Уральский следопыт, 1979-04

ВЗГЛЯД С ВЫСОТЫ

О проблемах и перспективах космонавтики, ее роли в научно-техническом прогрессе по просьбе редакции «Уральского следопыта» рассказывает известный советский ученый Герой Социалистического Труда, лауреат Государственной премии, академик Георгий Иванович Петров.

Немногим 6олее 20 лет отделяют нас от начала космической эры, открытой запуском первого советского искусственного спутника Земли. Это событие вызвало небывалый эмоциональный подъем во всем мире. Преодоление мощной силы земного тяготения, вынос измерительных приборов за пределы атмосферы в космическое пространство и возможность проведении там исследований – все это было свидетельством научно-технического подвига человечества, реализованного впервые в мире Страной Советов. Последние этапы свершений советской и зарубежной космонавтики подтвердили ее значимость для расширения многих сфер человеческой деятельности.

Корреспондент:

– Георгий Иванович, расскажите о тех достижениях в изучении космоса, которые на Ваш взгляд наиболее примечательны!

Академик Петров:

– Прежде всего космическая техника открыла возможность по новому поставить изучение нашей собственной планеты и ее ближайших окрестностей.

Примерам может служить применение искусственных спутников для геодезии. Они позволили с большой точностью измерить расстояния между континентами. С их помощью значительно уточнена подлинная гравитационная фигура Земли – так называемый геоид, и определены отклонения его в разных областях от принимаемой средней фигуры Земли – эллипсоида вращения. Выяснилось, что существуют некоторые соотношения между подобными отклонениями и тепловым излучением из недр Земли. Наконец, оказалось, что Земля вовсе не находится в гидростатическом равновесии, как это принималось в соответствии с гипотезой, по которой материки как бы плавают на пластической подкорковой магме. Земля подвержена внутренним перемещениям масс из верхних слоев в нижние и наоборот. Все это значительно расширило наши представления о строении Земли.

Огромное значение имеют проведенные с помощью космических аппаратов работы по изучению верхних слоев атмосферы Земли и особенно ее связи с деятельностью Солнца.

Солнечное коротковолновое излучение определяет состояние ионизации верхней атмосферы и делает возможной радиосвязь. Солнце влияет также на состояние атмосферы у земной поверхности и, следовательно, на формирование погоды и климата на Земле.

До начала космических полетов мнение даже и не предполагали о существовании радиационных поясов Земли – скопления заряженных частиц вокруг нашей планеты. – Они были обнаружены уже на первых этапах исследований и оказались очень сложным образованием, тесно связанным по своим свойствам с земным магнитным полем.

Измерения, выполненные с борта космических аппаратов, нарисовали нам величественную картину обтекания магнитосферы Земли порывистым солнечным ветром, который состоит в основном из протонов и электронов, летящих от Солнца со скоростью в несколько сотен километров в секунду. Там, где магнитосфера принимает на себя напор солнечного ветра, образуете: ударная волна – узкая область повышенной концентрации частиц и их температур… В какой-то степени она напоминает ударную волну, возникающую при полете самолета со сверхзвуковой скоростью. Фронт ударной волны отстоит от нашей планеты примерно на расстоянии порядка десяти ее радиусов по линии, соединяющей центр Солнца и Земли. Магнитосфера образует магнитный шлейф – как бы след «пролета» Земли в космическом пространстве. Протяженность шлейфа окончательно пока не установлена, но при полете наших автоматических станций серии «Марс» он регистрировался бортовой аппаратурой на удалениях порядка сотен земных радиусов.

Под воздействием порывов солнечного ветра или изменения излучения Солнца меняются границы магнитосферы, населенность частицами радиационного пояса, состав и плотность верхней атмосферы Земли, возникают магнитные бури, полярные сияния и связанные с ними нарушения в радиосвязи. Изучение многочисленных механизмов взаимодействия излучения Солнца с земной магнитосферой и атмосферой пока далеко от завершения. Еще менее понятен механизм явлений, разыгрывающихся на самом Солнце, которые приводят к изменению. интенсивности корпускулярных потоков, магнитных полей и электромагнитного излучения нашего светила. Но новые средства исследований сулят такой прогресс в этой области науки, что, очевидно, уже в недалеком будущем можно будет заблаговременно предсказывать все эти изменения.

Информация о коротковолновом излучении Солнца, которая доставляется нам средствами космической техники, вместе с совершенствованием математических методов позволит построить теории эволюции – климата на Земле и предсказывать далеко вперед метеорологическую обстановку, прогнозировать засухи и годы избыточной влажности. Решение этой проблемы принесет человечеству огромные плоды и полностью окупит средства, затрачиваемые на космические исследования.

До начала космических попетое все наши знания об эволюции Земли были основаны лишь на геологических соображениях. С запуском автоматических планетных станций возникла возможность изучать строение Земли с точки зрения эволюционной планетологии, то есть сопоставления Земли с другими планетами.

