Читаем Как было получено изображение обратной стороны Луны онлайн бесплатно

РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ:

Берг А. И., Бурдейный Ф. И., Бурлянд В. А., Ванеев В. И., Геништа Е. II., Джигит И, С., Канаева А. М., Кренкель Э. Т., Куликовский А. А., Смирнов А. Д., Тарасов Ф. И., Шампур В. И.

Редактор С. И. Катаев

Техн. редактор К. П. Воронин

Сдано в набор 19/VIII I960 г. Подписано к печати 24/Х 1960 г.

7-12^99. Бумага Д4Х103Моя 3,23 печ. л. Уч. — изд. л. 3.5,

Тирах 50000 (2-й завод 10001 — 50000 э: ы) Заказ 51

Цепа 14 коп.

Типография Госэнергоиздата. Москва, Шлюзовая наб., 10.

До недавнего времени изучение межпланетного пространства производилось посредством наблюдений с поверхности Земли. Дальнейшее углубление наших знаний было осуществлено при проведении исследований в верхних слоях атмосферы и за пределами ее. Первые научные наблюдения в верхних слоях атмосферы производились с помощью высотных ракет, однако использование ракет оказалось недостаточно эффективным, ввиду кратковременности их полета. Использование искусственных спутников Земли для производства соответствующих исследований значительно расширило наши представления о Земле и Космосе.

Успешный штурм Космоса был начат 4 октября 1957 г. запуском советского искусственного спутника Земли. Советский искусственный спутник был первым небесным телом, созданным человеком. Вслед за первым в нашей стране были запущены второй (3 ноября 1957 г.), а затем и третий (15 мая 1958 г.) искусственные спутники Земли.

Исследования, проведенные с помощью искусственных спутников и высотных геофизических ракет, позволили получить сведения о химическом составе верхней атмосферы, ее плотности, температуре и ионизации, о свойствах земного магнетизма, составе космического излучения, о существовании вокруг Земли зон повышенной радиации, состоящих из заряженных частиц. Исследования позволили сделать выводы о вероятности столкновений спутников и ракет с метеорами и микрометеорами, о влиянии перегрузок и невесомости на организм животных.

Получены важные данные, необходимые для расчета линий радиосвязи, конструирования аппаратуры и многих других практических и научных целей.

Запуск искусственных спутников и исследования, произведенные при этом, подготовили созданием запуск межпланетных космических ракет и космических кораблей-спутников.

Первая в мире советская межпланетная космическая ракета, богато оснащенная научной аппаратурой, была отправлена в сторону Луны 2 января 1959 г. Наряду со многими другими измерениями очень важное измерение было выполнено на борту ракеты магнитометром. Магнитометр был предназначен для обнаружения магнитного поля Луны и для измерения магнитного поля Земли на различных расстояниях от нашей планеты.

12 сентября 1959 г. была запущена вторая советская космическая ракета, достигшая 14 сентября поверхности Луны. Эта ракета решала приблизительно такие же задачи, как и первая. Она несла на борту аппаратуру для регистрации магнитных полей Земли и Луны, изучения зон повышенной радиации, регистрации космических лучей, измерения плотности межпланетного газа в пространстве между Землей и Луной, подсчета числа соударений с метеорами и микрометеорами. Повторение той же программы было сделано для уточнения ранее полученных результатов.

Третья космическая ракета была запущена в Советском Союзе 4 октября 1959 г. Она была снабжена сложным комплексом научной и радиотехнической аппаратуры, системой ориентации, устройствами программного управления бортовой аппаратурой, системой автоматического регулирования теплового режима внутри станции и источниками питания. На борту ракеты был установлен комплекс фототелевизионной аппаратуры, предназначенной для фотографирования невидимой с Земли части поверхности Луны и последующей передачи этого изображения на Землю.

Чем же привлекает Луна внимание исследователей? Луна является ближайшим к нам небесным телом. Поэтому она из всех тел солнечной системы наиболее доступна для непосредственного наблюдения. Несомненно, она будет первым небесным телом, на которое ступит нога человека. Раскрытие тайн Луны и окололунного пространства позволит приблизиться к раскрытию загадки происхождения как самой Луны, так и нашей родной планеты, Не приходится сомневаться и в том, что в дальнейшем Луна будет использована людьми для ряда различных практических целей.

