Елена Сапарина - Небесный землемер

А для этого наш «камень» должен мчаться со скоростью около 8 километров в секунду. Только при этом условии он не вернется на Землю и станет круг за кругом обходить ее. Поэтому такая скорость и называется круговой, или орбитальной, так как в данном случае «камень», подобно всякому небесному телу, обретает свою орбиту.

Достичь скорости передвижения, намного превышающей все наземные, может только многоступенчатая ракета. Обычной, не делящейся на ступени ракете пришлось бы тащить с собой такой запас топлива, какой она просто была бы не в силах поднять. Освобождаясь же от одной из своих частей, ракета становится легче. И ей теперь требуется топлива гораздо меньше. Вот почему во время ожесточенной схватки с тяжестью ракета последовательно одну за другой отбрасывала свои ступени. Только это и позволило ей вывести спутник на орбиту.

Но почему в сообщении говорилось, что спутник движется вокруг нашей планеты вовсе не по кругу, а по эллипсу?

Дело в том, что скорость — 8 км/сек — дана как бы с запасом. Она не позволит «камню» упасть на Землю, даже если бы мы бросали его прямо с поверхности Земли. А так как даже наш первый спутник стал двигаться на высоте почти тысячи километров (второй и третий — еще выше), где сила тяжести уже ослаблена самим расстоянием, то он получил как бы некоторый излишек скорости. Тяжести из-за этого стало труднее искривлять его путь, и орбита спутника вытянулась, превратившись в эллипс.

Вот размеры и форму этого эллипса ученые и рассчитали заранее, зная силу земного тяготения и законы, по которым действует поле тяжести, окружающее Землю.

Центр Земли находится в одном из фокусов этого эллипса. Поэтому спутник то приближается к ней, то удаляется от ее поверхности. Наиболее далекая точка орбиты первого спутника находилась от поверхности Земли примерно в 900 километрах. Сам эллипс был вытянут лишь слегка и мало отличался от правильного круга. А его наклон к земному экватору составлял 65°.

Таково было задание, полученное автоматическим аппаратом управления ракеты на Земле. От того, насколько правильно он его выполнит, зависело — станет заложенный груз искусственным спутником или нет.

Если бы в расчетах ученых оказался хоть малейший просчет и двигатель ракеты не дотянул ее до нужной высоты или толкал бы ее в последний момент чуть медленнее или в неправильном направлении, победительницей из схватки вышла бы тяжесть, и спутник, вновь став простым камнем, вернулся бы на Землю, как возвращались на нее до этого все брошенные вверх предметы.

А что случится, если скорость забрасываемого в космос тела окажется больше 8 км/сек?

Обруч его орбиты вытянется сильнее. Второй советский спутник, например, получив скорость, несколько превысившую ту, которая была достигнута 4 октября, отошел от Земли уже на 1500 километров, проникнув в космос еще глубже.

Дальнейшее увеличение скорости будет еще сильнее растягивать орбиту спутника, пока, наконец, обе половины эллипса не разомкнутся совсем и спутник не умчится по одной из этих разогнутых кривых прочь от Земли, превратившись в искусственную планету или метеор.

Это может произойти, когда последняя ступень ракеты разгонится до 11 с лишним километров в секунду — скорости, при которой земной предмет совсем освободится от пут земного тяготения. Именно с такой «скоростью освобождения», как ее называют, и стартовала с Земли ракета, направившаяся в сторону Луны и ставшая искусственным спутником Солнца.

Спутнику, как видим, чтобы действительно стать им, приходится очень точно выполнять все предписания человека и двигаться строго по рассчитанному пути. Сам тот факт, что запуск искусственных спутников успешно осуществлен, свидетельствует о высокой точности этих расчетов. Труднейшая научная и техническая задача запуска нового небесного тела блестяще решена советскими учеными, и все наши спутники вышли именно на те орбиты, форма и размеры которых были им заданы.

Однако выход спутника на орбиту вовсе не означает, что он будет все время двигаться, как привязанный, по одному и тому же маршруту. Его орбита не остается неизменной. На нее влияют две причины: сопротивление воздуха, даже очень сильно разреженного, и неровности поля тяготения Земли.

Встречный воздух играет роль своеобразного тормоза, уменьшая скорость движения спутника. Этот тормоз в разных точках орбиты действует с разной силой. Наибольшее сопротивление спутник испытывает, когда приближается к Земле. Погружаясь в более плотные слои, примыкающие к земной поверхности, он тратит больше усилий на их преодоление. И несмотря на то, что через менее плотные слои, дальше отстоящие от поверхности Земли, спутник потом летит как бы с выключенным тормозом, он уже не может подняться на высоту, которой достиг в этом же месте в предыдущий раз.

Ослабевшего в борьбе с сопротивлением воздуха, снизившегося, земное тяготение завернет его назад раньше, не дав дойти до «конца» орбиты. На следующем обороте спутник войдет в плотные слои воздуха еще ниже, и они еще сильнее затормозят его бег. Эллиптическая вначале, орбита его будет все больше укорачиваться и «толстеть», пока не превратится в круг.

Но и на этом ее превращения не кончаются. Она будет все ближе стягиваться к поверхности Земли, а время каждого оборота — соответственно уменьшаться.

На громадных высотах, где начинает свое движение искусственный спутник, атмосфера сильно разрежена, и торможение будет вначале едва заметным. Но попав в более плотные слои воздуха, спутник столкнется с большим количеством молекул воздуха, а трение о них будет столь сильным, что он раскалится и в конце концов сгорит. Сгорит, подобно метеорам, которые, влетев с большой скоростью в атмосферу Земли, вспыхивают ярким, быстро гаснущим угольком.

Не будь этого досадного торможения, спутник, раз заброшенный, летал бы вечно, подобно тому как вечно движение планет в безвоздушном пространстве.

Может возникнуть вопрос: почему же, представляя во всех подробностях эти превращения, ученые не учли их в своих расчетах орбиты спутника? Пусть это был бы уже не стойкий эллипс, а меняющая свои очертания кривая, но все «выкрутасы» ее следовало бы вычислить заранее.

Этого нельзя было сделать по той причине, что сама плотность атмосферы на тех высотах, где движется спутник, пока еще не вполне известна ученым. Ведь до сих пор о свойствах воздушного покрывала Земли мы могли судить лишь по косвенным признакам: сполохам северного сияния, раскидывающего свои причудливые занавесы где-то на самом «краю» воздушного океана, да следам от сгорающих там случайных гостей из вселенной — метеоритов.

И не мудрено, что эти сведения были во многом приблизительны. Попробуйте представить себя обитателем морского дна, который пытается судить о жизни на его поверхности, наблюдая за ней сквозь тысячекилометровую водную толщу. А ведь мы находимся тоже на самом дне воздушного океана.