Феликс Зигель - Пункт назначения Луна
Таким образом, можно выбрать для космического корабля такую скорость и такое направление вылета, при которых он полетит по параболе, неограниченно удаляясь от Земли. Для этого при отсутствии сопротивления воздуха нужна горизонтальная скорость именно в 11,2 километра в секунду. Развив такую скорость, космический корабль может далее лететь с выключенным двигателем, не расходуя ни грамма горючего. Притяжение Земли, как это ни парадоксально, уведет его в «бесконечность» от нашей планеты. То же произойдет и при скоростях, превышающих 11,2 километра в секунду, но только в этом случае полет будет совершаться не по параболе, а по одной из гипербол.
Не случайно мы указываем точное значение «скорости отрыва» от Земли — 11,2 километра в секунду. При скорости, даже слегка меньшей (например, 11 километров в секунду), космический корабль останется пленником Земли. Земное тяготение заставит его или упасть на Землю, или (при скоростях больше 7,9 километра в секунду) обращаться вокруг Земли по эллипсу.
Теперь уже практический метод достижения Луны становится более ясным. Путешествие разбивается на три этапа.
Первый этап — отлет с Земли, который должен быть выполнен в определенном, связанном с расположением Луны направлении со скоростью не меньшей 11,2 километра в секунду.
Второй этап — полет к Луне с выключенным двигателем, что составит и по времени и по расстоянию основную часть путешествия.
Третий этап — падение на Луну в той области окружающего ее пространства, где притяжение Луны преобладает над тяготением Земли.
Не уточняя пока вопросы, связанные с безопасностью посадки на Луну и с возвращением космического корабля обратно на Землю, рассмотрим детали намеченного плана.
Осуществление первого этапа вполне реально. Уровень советской реактивной техники столь высок, что сообщение какому-либо небольшому телу скорости в 11–12 километров в секунду вполне возможно, что уже доказано запуском первой советской космической ракеты.
Представьте себе, что это уже сделано, что за пределы земной атмосферы с параболической или гиперболической скоростью вырвалось какое-то тело. Как оно будет двигаться дальше?
Во Вселенной существует не только Земля и притягиваемый ею космический корабль. Ракета, превратившись в самостоятельное небесное тело, будет, строго говоря, притягиваться не только Землей, а всеми телами Вселенной.
Может показаться, что бесчисленное множество сил создаст такой «силовой вихрь», который увлечет космический корабль, как смерч увлекает пылинку! Не затеряется ли наш корабль в бездонных глубинах Космоса, вместо того чтобы попасть на Луну?
К счастью, этого не произойдет. Мы ведь не учли одного важного обстоятельства — величину сил.
Силы тяготения с увеличением расстояния между притягивающимися телами очень быстро ослабевают. Поэтому силы, с которыми далекие от Земли звезды, планеты и даже Солнце притягивают корабль или ракету, летящие на Луну, так малы, что ими вполне можно пренебречь. Мешать полетам на Луну они не будут.
Другое дело — Луна. Не принимать в расчет ее воздействие на космический корабль ни в коем случае нельзя. Значит, при полете на Луну ракета будет «управляться» не только Землей, но и Луной.
В небесной механике давно уже сформулирована так называемая «ограниченная задача трех тел». Представим себе, что в мировом пространстве имеются три притягивающих друг друга тела, из которых одно обладает ничтожно малой массой в сравнении с массами двух других тел. Задача заключается в том, чтобы найти кривые, по которым будут двигаться все три тела.
Неспециалистам трудно себе представить, насколько сложна эта задача. В течение многих десятилетий она исследовалась крупнейшими математиками, но до последнего времени удавалось получить лишь небольшое число ее частных решений.
С изобретением электронно-счетных машин положение изменилось. Значительно облегчая утомительный труд вычислителя, машины позволяют быстро решать сложнейшие задачи, в том числе и «ограниченную задачу трех тел».
Итак, даны три тела: Земля, Луна и ракета. Масса последней ничтожно мала в сравнении с массами Земли и Луны. Известно, как движется Луна относительно Земли. Считая известными скорость и направление вылета ракеты с Земли, надо найти, как будет совершаться полет ракеты к Луне.