Вполне возможно, что Луна или отдельные участки ее поверхности будут приспособлены для длительного пребывания людей и ведения различных наблюдений как Земли и Солнца, так и других космических тел. Так как Луна практически лишена атмосферы, то наблюдения за большими и малыми телами Вселенной будут во много раз более эффективными, чем аналогичные наблюдения, производимые с поверхности Земли. Лунные станции обогатят астрономическую науку такими сведениями, которые во много раз превзойдут то, что было накоплено за сотни лет наблюдений с земной поверхности.

Изучение Луны, начатое великим итальянским ученым Галилео Галилеем в 1609 г., производилось до 1959 г. только с поверхности Земли. Год от года совершенствовались наблюдательные оптические инструменты. В своих первых наблюдениях Галилей использовал подзорную трубу, дававшую трехкратное увеличение, а сегодня увеличение телескопов достигает 1 000. Но возможности оптических инструментов ограничены земной атмосферой. Кроме того, ученых интересует не только лик небесных тел. Очень важно знать, например, какова температура Луны, есть ли у нее атмосфера, а если есть, то каков ее химический состав. Решение этих вопросов невозможно простым наблюдением небесных тел с помощью телескопов. Поэтому астрономы стремятся использовать все возможности, которые им предоставляют современные наука и техника.

Различные современные методы исследования в сочетании со сложными расчетами позволили достаточно хорошо изучить поверхность Луны, установить ее массу, плотность, размеры, изучить закономерности движения Луны. Но многие тайны Луны остаются до сих пор нераскрытыми. До сих пор неизвестны не только происхождение самой Луны, но и происхождение образований на ее поверхности. Неизвестны физическое состояние и химический состав поверхностных слоев пород Луны, не говоря уже о глубинных породах, составляющих тело Луны.

Давно доказано, что время полного оборота Луны вокруг своей оси совпадает со временем обращения Луны вокруг Земли. Это значит, что Луна обращена к Земле всегда лишь одной своей стороной. Противоположная же сторона поверхности Луны с Земли полностью не видна. Временами бывают доступны наблюдениям лишь узкие зоны, непосредственно примыкающие к видимой части поверхности Луны, что происходит вследствие так называемой либрации Луны: для наблюдателя с Земли Луна кажется вращающейся вокруг своей оси неравномерно, она как бы покачивается относительно своего среднего положения.

Вследствие явлений либрации наблюдениям оказываются доступными только около 59 % поверхности Луны. Однако остающиеся 41 % поверхности всегда оказываются скрытыми от нашего взора. Кроме того, даже то, что видно земным наблюдателям, нуждается в проверке. Ряд образований на лунной поверхности, находящейся на границе видимой с Земли части Луны, кажется нам длинными и узкими, их истинная форма искажена.

Таким образом, исследование стороны Луны, недоступной для наблюдений с поверхности нашей планеты, представляет огромный научный интерес. Осуществить эту многовековую мечту человека удалось советскому народу, его ученым, конструкторам, инженерам, техникам, рабочим, создавшим и запустившим третью космическую ракету с автоматической межпланетной станцией.

Как средство запуска искусственных спутников Земли и космических ракет ракетная техника играет важную роль, однако точный вывод спутников и ракет на орбиту, получение и передача результатов научных измерений и наблюдений с искусственных небесных тел на Землю, обработка полученных данных совершенно невозможны без использования достижений современной радиоэлектроники. Совершенно очевиден тот факт, что без достаточно надежной радиосвязи с космической ракетой или спутником не имело бы никакого смысла устанавливать на их борту какие бы то ни было научные приборы, ибо показания этих приборов можно передать в настоящее время на Землю только средствами радиосвязи.

Ещё до запуска искусственных спутников и космических ракет условия радиосвязи с ними, так же как и возможные причины ее нарушений были частично выяснены с помощью высотных ракет.

Рис. 1. Прозрачность земной атмосферы для электромагнитных колебаний с различными длинами волн.

При такой радиосвязи необходимо учитывать влияние атмосферы на прохождение электромагнитных волн. Не всякое электромагнитное колебание может «пробить» себе путь сквозь толщу воздушного океана, на дне которого мы живем.

На рис. 1 показан график «прозрачности» земной атмосферы для электромагнитных колебаний различных длин волн.

Особенно сильное влияние на прохождение электромагнитных колебаний оказывают верхние ионизированные слои атмосферы. Состояние этих слоев — их толщина, высота над поверхностью Земли, степень концентрации заряженных частиц — зависит от времени суток и года. Соответственно различается и воздействие этих слоев на радиосвязь в различное время суток и года.

Чем выше концентрация электронов в ионосфере и чем больше длина волн, используемых для связи, тем труднее этим колебаниям пробиться сквозь слой ионосферы.

