Рудольф Сворень - В просторы космоса, в глубины атома [Пособие для учащихся]

Автоматическая станция «Венера-9», большая сравнительно машина (масса 4936 кг), быстро удаляется от Земли (начальная скорость удаления 11 км/ с; двигаясь с такой скоростью, из Москвы в Ленинград можно добраться за 1 мин и за 3 мин в Ташкент). До этого был космодром, огромная ракета, бесконечные проверки и испытания, торжественность и напряженность старта, несколько минут активного полета, завершившегося выводом станции на близкую околоземную орбиту. И уже с этой орбиты после еще одного комплекса проверок, тщательного прицеливания и точного выбора момента — окончательный разгон последней ступени, решающий выстрел. Но не в Венеру, а совсем в другую сторону.

Почему?

Существует много разных маршрутов, по которым космический аппарат может попасть с Земли на Венеру (рис. 1–3 на цветной вклейке, примыкающей к с. 113). Естественней всего, казалось бы, просто упасть на планету (рис. 1). Для этого нужно нейтрализовать скорость V → з, которую аппарат имеет, двигаясь вместе с Землей (орбитальная скорость Земли — 29,76 км/с), и одновременно сообщить ему скорость V → св направлении на Солнце. Тогда аппарат, преодолев земное притяжение и падая на Солнце, встретится с Венерой в месте, где ее орбита пересекается с прямолинейной (а потому кратчайшей) траекторией аппарата. В этом варианте время перелета может составлять всего 25 сут, протяженность маршрута — 42 млн. км. Однако же у такого кратчайшего маршрута есть свои недостатки, и по крайней мере с одним из них трудно не считаться — аппарату необходимо сообщить начальную скорость 31,8 км/с, а такие скорости ракетной технике пока недоступны.

Из всех слов, какими пользуются специалисты при обсуждении вариантов космического эксперимента, самое весомое — масса. За массу полезного груза приходится платить массой стартовой ракеты, при этом цена за килограмм зависит и от выбора космической трассы: если выбрать трассу, на которую ракета выходит с большим расходом топлива, то на долю аппарата достанется малая доля общей массы, его придется делать небольшим и легким. А если выбрать экономичную трассу и топлива понадобится немного, то сэкономленную массу можно будет передать в фонд аппарата.

При запуске на Венеру массу, выведенную на околоземную орбиту, приходится делить между самим межпланетным аппаратом и последней ступенью ракеты, которая с околоземной орбиты окончательно разгоняет аппарат. Самый выгодный вариант такого последнего выстрела, т. е. вариант с минимальным расходом топлива, а значит, с максимальной полезной массой, выглядит так: разгоняя аппарат, его направляют с таким расчетом, чтобы он не спеша летел по сложной кривой, приближаясь к орбите Венеры (рис. 2), а планета тем временем сама подходит к месту встречи. Основные данные полета: длина пути — 600 млн. км, время полета — 6 месяцев. На практике таким экономичным вариантом никогда не пользовались — полет тянется очень долго. А из-за этого затрудняется точное попадание в цель, возрастает вероятность всяких дорожных неприятностей, скажем, встречи с микрометеоритами или повреждения электронных приборов случайными вспышками космического излучения. Кроме того, в момент посадки аппарата на Венеру она будет на расстоянии 90 млн. км от Земли, а с ростом расстояния все труднее создавать надежную линию радиосвязи.

Скрупулезное взвешивание всех «за» и «против» приводит к некоторым компромиссным вариантам полета (рис. 3), которые, правда, ближе к последнему, самому выгодному, чем к первому, самому короткому. Основные данные промежуточных маршрутов: время полета — около 4 месяцев, протяженность примерно 360 млн. км, расстояние Земля — Венера в момент посадки около 70 млн. км. По таким маршрутам летали к Венере все советские межпланетные станции, в том числе и «Венера-9», и «Венера-10», впервые передавшие на Землю изображение поверхности планеты.

Долгие месяцы перелета для автоматической станции — это вовсе не зимняя спячка. Станция живет, работают многие ее системы. В частности, по сигналам датчиков температуры включаются и выключаются бортовые вентиляторы обдува, открываются и закрываются заслонки воздуховодов системы терморегулирования, поддерживая температуру около 20 °C. Один из непрерывно включенных дежурных приемников готов в любую минуту принять сигналы с Земли, расшифровать их, передать на командный пункт станции, в блок управления. В блок памяти записываются показания многочисленных научных приборов, данные от системы астронавигации, сведения о том, что происходит на самой станции. Во время очередного сеанса связи вся эта информация может быть передана на Землю. В нужный момент по собственной программе или по командам с Земли начинает действовать в одном из своих режимов система ориентации. Всматриваясь приборами астронавигации в свет небесных маяков, станция определяет свое место в звездном мире, положение в пространстве. С ювелирной точностью производится коррекция орбиты — станция крепко держит невидимую тропу, ведущую к Венере.

Еще вчера такие слова, как «астронавигация», «ориентация в космосе», «коррекция орбиты», загадочно произносили лишь самые образованные герои фантастических романов. Сегодня они в словарях, рассчитанных на школьника: нужно обязательно иметь представление обо всем этом, чтобы почувствовать, какая гигантская работа стоит за этим привычным теперь термином «космический полет».

Вот некоторые типичные режимы межпланетной станции на трассе перелета. Основной режим ПСО — постоянной солнечной ориентации (рис. 8), режим, при котором солнечные батареи направлены на Солнце, станция кормится его бесплатной энергией и пополняет свои энергетические запасы, подзаряжает аккумуляторы.

За соблюдением режима ПСО следит датчик Солнца, его можно представить себе как систему фотоэлементов с объективом (рис. 4, 5 цветной вклейки), этакий многоглазый фотоэкспонометр. При правильной ориентации солнечных батарей этот датчик направлен точно на Солнце, все его фотоэлементы одинаково хорошо видят солнечный диск и дают одинаковый ток. Но стоит только станции чуть отвернуться от Солнца, как равенство токов нарушается. И тут же в электронном блоке управления, куда сходятся токи от всех фотоэлементов, будет выработан сигнал поправки. А он включит нужные холодные реактивные микродвигатели (их основа — небольшой баллон со сжатым газом), и они вернут станцию на место.

По мере того как станция уходит от Земли, режим ПСО (ориентация только в одной плоскости, по одной оси) перестает устраивать радистов, им уже нужно, чтобы передатчики станции могли поддерживать связь с Землей через остронаправленную антенну. Эта антенна не разбазаривает радиоволны по всему свету, она излучает их узким пучком, напоминающим луч прожектора. А за этим стоит эффективное использование мощности бортового передатчика на больших расстояниях от Земли и, значит, возможность уменьшить массу самого передатчика, системы его питания.