За период менее двух десятилетий мы узнали о природе планет Солнечной системы, пожалуй, больше, чем за сотни лет астрономических наблюдений до начала космической эры.

Ракеты, вынесшие приборы за пределы атмосферы нашей планеты и магнитосферы, позволили преодолеть основную слабость наземной астрономии – невозможность наблюдений с поверхности Земли большей части спектра электромагнитных волн, поскольку они полностью поглощаются в толще воздушной оболочки. На наших глазах произошло рождение новых направлений древней науки – рентгеновской гамма-астрономии. Стал доступным для изучения спектр излучений, посылаемых Вселенной. Мы видим только начало этой революции, на даже первые результаты говорят о том, что этот переворот в технике астрономических исследований даст открытия первостепенной важности.

В космическом пространстве от окрестностей нашей планеты до самых удаленных областей Вселенной самой природой «ставятся эксперименты», изучение которых позволяет понять фундаментальные законы строения материи. Быть может, среди космических объектов будут найдены такие, которые описываются неизвестными нам законами физики; Может быть, в каких-то космических телах происходят совершенно неведомые процессы и именно они ответственны за выделения тех огромных количеств энергии, которые мы получили возможность наблюдать с помощью приборов, установленных на борту космических аппаратов. Ведь именно астрофизики еще до первых лабораторных работ на основе астрономических наблюдений сделали вывод о существовании термоядерных реакций. И уже сегодня мы можем нанести на карту звездного неба свыше двухсот новых объектов, о существовании которых раньше не было известно, в том числе так называемых дискретных источников рентгеновского излучения. Такого рода излучение обычно возникает при каких-либо ядерных превращениях и может дать очень важную информацию об экстремальных, немыслимых в земных условиях состояниях вещества.

Космос уже давно служит и практическим нуждам человека. С 1967 года в нашей стране действует космическая служба метеорологии. Теперь ни один прогноз погоды не обходится без использования информации, переданной спутниками «Метеор». Экономический эффект этой службы исчисляется многими миллионами рублей. Благодаря спутникам связи и наземным станциям «Орбита» в короткие сроки аудитория Центрального телевидения расширилась на десятки миллионов людей, живущих в самых удаленных районах нашей страны. И с каждым годом сфера применения спутников неизменно расширяется.

Наконец, следует отметить, что за прошедшие двадцать лет качественно изменилось лицо самой космической техники. Если ракеты-носители, с помощью которых выводились на орбиты первые спутники, и сегодня могли бы считаться вполне современными во многих отношениях, то полностью обновилась вся радиоэлектронная начинка космических аппаратов. Поток информации, передаваемой на Землю, увеличился в тысячи, а иногда и сотни тысяч раз. Спутники стали сложными кибернетическими устройствами с собственной бортовой ЭВМ, по своей производительности в ряде случаев опережающей те ЭВМ, которые работали на Земле 20 лет назад. Значительно уменьшились габариты спутников, произошла микроминиатюризация всех их систем.

Корреспондент:

– Пройдены определенные этапы, создана соответствующая техника, накоплен опыт. Это что, по Вашему мнению, следует направить усилия в космосе в первую очередь, какие задачи решать!

Академик Петров:

Думаю, что основной объем научных исследований, по-прежнему, будет выполняться на тех же самых околоземных орбитах, на которых летали и первые спутники. При этом от отдельных, часто весьма эффективных проектов и экспериментов, постепенно будет осуществляться переход к комплексным программам, таким, например, как программа долгоживущих околоземных лабораторий, предназначенных, прежде всего, для проведения фундаментальных исследований.

Орбитальные станции, способные поднять в космос сложное оборудование, существенно расширяют возможности внеатмосферной астрономии. Уже сегодня не видно неразрешимых проблем, которые не позволили бы в ближайшее десятилетие поместить на околоземной орбите телескоп с диаметром зеркала в несколько метров.

С применением интерференционной методики удастся достигнуть «сверхразрешения» изучаемых объектов Вселенной. Суть в том, что наблюдения должны проводиться одновременно двумя радиотелескопами, удаленными друг от друга на большое расстояние. В этом случае угловое разрешение, то есть возможность наблюдать самые удаленные объекты, определяется базой наблюдательной системы – расстоянием между телескопами. При вынесении одного из них в космос мы сможем довести угловое разрешение до одной стомиллионной секунды дуги. Чтобы яснее была эта величина, достаточно сказать, что угол, под которым мы «видим» с Земли луноход на поверхност1 Луны, на много порядков больше.

Также получит развитие метод синхронных наблюдений. Он заключается в том, что облака плазмы, которые имеются в межзвездном пространстве, расположенные между источником излучения и радиотелескопом, могут служить некой эффективной линзой огромных масштабов, создающей около Земли изображение исследуемого источника. Задачей космического радиотелескопа станет измерение интенсивности и временных изменений этого изображения.

