Ф. ФЕДОРОВ,
профессор, доктор технических наук
♦ СОВЕТСКИЙ ИСКУССТВЕННЫЙ СПУТНИК ЗЕМЛИ
4 октября 1957 года весь мир стал свидетелем выдающегося события — в Советском Союзе был осуществлен успешный запуск первого искусственного спутника Земли. Сообщение о запуске спутника было получено во всех уголках земного шара. Прохождение его зарегистрировано многими наблюдателями на всех континентах. Создание спутника явилось результатом длительной, упорной исследовательской и конструкторской работы, в которой приняли участие большие коллективы советских ученых, инженеров, работников промышленности.
Теоретический вопрос о возможности посылки космического корабля за пределы земной атмосферы был решен в начале двадцатого столетия выдающимся русским ученым К. Э. Циолковским, доказавшим, что средством для космического полета должна быть ракета. В трудах К. Э. Циолковского был разработан ряд кардинальных проблем межпланетного полета и было указано, что создание искусственного спутника Земли явится первым и необходимым этапом.
Создание искусственного спутника Земли потребовало решения ряда сложнейших и принципиально новых научно-технических проблем. Наибольшие трудности встретились при разработке ракеты-носителя для вывода спутника на орбиту. Для запуска спутника создана ракета-носитель, обладающая высоким конструктивным совершенством. Созданы мощные двигатели, работающие при трудных термических условиях. Разработаны оптимальные режимы движения ракеты, обеспечивающие наиболее эффективное ее использование. Для обеспечения заданного закона движения ракеты, необходимого для выведения спутника на орбиту, разработана весьма точная и эффективная система автоматического управления ракетой.
Решение этих, а также многих других сложнейших задач оказалось возможным лишь в результате использования новейших достижений науки и техники в самых различных областях и в первую очередь благодаря высокому техническому уровню ракетостроения в СССР. Создание искусственного спутника Земли в столь короткие сроки было обеспечено высоким уровнем научнотехнического потенциала в нашей стране, четкой и организованной работой научно-исследовательских институтов, конструкторских бюро и промышленных предприятий.
Запуску спутника предшествовала также большая экспериментальная работа, связанная с созданием и отработкой как отдельных агрегатов, так и всей системы в комплексе. Успешный запуск спутника полностью подтвердил правильность расчетов и основных технических решений, принятых при создании ракеты-носителя и спутника.
Запуск первого спутника открывает широкую программу научных исследований, которая будет продолжена в течение Международного геофизического года на ряде последующих искусственных спутников, при создании которых предусматривается дальнейшее увеличение их веса и размеров. Создание спутника является первым шагом в завоевании межпланетного пространства и осуществлении космических полетов.
Спутник имеет форму шара. Он был размещен в передней части ракеты-носителя и закрыт защитным конусом. Ракета со спутником стартовала вертикально. Через небольшое время после старта при помощи программного устройства ось ракеты начала постепенно отклоняться от вертикали. В конце участка выведения на орбиту ракета находилась на высоте нескольких сот километров и двигалась параллельно земной поверхности со скоростью около 8000 метров в секунду. После окончания работы двигателя ракеты защитный конус был сброшен, спутник отделился от ракеты и начал двигаться самостоятельно.
В настоящее время вокруг Земли движется снабженный аппаратурой спутник, а также ракета-носитель и защитный конус. Так как скорость отделения конуса от спутника и спутника от ракеты невелика, носитель и конус в течение некоторого времени находились от спутника на сравнительно небольшом расстоянии, двигаясь вокруг Земли по орбитам, близким к орбите спутника. Затем, вследствие разности периодов обращения, получающейся как за счет относительной скорости в момент отделения, так и за счет различной степени торможения в атмосфере Земли, все три тела разошлись и в процессе дальнейшего движения в один и тот же момент времени могут оказаться находящимися над совершенно различными точками земной поверхности.
ОРБИТА СПУТНИКА
Орбита спутника представляет собой в первом приближении эллипс, один из фокусов которого находится в центре Земли. Высота полета спутника над поверхностью Земли не остается постоянной, а периодически изменяется, достигая наибольшего значения, примерно тысячи километров. В настоящее время перигей орбиты (ее наинизшая точка) находится в северном полушарии Земли, а апогей (наивысшая точка орбиты) — в южном полушарии.
Ориентация плоскости орбиты относительно неподвижных звезд остается почти постоянной. Так как Земля вращается вокруг своей оси, то на каждом следующем витке спутник должен оказываться над другим районом, смещаясь на один виток примерно на 24° по долготе. Фактическое смещение по долготе будет несколько больше, так как вследствие отклонения поля тяготения от центрального плоскость орбиты будет медленно поворачиваться вокруг оси Земли в направлении, противоположном ее вращению. Это движение плоскости орбиты невелико и составляет примерно четверть градуса по долготе за один оборот. В результате относительного движения Земли и плоскости орбиты каждый следующий виток будет проходить западнее предыдущего на широте Москвы примерно на 1500 км. В экваториальной области смещение больше и будет составлять около 2500 километров.
Плоскость орбиты наклонена к плоскости земного экватора под углом 65°. В связи с этим трасса спутника проходит над районами Земли, находящимися приблизительно между Северным и Южным полярными кругами. Вследствие вращения Земли вокруг оси угол наклона трассы к экватору отличается от угла наклонения плоскости орбиты. Приходя в северное полушарие, трасса пересекает экватор иод углом 71,5° в направлении на северо-восток. Затем трасса постепенно заворачивает все больше на восток и, коснувшись параллели, отвечающей 65° северной нТнроты, отклоняется к югу и пересекает экватор в направлении на юго-восток под углом 59°. В южном полушарии трасса касается параллели, отвечающей 65° южной широты, после чего отклоняется к северу и снова переходит в северное полушарие.
С течением времени, вследствие торможения спутника в верхних слоях атмосферы Земли, форма и размеры орбиты спутника будут постепенно изменяться. Так как на больших высотах, где происходит движение спутника, плотность атмосферы чрезвычайно мала, эволюция орбиты будет происходить вначале весьма медленно. Высота апогея будет убывать быстрее высоты перигея, и орбита будет все более приближаться к круговой. При вхождении спутника в более плотные слои атмосферы торможение спутника станет весьма сильным. Спутник раскалится и сгорит, подобно метеорам, приходящим из межпланетного пространства и сгорающим в атмосфере Земли.
В настоящее время плотность верхней атмосферы известна недостаточно точно. Поэтому дать точный прогноз о времени существовния спутника на орбите пока не представляется возможным. Данные о плотности верхней атмосферы, имеющиеся в настоящее время, а также результаты проведенных траекторных измерений позволяют утверждать, что спутник будет двигаться вокруг Земли длительное время.
Период обращения спутника составляет в настоящее время 96 мин. По мере понижения орбиты период будет уменьшаться. Скорость изменения периода будет служить указанием на быстроту изменения формы орбиты. Поэтому точное измерение периода обращения спутника является чрезвычайно важной и ответственной задачей.
Параметры орбиты советского искусственного спутника позволяют наблюдать его на всех континентах в большом диапазоне широт. Это открывает большие возможности для решения различных научных проблем. Можно указать, что запуск спутника на такую орбиту является более трудной задачей, чем запуск на орбиту, близкую к экваториальной плоскости. При запуске по экватору имеется возможность использования в большей степени для разгона ракеты скорости вращения Земли вокруг оси.