Такая задача впервые и с достаточной полнотой была решена в Математическом институте Академии наук СССР советским ученым В. А. Егоровым. В течение двух лет (1953–1955) электронные машины, управляемые человеком, прокладывали возможные пути к Луне. С удивительной легкостью находили они множество решений, из которых затем можно было выбрать самые удобные и практически осуществимые.
И вот главнейшие результаты проделанной В. А. Егоровым работы.
В пространстве, разделяющем Землю и Луну, возможные пути свободного (то есть без работы двигателя) движения весьма разнообразны. Их можно разделить на несколько групп: в каждой будут объединены сходные траектории.
Рассмотрим прежде всего облетные траектории. Двигаясь по ним, ракета совершает облет Луны, не снижаясь на ее поверхность. Вероятно, что первые разведки нашего спутника начнутся именно с таких облетов.
Среди возможных облетных траекторий есть и такие, которые охватывают собой и Луну и Землю. Запущенная по такой траектории ракета превратилась бы одновременно в искусственный спутник Земли и Луны. Было бы, конечно, очень хорошо, если такой спутник «общего пользования» подходил близко к поверхности Земли и Луны. Однако это, как доказал В. А. Егоров, невозможно. Если облетная траектория подходит близко к поверхности Луны, то от Земли она будет отстоять на минимальном расстоянии в 100000 километров! О запуске ракеты с такой высоты пока не может быть и речи. Значит, создать спутник, который бы периодически облетал Землю и Луну, давая с помощью радио и телевизионного устройства информацию о виде Луны с близкого расстояния, нельзя.
Другой вариант разведывательного облета Луны был разработан ленинградским астрономом профессором Г. А. Чеботаревым. Рассчитанная им орбита охватывает только Луну, но двумя своими нижними концами как бы упирается в Землю. Это означает, что ракета, запущенная с Земли по данной траектории, облетит вокруг Луны и, подобно бумерангу, вернется в исходную точку.
Всего 30000 километров будут отделять ракету от Луны в момент наибольшего сближения этих тел. Пять суток потребуется, чтобы долететь до нашего спутника, около двух суток ракета будет находиться вблизи лунной поверхности, а затем через пять суток возвратится на Землю.
Проект профессора Г. А. Чеботарева весьма заманчив. Правда, здесь нельзя забывать о необходимости найти способ затормозить ракету при ее падении на Землю. Это можно сделать, например, с помощью реактивного тормоза, то есть дополнительного реактивного двигателя, установленного на ракете. Включаясь в нужный момент по радиокоманде с Земли, тормоз будет выбрасывать газы в направлении полета ракеты и тем самым замедлит ее движение. Когда скорость ракеты снизится, из нее выбросятся контейнеры. Снижаясь на парашютах к поверхности Земли, эти контейнеры доставят в руки исследователя ценнейшие данные первой разведки Луны — фотографии ее невидимого полушария, крупномасштабные снимки поверхности и многое другое.
Разведку Луны можно произвести и с помощью траекторий, названных В. А. Егоровым долетными. При всем их разнообразии у них есть общая черта: они начинаются с Земли и возвращаются к Земле, пролетев около Луны на близком расстоянии.
Наконец, представляют большой интерес траектории попадания в Луну. Это своеобразная «стрельба по Луне». Весь перелет ракеты от Земли до ее спутника, как показал расчет, займет несколько десятков часов.
Огромные размеры мишени облегчают попадание в цель. Однако если ставится задача попасть ракетой в определенный участок лунной поверхности, то точность «выстрела» должна резко возрасти.
Все сказанное о разных типах траекторий верно, разумеется, только для пассивного, свободного полета, в котором двигатель ракеты не принимает участия. На самом же деле при полетах на Луну и вокруг нее движение ракеты в случае нужды будет исправляться, корректироваться кратковременным включением двигателя. Тогда станет возможным переход с одной траектории на другую, устранение ошибок, допущенных при старте, то есть, короче говоря, активное управление полетом.
Управление космической ракетой на первых порах едва ли будет осуществляться находящимся внутри ее человеком. Большую роль в первых разведках Луны сыграют радиотелеуправляемые ракеты. По радиокомандам, подаваемым с Земли, автоматы ракеты включат в нужный момент ее двигатель и откорректируют полет. Технические трудности, связанные с осуществлением подобных проектов, конечно, огромны, хотя и преодолимы.
