Небесный землемер

Достичь скорости передвижения, намного превышающей все наземные, может только многоступенчатая ракета. Обычной, не делящейся на ступени ракете пришлось бы тащить с собой такой запас топлива, какой она просто была бы не в силах поднять. Освобождаясь же от одной из своих частей, ракета становится легче. И ей теперь требуется топлива гораздо меньше. Вот почему во время ожесточенной схватки с тяжестью ракета последовательно одну за другой отбрасывала свои ступени. Только это и позволило ей вывести спутник на орбиту.

Но почему в сообщении говорилось, что спутник движется вокруг нашей планеты вовсе не по кругу, а по эллипсу?

Дело в том, что скорость — 8 км/сек — дана как бы с запасом. Она не позволит «камню» упасть на Землю, даже если бы мы бросали его прямо с поверхности Земли. А так как даже наш первый спутник стал двигаться на высоте почти тысячи километров (второй и третий — еще выше), где сила тяжести уже ослаблена самим расстоянием, то он получил как бы некоторый излишек скорости. Тяжести из-за этого стало труднее искривлять его путь, и орбита спутника вытянулась, превратившись в эллипс.

Вот размеры и форму этого эллипса ученые и рассчитали заранее, зная силу земного тяготения и законы, по которым действует поле тяжести, окружающее Землю.

Центр Земли находится в одном из фокусов этого эллипса. Поэтому спутник то приближается к ней, то удаляется от ее поверхности. Наиболее далекая точка орбиты первого спутника находилась от поверхности Земли примерно в 900 километрах. Сам эллипс был вытянут лишь слегка и мало отличался от правильного круга. А его наклон к земному экватору составлял 65°.

Таково было задание, полученное автоматическим аппаратом управления ракеты на Земле. От того, насколько правильно он его выполнит, зависело — станет заложенный груз искусственным спутником или нет.

Если бы в расчетах ученых оказался хоть малейший просчет и двигатель ракеты не дотянул ее до нужной высоты или толкал бы ее в последний момент чуть медленнее или в неправильном направлении, победительницей из схватки вышла бы тяжесть, и спутник, вновь став простым камнем, вернулся бы на Землю, как возвращались на нее до этого все брошенные вверх предметы.

А что случится, если скорость забрасываемого в космос тела окажется больше 8 км/сек?

Обруч его орбиты вытянется сильнее. Второй советский спутник, например, получив скорость, несколько превысившую ту, которая была достигнута 4 октября, отошел от Земли уже на 1500 километров, проникнув в космос еще глубже.

Дальнейшее увеличение скорости будет еще сильнее растягивать орбиту спутника, пока, наконец, обе половины эллипса не разомкнутся совсем и спутник не умчится по одной из этих разогнутых кривых прочь от Земли, превратившись в искусственную планету или метеор.

Это может произойти, когда последняя ступень ракеты разгонится до 11 с лишним километров в секунду — скорости, при которой земной предмет совсем освободится от пут земного тяготения. Именно с такой «скоростью освобождения», как ее называют, и стартовала с Земли ракета, направившаяся в сторону Луны и ставшая искусственным спутником Солнца.

Спутнику, как видим, чтобы действительно стать им, приходится очень точно выполнять все предписания человека и двигаться строго по рассчитанному пути. Сам тот факт, что запуск искусственных спутников успешно осуществлен, свидетельствует о высокой точности этих расчетов. Труднейшая научная и техническая задача запуска нового небесного тела блестяще решена советскими учеными, и все наши спутники вышли именно на те орбиты, форма и размеры которых были им заданы.

Однако выход спутника на орбиту вовсе не означает, что он будет все время двигаться, как привязанный, по одному и тому же маршруту. Его орбита не остается неизменной. На нее влияют две причины: сопротивление воздуха, даже очень сильно разреженного, и неровности поля тяготения Земли.

Встречный воздух играет роль своеобразного тормоза, уменьшая скорость движения спутника. Этот тормоз в разных точках орбиты действует с разной силой. Наибольшее сопротивление спутник испытывает, когда приближается к Земле. Погружаясь в более плотные слои, примыкающие к земной поверхности, он тратит больше усилий на их преодоление. И несмотря на то, что через менее плотные слои, дальше отстоящие от поверхности Земли, спутник потом летит как бы с выключенным тормозом, он уже не может подняться на высоту, которой достиг в этом же месте в предыдущий раз.

Ослабевшего в борьбе с сопротивлением воздуха, снизившегося, земное тяготение завернет его назад раньше, не дав дойти до «конца» орбиты. На следующем обороте спутник войдет в плотные слои воздуха еще ниже, и они еще сильнее затормозят его бег. Эллиптическая вначале, орбита его будет все больше укорачиваться и «толстеть», пока не превратится в круг.

Но и на этом ее превращения не кончаются. Она будет все ближе стягиваться к поверхности Земли, а время каждого оборота — соответственно уменьшаться.