Если электромагнитные колебания с длинами волн более 50 м посылаются с Земли, то, достигнув ионосферы, они отражаются от нее и возвращаются к поверхности Земли. Последующее отражение радиоволн от поверхности Земли вызывает многократное повторение этого процесса, в результате чего радиоволны могут достигнуть пункта, находящегося в диаметрально противоположной по отношению к передающей радиостанции точке земного шара. Но именно это свойство ионосферы, позволяющее установить радиосвязь между отдаленными пунктами земной поверхности, затрудняет радиосвязь с искусственными спутниками Земли и космическими ракетами.

Для отражения длинных волн, посылаемых с Земли, достаточно той концентрации электронов, которая обнаруживается на высоте 60–90 км, в так называемом ионосферном слое D. Средние волны отражаются слоем Е, расположенным на высоте 100–130 км, где электронная концентрация много выше. Еще более короткие волны, беспрепятственно проходящие слои D и Е, отражаются слоем F с максимальной концентрацией электронов на высоте 250–400 км. Радиоволны длиной около 40 м уже могут проходить, не отражаясь, за пределы ионосферы, однако при этом они ослабляются. Чем ближе направление радиолуча к вертикальному, тем меньше ослабление проходящих сквозь ионосферу волн. Волны короче 20 м проходят сквозь атмосферу почти беспрепятственно.

С точки зрения эффективного использования электроэнергии желательно применять направленное излучение электромагнитных волн как на искусственном небесном теле, так и на Земле. Как известно, геометрические размеры антенных систем при этом должны быть соизмеримыми с длиной волны используемого электромагнитного излучения. Поэтому с целью уменьшения размеров антенн желательно использовать ультракороткие радиоволны. Однако слишком короткие волны (длиной менее 3 см) для связи с космическими кораблями использовать нельзя, так как они поглощаются нижними слоями атмосферы, водяными парами, рассеиваются ионосферой. Особенно сильно поглощаются водяными парами и рассеиваются ионосферой радиоволны длиной менее 2 см. Однако поглощение в парах воды и кислороде воздуха, которое объясняется возникновением резонансных явлений, неодинаково в пределах диапазона миллиметровых волн. Так, в диапазоне волн 20— 1 мм имеются две полосы поглощения радиоволн в парах воды с максимумами поглощения на волнах 1,8 и 14 мм. В том же диапазоне кислород воздуха имеет две полосы поглощения с максимумами на волнах 2,6 и 5 мм. Так как полосы максимального поглощения довольно узки, то в диапазоне миллиметровых волн могут быть выделены широкие области, в которых потери из-за поглощения малы.

На советских спутниках и космических ракетах использовались радиоволны с длинами волн от 15 до 1,5 м. Недостатком космической связи с использованием волн этого диапазона является то, что они лежат в диапазоне собственного радиоизлучения небесных тел и газовых туманностей.

К числу первостепенных проблем, возникающих при конструировании бортовой радиоаппаратуры, относится проблема источников электрической энергии на спутниках и космических станциях. На межпланетной автоматической станции использовались отдельные блоки химических элементов тока, обеспечивающие питание кратковременно действующей аппаратуры, а также централизованный блок буферной химической батареи. В этих источниках тока электрическая энергия вырабатывалась непосредственно за счет химического взаимодействия веществ, входящих в состав их электродов. Пополнение израсходованной энергии буферной батареи осуществлялось за счет солнечных батарей — фотоэлектрических преобразователей энергии.

В качестве фотоэлектрических генераторов, преобразующих энергию солнечных лучей непосредственно в электрическую, в настоящее время широко применяются кремниевые элементы, обладающие значительно большей эффективностью по сравнению с фотоэлектрическими генераторами других типов. У лучших образцов кремниевых элементов в электрическую энергию преобразуется до 11 % попадающей в элемент энергии солнечных лучей. При использовании солнечной батареи для получения электрической энергии необходимо учитывать, что энергия солнечного излучения имеет относительно малую плотность; поэтому для получения достаточной мощности требуется применять батареи с соответствующей площадью поверхности. При этом необходимо иметь в виду, что в безоблачный день поток солнечного света имеет на освещаемой поверхности мощность около 1 квт/м² при условии, что солнечные лучи падают перпендикулярно освещаемой поверхности. При подсчете мощности, вырабатываемой фотоэлектрическим генератором, необходимо учитывать и то, что не вся энергия солнечных лучей поглощается элементом: часть ее отражается от поверхности кремниевого преобразователя.