К звездам на ракете

1. Два яруса воздушного океана

Все мы живем на дне безбрежного океана, океана воздушного, во много раз более глубокого, нежели океан водяной. В недрах водяного океана ученые производят глубокие разведки; они много узнали о свойствах глубинных слоев и об их обитателях. Но о прозрачных высях океана воздушного людям известно пока очень мало. Человеку удавалось побывать в атмосфере только до высоты двух десятков километров; примерно еще на такую же высоту пронизывали ученые атмосферу особыми снарядами – зондами. Итого – не более 40 километров. Но атмосфера, постепенно разрежаясь, простирается над нашими головами не на 40 километров и даже не на 400, а еще раза в два выше. Авиацией завоеван до сих пор только самый нижний ярус всей атмосферы, наиболее плотная ее часть, толщиною в десяток километров. Этот слой воздушного океана настолько отличается от лежащего выше, что ученые сочли нужным дать ему особое название: «тропосфера». Простирающийся же над ним ярус получил название «стратосферы». В нижнем ярусе, в тропосфере, содержится в виде пара почти вся влага воздуха; в этом слое есть облака, бывают дожди, снег, град; части его беспрестанно перемешиваются восходящими и нисходящими течениями; состав этого воздушного слоя на протяжении всей толщины поэтому одинаков. Но температура его с высотою заметно меняется: чем выше, тем воздух тропосферы холоднее, убывая с каждым километром высоты градусов на 5–7 (по стоградусному термометру). На высоте 10 километров, близ верхней границы тропосферы, всегда – летом и зимой – стоит сильный мороз в 50–60 градусов ниже нуля. Такова тропосфера.

Совсем иные условия имеются в верхнем ярусе воздушного океана – в стратосфере. В разреженном воздухе стратосферы почти совершенно отсутствуют водяные пары. Там не может быть туманов, небо всегда ясно; облака бывают очень редко, и то большей частью не водяные и даже не ледяные, а пылевые – из тончайшей пыли, выброшенной вулканами. Перемешивания частей воздушного слоя не происходит вовсе; беспрестанно меняющихся ветров там не бывает, бурь, шквалов, дождей, снега, града – нет и в помине. Самая же замечательная и загадочная особенность стратосферы та, что температура ее с высотою не понижается; напротив, начиная с некоторой высоты жестокий мороз становится менее суровым, а затем воздух делается постепенно теплым, разогревается все сильнее, и на высоте полусотни километров температура достигает +60°–70°, т. е. воздух там жарче, чем в тропическом поясе у земной поверхности.

Так резко различаются между собою два яруса воздушного океана – тропосфера и стратосфера. Но о стратосфере нам известно пока очень немного. Ее изучение, можно сказать, только началось, и многое еще предстоит в ней исследовать. Причина слабой изученности стратосферы понятна: в высшие воздушные слои очень трудно проникнуть. Сейчас мы побеседуем подробнее о трудностях высотных полетов.

2. Высотные полеты

В июне 1933 года исполнилось ровно 150 лет с того дня, как впервые в мире поднялся ввысь воздушный шар. Полтора века длится уже завоевание воздуха человеком. Как же высоко над Землей удалось ему до сих пор подняться?

Современные самолеты забираются выше самых высоких гор. Высочайшая гора Земли – Эверест в Азии, – поднимает свою вершину почти на 9 километров выше глади океанских вод. Добраться до верхушки этой горы по ее склонам людям не удалось: пришлось вернуться, не дойдя до верхушки нескольких сот метров, потому что воздух там чересчур разрежен для дыхания людей. Однако в 1933 году одному летчику удалось кружиться со своей машиной над этой неприступной верхушкой. Забирались летчики и еще выше, – примерно до 14 километров над уровнем воды в океане. При этом, чтобы дышать на такой высоте, летчик берет с собой особую маску и запас воздуха.

Всем известно, что чем выше, тем воздух становится более разреженным. На высоте 5 километров воздух уже примерно в два раза реже, чем у самой земли; на высоте 10 километров – в 4 раза реже; на высоте 15 километров – раз в 8 реже и т. д.

