помех, падать к центру Земли? Очевидно, что пружина не будет более сжата, так как опора уже не препятствует нам падать.

А может ли пружина сжаться сильнее, чем вначале, можем ли мы весить больше, чем обычно? Очевидно, да, только для этого мы должны вместе с опорой «падать вверх», должны удаляться от центра Земли со все растущей скоростью. Так будет, например, при взлете межпланетного корабля (вспомните пушку Жюля Верна).

Выходит, что по сжатию пружины мы можем судить о величине и направлении ускорения нашего движения, а это часто бывает очень необходимо, и вовсе не только в астронавтике. На этом принципе устроен очень важный прибор – акселерометр, измеритель ускорений. Без этого прибора не тронется в путь ни один межпланетный корабль. В акселерометре массивное кольцо скользит по гладкому штифту, опираясь на пружину. С кольцом связана стрелка, указывающая степень сжатия пружины и, следовательно, величину ускорения движения акселерометра.

Вот наш акселерометр установлен на ракете. Сначала ракета стоит неподвижно на Земле – стрелка показывает на единицу. Это значит, что на пружину акселерометра действует только обычный вес кольца. Теперь ракета взлетает – пружина сжата, и стрелка показывает уже не 1, а, допустим, 4. Это значит, что ускорение взлетающей ракеты в 4 раза больше ускорения свободного падения, вес кольца в 4 раза превышает обычный***. Но вот двигатель ракеты остановился, и она сейчас же начала свободно падать на Землю (конечно, при этом вначале она будет продолжать двигаться вверх за счет накопленной скорости, затем на мгновение остановится и потом начнет движение вниз, к Земле) – стрелка акселерометра показывает на нуль; теперь пружина уже вовсе не сжата, кольцо ничего не весит.
 

Поэтому, например, если стрелка акселерометра показывает в полете 1, то это значит, что ракета просто неподвижно висит в воздухе. Об этом влиянии земного притяжения подробнее рассказывается в главе 16.

То же самое происходит и на спутнике, ибо и он со всем содержимым свободно падает на Землю – все, как говорил Циолковский, увлекается на спутнике одним потоком. На таком спутнике все невесомо. Это делает жизнь на нем не только очень необычной, но, надо признаться, и малоприятной. Вероятно (как об этом будет сказано ниже, в главе 20, специально посвященной этому важнейшему для всей проблемы межпланетных сообщений вопросу), человек не сможет находиться долгое время в этих условиях невесомости, и потому придется принимать меры для создания искусственной тяжести на спутнике.

Из-за отсутствия веса на спутнике исчезнет представление о том, где верх и где низ, столь привычное для жителей Земли. Для того чтобы все-таки ходить на ногах, а не на голове, может быть придется снабжать подошвы ботинок сильными магнитными подковками. Впрочем, понятие «ходить» в этих условиях тоже наполняется необычным смыслом. Мы можем передвигаться по Земле благодаря наличию трения между подошвами и почвой, но это трение возникает только потому, что нас прижимает к почве наш вес. Если нет веса, то нет и трения, и обычное хождение будет невозможным. Вероятно, стены кают и коридоров на спутнике придется снабдить множеством ручек и петель, чтобы люди могли передвигаться с их помощью. Эти стены, а также пол и потолок (впрочем, это разделение становится в данном случае весьма условным) придется покрыть толстым слоем мягкой обивки, иначе неосторожные движения обитателей спутника, которые способны унести их в самом неожиданном направлении, могут закончиться для них ссадинами и ушибами.

У нас на Земле сила тяжести осуществляет непрерывное тепловое перемешивание атмосферы. Если не предусмотреть на спутнике хитроумной вентиляции всех помещений, то люди будут задыхаться в продуктах своего собственного дыхания, мучиться от жары, «закутанные» в неподвижный слой нагретого их телом воздуха, а спичка или папироса погаснут из-за отсутствия кислорода.

