Часть I. Наблюдения с Земли и мечты о покорении космоса

Аннотация

Освоение космоса давно шагнуло за рамки воображения:

– каждый год космонавты отправляются за пределы Земли;

– люди запускают спутники, часть которых уже сейчас преодолела Солнечную систему;

– огромные телескопы наблюдают за звездами с орбиты нашей планеты.

Кто был первым первопроходцем в небе? Какие невероятные теории стоят за нашими космическими достижениями? Что нас ждет в будущем? Эта книга кратко и понятно расскажет о самых важных открытиях в области астрономии, о людях, которые их сделали.

Будьте в курсе научных открытий – всего за час!

Наталья Сердцева

Астрономия за 1 час

Часть I. Наблюдения с Земли и мечты о покорении космоса

Древняя астрономия: вавилонские жрецы, китайские астрономы, древнегреческие философы и другие

Люди древности так же, как и мы, смотрели по ночам на звезды и Луну и пытались понять, что они собой представляют, почему перемещаются по небесному своду, влияют ли на земную жизнь. На последний вопрос они, как правило, отвечали утвердительно Астрономия, древнейшая из наук, на первых этапах своего развития существовала параллельно с астрологией. Составляя первые карты звездного неба и рассчитывая движение светил, исследователи былых времен в первую очередь стремились предсказать по ним будущее.

С другой стороны, астрономия была частью философской системы. Созерцание звезд наводило на размышления о смысле бытия, о месте человека в этом мире, о предназначении и свободе воли. Вопросы о том, как устроено мироздание, тесно переплетались с религиозными учениями и доктринами. Первыми астрономами были жрецы и монахи, прорицатели и философы.

Самые древние астрономические наблюдения были сделаны нашими предками десятки тысяч лет назад, когда не существовало ни письменности, ни тем более науки. Следы этих наблюдений сохранились в виде наскальных рисунков, изображающих небесные светила, фазы Луны, примитивные календари и т. п. Один из самых древних астрономических памятников, сохранившихся до наших дней, – Стоунхендж, расположенный на территории современной Великобритании. Начало его сооружения датируется III тыс. до н. э. Положение камней в Стоунхендже связано с наиболее значимыми астрономическими явлениями: солнцестояниями, равноденствиями, движением и фазами Луны.

В каждом из древних очагов цивилизации, существовавших на нашей планете, современными археологами найдены астрономические записи, рисунки и карты.

Еще пять тысяч лет назад древние вавилоняне разделили небо на созвездия, составили календарь, отражающий фазы и циклы Луны, определили, что год состоит из 365 дней с четвертью. Вавилонские жрецы могли предсказывать затмения Луны и Солнца, им же, по мнению ученых, принадлежит первенство деления года на двенадцать месяцев и создания недели, состоящей из семи дней (каждому дню покровительствовало одно из небесных светил).

В Египте, в III тыс. до н. э., существовал сотический календарь. Он начинался со дня восхода самой яркой звезды на небе, Сириуса (Сотиса). Египтяне знали, что с момента восхода Сириуса начинается разлив Нила, а значит, пришла пора приступать к сельскохозяйственным работам. Астрономы Древнего Египта считали, что Земля находится в центре мира, вокруг нее вращаются Луна и Солнце. Меркурий и Венера, в свою очередь, движутся вокруг Солнца (а с ним вместе вокруг Земли). Кроме этих двух планет, египтяне обнаружили на небе еще одну – за нее они принимали все остальные планеты солнечной системы.

В Китае наблюдением за небесным сводом еще в конце III тыс до н. э. занимались придворные астрономы, позже здесь были созданы обсерватории, оснащенные самыми передовыми для своего времени приборами. Первое упоминание о знаменитой комете Галлея обнаружено именно в китайских источниках, оно относится к III в. до н. э. Китайцы создали циклический календарь, который по сей день используется в странах Азии. Он основывается на движении Юпитера, полный оборот которого происходит приблизительно за 12 лет, и Сатурна, оборот которого занимает 60 лет. Каждому году цикла соответствует определенное животное (всего их 12) и одна из пяти стихий. К другим достижениям китайских астрономов можно отнести создание первого звездного каталога, умение с большой точностью предсказывать затмения, нахождение экваториальных координат звезд и планет.

Индийская астрономия изложена в Ведах, священных писаниях, созданных во II–I вв. до н. э. Самой важной задачей ведические ученые считали календарные расчеты, от которых зависела правильная организация обрядов и приношений богам. Астрономы Индии имели четкое представление о движении Луны по небу, путь этого светила они делили на 27 созвездий (стоянок). Годичный путь Солнца, эклиптика, был ими подробно изучен, так же как солнечные и лунные затмения.

