Коллектив авторов - Маленькие рассказы о большом космосе
Это качественно новое техническое достижение. Оно связано с разрешением сложных задач автоматического управления, аэродинамики, которые встают при входе летательного аппарата в атмосферу со скоростью около 11 километров в секунду. При посадке искусственных спутников Земли начальное движение их в атмосферу не превышает 8 километров, столь большое повышение скорости потребовало резко суженных по направлению движения станции углов входа ее в атмосферу и надежного обеспечения теплозащиты от температуры в 12–13 тысяч градусов, возникающей в слое между ударной волной и поверхностью аппарата.
Чтоб не заблудиться
Плохо человеку, заблудившемуся в глухом лесу. Даже случись дорога или тропка — в какую сторону идти, как выйти к человеческому жилью? Остается лишь положиться на свои голосовые связки и международный сигнал «Ау!». Кто поопытнее, знает: надо сориентироваться по странам света, иначе говоря — точно определить север и юг. А в лесу это не так уж и трудно, даже если нет карты и простейшего из приборов — компаса.
Но с топографической картой и компасом человек знает свое место на суше. А штурману корабля в океане этого уже мало: ему нужны не только квадрант и секстант — ему еще подавай звезды ночью и солнце днем. Впрочем, это могло удовлетворить лишь древних мореходов. А сейчас, чтобы точно проложить на морской карте курс корабля и в любую минуту знать его точное местонахождение в океане, штурман пользуется и лоциями, и сложными таблицами, и радиолокацией. Да и маяков стало побольше.
А кто зажжет маяк для космического путешественника? Жители туманности Андромеды? А положение космического корабля, мчащегося с сумасшедшей скоростью, должно быть строго определенным в каждый момент времени. Чтобы изменять положение корабля в пространстве и корректировать направление его движения, разработана целая система автоматических приборов и механизмов. Ее назвали системой ориентации.
4 октября 1959 года была запущена советская автоматическая межпланетная станция, которая должна была сфотографировать обратную сторону Луны. Система ориентации была включена сигналом с Земли в тот момент, когда станция сблизилась с естественным спутником и оказалась приблизительно на прямой Солнце — Луна. Невидимая землянам часть лунной поверхности ярко освещалась Солнцем, и фотоаппараты наводились на нее путем поворота всей АМС. Система ориентации прежде всего прекратила произвольное вращение станции вокруг центра тяжести, начавшееся в момент отделения ее от последней ступени ракеты-носителя.
Потом солнечные оптические датчики подали сигнал для разворота всей АМС нижним днищем по направлению к Солнцу, и Луна оказалась перед объективами фотоаппаратов. Специальное устройство — своеобразный «видоискатель» — уточнило наводку и разрешило автоматическое фотографирование. Гироскопические датчики фиксировали положение станции, а блок логических электронных устройств и управляющих двигателей осуществлял точное выполнение всех команд автоматов. Как только фотографирование закончилось, система ориентации была автоматически выключена.
Создать надежную систему ориентации космического корабля очень трудно. Маятниковые устройства, например, в условиях невесомости непригодны. На Земле они надежно указывают направление местной вертикали. Но маятник, подвешенный на корабле-спутнике в произвольном положении, так и останется в этом положении и не укажет направления к центру Земли. Ненадежны и обычные гироскопы. При продолжительной работе они «уходят», то есть отклоняются от первоначально заданного направления.
Особенно ответственный момент — включение тормозной двигательной установки при возвращении корабля-спутника на Землю. Малейшая неточность в выполнении расчетной программы — и спутник или начнет снижаться чересчур круто, а значит, будет чересчур высок нагрев его корпуса в плотных слоях атмосферы, или же вместо снижения он поднимается на более высокую орбиту, а запас топлива для торможения будет израсходован. Чтобы этого не случилось, автоматика должна обеспечить точную ориентацию корабля.
В полетах советских космонавтов одна из осей корабля-спутника ориентировалась на Солнце. Сигналы оптических и гироскопических датчиков преобразовывались в электронном блоке в команды системе управления. Корабль автоматически разворачивался и удерживался в нужном положении с большей точностью. Включение системы ориентации и тормозной двигательной установки производилось по сигналам электронным программным устройством.
В кабине космонавта находится удивительный прибор — небольшой глобус. На нем космонавт видит в любое время положение корабля относительно Земли. Он также необходим и для выбора момента включения тормозного двигателя с целью посадки в заданном районе в случае применения для спуска на Землю ручной системы управления.