Чтобы напиться, нужно будет воспользоваться специальными трубками, через которые можно будет высасывать жидкость, или упругими баллончиками, напоминающими резиновые груши, из которых ее можно будет выталкивать прямо в рот. Ведь из опрокинутого графина вода не выльется в подставленный стакан, а если ее все-таки вытряхнуть туда, то она не заполнит его, как мы к этому привыкли на Земле, а расползется слоем по его стенкам или же соберется под действием поверхностного натяжения в шар. Неосторожное движение – и различных размеров шарики воды, супа или какао начнут передвигаться внутри кабины по всевозможным направлениям.

Впрочем, на спутнике будет, вероятно, искусственно создана «тяжесть», и его обитатели будут избавлены от этих «экзотических» переживаний.

В настоящее время уже предложены и разработаны многочисленные конструкции искусственных спутников Земли. Вероятно, в будущем будут созданы спутники самого различного назначения.

Наиболее простыми будут автоматические спутники, без людей, в вечном безмолвии совершающие свои бесконечные кольцевые рейсы вокруг Земли. Именно такие спутники первыми выйдут на космические трассы, обновляя их «по первопутку». С помощью этих орбитальных космических ракет можно будет отработать процедуру их запуска и наблюдения за полетом, проверить и наладить радиосвязь с такими ракетами. На этих ракетах будет проверена защита от многих опасностей, с которыми связано пребывание в мировом пространстве, будет выявлено действие встреч с метеоритами, воздействие космического и всякого другого излучения на конструкционные материалы ракеты, температурный режим оболочки ракеты и многие другие вопросы первостепенной важности. Все необходимые показания приборов будут передаваться на Землю по радио.

Затем будут осуществлены и опытные посадки на Землю таких управляемых по радио автоматических спутников, снабженных крыльями, которые могут быть сделаны также выдвижными. Запуск и остановка двигателей этих ракет будут осуществляться либо автоматически, либо по команде с Земли.

Но, кроме экспериментальных автоматических спутников, с которых начнется освоение мирового пространства, и в дальнейшем, когда вокруг Земли будут обращаться многие спутники, заселенные людьми, автоматические спутники найдут широкое применение. Именно такие спутники будут, вероятно, служить космическими топливохранилищами, прожекторами для освещения городов, ретранслирующими станциями радио- и телепередач. И только время от времени работники отдела путевого хозяйства службы межпланетных сообщений будут посещать их на своих быстроходных космических кораблях с надписью на борту «Служебный» и осматривать все эти искусственные космические тела, созданные человеком и поставленные им себе на службу.

Как правило, высоту орбиты спутника будет целесообразно избирать так, чтобы в течение суток спутник для удобства наблюдений совершал целое число полных оборотов вокруг Земли. Так, например, при высоте 557 километров спутник облетит вокруг Земли 16 раз, пока Земля совершит один оборот вокруг своей оси (полуторачасовая орбита); при высоте 1669 километров – 12 раз (двухчасовая орбита) и т. д.

Для запуска простейших орбитальных ракет достаточен ракетный поезд из трех или четырех ступеней, с двигателями, работающими на обычных, известных уже сейчас топливах. Создание таких поездов вполне возможно при современном уровне развития реактивной техники, в частности, в этом отношении приемлемы и уже достигнутые величины относительного запаса топлива на ракете, характеризующего уровень ее конструктивного совершенства.

Для того чтобы ракета, стоящая на Земле, превратилась в искусственный спутник, необходимо, очевидно, затратить какую-то энергию. Эта энергия будет израсходована на то, чтобы поднять ракету на высоту ее орбиты, сообщить ей нужную круговую скорость по орбите, пробить «панцырь» атмосферы, то-есть преодолеть сопротивление воздуха, возместить различные другие потери энергии, неизбежные в таком полете. Необходимая для всех этих целей энергия должна быть заключена в топливе, запасенном на ракете. Какова же должна быть величина этой энергии?