Говоря об астрономии древних времен, нельзя не упомянуть цивилизацию Майя, создавшую удивительно точный календарь. Уже в I в. до н. э. астрономы Майя знали пять планет солнечной системы, от Меркурия до Юпитера, наблюдали за созвездиями, создавали уникальные обсерватории, руины которых сохранились до наших дней.

Большое количество важнейших астрономических открытий принадлежит древним грекам. Они впервые заговорили о том, что Земля – не плоский диск, а шар и что она может не быть центром Вселенной. Последователи Пифагора, к примеру, предложили очень оригинальную модель: в центре Вселенной находится священный огонь, а вокруг него вращаются Солнце, Луна, Земля и пять других известных планет. У них были противники, выдвигавшие гипотезу гелиоцентрической системы, соответствующую нашим сегодняшним представлениям.

Идеи о шарообразности нашей планеты высказывали многие древнегреческие философы, но логически обосновать эту концепцию смог только Аристотель. Он доказал, что Земля – шар, так как во время лунных затмений она отбрасывает круглую тень. Греческий астроном Эратосфен Киренский, используя систему меридианов, измерил длину окружности Земли. Многие теории и исследования древних греков оказались правильными и были развиты в последующие столетия.

Часть II. Победа над силой тяготения: человек в космосе

Подготовка к полетам. Королев, Цандер, Оберт и другие конструкторы

Странами, где наиболее активно велась работа по созданию ракет, способных вырваться за пределы земной атмосферы, были СССР, США и Германия. Здесь создавались организации, занимавшиеся подготовкой к будущим космическим полетам, и работали выдающиеся ученые, ставшие пионерами эры ракетостроения.

Немецкий инженер и ученый Герман Оберт шел по следам Циолковского. Он самостоятельно вывел ту же формулу, что и Циолковский, определяющую скорость летательного аппарата с реактивным двигателем. Он также пришел к выводу, что ракетный двигатель должен работать на жидком топливе, и предложил использовать смесь водорода и кислорода.

В 1920-е гг. Оберт переписывался с Циолковским, делился с ним своими идеями и планами. Был у переписки основоположников космонавтики и третий адресат – Роберт Годдард из США. Этому ученому принадлежат весьма интересные разработки: ракета, работающая на бензиновом топливе и оксиде азота в жидком состоянии, и многоступенчатая ракета, во многом похожая на аналогичный проект Циолковского. В 1926 г. Годдард собрал и запустил первую жидкостную ракету, работавшую на бензине и кислороде. Она была небольшой, около 40 см в длину и поднялась всего на 12 метров; тем не менее эксперимент продемонстрировал возможности и перспективы жидкого топлива.

В 1944 г. в Германии была запущена ракета, которая совершила первый суборбитальный полет (полет, проходящий выше условной границы между земной атмосферой и космосом, которая находится на высоте 100 км над уровнем моря). Эта ракета весила около 12 тонн, значительную часть веса составлял запас топлива, 1 тонна приходилась на заряд взрывчатки. При помощи подобных ракет Гитлер надеялся переломить ход войны и одержать победу. Но, к счастью для всего мира, изобретение было недоработано: ракета плохо управлялась, задать точный курс было практически невозможно.

В Советском Союзе первой организацией, которая перешла от проектов к конкретным техническим разработкам, стало Общество изучения межпланетных сообщений, почетным членом которого был Константин Циолковский. Возглавил общество один из выдающихся пионеров ракетостроения Фридрих Цандер. Ему принадлежит множество прогрессивных идей, позволивших продвинуть ракетную технику на новый уровень. Например, он объединил ракетные «эскадрильи» и «поезда» Циолковского и предложил такую конструкцию: центральная ракета большего размера окружена меньшими ракетами, которые, выполнив стартовую функцию, отсоединяются. Подобный принцип применяется в современных тяжелых ракетах. Еще он придумал «космические парусники» – аппараты, использующие для полета энергию давления солнечного света.

Общество, организованное в 1924 г., просуществовало недолго, оно распалось всего через полтора года. Ему на смену пришли более серьезные организации – Ленинградская газодинамическая лаборатория (ГДЛ) и Московская группа изучения реактивного движения (ГИРД). Можно отметить, что Общество изучения межпланетных сообщений, ставившее своей задачей «содействие работе по осуществлению заатмосферных полетов», было первым подобным объединением не только в СССР, но и во всем мире.

Жидкостные реактивные двигатели, собираемые в ГДЛ, поначалу были очень капризными в работе, но уже к началу 1930-х гг., после многочисленных экспериментов, инженерам удалось создать достаточно стабильные конструкции. Параллельно над решением той же проблемы работали инженеры ГИРД под руководством Фридриха Цандера.

