Историческая серия "ТМ"

Подробнее в комментариях.

В мае 1971 года к Марсу стартовали автоматические межпланетные станции "Марс-2" и "Марс-3". Так же как и их предшественников, эти станции вначале вывели на промежуточную орбиту ИСЗ, откуда уже они стартовали к планете. АМС третьего поколения существенно отличались от уже летавших космических аппаратов. И выводились более мощной ракетой-носителем "Протон". Это позволило существенно увеличить их вес (до 4650 кг) и, следовательно, значительно расширить круг исследуемых проблем.

Две основные технически сложные задачи были решены при их запуске - мягкая посадка спускаемого аппарата на поверхность планеты и выведение на орбиты искусственных спутников Марса.

Марс издавна привлекал к себе внимание людей. Пожалуй, это самая популярная на Земле планета Солнечной системы. Особенно популярной она стала после сенсационного "открытия" марсианских каналов. Земляне тут же начали "заселять" Марс разумными существами, и в этом "заселении" принимали участие не только фантасты, но и ученые. Конечно, для этого были некоторые основания. Марс по многим своим характеристикам напоминал Землю: сутки на Марсе длятся около 24 часов; наклон экватора к плоскости орбиты тоже близок к земному; у планеты есть атмосфера; вблизи полюсов обнаружены яркие белые пятна, эти "полярные шапки", напоминающие земные, весной и летом уменьшаются, а осенью и зимой увеличиваются; темные области на поверхности Марса меняют свою окраску и размеры в зависимости от сезона. Так появилась гипотеза о существовании на Марсе растительности.

Но вот в 1965 году "Маринер-4" сфотографировал планету вблизи. И сразу же многие загадки перестали существовать. Оказалось, что марсианская поверхность очень похожа на лунную: вся покрыта кратерами. Выяснилось, что "каналы", которые когда-то вызвали так много самых различных предположений, всего лишь фикция, обман зрения. Наблюдения с Земли позволили исследовать атмосферу Марса. По уточненным данным, она состоит в основном из углекислого газа и содержит небольшое количество водяного пара. А атмосферное давление на поверхности в 100-200 раз меньше, чем на Земле. Значительно ниже и температура: даже на экваторе +30° С днем и -70° С ночью. Условия суровые и, пожалуй, исключающие наличие высокоорганизованной жизни, хотя и не исключающие жизни вообще.

Несмотря на то, что к концу 60-х годов наши знания о Марсе значительно расширились, интерес к нему не уменьшился. И до сих пор ученые не смогли ответить на самый волнующий вопрос: есть ли жизнь на Марсе? Вот почему один за другим отправляются к Марсу космические аппараты, и среди первых разведчиков были советские АМС "Марс-2" и "Марс-3".

Как же были устроены эти аппараты? Принципиальная компоновочная схема осталась прежней: орбитальный отсек, спускаемый аппарат, корректирующая двигательная установка, солнечные батареи (источник электроэнергии) и параболическая антенна для связи с Землей. Впрочем, сама конструкция станции была совершенно иной. Основным несущим элементом конструкции стал цилиндрический топливный бак мощной двигательной установки. К баку крепится все остальное. Внизу - приборный отсек в виде тора, "бублика", в котором размещены приборные блоки всех основных систем. В дырке этого "бублика" установили двигатель. Вверху - спускаемый аппарат.

На станциях впервые испытывалось много новых систем. Одна из них (автономная навигационная) осуществляла маневры, обеспечивающие мягкую посадку спускаемого аппарата и выведение станции с высокой точностью на орбиту спутника Марса. Причем всеми этими операциями руководила бортовая вычислительная машина без вмешательства Земли.

Впервые в истории космонавтики предстояло совершить мягкую посадку на Марс. Была выбрана гибридная схема - торможение за счет лобового аэродинамического щита в верхних слоях атмосферы, спуск на парашюте, а перед самой поверхностью - с помощью ТДЦ. Предусматривалось также использование амортизационного устройства в момент посадки.

Весь полет станций по траектории Земля - Марс, проведение заключительных маневров, переход на орбиты спутников планеты и посадка прошли точно по программе. Капсула "Марса-2" 27 ноября 1971 года впервые доставила на поверхность планеты вымпел с изображением Герба Советского Союза. Второго декабря спускаемый аппарат "Марса-3" совершил мягкую посадку. Сами же АМС еще длительное время исследовали планету и фотографировали ее с орбит искусственных спутников. Интересные результаты удалось получить во время наблюдения мощной пылевой бури на поверхности Марса, бушевавшей несколько месяцев, то затихая, то вновь усиливаясь.