Если бы ракета летела в свободном пространстве, где нет ни воздуха, ни силы тяжести, то вся энергия топлива, запасенного на ракете, расходовалась бы только на разгон ракеты, на увеличение скорости ее полета. В таком случае конечная скорость ракеты была бы, очевидно, гораздо большей, чем скорость ракеты, взлетающей с Земли. Неудивительно, что эту скорость часто называют идеальной, чтобы показать, что в действительности достичь ее нельзя.

Обычно в астронавтике запас топлива на ракете, необходимый для совершения какого-нибудь межпланетного полета, оценивают именно величиной идеальной скорости. Чем сложнее и труднее полет, нем больше энергии нужно затратить на его осуществление, тем больше топлива нужно запасти на ракете, и, значит, тем больше должна быть идеальная скорость ракеты.

Если ракета должна стать искусственным спутником Земли, то величина необходимой идеальной скорости ракеты будет зависеть главным образом от высоты ее орбиты над Землей. Расчеты показывают, что эта скорость растет от 8 до примерно 13 километров в секунду, когда высота орбиты растет от нуля до 35 тысяч километров.

Методы, которыми можно воспользоваться для достижения необходимой скорости, известны, они определяются формулой Циолковского, – это увеличение скорости истечения газов из жидкостного ракетного двигателя ракеты и увеличение относительного запаса топлива на ракете.

Вспомните еще раз дальнюю ракету, описанную в главе 6. Отношение взлетной и конечной масс этой ракеты равно 3,25, а скорость истечения – примерно 2100 метров в секунду. Формула Циолковского показывает, что ракета, которая могла бы стать спутником, обращающимся вокруг Земли на высоте до 500 километров, должна иметь при указанном отношении масс скорость истечения газов порядка 7000 метров в секунду, что недостижимо для современной реактивной техники При сохранении величины скорости истечения, равной 2100 метров в секунду, соотношение масс должно равняться примерно 60 что может быть, хоть и не без труда, осуществлено с помощью трех- или четырехступенчатой ракеты.

Полет такой ракеты на орбиту будет, вероятно, похожим на полет упомянутой дальней ракеты. Ракета взлетит вертикально; затем на некоторой высоте начнется полет под углом к горизонту, пока не будет достигнута скорость, достаточная для того, чтобы при дальнейшем полете ракеты с выключенным двигателем была достигнута заданная орбитальная высота. После этого двигатель снова включается, чтобы скорость ракеты в полете по орбите стала круговой. Таким образом, двигатель в этом случае работает в течение короткого времени, но дважды – в начале и в конце пути****.
 

Траектория полета орбитальной ракеты.

Чтобы использовать скорость, которую Земля имеет в своем вращении вокруг оси, полет спутника по орбите должен осуществляться в том же направлении, что и вращение Земли, то-есть с запада на восток. Максимальный выигрыш в скорости может быть при этом получен на экваторе и равен примерно 465 метрам в секунду. Чем больше географическая широта точки взлета ракеты, тем этот выигрыш меньше. Полет в противоположном направлении настолько же увеличивает необходимую идеальную скорость. При взлете с полюса направление полета, конечно, вообще не сказывается на величине идеальной скорости.

Создание орбитальных ракет-спутников минимального размера уже в настоящее время не только вполне возможно, но и не связано с какими-либо особенными трудностями. В простейшем случае на такой ракете должны быть установлены лишь приборы, необходимые для управления ее полетом; полезная нагрузка ракеты в этом случае равна нулю.

По одному из проектов с помощью трехступенчатой ракеты общим весом при взлете 17 тонн***** можно создать искусственный спутник длиной 3 метра, диаметром 0,5 метра и весом 70 килограммов, который будет обращаться вокруг Земли по орбите на высоте 800 километров. Можно создать спутники еще меньшего размера. Так, по сообщению Национальной Академии наук США, в течение международного геофизического года, который будет продолжаться с июля 1957 по декабрь 1958 года, будут предприняты попытки запуска автоматических искусственных спутников величиной всего с баскетбольный мяч. На них предполагается установить приборы для наблюдения за явлениями в земной атмосфере и во вселенной.
 