Одним из перспективных проектов ГИРД был реактивный ракетоплан, руководил проектом молодой инженер Сергей Королев. Бесхвостый планер (хвост был удален, так как его могла спалить реактивная струя) был чуть больше 3 метров в длину, размах его крыльев при этом достигал 12 метров. Планировалось, что он разгонится до скорости 140 км/ч. Но добиться этого не удалось, планер держался в воздухе всего несколько десятков секунд. Так же как и многие другие неудачные проекты, ракетоплан дал конструкторам ценный опыт, который был использован впоследствии.

Были у группы и успехи, один из них – ракета на жидком топливе ГИРД-09. Во время испытаний, проведенных в августе 1933 г., она взлетела на высоту 400 м и достигла уровня тяги 53 кг. Для того времени это был значительный результат.

В том же 1933 г. ГИРД и ГДЛ слились в единую организацию – Реактивный научно-исследовательский институт (РНИИ). Сергей Королев, ставший заместителем начальника института, продолжил работу над ракетопланом. Параллельно он, вместе с коллегами, проводил эксперименты с крылатыми ракетами, которые планировалось использовать и в военных целях, и для полета в космос. Одним из выдающихся достижений в этой области стала разработка парашютной системы спасения ракеты – позже она будет использоваться для космических аппаратов научного назначения.

Успехи в области крылатых ракет придали конструкторам уверенности в своих силах.

Уже в марте 1935 г. Сергей Королев выступил с заявлением, что РНИИ готов к созданию ракетоплана, управлять которым будет пилот, находящийся на борту.

В первых набросках этот ракетоплан представлял собой самолет с удлиненным фюзеляжем (для размещения больших запасов горючего), укороченными крыльями (из-за высоких скоростей) и герметичной кабиной. Ракетоплан должен был взлетать после разгона по земле при помощи ускорителей, которые потом отсоединяются. Сначала аппарат поднимается под углом 60 градусов, потом, набрав скорость, летит вертикально. Обратно, к земле, ракетоплан тоже движется в вертикальном положении, а перед приземлением меняет его на горизонтальное.

Был у Королева и другой проект для достижения больших высот – комбинированная ракета, изготовленная по типу матрешки. Первая ракета, достигнув определенной высоты, отпадает; дальше летит вторая, находившаяся до этого внутри первой, и т. д. Конструктор считал, что четвертая по счету ракета сможет достигнуть границы космоса.

Хотя начало работы было многообещающим, к сожалению, ни один из этих проектов не был завершен. Репрессии, бушевавшие в СССР, докатились до ракетостроителей. Многие из конструкторов были арестованы, кого-то приговорили к высшей мере. Сергей Королев получил 10 лет лагерей, которые через два года были заменены работой в закрытом конструкторском бюро, где он продолжил проектировать ракетные двигатели.

Датой старта советской ракетно-космической программы считается 13 мая 1946 г., когда было принято постановление о развертывании крупномасштабной работы по развитию в стране ракетостроения. Ракеты были нужны СССР в первую очередь для доставки на большие расстояния ядерного оружия. Начиналась холодная война. За год до этого американцы сбросили атомные бомбы на Хиросиму и Нагасаки, и Советский Союз должен был опередить противника в гонке вооружений. Освоение космоса было второй, не менее важной, целью этой программы.

Взлететь на воздух

Первые ракеты, предназначенные не для космических путешествий, а для развлечений и запугивания врага, появились в Китае, ведь именно там был изобретен порох. В Поднебесной существовали огромные залежи селитры – одного из основных компонентов пороха, поэтому запуск ракет и фейерверков получил широкое распространение. На крупные праздники китайцы шумели, отпугивая злых духов.

Глядя на то, как ракета, начиненная порохом, резво взмывает ввысь, некоторые любознательные граждане начали задумываться о том, что можно заставить взлететь не только маленький предмет, но и что-нибудь покрупнее. Китайский изобретатель-самоучка Ван Гу, живший на рубеже XIV и XV вв., подошел к вопросу радикально: он решил сам при помощи пороха подняться в воздух.

Летательный аппарат Ван Гу представлял собой два соединенных воздушных змея гигантских размеров, между которыми было укреплено сиденье. Снизу к змеям было прикреплено около 50 ракет, заряженных порохом. Они и должны были стать движущей силой. К сожалению, эксперимент закончился трагически. Вместо того чтобы взлететь, Ван Гу взорвался вместе с ракетами. Имя мужественного изобретателя увековечено в названии одного из кратеров на Луне.