Простейший вариант системы синхронных наблюдений состоит из двух антенн с переменной по величине и направлению базой между ними. Для последующего этапа необходима работа трех космических радиотелескопов. Наконец, в плане перспективы может рассматриваться создание на круговой околоземной орбите многоантенного кольца.

Конечно, это потребует создания крупных антенных систем. В их монтаже, наладке, эксплуатации, ремонте и модернизации оборудования активное участие могут принять космонавты.

Корреспондент:

– Раз уж мы заговорили о строительстве в космосе, скажите, пожалуйста, какой Вам представляется дальнейшая организация исследований в космическом пространстве?

Академик Петров:

– По-видимому, на данном этапе не оправдан запуск очень крупных орбитальных станций. Значительно эффективнее долгоживущие, но сравнительно небольшие по размерам лаборатории с обязательной возможностью наращивания их конструкции в зависимости от поставленных задач. Такие станции должны иметь надежное сообщение с Землей с помощью транспортных кораблей.

В последние годы в зарубежной печати неоднократно высказывались мнения, что на повестку дня стало создание постоянно действующих обитаемых баз на других небесных телах Солнечной системы. Мне постановка такой задачи представляется несколько преждевременной.

Возможность плодотворной деятельности человека на других небесных телах еще не изучена в достаточной мере. Но даже при наличии всех необходимых условий вряд ли в ближайшие годы будет оправдано проведение длительных исследований на поверхности, скажем, Луны, не говоря уже о Марсе, с участием людей. Даже на Земле для различного рода наблюдений в труднодоступных районах стараются использовать автоматы.

Не вызывает сомнений, что долгосрочные исследования на поверхности или с поверхности других планет также должны осуществляться главным образом автоматическими станциями-лабораториями. Во всяком случае в нашем столетии этот метод изучения Солнечной системы несомненно останется наиболее эффективным.

Весьма перспективны, например, автоматические станции, представляющие собой комбинацию «Лунохода», оснащенного управляемыми с Земли манипуляторами, с возвращаемым аппаратом типа «Луна-16»,

Если говорить о более отдаленном будущем, то, возможно, появятся автоматы, обладающие высокой степенью автономии при перемещении по поверхности планеты, способностью восприятия окружающей среды и принятия самостоятельных решений в зависимости от обстановки. Создание подобных автоматических средств связи с решением проблем, объединяемых понятием «Искусственный интеллект».

Для лунных исследований были бы также полезны орбитальные станции, перемещаемые к нашей небесной соседке с помощью буксиров. Станут доступными высадка людей ненадолго в двух-трех наиболее интересных местах лунной поверхности и проведение там необходимых изысканий. Постоянно действующая станция на Луне мало что даст нам в этом отношении, поскольку средства передвижения по ее поверхности еще долгое время будут ограничены.

Корреспондент:

– Георгий Иванович, какие задачи ставят перед собой ученые при исследовании Солнечной системы! Какие перспективы в ее изучении открывает совершенствование космической техники!

Академик Петров:

– Основные исследовательские задачи здесь можно разделить, конечно весьма условно, на три класса.

Первый – происхождение Солнечной системы в целом. Как и когда возникла вокруг Солнца наша система планет, как она эволюционировала и какой она станет в будущем? Для ответов на эти вопросы нужно получить множество сведений о планетах, Кроме общих характеристик, таких, например, как масса, размеры, форма, период вращения, необходимо знать строение и химический состав поверхностей планет, температуру атмосфер, качественный и количественный состав их.

О планетах-гигантах известно в настоящее время гораздо меньше, чем о планетах земной группы. Типичным и вместе с тем наиболее близким к нам представителем планет-гигантов является Юпитер, и его изучению должно быть уделено наиболее пристальное внимание. Очень важная, хотя и весьма трудная задача – внедрение космического аппарата в атмосферу Юпитера.

В целях разгадки происхождения планет Солнечной системы и в особенности раннего периода ее развития необходимо особое внимание обратить на изучение твердого вещества, рассеянного в межпланетном пространстве, чтобы выяснить, в частности, соотношение между планетным веществом м веществом комет, метеоритов м другой межпланетной материм.

Шведский ученый Х. Альвен предлагает высадку на астероид. Это очень трудно. Но есть другой выход – сбор космической пыли на дальних орбитах в течение длительного времени. В космосе могут быть развернуты панели из вещества очень малой плотности, в которых за несколько месяцев может накопиться какое-то количество несгоревших и неиспарившихся частиц, которые затем будут доставлены на Землю для проведения их всестороннего анализа.