К планетным станциям третьего поколения относятся и советские станции "Венера-9" и "Венера-10", совершившие полет в 1975 году. Совершенно уникальные результаты были получены от спускаемых аппаратов этих станций, осуществивших мягкую посадку на Венеру и впервые в истории передавших на Землю панорамы поверхности с "планеты загадок". Удивительными и неожиданными оказались эти снимки: острые камни, скалистые обломки (до этого думали, что плотная и горячая атмосфера Венеры превращает камни во что-то вроде морских голышей со сглаженными углами).

Конструктивно эти станции были похожи на "Марсы". Отличались лишь спускаемые аппараты, рассчитанные на работу при наружном давлении в 100 атм и температуре около 500° С. Спуск на поверхность шел в три этапа: аэродинамическое торможение в верхних слоях атмосферы, спуск на трехкупольном парашюте и на последнем участке -. плавная посадка с помощью аэродинамического устройства. Станции "Венера-9" и "Венера-10" стали ее первыми искусственными спутниками, которые в течение многих месяцев изучали верхнюю атмосферу и околопланетное пространство, фотографировали облачный покров.

К АМС третьего поколения относятся "Марсы" с четвертого по седьмой, "Венера-11" и "Венера-12". Спускаемые аппараты двух последних осуществили мягкую посадку на Венеру в декабре прошлого года, провели тонкий химический анализ атмосферы, зафиксировали грозовые разряды, позволили уточнить модель атмосферы планеты, которая еще и теперь во многом остается загадочной.

Полеты автоматических межпланетных станций к Марсу и Венере, прямые измерения в атмосфере планет и на поверхности значительно расширили наши знания о строении Солнечной системы, об условиях в космическом пространстве. И ответ на вопрос "Есть ли жизнь на Марсе?", очевидно, дело не такого уж далекого будущего.

В 1961 году в конструкторском бюро Сергея Павловича Королева началась проектная разработка первого советского искусственного спутника - активного ретранслятора "Молния-1" для создания с его помощью экспериментальной линии дальней радиосвязи между Москвой и Владивостоком.

Построенная к этому времени мощная ракета-носитель с ракетным блоком, запускавшимся в невесомости, позволяла вывести космический объект на высокую околоземную орбиту, что имеет определяющее значение именно для спутника связи. Уже был накоплен и некоторый опыт создания систем дальней космической связи при запусках АМС серии "Луна" и "Венера-1".

Первоначально проектанты решили создать экспериментальный аппарат, провести с его помощью эксперименты по исследованию распространения радиоволн, а затем уже переходить к созданию спутников связи. Эти осторожные предложения были представлены С. П. Королеву и... забракованы. Замечания сводились к следующему: разрабатывать надо не спутники-эксперименты, а сразу такие, на основе которых можно было бы построить систему связи по всей территории Советского Союза; ресурс такого спутника на первых порах должен быть не меньше 6- 9 месяцев.

После дополнительных исследований в 1962 году предложения по созданию спутника были сформулированы уже иначе. Наряду с конкретными предложениями по конструкции там говорилось: "На базе спутников связи типа "Молния-1" в будущем возможно создание эксплуатационной системы радиосвязи по территории Советского Союза и со странами северного полушария. Такая система в сочетании с местными радиорелейными линиями сможет обеспечить передачу телевизионных программ Центрального телевидения во все основные районы СССР".

Забегая немного вперед, скажем, что первый запуск "Молнии-1" состоялся 23 апреля 1965 года, а официальное открытие телевизионной сети "Орбита" с использованием спутников связи "Молния-1" произошло 2 ноября 1967 года - накануне 50-летия Великого Октября.

При разработке спутника "Молния-1" была принята традиционная в отечественной космической технике конструктивно-компоновочная схема: герметический корпус с установленной в нем аппаратурой. Снаружи корпуса установлены корректирующая двигательная установка, солнечные батареи, антенны, внешние радиаторы системы терморегулирования, исполнительные органы и шар-баллоны с запасами азота системы ориентации. На борту спутника имелись три ретранслятора (один рабочий и два резервных) мощностью по 40 Вт для ретрансляции широкополосных передач либо двусторонней многоканальной телефонии с возможностью вторичного уплотнения телефонных каналов тональным телеграфом, либо телевидения с одновременной передачей звукового сопровождения.

Работу спутника поддерживали и контролировали "обычные" системы - радиотелеметрическая, терморегулирования, электропитания (с использованием солнечных и буферных химических батарей). Оригинальной и новой была система управления ориентацией. Она - единственная в мире, где управление движением объекта вокруг центра масс по трем осям осуществляется одним гироскопом. При этом силовой гироскоп в некоторых режимах служит и датчиком.