Таинственный изобретатель

В начале 1960-х гг. американцы дали старт программе «Аполлон», занимавшейся организацией пилотируемых полетов на Луну. Полет осуществлялся по следующей схеме: на орбиту спутника Земли выходил основной космический корабль, а на поверхность Луны опускался лишь небольшой лунный модуль. Затем астронавты возвращались на лунном модуле на корабль и летели на нем обратно на Землю. Такой способ был гораздо проще и дешевле, чем прямой полет одного корабля на Луну.

Американские конструкторы, разрабатывавшие траекторию полета, позже признались журналистам, что на подобную идею их натолкнула старая брошюра начала XX в., автором которой был некий Юрий Кондратюк, русский механик-самоучка. После этого заявления личностью Кондратюка заинтересовались советские специалисты.

Проведенное исследование выявило удивительные факты о судьбе талантливого изобретателя. Оказалось, что он всю жизнь прожил под чужим именем. Александр Шаргей, студент Петроградского политехнического института, увлеченный космосом, был призван в царскую армию, после революции воевал с белыми, потом дезертировал и оказался между двух огней: он был чужим и для белых, и для красных. Спастись ему помог паспорт погибшего Юрия Кондратюка.

Под этой фамилией изобретатель прожил всю жизнь. Он уехал в Сибирь, строил элеваторы и ветроэлектростанции и старался «не высовываться». Хотя по-прежнему интересовался проблемами космических полетов. Он опубликовал несколько статей и брошюр, в том числе и ту, где описывалась схема полета на Луну и другие объекты Солнечной системы. Его оригинальные новаторские идеи были замечены космическими конструкторами, сам Королев приглашал его на работу, но Кондратюк отказался. Он понимал, что в секретном учреждении обязательно проверят его прошлое, и тогда его будет ждать не работа, а тюрьма.

Четвероногие космонавты

Все знают о Белке и Стрелке, героических собаках, которые первыми из живых существ совершили полет вокруг Земли и благополучно вернулись на Землю. Имена десятков их коллег, вернувшихся и не вернувшихся с заданий, менее известны, хотя каждая из этих собак внесла свой огромный вклад в дело освоения космоса.

Советские конструкторы предпочитали иметь дело с собаками, в то время как их заокеанские коллеги из NASA отправляли в суборбитальные полеты и на орбиту Земли обезьян. Самым знаменитым приматом-космонавтом стал шимпанзе Хэм, он первым из представителей своего племени принял участие в суборбитальном полете, который закончился удачно.

Французы проявили оригинальность и запустили в космос кошку. Поначалу планировалось, что покорять бескрайние выси на ракете отправится кот по имени Феликс, но в последний момент он умудрился сбежать. Пришлось заменять его дублершей Фелиссетой. Запуск и приземление прошли удачно, астрокошка вернулась на Землю в капсуле, спускаемой при помощи парашюта.

Первыми животными, облетевшими вокруг Луны, стали черепахи. Они отправились в свое космическое путешествие в сентябре 1968 г., провели в полете 7 дней и в спускаемом аппарате приводнились в Индийском океане. В экспедиции по спасению черепах участвовал советский исследовательский корабль «Василий Головин». Черепах подняли на борт, обследовали, накормили, а по возвращении в порт они самолетом отправились в Москву.

Кроме перечисленных, в космосе побывали сотни других представителей флоры, в том числе хомяки, кролики, морские свинки, улитки, пауки, тритоны, рыбы и т. д.

«Мы бы и в майках полетели»

Советская космическая программа разворачивалась в условиях жесточайшей гонки, на пятки наступали американцы, нужно было постоянно выдавать «на-гора» что-то новое. После того как в космос слетали несколько одиночных космонавтов, NASA объявила о скором запуске первого многоместного корабля. Руководство СССР призвало главного конструктора Сергея Королева опередить конкурентов.

До окончания строительства первого многоместного «Союза» было еще далеко, но команда изобретательных ученых смогла найти выход из положения. Новый корабль «Восход», на котором планировался полет трех космонавтов, был создан на базе старого «Востока», подобного тому, на котором летал Гагарин. В нем были переделаны люки и основной вход, вместо одного массивного катапультируемого кресла установили три. Так как места было мало, космонавты в них могли поместиться только без скафандров. Оснащение корабля позволяло это осуществить, хотя, конечно, существовал риск внештатных ситуаций, где без скафандра можно было погибнуть.

Королев подошел к вопросам безопасности очень серьезно. По слухам, он сказал инженеру-разработчику Феоктистову: «Делай как для себя. Сам полетишь». И Феоктистов действительно стал одним из трех членов первого космического экипажа. В то время желающие отправиться в космос исчислялись тысячами, трудности и опасности энтузиастов не пугали. Через несколько лет после полета Константина Феоктистова спросили: «Не страшно было лететь без скафандра? » Он ответил: «Мы бы и в майках полетели».