Эти спутники должны обращаться вокруг Земли в течение нескольких дней на высоте 350–500 километров со скоростью примерно 30 тысяч километров в час.

Академик Л. И. Седов, председатель Междуведомственной комиссии Академии наук СССР по координации исследовательских работ в области межпланетных сообщений, подчеркнул, что, с технической точки зрения, возможно создание спутника больших размеров, чем это указывается в сообщении Академии наук США, и отметил, что осуществления советского проекта можно ждать в сравнительно недалеком будущем******.
 

Интересно, насколько усложняет задачу наличие хотя бы незначительной нагрузки на спутнике. Если установить на рассмотренном выше полуметровом спутнике небольшое число самых важных приборов общим весом 100 килограммов, то, оказывается, эта полезная нагрузка в 100 килограммов увеличивает взлетный вес ракетного поезда почти в 4 раза – с 17 до 65 тонн. Понятно, почему на автоматическом спутнике должно быть установлено исключительно легкое оборудование. Особые возможности в этом отношении открывают, кстати сказать, последние достижения радиоэлектроники, связанные с заменой обычных вакуумных электронных ламп металлическими полупроводниковыми приборами, имеющими ничтожно малые размеры и вес и потребляющими очень мало электроэнергии.

В такой ракете отношение взлетного веса поезда к весу полезной нагрузки равнялось бы 650. Однако это отношение в будущем может быть уменьшено, что, естественно, чрезвычайно важно. Считают, что развитие реактивной техники позволит осуществить трехступенчатую ракету, в которой на каждую тонну полезной нагрузки последней ступени, то-есть спутника, будет приходиться при взлете примерно 200 тонн. Для этого необходим прогресс как в отношении применяющихся топлив, так и в отношении конструкции ракет.

Первые орбитальные ракеты с людьми будут, вероятно, во многом подобны автоматическим спутникам. Совершив в течение некоторого времени свои полеты вокруг Земли, эти ракеты будут садиться на Землю. Такая посадка потребует наличия крыльев для плакирующего полета в атмосфере и некоторого запаса топлива – для перехода в планирующий полет и торможения при посадке.
 

Последняя ступень этой трехступенчатой ракеты может стать спутником Земли.

Если увеличить число ступеней ракетного поезда, то его взлетный вес уменьшится при той же величине полезной нагрузки последней ступени, то-есть орбитальной ракеты. Так, по одному из проектов, при величине полезной нагрузки орбитальной ракеты в 3,5 тонны взлетный вес поезда из четырех ступеней должен равняться 870 тоннам (отношение взлетного веса к полезной нагрузке – 250). Длина этого поезда 35 метров, максимальный диаметр 11 метров, общее время работы всех двигателей 844 секунды, с расходом 710 тонн топлива. В этом случае топливом должна служить азотная кислота с гидразином при скорости истечения в вакууме, равной 3000 метрам в секунду. Первые две ступени такого поезда спускаются на Землю на парашютах и могут быть использованы повторно; третья падает на Землю и разбивается; последняя становится спутником на высоте 1669 километров, которой соответствует период обращения 2 часа. Эта, последняя, ракета может иметь крылья, если на ней находятся люди и предполагается ее посадка на Землю.

Создание постоянного спутника с людьми, целой межпланетной станции, – конечно, задача неизмеримо большей трудности, чем запуск простых орбитальных ракет. Такая станция, снабженная всем необходимым, должна весить сотни, а может быть, и тысячи тонн. Вряд ли можно рассчитывать на то, что подобную станцию можно построить на Земле и забросить с помощью ракет на орбиту, находящуюся на высоте сотен или тысяч километров. Подобный поезд весил бы при взлете сотни тысяч тонн. Очевидно, такую станцию нужно будет построить на Земле, испытать, а затем снова разобрать на части и отправить ракетами на орбиту, где и будет осуществлена сборка станции.
 