Это затрудняет не только дыхание на большой высоте, но и самое летание там. Ведь и мотор требует воздуха для своей работы; где воздуха мало, там мотор работает плохо и самолет держаться не может. Правда, инженеры придумали способ сжимать воздух на больших высотах особыми насосами и этот сжатый воздух подавать в мотор. Поэтому и возможно было забраться на самолете на такую высоту, как 14 километров.

Как Пикар поднимался на высоту 16 километров.

Чтобы не погибнуть в разреженном, страшно холодном воздухе больших высот, Пикар и его спутники заперлись в круглой непроницаемой кабине

Всего выше удалось пока подняться человеку не на самолете, а на воздушном шаре, не имеющем мотора. Зарубежный ученый, проф. Пикар, дважды поднялся на высоту более 16 километров – на особом шаре, называемом «стратостатом». При втором своем полете, в 1932 г., Пикар достиг 16½ километров высоты, какой до него не достигал еще ни один человек.

Полеты Пикара открыли путь в стратосферу, и по этому пути вскоре смело направились советские воздухоплаватели. Их отважные полеты и блестящие достижения привлекли к себе внимание всего мира.

Рекорд, поставленный Пикаром, был дважды побит высотными полетами советских пилотов: 30 сентября 1933 г. стратостат «СССР» достиг 19 километров высоты, а ровно четыре месяца спустя, 30 января 1934 г., советский стратостат «С-ОАХ-І» поднял трех исследователей стратосферы на высоту 22 километра.

Затруднения, стоящие на пути к проникновению человека в высокие слои атмосферы – в стратосферу, бывают двоякого рода. Прежде всего трудно поднять аппарат в те высоты, где воздух чрезвычайно разрежен и не дает опоры. Во-вторых, надо обеспечить человеку возможность дышать и вообще существовать в крайне разреженном и очень холодном воздухе. Оба препятствия преодолеваются шаром особого устройства – высотным аэростатом, или стратостатом.

Главные части всякого аэростата – сам шар, надутый легким газом, и помещение для его команды – гондола. Аэростат держится в воздухе по той же причине, по какой остается под уровнем моря подводная лодка. Относящийся сюда закон природы открыт еще в древности греческим ученым Архимедом. Закон этот утверждает, что всякая вещь, погруженная в жидкость, уменьшает свой вес на столько, сколько весит количество жидкости, вытесняемое этой вещью. Точно так же и вещь, находящаяся в воздухе, уменьшает свой вес на столько, сколько весит воздух, ею вытесняемый. Значит, чтобы шар держался в атмосфере, нужно придать ему вес, меньший веса такого же объема воздуха: тогда шар не только потеряет целиком свой вес, но и будет еще увлекаться вверх. Достигается это тем, что шар наполняют газом, который легче воздуха, – например, водородом. Такой шар вместе с его гондолой и всем прочим снаряжением оказывается легче, чем вытесняемый им воздух, – и увлекается вверх.

Поднимаясь выше и выше, шар попадает в слои все более легкого воздуха. Рано или поздно он должен оказаться в воздухе настолько легком, что вес шара сделается уже равным весу вытесняемого им воздуха; с этого момента аэростат уравновесится, и подъем его прекратится. Чтобы заставить теперь шар подниматься еще выше, надо аэростат облегчить – сбросить с него какую-нибудь тяжесть; с этой целью команда заранее запасается мешками с песком, «балластом», который и сбрасывают, когда шар уравновесится. Облегченный аэростат снова делается легче вытесняемого им воздуха и увлекается вверх. Наконец, когда балласт весь выброшен и больше облегчить аэростат нельзя, он на некоторой высоте окончательно уравновешивается; выше подняться шар уже не может. Он достиг, как говорят, своего «потолка», своей предельной высоты.

