Виктор Петров - Искусственный спутник земли

Все приборы, находящиеся на ИСЗ, должны удовлетворять уже известным нам требованиям в отношении веса, компактности и минимального потребления электроэнергии. На них также не должны воздействовать значительные ускорения, возникающие при запуске ИСЗ. Они не должны быть чувствительными к возможному вращению спутника около его центра инерции во время полета по орбите, которое может возникнуть под действием возмущающих сил.

Нужно сказать, что об этих возмущающих внешних силах известно очень мало. Однако мы уже упоминали о том, что имеются сведения о существовании в ионосфере весьма сильных вихрей и мощных потоков метеоритной пыли, с которыми нельзя не считаться.

В этой связи нам придется остановиться на геометрической форме искусственного спутника. Наиболее распространенной и удобной сейчас признается шарообразная форма. Шар имеет всегда одинаковую поверхность сопротивления. Это обстоятельство является важным для ученых, которые будут измерять сопротивление воздуха движению ИСЗ, что необходимо для получения данных о плотности атмосферы на больших высотах. Шарообразная форма более удобна и в том отношении, что ИСЗ такой формы будет иметь гораздо меньшую тенденцию к опрокидыванию, чем, например, спутник цилиндрической или сигарообразной формы. Однако недостатком шара является то, что в нем труднее разместить приборы и оборудование, чем на спутниках другой формы.

Размещение приборов внутри спутника должно производиться в определенном порядке, для того чтобы получить нужное распределение весов внутри его объема и обеспечить строго определенное положение центра тяжести спутника. Эта работа, называемая балансировкой, является весьма сложной и должна осуществляться с очень большой точностью.

Что касается веса и размеров ИСЗ, то можно сказать, что их вес зависит в основном от возможностей ракеты-носителя, а размеры спутника — от размеров третьей ступени этой ракеты. Считают, что ИСЗ, отделяющийся от последней ступени, не обязательно должен быть заключен внутри самой ракеты. Он может в некоторых случаях находиться в углублении носовой части ракеты. В этом случае диаметр ИСЗ может превосходить диаметр носителя, но не очень сильно, так как это может привести к изменению баллистических характеристик самой ракеты и к значительному увеличению сопротивления воздуха.

Полагают, что в некоторых случаях будет выгодно применить специальный обтекаемый колпак (защитный конус), который будет надеваться на ИСЗ на время его полета в ракете. После выхода на орбиту колпак (защитный конус) будет отбрасываться, а ИСЗ вытолкнут из специального гнезда в носовой части ракеты с помощью сжатого воздуха или пружиной (рис. 34–35). Первый советский искусственный спутник Земли был закрыт таким защитным конусом. В тот момент, когда двигатель последней ступени закончил свою работу, защитный конус был сброшен, спутник отделился от ракеты и начал двигаться самостоятельно. На первых порах шарообразный спутник, ракета-носитель и защитный конус двигались на небольшом расстоянии друг от друга, а затем разошлись. Объясняется это небольшим различием в их скорости и главным образом тем, что все три тела испытывали различное торможение в верхних слоях атмосферы.

Спутник может и не отделяться от последней ступени ракеты-носителя. Как известно, второй советский спутник Земли представляет собою последнюю ступень ракеты, достигшей скорости около 8 км в секунду на эллиптической орбите, наибольшее удаление которой от земной поверхности составляет свыше 1700 км.

Скажем несколько слов о материале, из которого может быть изготовлен корпус спутника.

Корпус должен быть легким, а поэтому его делают тонким, но предусматривают изнутри подкрепляющие ребра.

Материал корпуса также должен быть легким и достаточно прочным, во-первых, для того, чтобы обеспечить возможность надежного закрепления приборов внутри ИСЗ, а, во-вторых, для того, чтобы противостоять воздействию микрометеоритов. Он должен обладать также малой чувствительностью к значительным колебаниям температуры и способностью хорошо отражать радиоволны.

Такими материалами могут явиться различные сплавы на основе алюминия или магния, причем в некоторых случаях корпус должен иметь еще и специальные наружные покрытия.

Иногда, например, при изучении с помощью магнитометра электрических токов в ионосфере требуется, чтобы корпус спутника не обладал магнитными свойствами и не проводил электрического тока; другими словами, при этих условиях корпус не может быть металлическим. В этом случае он, очевидно, может изготовляться из каких-либо сортов пластмассы, обладающих высокими механическими качествами. (Как известно, существуют пластмассы, прочность которых почти не уступает прочности стали.)

Предложен проект спутника Земли, имеющего форму реактивного самолета, на котором сможет поместиться один человек. Этот спутник будет иметь двигатель, который при весе в 4,5 т будет потреблять около 15,5 кг топлива за каждый оборот по орбите, совершаемый со скоростью 28 000 км/час на высоте 120 км. Таким образом, при запасе топлива примерно в 1,5 т он мог бы оставаться на орбите в течение 6 дней, затрачивая на каждый оборот около 1,5 часа.

Такой спутник, имеющий двигатель и летящий на сравнительно небольшой высоте, предложил построить один из конструкторов немецкой баллистической ракеты «Фау-2», ныне научный работник американской фирмы «Конвэр» Крафт Эрике. Он назвал его сателлоидом [28].

В своем докладе в вашингтонском отделении американского ракетного общества К. Эрике сообщил, что по его подсчетам для сателлоида весом 4500 кг с площадью крыльев в 152 кв. м, делающего на высоте около 100 км один оборот вокруг Земли за 85 минут, на преодоление сопротивления воздуха на этой высоте потребуется тяга всего 5–7 кг. Если запас топлива принять равным даже 450 кг, то с этим запасом топлива сателлоид может сделать весьма значительное число оборотов, поскольку необходимый расход топлива составит всего 1 л на 3570 км пути (на высоте 115 км).