Виктор Петров - Искусственный спутник земли

Преодоление технических трудностей, которые возникали в процессе решения этой проблемы подчас весьма неожиданно, было возможно лишь при проведении большой научной работы. Исследования в области аэродинамики сверхзвуковых скоростей и в области радиотелеуправления, теоретические работы по динамике движения ракет и по теории автоматического регулирования, изыскание новых легких, прочных и жаростойких материалов, новых высококалорийных топлив и т. д. — все это явилось тем фундаментом, без которого невозможно было создание ракеты, пригодной для решения проблемы искусственного спутника Земли и в дальнейшем — осуществления межпланетного полета.

Создание самого искусственного спутника, как носителя научной аппаратуры, явилось задачей, решение которой оказалось возможным лишь при условии использования новейших достижений науки и техники в самых различных областях. Необходимо было изыскать малогабаритные и легкие источники энергии, малогабаритную и легкую аппаратуру для связи и телеметрии, а также автоматическую и телеуправляемую научную аппаратуру, надежно работающую продолжительное время в условиях межпланетного пространства.

В результате многолетней работы советских ученых и инженеров к настоящему времени созданы ракеты, а также все необходимое оборудование и аппаратура, с помощью которых решена проблема искусственного спутника Земли для научно-исследовательских целей.

Первый советский искусственный спутник будет двигаться на сравнительно небольшом расстоянии от поверхности Земли (порядка нескольких сотен километров). Благодаря этому станут возможными научные исследования явлений, происходящих в верхних слоях атмосферы.

Известно, какую огромную роль во всех вопросах физики верхних слоев атмосферы играет ионосфера — эта таинственная лаборатория, в недрах которой зарождаются многие явления, происходящие в верхней атмосфере. Ученые, нуждаются в получении большого числа экспериментальных данных для уяснения природы корпускулярного излучения Солнца и других явлений. В связи с этим до настоящего времени остаются дискуссионными многие вопросы, связанные с выяснением той роли, которую играют в формировании ионосферы ультрафиолетовые и аналогичные рентгеновским лучи Солнца и космическое излучение. Нам неизвестна структура атмосферы на больших высотах, ее температура, давление и плотность, — параметры, знание которых важно не только ученым, но и инженерам, например, для расчета движения высотных летательных аппаратов.

В свете последних, в первую очередь ракетных, исследований со всей очевидностью стало ясно, насколько недостаточны наши знания о физике ионосферы. Эти исследования показали, что необходимы принципиально новые пути в изучении верхних слоев атмосферы как с точки зрения теории, так и эксперимента.

С помощью нового раздела теоретической физики — магнитогидродинамики — были высказаны интересные догадки и гипотезы о происхождении космических лучей, полярных сияний и о других явлениях в верхних слоях атмосферы. Однако теория образования ионосферы, согласующаяся с опытными данными, все еще отсутствует.

Большие возможности открывают здесь высотные пуски ракет, позволяющие непосредственно измерять некоторые из параметров атмосферы.

У нас в СССР с помощью таких пусков производилось измерение электронной концентрации в ионосфере, давления и плотности атмосферы и т. д.

Эти измерения дали интересный фактический материал. Существенным недостатком таких измерений является их кратковременность. Возникает необходимость разработки методов научного исследования, позволяющих длительное время проводить эксперимент в верхних слоях атмосферы. Эта возможность открывается созданием искусственного спутника Земли.

В Международном геофизическом году предполагается осуществить запуск нескольких таких спутников как в СССР, так и в США; с помощью которых будет осуществлена обширная программа научных исследований.

К числу таких исследований относится прежде всего изучение первичного космического излучения. Известно, что первичное космическое излучение в основном состоит из ядер водорода (протонов) и ядер гелия (альфа-частицы) и в значительно меньшем количестве из более тяжелых ядер (углерод, азот, кислород и др.). Одним из обсуждаемых свойств первичного космического излучения является сходство между кривой средней распространенности элементов во вселенной и кривой распределения по зарядам первичной компоненты космического излучения. Такие элементы, как литий, бериллий и бор, являются редкими в природе, и вопрос о количестве этих ядер в составе первичного космического излучения экспериментально еще не решен. В связи с этим изучение свойств первичного космического излучения может пролить свет на вопросы о времени блуждания космических частиц в мировом пространстве и прохождении космических лучей.

К этому же кругу вопросов следует отнести излучение вариаций интенсивности космических лучей на различных высотах и в различных областях, в которых будет пролетать искусственный спутник Земли. Изучение этих явлений имеет существенное значение для проблемы происхождения космических лучей и астрофизических проблем, в частности для выяснения связи вариаций со вспышками на Солнце, с возмущениями магнитного поля Земли.

Одной из задач, относящихся к исследованию структуры ионосферных слоев, является определение концентрации ионов. Экспериментально установлено, что эта концентрация меняется с высотой. В связи с этим представляет исключительный интерес получение сведений об ионизации атмосферы вдоль орбиты спутника.

Из других ионосферных измерений следует отметить масс-спектрометрические измерения ионного состава ионосферы с целью определения и уточнения ее химической структуры.

К числу замечательных геофизических явлений относятся флюктуации (колебания) магнитного поля Земли. Измерения, произведенные на поверхности Земли, а также с помощью ракет, показали, что земное магнитное поле не остается постоянным во времени, что существуют так называемые вековые и короткопериодические вариации магнитного поля. Природа вековых вариаций во многом еще остается загадочной. Что касается короткопериодических вариаций, то причины их образования в настоящее время связывают с существованием в верхних слоях атмосферы систем электрических токов, измеряемых сотнями тысяч ампер. Например, предполагается, что система токов, вызывающая солнечно-суточные вариации магнитного поля, располагается на высоте 100–120 километров.

В связи с этим представляет исключительный интерес изучение изменения напряженности магнитного поля на больших высотах, так как такое изучение даст в руки ученых новые данные о существовании различного типа короткопериодических вариаций и связанных с ними атмосферных токов.