Как же удалось Пикару поднять потолок аэростата до 16½ километров, а советским воздухоплавателям даже до 22 километров? Достигается это главным образом благодаря следующему приему. Оболочку шара наполняют водородом не полностью, а только примерно на одну десятую долю, т. е. впускают в нее десятую часть того количества газа, какое она могла бы вместить, раздувшись до отказа. От этого аэростат получает смятый вид и вытягивается вверх наподобие моркови. Но по мере того как аэростат взлетает, он попадает в более разреженный воздух, который сдавливает его слабее; водород внутри оболочки начинает ее распирать. Форма оболочки становится похожей на грушу, все более приближаясь к форме шара и увеличивая свой объем. Благодаря увеличению объема стратостат вытесняет больше воздуха, а потому может подниматься очень высоко, даже не выбрасывая балласта. Однако наступает момент, когда он раздувается до отказа и больше увеличить свой объем не может: все складки разгладились. Заставить шар, уравновесившийся в таком состоянии, подняться выше можно только сбрасыванием балласта, после чего аэростат достигает своего «потолка».

Так разрешается первая задача – достижение стратостатом возможно большей высоты. Расскажем теперь, как предоставляется команде возможность существовать в страшном холоде высоких слоев атмосферы и не задохнуться в этом разреженном воздухе. Гондола устраивается не открытая, а закрытая со всех сторон, – настолько плотно, что воздух изнутри выйти не может. В такой «кабине» команда дышит воздухом обычной плотности, как моряки в подводной лодке; при этом воздух, испорченный дыханием, удаляется и освежается особыми аппаратами (того же устройства, как и употребляемые в подводном плавании). Управлять всем наружным оборудованием стратостата можно из кабины, не открывая в ней ни единой щелочки, чтобы не выпустить воздуха; для этого придуман ряд остроумных приспособлений.

Можно устроить так, чтобы внутри кабины не было холодно, несмотря на сильный мороз снаружи, за ее тонкими стенками. Вспомним, что стратостат поднимается выше облаков, где всегда сияет солнце. Озаряя кабину своими лучами, солнце может согревать ее металлические стенки и поддерживать внутри нее достаточно высокую температуру. Этому способствует надлежаще подобранная наружная окраска.

«Потолки» полетов аппаратов легче воздуха.

Чтобы дать представление об устройстве стратостатов, остановимся подробнее на нашем стратостате «СССР», поднявшемся на 19 километров и благополучно спустившемся с этой высоты. Размеры его огромны. Во вполне раздутом состоянии оболочка стратостата, построенного Пикаром, имела объем в 14 000 куб. метров и поперечник в 30 метров. Советский стратостат «СССР» превосходил иностранный весьма значительно: объем его оболочки в раздутом состоянии равен 25 000 куб. метров, а поперечник 36 метрам. Оболочка стратостата до того времени никогда у нас не изготовлялась, и тем не менее московский завод «Каучук» справился с этой нелегкой задачей превосходно. Необходимые для стратостата 5 000 кв. метров прорезиненной ткани – прочной, непроницаемой для водорода, не портящейся ни от перегрева, ни от сильнейшего мороза, стойкой под разрушительным действием солнечных лучей – были изготовлены на заводе и блестяще выдержали испытание.

Отлично сработана была и круглая кабина для стратостата «СССР» – московским заводом № 39. Здесь надо было одолеть ряд трудных задач. Кабина прежде всего должна быть легкой, чтобы не отягчать стратостат и дать ему подняться возможно выше. Но в то же время она должна быть и очень прочной, чтобы выдержать не только груз трех человек и всех приборов, но также внутреннее давление воздуха на больших высотах, где наружное давление атмосферы ничтожно. Материалом для кабины служили кольчугалюминиевые листы, из которых искусные жестяники завода № 39 сколотили правильный шар. Каркас кабины весь состоял из прочных и легких труб, также кольчугалюминиевых; вес людей, приборов, балласта принимался этим каркасом; стенкам приходилось выдерживать нагрузку только от давления воздуха изнутри. В общем кабина имела «12-кратный запас прочности», т. е. способна была выдержать нагрузку в 12 раз бóльшую, нежели та, которой она действительно подвергалась.