Такое «строительство» в мировом пространстве будет представлять собой небывалую задачу, гигантскую по размаху, необычную по трудностям. Нужно будет не просто создать новое небесное тело, младшую сестру Луны, но еще полностью приспособленное для жизни людей, заселенное. Путь, размеры и скорость движения этого небесного тела будут заданы человеком. И каким это будет торжеством материалистической науки! Это светило появится не в стеклах телескопов, направленных астрономами, на небо, – оно появится сначала на... чертежных досках инженеров и архитекторов, будет построено на «заводе малых Лун» и смонтировано в межпланетном пространстве. Создание этого небывалого в истории строительной техники «сооружения без фундамента» будет вестись, вероятно, много месяцев, а может быть, и не один год. Сотни, а может быть, и тысячи грузовых ракет будут доставлять к месту заатмосферной стройки все необходимое оборудование и части станции. Строители станции будут жить в небольших орбитальных кораблях, составляющих вместе своеобразный жилой поселок, мчащийся в мировом пространстве в непосредственной близости от стройки. На работу строители «Заатмосферстроя» будут выходить в своей космической спецодежде – описанных выше межпланетных костюмах, снабженные необходимым инструментом. Вероятно, будет целесообразно снабдить монтажников и специальной обувью с электромагнитными подошвами, чтобы они могли стоять на поверхности будущего спутника.

Проект четырехступенчатой орбитальной ракеты с полезной нагрузкой спутника, равной 3,5 тонны.

Не следует преуменьшать трудностей создания такого искусственного спутника. Если запуск с Земли небольших орбитальных ракет, как автоматических, так и с людьми, вполне может быть осуществлен уже в настоящее время, то этого никак нельзя сказать о создании больших межпланетных станций, которые, как указывалось выше, должны сооружаться за пределами атмосферы – в мировом пространстве. Такое строительство связано не только с огромными техническими трудностями, но и с трудностями принципиального, астрономического характера.

С этими трудностями очень непросто справиться, и строителям острова у берегов Земли придется проявить немало изобретательности и искусства. Много будет у них хлопот. И все же, конечно, создать такие спутники удастся, как бы ни были мрачны пессимистические утверждения некоторых ученых.

По-разному представляют себе различные ученые, инженеры и изобретатели внешний вид и устройство межпланетной станции – в виде цилиндра с полусферами на концах (Циолковский), конструкции из четырех частей, соединенных фермами (Кондратюк), шара, колеса, сигары, различных сложных геометрических тел. Но при этом все стремятся преодолеть невесомость на спутнике, создать искусственное ощущение тяжести, используя для этого единственно возможное средство – вращение. По существу, то же физическое явление, которое лишает спутника тяжести, снова используется для того, чтобы восстановить эту тяжесть.
 

Искусственная тяжесть создается вращением.

В главе 3 уже шла речь об инерционных перегрузках, возникающих, когда скорость движения резко изменяет свою величину или направление. Эти перегрузки могут во много раз увеличить наш вес, когда происходит взлет космического корабля, но они же могут и восстановить вес, когда он исчезает на спутнике. Для этого надо заставить спутник вращаться так, чтобы возникающее при таком вращении ускорение было равно ускорению земного притяжения. Впрочем, это ускорение может быть и меньшим, тогда вес на искусственной планете будет меньше земного и равен, допустим, весу на Марсе или Луне. Идея создания искусственной тяжести в виде силы инерции, возникающей при вращении, принадлежит также Циолковскому.