В общем не заблудится!
Волчок знает дорогу
На Земле, чтобы не заблудиться, нужно выяснить, где север или юг. А вот в Космосе нужно еще знать, где «верх» и «низ». Ведь там нет силы тяжести, и, летая вниз головой, вы даже этого не почувствуете.
Космические расстояния огромны. «Попасть» в планету ракетой так же трудно, как из ружья — в горошину с километрового расстояния. В полете необходимо очень точно ориентировать корабль, например двигателями или антеннами к Солнцу.
На помощь приходят чувствительные гироскопические приборы. Сердце им заменяет быстро вращающийся маховичок в кардановом подвесе. Кардан устроен так, что корпус прибора можно поворачивать как угодно, не влияя на маховичок. Быстро вращаясь, он обладает одним замечательным свойством: ось вращения его стремится сохранить постоянное положение в пространстве. Нечто подобное происходит с детской юлой: попробуй свали ее, когда она вращается! Вращающийся волчок строптив: он активно сопротивляется резким толчкам, поворачивающим ось.
Гироскопы-волчки бывают весом от нескольких граммов до нескольких тонн (например, для устранения качки кораблей). Есть и естественные волчки — земной шар и… электрон!
Космонавту трудно управлять ракетой при больших скоростях. Как и летчику, если на помощь не приходит автопилот. Это сложный прибор, чутко отзывающийся на всякое отклонение от заданного направления полета. Воздушная яма — и самолет пошел вниз либо уклонился в сторону. «Органы чувств» автопилота немедленно заметят это и пошлют сигналы-команды рулям. Рули отклоняются, и машина возвратится в прежнее положение. Автопилот освобождает летчика от необходимости непрерывно следить за курсом и высотой, а механизм — от нагрузок при ручном управлении.
Один из основных гироскопических приборов — гирокомпас. Он состоит из гироскопа, ось которого благодаря особым устройствам остается параллельной географическому меридиану Земли. Стрелка связана с подвесом гироскопа. Следя за нею, летчик ведет машину по заданному курсу. Гирокомпас можно ориентировать, например, относительно Солнца.
Гироскопы — очень точные приборы. Так, гироскоп, плавающий в жидкости на поплавке, может определить угловую скорость, с какой Земля вращается вокруг Солнца.
Массивный вращающийся маховик-гироскоп обладает и еще одним качеством: разогнанный до очень больших оборотов, он может служить аккумулятором энергии.
7,9. 11,2. 16,6
Может ли человек стать искусственным спутником? Сам, с помощью только собственных ног? Не спешите говорить «нет». Может. Спутником какого-нибудь астероида, например Гермеса, может стать даже ребенок. Нужно лишь взобраться на местный Эверест и просто шагнуть с вершины. Помахав на прощание рукой, мальчуган может отправиться в кругосветное путешествие. Правда, на Гермесе склонность к странствиям опасна. Вот уж где действительно нельзя оставлять детей без присмотра: оттолкнулся немного сильнее — и уже не вернулся назад! Слишком слабо притяжение астероида.
Зато землянам сложнее совершать такие путешествия: цепи тяготения гораздо прочнее. На Гермесе парнишке хватит скорости 70 сантиметров в секунду, чтобы очутиться в невесомости, а на Земле нужно 7,9 километра в секунду — в 10 тысяч раз больше, чтобы только уравнять притяжение. Ноги тут уже не помогут. Приходится строить ракеты. Только они способны вывести на орбиту спутник. Он несется с первой космической скоростью. За полтора часа вокруг света. Кораблям Магеллана понадобилось три года.
Но скорость спутника — только первая ступень в Космос. Чтобы совсем вырваться из цепких рук земного притяжения, нужна вторая космическая скорость: 11,2 километра в секунду — на меньшее Земля не согласна. И, даже вырвавшись из объятий земных, мы попадаем в другие… Автоматическая станция, запущенная в сторону Луны 2 января 1959 года, приобрела вторую космическую скорость и стала… пленницей Солнца. Чтобы убежать от Солнца, требуется… 16,6 километра в секунду. Так что у космического «автомобиля» должно быть три скорости. Первая — на спутник. Вторая — к планетам. Третья — к звездам. И каждый космонавт назубок помнит эти три скорости: 7,9; 11,2; 16,6.