Кроме прочности и легкости, кабина должна была удовлетворять еще одному необходимому требованию: совершенно не пропускать воздуха. Самая легкая скважинка в ее оболочке погубила бы команду. И вот, несмотря на большие лазы в кабину, на множество электрических проводов и подводов к приборам, несмотря на несколько тысяч заклепок, скреплявших листы оболочки, ни одной щелочки в кабине не было. Мало того: все это сооружение не расстраивалось от резких перемен температуры; вспомним, что при высоком подъеме кабина со стороны, обращенной к солнцу, должна была сильно разогреваться его лучами, противоположная же сторона, повернутая к страшно холодному пространству, подвергалась морозу в 60–70 градусов.

Наконец, надо было обеспечить кабину от порчи при спуске. Для этого под ней имелась гибкая корзина из ивовых прутьев, смягчавшая удар о землю при посадке. (Эта посадочная корзина изготовлена была с величайшей тщательностью вяземским колхозом им. тов. Кагановича.)

Благодаря такой обдуманной подготовке, в которой предусмотрена была заранее каждая мелочь, подъем и спуск стратостата прошли необыкновенно гладко и четко, словно по команде, несмотря на то, что шар поднялся на никем еще не достигавшуюся высоту в 19 километров. Этот исторический полет осуществлен был из Москвы 30 сентября 1933 г. Команда состояла из трех человек: Г. А. Прокофьева, Э. К. Бирнбаума и К. Д. Годунова. Начался подъем в 8 час. 40 мин. утра.

Шар взлетал быстро. Уже через 5 минут после начала полета стратостат находился на высоте 2 километров над землей, а спустя еще четверть часа на высоте 6 километров. Послушаем, что рассказывает командир стратостата Прокофьев об этом полете.

«Быстро и плавно отделяемся от земли. Шлем свои приветствия провожающим нас товарищам.

8 ч. 45 м. Мы в полете. Бирнбаум начал настраивать радио. Я и Годунов сосредоточили свое внимание на подъеме. Высота 2000 метров.

Короткая команда: – Задраить лазы!

– Лаз задраен, – отвечает Годунов.

Аэростат «СССР» в полете. Кабина стратостата

В кабине абсолютная тишина. Только шелест оболочки да бросаемые взгляды на приборы дают знать, что мы в полете и плавно идем вверх.

Скорость подъема не превышает 5–6 метров в секунду. Летим в глубоком молчании. Только изредка перекидываясь взглядами или кивком головы, мы даем понять друг другу, что все идет хорошо.

8 час. 59 мин. Высота 6000 метров. Видимость прекрасная.

9 час. 5 мин. Высота 9600 метров. Заглядываем на верхний люк – оболочка стратостата расправляется нормально.

9 час. 17 мин. Мы поздравляем друг друга:

– Рекорд высоты проф. Пикара побит!

Давление (наружного) воздуха 72 миллиметра (ртутного столба; на земле – 760). Это давление соответствует приблизительно высоте 16 800 метров. Мы уверены, что поднимемся еще выше.

9 час. 19 мин. 20 сек. Высота 17 000 метров. Стратостат идет вверх. В кабине светло. Свои наблюдения вели, пользуясь солнечным светом. Солнечные лучи доставили нам много беспокойства. Они – ярки. В следующий раз будем предусмотрительнее и возьмем с собою очки.

Высота 17 500 метров. Через верхний люк мы отчетливо увидели, как наш стратостат начинает принимать форму правильного шара. Каждая его принадлежность была на своем месте.

9 час. 47 мин. Мы уравновесились. Попробуем пойти вверх. Мы решаем отдать часть балласта.

Полуоборот штурвала (поворотного колеса). Слышно, как отцепился мешок. Полный оборот штурвала. Слышно, как падают остальные мешки.

Москва подернута дымкой. Всматриваюсь невооруженными глазами. Нахожу Балчуг, канал. В люки отчетливо видна тень. Присматриваюсь – железная дорога.

10 час. 22 мин. Высота 17 400 метров. Небо темно-фиолетовое. Видимость по-прежнему исключительно хорошая, – на такую высоту не доходят ни пыль, ни водяные пары.