Надо сказать, что вращение спутника связано со многими неудобствами – его конструктивным усложнением, затруднениями в отношении ведения научных наблюдений, в особенности астрономических, и другими. Только доказанная на опыте необходимость в создании искусственной тяжести, для того чтобы человеческий организм мог нормально функционировать в течение длительного времени, заставит пойти на введение такого вращения.
 

Заправка межпланетного корабля на спутнике.

Одной из наиболее напрашивающихся форм спутника является шар: он потребует наименьшего расхода конструкционных материалов и предоставит ряд других удобств. Шар диаметром 20 метров должен делать 5–10 оборотов в минуту вокруг своей оси, чтобы вес на нем (у «экватора») равнялся земному или был вдвое меньше его. Популярна идея создания спутника в виде огромного колеса, «бублика», или тора, как называют тело такой формы в геометрии. Это колесо может иметь сравнительно большой диаметр, 60–70 метров, и поэтому вращаться относительно своей оси с небольшой скоростью – например, со скоростью секундной стрелки. Для обитателей такого колеса его внешний обод был бы полом, а внутренний – потолком. Имеются предложения построить спутник в виде гигантских гантелей, вроде применяющихся для тренировки спортсменов. Две большие пассажирские кабины (или только одна из них пассажирская) соединены в этом случае трубой и вращаются вокруг общего центра тяжести. Иногда соединительная труба между пассажирскими кабинами заменяется просто тросами, как это предложил еще Циолковский.

Отсутствие веса не только упростит сборку спутника, но и позволит во многих случаях облегчить его конструкцию, применяя полые детали, уменьшая их поперечное сечение и т. д. Вместе с тем это позволит, например, применять астрономические приборы гораздо больших размеров, чем это возможно на Земле. Некоторые телескопы на Земле весят больше 100 тонн, так как они должны быть массивными для увеличения их жесткости, для уменьшения деформаций под действием собственного веса. На спутнике может быть собрано из частей, доставленных с Земли, а затем посеребрено и отполировано зеркало гораздо больших размеров, чем на Земле; телескоп с таким зеркалом может весить гораздо меньше, чем даже небольшие телескопы на Земле.

Одной из наиболее серьезных проблем будет снабжение спутника энергией, необходимой для работы многочисленных исследовательских установок и удовлетворения бытовых нужд его обитателей. Очевидно, обычные теплосиловые установки, используемые на Земле, для этого не годятся, ибо они нуждаются для своей работы в воздухе.

Двигатели, которые будут использоваться на спутнике, например, для привода во вращение электрического генератора, питающего многочисленные электродвигатели, должны работать на топливе, сгорающем без воздуха, то-есть таком же, на котором работают и двигатели космических ракет. Вполне возможно применение газотурбинных двигателей, работающих на продуктах сгорания таких топлив. Однако и такие двигатели полностью проблемы, конечно, не решают; ведь топливо, необходимое для их непрерывной работы, достается уж очень дорогой ценой – оно должно доставляться с Земли.

Конечно, наиболее разумным решением было бы создание на спутнике силовой установки, не нуждающейся ни в каком топливе.

Существует несколько способов решения этой задачи. Можно использовать, например, атомный двигатель, так как он расходует ничтожно малое количество топлива.

На небольших автоматических спутниках можно установить существующие уже в настоящее время атомные батарейки, использующие так называемый вольтэлектронный эффект, благодаря которому атомная энергия непосредственно преобразуется в электрическую. Основой такой батарейки служит какое-нибудь искусственное радиоактивное вещество, излучающее электроны, например получаемый в атомных котлах радиоизотоп стронция. Для этого тонкий слой стронция наносится на поверхность полупроводника – например, специально обработанного кварца. Проходя через пластинку такого полупроводника, каждый электрон, вылетевший из стронция, вызывает целый «ливень» из сотен тысяч электронов, находящихся в полупроводнике. В результате возникает электрический ток. Этот слабый ток может быть значительно усилен, если несколько подобных «атомных элементов» собрать в одну батарейку, как это и сделано в уже созданных устройствах для питания радиоприборов и других целей. Так как стронциевая атомная батарейка может работать непрерывно в течение десятков лет и имеет очень небольшие размеры и вес, то понятно, почему она представляет большой интерес для использования на автоматических спутниках. Конечно, на больших населенных спутниках должны быть установлены мощные атомные двигатели другого типа. Уже сейчас созданы атомные двигатели огромной мощности, имеющие весьма небольшие размеры; они будут очень подходящими для использования на спутниках.

