В результате этих процессов температура воздуха повышается, достигая сотен и тысяч градусов.
Однако корабль в верхних слоях атмосферы даже не ощутит этой высокой температуры. Ведь то, что мы называем теплом, — это хаотическое движение молекул, а температура соответствует их средней скорости.
В ионосфере же воздух неимоверно разрежен, молекул и атомов там ничтожно мало, к хотя эти отдельные частички мчатся с огромной скоростью, они не в состоянии передать оболочке корабля сколько-нибудь заметного количества тепла.
Но вспомните о судьбе метеора — «сгорающего», испаряющегося в земной атмосфере небесного камня. Если корабль мчится с огромной космической скоростью в воздухе, то он, подобно метеору, прокладывая себе путь, расталкивает частицы воздуха. Когда частицы ударяются о корабль, их кинетическая энергия переходит в тепловую — оболочка корабля нагревается. Этот нагрев будет сильным только в том случае, если число ударяющихся частиц будет велико, то есть только при полете в плотном воздухе, на малых высотах. Вот почему уже давно скоростные самолеты стали забираться все выше над землей — внизу невозможен полет с большой скоростью в значительной мере из-за опасности нагрева.
Когда же космическому кораблю грозит эта опасность разогрева? Очевидно, не при взлете — ведь в этом случае он пересекает плотные слои атмосферы с относительно малой скоростью. Другое дело — посадка. Врывающийся с космической скоростью в плотные слои атмосферы корабль рискует повторить судьбу метеора, если не будут приняты специальные меры предосторожности. Значит, использовать сопротивление атмосферы для торможения корабля при посадке, о чем говорилось выше, можно, но сделать это нужно умело и осторожно.
Еще полезнее атмосфера была для предшественниц нашего межпланетного корабля — многоступенчатых автоматических ракет. На первой ступени в этих ракетах стоял воздушно-реактивный двигатель, рабочим веществом которого служит воздух. Таким образом, атмосфера давала некоторое количество рабочего вещества, что позволяло уменьшить взлетный вес ракеты.
В общем, мы уже достаточно хорошо знаем нашу земную атмосферу, чтобы уверенно направить корабль «Луна-1» в его далекий путь.
ОТ ТРОЙНОГО К НУЛЕВОМУ ВЕСУ
Канд. биологических наук С. И. ЛИСИЦЫНАЖизнь на Земле возникла около миллиарда лет назад. С тех пор живые существа непрерывно совершенствовались, приспосабливаясь к земным условиям. Но к условиям межпланетным не приспособлены ни люди, ни животные. Изучить эти условия, облегчить человеку межпланетный полет, избавить его от опасностей — такова задача нашей лаборатории. Нам приходилось разрешать множество проблем, но здесь расскажу только об одной — о проблеме веса.
В земных условиях вес — нечто постоянное и надежное. В Баку вы нальете в цистерну 20 тонн нефти, в Москву доставите те же 20 тонн. Гиря, которая весит один килограмм во Львове, во Владивостоке будет весить столько же. Но за пределами Земли вес становится зыбким и непрочным.
Почему это происходит? Прежде всего разберемся, что такое вес.
Повсюду во вселенной действуют силы притяжения. Солнце притягивает Землю, Земля — Луну. Все предметы, находящиеся на земной поверхности, притягиваются к центру Земли — океаны, горы, дома, поезда, мы с вами… Но мы не падаем к центру Земли, этому препятствует твердая почва у нас под ногами. Притяжение прижимает нас к почве, к полу, к стулу, на котором мы сидим. Эта прижимающая сила и есть вес.
Вес может создаваться не только земным притяжением, но и другими силами. Когда поезд трогается с места и набирает скорость, нас прижимает к спинке сидения сила инерции. На крутом повороте мы чувствуем центробежную силу. Может случиться, что эти силы окажутся больше земного притяжения в несколько раз, тогда и человек будет весить в несколько раз больше, чем обычно.
С перегрузками имеют дело летчики. Когда, например, самолет выходит из пикирования на большой скорости и описывает над землей дугу, центробежная сила может создать тройную, четверную, даже восьмикратную перегрузку.
Такие перегрузки — вредное явление. Они разрушительно влияют на нервную и сердечнососудистую системы, на органы слуха и зрения. Даже тренированные летчики переносят их с трудом.