10 час. 30 мин. 34 сек. Высота 18 100 метров. В кабине тишина; только слышим жужжание машинки, поглощающей углекислоту, и легкий свист выходящего кислорода…

Мы почувствовали голод. Плитка шоколада, немного винограда и несколько глотков воды, и мы снова за работой.

11 час. 10 мин. Температура в кабине плюс 25 градусов, вне – минус 65°. Медленно продолжаем подъем.

11 час. 58 мин. 11 сек. Высота 18 400 метров. Температура внутри плюс 31°, снаружи минус 66°.

12 час. 55 мин. Стрелка альтиметра (высотомера) подошла к 19 200–19 300 метров.

13 час. 57 мин. Мы пошли вниз. Видимость по-прежнему прекрасная.

15 час. Высота 16 000 метров. Спуск проходит нормально.

15 час. 45 мин. Мы на высоте 13 000 метров.

16 час. 18 мин. Высота 10 500 метров.

16 час. 36 мин. Высота 8000 метров.

Мы готовимся к встрече с Землей. Стрелка альтиметра показывает 6000 метров. Легко и быстро поворачиваются штурвалы лазов. Приятный момент: лазы открылись, и мы в состоянии вдохнуть свежий воздух. Быстро надеваем парашюты.

Стратостат снова отчетливо начал принимать грушевидную форму.

Проходим над окраинами Коломны. Идем на Голутвино через Коломенский завод.

Мы быстро пересекаем территорию завода. Проходим над Москвой-рекой.

Плавно коснулись Земли. Оболочка ложится на просторный заливной луг на берегу Москвы-реки.

Вылезаем из кабины… Через несколько минут со всех сторон к нам бегут рабочие Коломны и колхозники окружающих деревень. Нас поздравляют с победой»…

Так блестяще прошел рекордный подъем стратостата «СССР». Подъем второго советского стратостата «С-ОАХ-І», сооруженного работниками Осоавиахима при широком участии общественности, привел к завоеванию еще более значительной высоты: к постановке нового мирового рекорда в 22 километра! Но этот небывалый успех был куплен дорогою ценою гибели самоотверженных героев-исследователей стратосферы: командира стратостата П. Ф. Федосеенко, инженера А. Б. Васенко и молодого ученого И. Д. Усыскина. Они разбились насмерть при спуске стратостата, когда гондола, оторвавшись от шара, с силой ударилась о Землю. Записи их сохранились, и благодаря им известно кое-что из того, что наблюдали погибшие воздухоплаватели на тех высотах, которых не достигал до них ни один человек в мире. Отметим здесь лишь одну подробность. Чем выше поднимался шар в разрежающиеся слои стратосферы, тем темнее становился цвет неба: из темно-синего оно делается темно-фиолетовым, затем черно-фиолетовым, наконец, на 22-м километре – черно-серым. О причинах этого явления, – для многих, вероятно, неожиданного, – мы еще будем говорить в другом месте.

С какою же целью предпринимаются столь опасные подъемы? Значение стратосферных полетов огромно – как для практической жизни, так и для науки. Прежде всего они способствуют исследованию той области атмосферы, где в недалеком будущем станут мчаться высотные самолеты, развивая благодаря слабому сопротивлению разреженного воздуха огромную скорость в несколько тысяч километров в час. Эти заоблачные высоты – самая удобная дорога для самолетов, так как там нет ни бурь, ни туманов, ни дождей. Таково практическое значение исследования стратосферы, особенно важное в оборонном отношении. Но кроме того, высотные полеты оказывают неоценимые услуги науке, приближая разрешение ряда загадок, связанных с атмосферой и с солнечными и звездными лучами. Недаром рекордные подъемы советских стратостатов привлекли к себе живой интерес не только у нас, но и во всех странах мира. Зарубежная печать признала, что этими полетами СССР «вписал славную страницу в историю борьбы человека за раскрытие тайн природы».