Весьма вероятным является и непосредственное использование солнечной энергии, которой так богато околосолнечное пространство. Этому способствует и то, что ночь на спутнике очень коротка. Ведь ночь на спутнике наступает тогда, когда спутник оказывается в тени, отбрасываемой Землей, для него ночь – это полное солнечное затмение.

Заманчиво было бы создать на спутнике силовую установку, в которой энергия, излучаемая Солнцем, прямо переходила бы в электрическую энергию. Наука знает, как это можно сделать, и даже не одним способом.

Так, например, можно воспользоваться для этой цели фотоэлементом, в котором световая энергия Солнца преобразуется непосредственно в электрическую. Но для этого требуется еще значительное усовершенствование фотоэлементов, дающих пока лишь очень небольшой ток.

Можно воспользоваться также термоэлементом, в котором в электрическую переходит тепловая энергия. Известно, что если спай проволок двух разных специально подобранных металлов – например, железа и сплава константан, или платины и родия, или некоторых других металлов – подогревать, а другой спай этих же проволок сохранять при меньшей температуре, то в электрической цепи, составленной из таких проволок, потечет ток. Сила этого тока зависит от того, какая пара металлов применена и какова разница температур обоих спаев: горячего и холодного. Это свойство широко используется в настоящее время для измерения температур в машинах, печах, лабораторных установках. Для этой цели создаются так называемые термопары.

Использование этого принципа для непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую очень заманчиво, потому что при этом во многих случаях сделались бы ненужными громоздкие и сложные тепловые двигатели. Но пока еще такой метод получения электричества на Земле применяется редко, так как он оказывается менее выгодным: удается использовать лишь небольшую часть тепла.

Другое дело в будущем, когда удастся полнее преобразовывать с помощью термоэлементов тепло в электричество.

Особые перспективы открывает использование полупроводниковых фотоэлементных и термоэлементных генераторов электрического тока, использующих энергию Солнца. Уже сейчас могут быть созданы такие генераторы, способные снабжать электроэнергией небольшой искусственный спутник.

Так, если один спай полупроводникового термоэлемента обогревать солнечными лучами, сконцентрированными отражающим зеркалом (оно может быть изготовлено из жести), а другой поместить в тень, то можно получить мощность порядка 100 ватт с 1 кв. метра поверхности зеркала. Примерно такую же мощность способен дать и фотоэлементный полупроводниковый электрогенератор.
 

Солнечная установка Академии наук СССР, производящая сварку металлов.

Наиболее вероятным для больших межпланетных станций, а также для автоматических спутников большого размера будет использование солнечных теплосиловых установок, подобных тем, которые все шире начинают применяться и на Земле – в частности, в южных районах нашей страны. В такой установке солнечные лучи собираются зеркалом и направляются на паровой котел, установленный в фокусе этого зеркала. Жидкость, текущая в трубках котла, например вода или ртуть, испаряется и направляется в паровую турбину, которая приводит в движение электрический генератор.

В конденсаторе отработанный пар снова превращается в жидкость, благодаря чему рабочая жидкость не расходуется, а все время циркулирует в замкнутом контуре. Расчеты показывают, что такая установка в настоящее время будет более эффективной, чем любая другая, возможная на спутнике. Мощность установки может быть самой различной: от 1–2 киловатт для небольших автоматических спутников до тысяч киловатт для огромных межпланетных станций.