В межпланетном корабле перегрузки появляются при взлете, когда двигатель разгоняет ракету. Сила инерции прижимает пассажиров к полу, создавая добавочный вес. И чем больше ускорение, тем больше этот добавочный вес по сравнению с силой тяжести. Возникает перегрузка. Чтобы избежать ее, нужно набирать скорость плавно, постепенно. К необходимость экономии топлива требует, чтобы ускорение было как можно больше. Нужно было разрешить это противоречие.
Мы в своей лаборатории тщательно изучали перегрузки. Опыты показали, что они лучше всего переносятся, если человек лежит на спине, точнее, если перегрузка действует от груди к спине. При обратном направлении — от спины на живот — перегрузку следует уменьшить на треть. Сидящий человек переносит ее гораздо хуже, чем лежащий на спине: в три раза хуже, если перегрузка действует от головы к телу, и в пять раз хуже — от тела к голове.
Человек, лежащий на спине, без вреда для себя переносит трехкратную перегрузку в течение нескольких минут. Эту величину решено было взять за основу. Поэтому все расчеты двигателя и трассы построены так, чтобы перегрузка не превосходила трехкратной. Пока корабль будет двигаться с ускорением при работающих двигателях, пассажиры будут лежать в специальных противоперегрузочных креслах. В это время люди, которые на Земле весят 70–80 килограммов, в ракете потянули бы на пружинных весах втрое больше — почти четверть тонны.
Но вот двигатель выключен. Инерционные перегрузки исчезли. А земное тяготение? Тяготение действует на пассажиров, но оно не создает веса. Выше говорилось, что вес возникает тогда, когда притяжение прижимает нас к неподвижному препятствию, например к земной поверхности. Но ракета не является неподвижным препятствием — под влиянием притяжения она сама падает на Землю, а в конце полета — на Луну. Ведь всякий предмет, находящийся в поле тяготения какого-либо небесного тела, обязательно падает на него. А удаляется предмет, падая, или приближается — это зависит от его начальной скорости. Вместе с падающей ракетой падают и пассажиры. Притяжение есть, но нет прижимающей силы. И вес исчезает. Его не будет совсем, пока двигатель не начнет работать. Веса не будет двое суток. Как люди перенесут это?
С отсутствием веса люди встречаются очень редко. Практически вес может почти исчезнуть в стремительно опускающемся лифте ненадолго, на одну-две секунды. Это довольно неприятное ощущение. В самолете вес есть, потому что самолет опирается на воздух и не падает на землю. Вес ощущает и парашютист, потому что воздух придерживает его падение. Но в высотных скоростных ионосферных самолетах вес пропадает минут на 10–20, а то и больше. Эти самолеты при старте набирают скорость и высоту, а затем их двигатель выключается. И с этого момента вес исчезает совсем. Он появляется, когда в нижних плотных слоях атмосферы воздух начинает тормозить падение. По существу, такой полет — маленькое космическое путешествие, где и станция отправления и станция назначения находятся на Земле.
Как показали эти полеты, невесомость переносится в общем безболезненно, ибо работа основных органов человека — сердца, мозга, желудка, мускулов, желез — не зависит от тяжести. Но, конечно, незамеченной невесомость не проходит, и прежде всего она отражается на органах равновесия.
Равновесием у нас заведует вестибулярный аппарат, он находится во внутреннем ухе, в так называемом лабиринте. Лабиринт состоит из трех частей, в одной из них — слуховая улитка, в двух других помещается вестибулярный аппарат, состоящий из преддверия (по латыни «вестибулум») и полукружных каналов.
Этот аппарат помогает человеку ориентироваться в пространстве и поддерживать равновесие. Устроен он довольно сложно. Три полукружных канала расположены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Все они заполнены тканевой жидкостью. При движении головы жидкость по инерции отстает от стенок и отклоняет чувствительные волоски в каналах. Но сила инерции не зависит от веса, значит, этот аппарат не может быть поврежден невесомостью. Иначе обстоит дело с чувствительным отолитовым аппаратом, находящимся в преддверии. Здесь имеются мешочки, заполненные той же тканевой жидкостью, в которой плавают отолиты — кристаллики углекислой извести. Отолиты чуть-чуть тяжелее жидкости и слегка надавливают на чувствительные клетки, докладывая о положении головы и тела в пространстве. Здесь, конечно, вес имеет значение. Когда вместе с человеком и отолиты потеряют вес, они будут попадать не на те клетки, доставлять в мозг неправильные донесения, утомлять и путать нервную систему. Уже в ионосферных ракетах у многих пассажиров появлялись головокружение, тошнота, одышка…