Учитывая большую длительность сеансов связи и значительную энергоемкость аппаратуры, солнечные батареи должны быть постоянно ориентированы на светило. Поэтому одной из основных задач системы стало поддержание батарей в постоянном положении в пространстве, а следовательно, и корпуса (к которому они жестко прикреплены. Для этого, после того как спутник отделялся от последней ступени ракеты-носителя и возникающие при этом возмущения гасились, его продольная ось (по которой направлена и ось гироскопа) с помощью оптических датчиков и микродвигателей направлялась на Солнце, а гироскоп раскручивался до больших оборотов. А как известно, особенность гироскопа ("волчка") и состоит в том, что, будучи раскрученным, он сохраняет постоянным направление своей оси в пространстве (пример такого "гироскопа" - наша Земля). На ракетах-носителях эти приборы применяются только как датчики. В простейших системах управления различных космических аппаратов, где "волчки" могут быть и силовыми элементами, и датчиками, их корпуса крепятся к основной конструкции жесткими связями. На "Молнии-1" эта традиция была нарушена - массивный гироскоп помещался внутри корпуса спутника, связанный с ним лишь слабыми пружинками с демпферами (для уменьшения колебаний). Фактически космический аппарат как бы "висел", привязанный к гироскопу.

Эта нарушенная механика системы управления ориентацией с использованием силовых гироскопов потребовала разработки очень сложной теории. Но сложность ее за счет специально подобранных свойств системы "волчок-объект", как это ни парадоксально, компенсировалась тем, что электронная управляющая часть системы оказалась очень простой и, как следствие, очень надежной (для иллюстрации скажем, что за многие годы система ориентации спутника "Молния" работала безотказно). Дополняется эта гироскопическая система традиционными микродвигателями, работающими на сжатом азоте, с их помощью "выбираются" незначительные отклонения объекта от заданного положения за счет возмущений или временных изменений траектории или "подправляется" ориентация для проведения коррекций орбиты. Сочетание силового гироскопа и микродвигателей позволило создать очень экономичную систему ориентации с минимальными расходами рабочего тела.

Для приема сигналов на борт и передачу их на Землю используется остронаправленная параболическая антенна, которая автономно ориентируется на нашу планету.

Орбита спутника "Молния" - высокоэллиптическая, с высотой апогея (в северном полушарии) около 40 тыс. км и перигея около 500 км. Мощность бортового ретранслятора в сочетании с такой антенной позволили разработать сравнительно простые земные станции, принимающие телевизионные сигналы, сократить стоимость всего комплекса земной аппаратуры и в короткий срок создать широко разветвленную сеть приемопередающих станций "Орбита". Сейчас их 84. Именно благодаря им 80% населения нашей страны могут принимать передачи Центрального телевидения.

Кроме ретрансляции телевизионных передач, в том числе и цветных, спутники серии "Молния" используются для многоканальной телефонно-телеграфной и других видов связи между Москвой и Владивостоком. Сейчас на космических орбитах наряду с "Молниями" трудятся и другие их "собратья" - "Радуга" и "Горизонт" - на геостационарных орбитах. 26 октября 1976 года на такую же орбиту был выведен первый спутник серии "Экран" с мощностью бортового ретранслятора 200 Вт. Через этот спутник телепередачи принимаются довольно простыми наземными антеннами коллективного пользования, которые могут устанавливаться на крыши домов.

В одной из бесед с журналистами академик С. П. Королев сказал: "В спутнике "Молния" отражается главная тенденция космонавтики - ее достижения ставятся на службу народному хозяйству, они уже сегодня начинают приносить реальную пользу не только науке, но и каждому человеку". И это действительно так.

Погода интересует всех - и работников сельского хозяйства, и авиаторов, и лесоводов - да и нас с вами, когда мы утром собираемся выходить из дому. Но если нам в повседневной жизни достаточно знания погоды на сегодняшний день (брать или не брать зонтик?), то специалистам в различных областях нужны долгосрочные прогнозы, которые позволяли бы определять стратегию и тактику дальнейшей работы. Уверенное же предсказание погоды на длительный срок требует создания теории общей циркуляции атмосферы, для чего необходимы систематические метеорологические наблюдения по всей поверхности планеты.

В настоящее время на Земле действует около 10 тыс. метеостанций, но они не могут дать информацию с огромных просторов океанов, их мало в труднодоступных районах суши, в Арктике и Антарктиде, поэтому почти 80% планеты остаются "белым пятном" для метеорологов. Точнее, оставались, пока на помощь ученым не пришла космическая техника.

Только метеорологический спутник, оснащенный специальной аппаратурой, с высоты своей орбиты может дать информацию о погоде на всей планете. Но само по себе получение спутником такой информации еще не решает задачу - эти сведения должны оперативно обрабатываться и передаваться на Землю для их использования.

Впервые метеорологические наблюдения из космоса в Советском Союзе проводились с борта искусственного спутника Земли "Космос-144", запущенного 28 февраля 1967 года. Через два месяца начала функционировать экспериментальная система "Метеор" в составе ИСЗ "Космос-154" и "Космос-156". С 1969 года метеорологические спутники стали называться так же, как и система в целом, - "Метеор".