Такую солнечную установку можно смонтировать непосредственно на спутнике, например, в центре колеса, о котором шла речь выше. Однако в этом случае возникают некоторые трудности, связанные с вращением спутника: ведь зеркало должно все время «смотреть» на солнце. Можно думать, что если вращение спутника для создания искусственной тяжести окажется все же необходимым, то многие подсобные предприятия межпланетной станции будут размещены не на самом спутнике, а неподалеку от него. Тогда спутник со всем своим «населением» может вращаться сколько ему угодно – он будет лишь центром целого межпланетного поселка, небольшого архипелага островов.

Таким образом, спутник будет мчаться вокруг Земли в мировом пространстве, окруженный вспомогательными службами. Перечень этих служб может быть довольно большим. Здесь и энергостанция всего поселка – солнечная или атомная. И большое топливохранилище для межпланетных кораблей. И обсерватория. И громадное зеркало-прожектор, предназначенное для освещения Земли.

И радиостанции для ретрансляции радио- и телепередач, для связи с Землей, межпланетными кораблями, планетами, а также для радиоастрономических и радиолокационных наблюдений. Эти подсобные сооружения могут быть либо неподвижными, либо вращаться по своим собственным законам – например, следя за Солнцем, звездами и т. д.

Обитатели спутника будут посещать эти службы либо с помощью небольших служебных кораблей – своеобразных космических «побед» и «москвичей», либо «пешком», в соответствующих костюмах. Службы могут быть соединены между собой и со спутником электрокабелями для передачи энергии и другой связью. Широкие возможности открываются в этом случае для передачи энергии без проводов, так как в мировом пространстве передаваемая энергия не будет теряться и рассеиваться. Еще Циолковский предлагал использовать для этой цели потоки катодных лучей, то-есть электронов. Успехи радиолокации могут позволить осуществление передачи высокочастотной электромагнитной энергии, генерируемой с помощью радиоламп, практически без потерь, причем передаваемая энергия может быть весьма значительной, вплоть до сотен и тысяч киловатт. Невидимые лучистые потоки передаваемой таким образом энергии могут быть использованы также для питания реактивных двигателей служебных кораблей и даже небольших двигателей, которыми может быть снабжен всякий «пловец» в мировом пространстве.

Не исключена возможность, что и межпланетные корабли смогут получать таким образом необходимую им энергию от плывущих по установленным орбитам мощных автоматических солнечных энергостанций; правда, расстояния должны быть для этого сравнительно небольшими.

Можно ли будет увидеть с Земли созданные людьми искусственные спутники?

Как показывает расчет, небольшие спутники, диаметром около метра, можно будет видеть не только в телескоп или подзорную трубу, но, при благоприятных атмосферных условиях, и невооруженным глазом, если они находятся невысоко над Землей.

Спутники диаметром в несколько десятков метров можно будет видеть невооруженным глазом, даже если они будут находиться на суточной орбите, то-есть на высоте более 35 тысяч километров. Лучше всего спутник будет виден в сумерках, до восхода и после захода солнца – быстро передвигающаяся по темному небу блестящая звездочка, искрящаяся в лучах невидимого на Земле Солнца.

Спутник, находящийся на высоте 800 километров, будет пересекать небо всего за 15 минут. В бинокль можно будет видеть в «свиту» главного спутника: мчащийся в небе межпланетный поселок крупнейшую лабораторию ученых и станцию отправления межпланетных кораблей.

А какое красивое зрелище откроется земным жителям в праздничные дни, когда их далекие собратья на многочисленных искусственных светилах зажгут торжественные огни расцвечивания всего своего «флота мирового пространства»! Переливающиеся различными красками, сияющие то вспыхивающими, то вновь угасающими огнями разноцветных прожекторов, искусственные звезды будут во всех направлениях с различной скоростью пересекать вечернее небо. Будет казаться, что само загадочное мировое пространство, вся вселенная салютует народу-победителю, строящему коммунизм.