Остановимся вкратце на тех загадках, которые таит в себе стратосфера. Неизвестен, прежде всего, состав воздуха тех высот: мы не знаем, из каких газов он состоит, и располагаем на этот счет одними лишь теоретическими предположениями, не проверенными на практике. Вторую загадку стратосферы представляет причина повышения температуры на больших высотах (как уже было сказано, до 60°–70° выше нуля). Чем вызвано это повышение? Солнечный свет не является здесь непосредственной причиной, потому что повышение температуры установлено также в стратосфере полярных стран во время сплошной многосуточной ночи. Далее: на высоте 50–100 километров над нашими головами простирается тот еще неизученный слой стратосферы, который отбрасывает назад к земле радиоволны, делая возможной радиосвязь между отдаленнейшими пунктами нашей планеты, несмотря на искривление ее поверхности. Четвертой загадкой является подозреваемый на высоте 50 километров слой газа «озона»: он обладает драгоценным свойством задерживать наиболее деятельную и убийственную для живых существ часть невидимого излучения солнца, – именно, часть так называемых «ультрафиолетовых» лучей. Та доля этих лучей, которая задерживается слоем озона, могла бы уничтожить все живое на земной поверхности, если бы беспрепятственно проникала через атмосферу. Пятая загадка – малоисследованные «космические лучи», исходящие не от Солнца, а льющиеся на Землю со всех точек звездной Вселенной. Бóльшая часть их задерживается атмосферой, и до земной поверхности достигает лишь незначительная, малодеятельная доля этих лучей. Но в высотах стратосферы они почти еще не ослаблены поглощением; там возможно изучить их неизвестные свойства, которые, как полагают ученые, должны сделать понятными многие явления мертвой и живой природы. Наконец, на высоте нескольких сот километров разыгрываются полярные сияния – замечательное явление природы, о котором ученые знают пока лишь очень мало и то по догадкам.

Чтобы все это исследовать, недостаточен подъем даже на высоту 22 километров. Для изучения того, что происходит на больших высотах, ученые посылают туда маленькие воздушные шары, примерно в метр поперечником; шары эти (их называют шарами-зондами), конечно, не могут поднять человека, но достаточны для подъема различных инструментов, которые отмечают свои показания чертой на ленте. Имеются, например, градусники, сами таким образом записывающие то, что они показывают. Достигнув очень большой высоты, шар попадает в такой редкий воздух, где он лопается под давлением газа, распирающего его изнутри, и тогда инструменты на особом парашюте (зонте) или на запасном шарике падают на землю. Их подбирают и прочитывают на ленте то, что показывали они на высотах атмосферы, где побывал шар. В районе Москвы примерно 80–90 процентов всех пущенных шаров-зондов попадают обратно в руки ученых; в районе Ленинграда, менее густо населенном, подобная удача бывает только в 40 случаях из ста. При помощи таких шаров-зондов удалось изучить воздушный океан до высоты 35 километров. Итак, 35 километров – высочайший подъем, какого удалось добиться средствами воздухоплавания за 150 лет его существования. О том, что происходит в воздухе выше 35 километров, нам ничего достоверного неизвестно.

Как же проникнуть в те высоты, где редкий воздух неспособен поддерживать даже небольшие шары-зонды? Надо, очевидно, придумать летательную машину, которая могла бы подниматься очень высоко над Землей, не опираясь вовсе о воздух.

Нужна такая летательная машина не только для того, чтобы исследовать весь воздушный океан, но и для того, чтобы вылететь совсем из атмосферы в то безвоздушное пространство, которое окружает Землю и отделяет ее от других небесных тел. Человек не хочет оставить неисследованным ни одного уголка в мире; а ведь мир – это не только земной шар с его воздушной оболочкой: это также и Луна, и планеты, кружащиеся около Солнца вместе с Землей. Словом, чтобы изучить по возможности весь обширный мир, человек должен иметь в своем распоряжении такой управляемый летательный аппарат, который мог бы двигаться в безвоздушном пространстве. Тогда он смог бы вылететь из атмосферы, изучить безвоздушное мировое пространство, со временем долететь до Луны, а впоследствии, быть может, посетить и планеты.