Второй класс задач в исследовании Солнечной системы связан с изучением инопланетных атмосфер, что крайне ценно, в частности, для земной климатологии. Возможности изучать высокотемпературную, весьма плотную, многокомпонентную атмосферу Венеры и очень разреженную атмосферу Марса открывает перспективы построения общей динамики атмосфер планет земного типа. Тем самым можно будет в обозримом будущем иметь научно обоснованные методы управления погодой и разумного воздействия на климат нашей родной планеты. Для земной климатологии большую ценность представляет также изучение типов движений в атмосферах планет, не известных у нас на Земле. Так, на Венере из-за медленного вращения планеты вокруг своей оси, высокой плотности атмосферы и, следовательно, большой ее теплоемкости, значительного притока тепла в «подсолнечную точку» развивается сложная циркуляция вдоль экватора. В общих чертах она представляет собой глобальный циклон, прокручивающий атмосферу планеты в течение каждых четырех суток. Проникновение в природу этого явления, несомненно, позволит лучше понять процессы, которые происходят на Земле.

Наконец, третий класс задач – происхождение жизни. Около тридцати лет назад выдающийся советский ученый академик В. И. Вернадский писал: «Для Марса существование на нем проявлений жизни во мне не вызывает сомнений». С той поры наши представления о природных условиях на «красной планете» претерпели значительные изменения. Вероятность существования там каких-либо форм жизни оценивается уже не столь оптимистично, как раньше. Но доказать однозначно, что на Марсе жизни нет и не было, не менее важно, чем найти ее.

Корреспондент:

– Георгий Иванович, какие эксперименты в космосе Вам представляются наиболее перспективными!

Академик Петров:

– Прежде всего совершенствование космической техники открывает исключительные возможности в изучении нашей родной планеты. Мы можем следить из космоса за процессами, протекающими на ее поверхности и даже в глубинах Земли путем зондирования с орбитальных станций в широкой области спектра излучений. Эти работы находятся пока в начальной стадии, но, несомненно, приведут к созданию служб типа уже существующей космической метеорологии, но с более широкими задачами управления хозяйственной деятельностью на суше и в океанах.

Оценка фактов и имеющихся уже экспериментальных данных убеждает, что скоро, может быть, даже в ближайшие десятилетия, на орбитах будут построены научно-производственные комплексы, химические заводы. В первую очередь, конечно, в космосе появятся производства, организация которых в земных условиях невозможна вообще.

Как я уже упоминал, исключительно большое значение имеет прямое исследование вещества метеорных частиц, комет, астероидов – задача технически очень сложная.

Можно также попытаться «подстроиться» к какой-нибудь комете, сфотографировать ее с близкого расстояния, чтобы увидеть ядро.

Это важно по нескольким причинам. В частности, есть много оснований считать остатком кометы знаменитый Тунгусский метеорит. Падение подобных тел на Землю происходит достаточно часто. Следовательно, их роль в увеличении массы планет очевидна, а это обстоятельство до последнего времени недостаточно учитывалось.

Кроме того, расчеты показывают, что плотность Тунгусского метеорита была очень мала – меньше одной сотой грамма на кубический сантиметр – и что состоял он из легко возгоняющихся уже при низких температурах веществ. Очень важно установить, как образуются такие огромные сгустки, откуда они берутся, каково время их жизни. Небезынтересно это и для технологии, поскольку на Земле создать вещество со столь малой плотностью не удается. Ну, и наконец, важно провести анализ сложных органических соединений вещества комет как возможных пред биологических объектов.

Мы пока не знаем, существует ли центральная симметрия для Солнца, например, в отношении «солнечного ветра», постоянно ли его магнитное поле. Дело в том, что до сих пор все измерения проводились в плоскости эклиптики, мы видели Солнце только с одной стороны, и поэтому не могли получить ответы на интересующие нас вопросы. Нужно совершить облет Солнца над полюсами, получить их фотографии в рентгеновском диапазоне и провести исследования солнечного ветра над полюсами на расстоянии не более 20 миллионов километров.

Есть вариант «прямого» полета. В этом случае аппарат должен иметь начальную скорость около 45 километров в секунду, что немыслимо без исключительно мощной ракеты-носителя. Но есть и обходной путь. Он пролегает по орбите с использованием притяжения гравитационного поля Юпитера.

И, наконец, очень интересно исследовать ударную волну, которая образуется в результате взаимодействия потоков солнечного ветра с межзвездной средой. Изучив ее характер, расстояние от Солнца и зная параметры солнечного ветра, мы могли бы судить о плотности межзвездного газа – то есть решить одну из фундаментальных проблем космонавтики.

Словом, заманчивых идей немало, ибо космонавтика открывает новые невиданные до начала космической эры перспективы развития всех отраслей науки и техники. Сейчас мы можем с полной уверенностью сказать, что она надежно служит делу прогресса человечества.

Беседу вел Юрий Зайцев