Материал о том, как США проиграли СССР борьбу “за спутник” и о первом американском аппарате, открывшем стране двери в космос.
В начале 1950-х годов, в самый разгар «холодной войны» между СССР и США, специальный международный научный комитет объявил о проведении первого Международного геофизического года (МГГ). Это позволило немного снизить интерес мирового сообщества к «гонке вооружений» и перенаправить внимание на науку.
Срок проведения МГГ был запланирован на период с 1 июля 1957 по 31 декабря 1958 года. В рамках МГГ ученые из 67 стран должны были провести серию исследований физических процессов, протекающих в земной коре, океанах и атмосфере планеты: изучить метеоры, ионосферу, полярные сияния, провести ряд экспедиций вглубь Антарктиды.
Два злейших врага — СССР и США, приняли участие в программе и сразу взяли высокую планку. Представители двух держав-соперниц поведали миру, что в Международный геофизический год, помимо исследований поверхности Земли, они собираются запустить в космос первый искусственный спутник. Военное соперничество на время превратилось в научное и было сосредоточено на том, чтобы создать аппарат, который бы позволил человеку стать ближе к звездам.
В Советском союзе над созданием такого аппарата (и ракеты-носителя для него) трудилось конструкторское бюро «ОКБ-1», которое возглавил Сергей Королев, а в Америке этим занялись сразу несколько ведомств, конкурирующих между собой: спутник создавала и армия, и военно-морские силы.
Забегая вперед, скажем, что такая внутренняя конкурентная борьба и стала одной из причин, помешавших США отправить на орбиту искусственный спутник первыми.
Проект «Орбитер» («Orbiter»)
В 1954 году США приступили к созданию космического спутника и ракеты-носителя, доверив эту работу армии. Проект получил название «Орбитер». Над ним трудились сразу две организации — Лаборатория реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory, JPL), которая тогда была частью Калифорнийского технологического института в Пасадене и в основном выполняла оборонные заказы для армии, и Агентство по баллистическим ракетам в Алабаме. Последнее бюро, кстати, возглавлял вывезенный из Германии ракетчик Вернер фон Браун.
Роль JPL состояла в том, чтобы подготовить ступени для ракеты-носителя, которая должна была вывести аппарат на орбиту. По мнению фон Брауна, для этой цели подошла бы связка из двух систем: в качестве первой ступени немецкий инженер предлагал использовать баллистическую ракету «Редстоун», а для последующих — ракеты «Локи». На каждую ступень инженеры Лаборатории планировали установить твердотопливные ракетные двигатели, ранее разработанные для управляемой тактической ракеты «Сержант» класса «земля-земля». JPL также должна была отвечать за прием и передачу сигнала с космического корабля.
Запуск спутника был запланирован на лето 1957 года. Однако к этому времени стали появляться другие, более интересные проекты, которые отодвинули «Орбитер» на второй план.
Предтеча первого американского спутника. Проект «Авангард» («Vanguard»)
В 1955 году военно-морские силы США предложили правительству страны свою версию искусственного спутника Земли, получившую название «Авангард» (такое название выбрали специально, спутник должен был стать первым в мире). По задумке, это должен был быть 9-килограммовый аппарат, оборудованный детектором космических лучей, источником питания и фотокамерой.
В том же году Джеймс Хэгерти, пресс-секретарь Белого дома, объявил, что проект ВМС выбран в качестве приоритетного. Интересно, что «Авангард» должен был стать только американской программой, к ее исполнению по чисто политическим и идеологическим соображениям не допускались ни фон Браун, ни другие немецкие инженеры.
Сперва в рамках проекта рассматривалось несколько вариантов запуска спутника. Ученые из Университета штата Айова выдвинули идею запустить аппарат с борта воздушного шара. Чуть позже другие специалисты предложили заменить шар на реактивный самолет.
Как пишет в своей книге «Секреты американской космонавтики» Александр Железняков, хотя запуск с реактивного самолета и имел некоторые недостатки, но, по сравнению с воздушным шаром, он давал ряд преимуществ:
во-первых, самолет мог придать ракете свою собственную скорость около 1000 км/ч;
во-вторых, пуск мог проходить под необходимым углом;
в-третьих, пуск с самолета технически осуществить было гораздо проще и экономически он был более выгоден.
Но правительство США отказалось от всех этих идей, администрация президента Дуайта Эйзенхауэра хотела отправить в космос аппарат не при помощи самолета, воздушного шара или баллистической ракеты, а благодаря совершенно новой системе, разработанной с нуля. Нескольким частным компаниям чиновники поручили построить новую трехступенчатую ракету, стартующую вертикально вверх. Чуть позже ее назовут так же, как и спутник — «Авангард».
Первая ступень носителя была оборудована жидкостным двигателем, способным развивать тягу 8,2 тонны на протяжении 150 секунд. В качестве топлива она использовала керосин и жидкий кислород. На вторую ступень также был установлен жидкостный двигатель, но, в отличие от своего собрата, он работал на другом топливе — несимметричном диметилгидразине. Третью ступень поставили твердотопливную.
Строительство ракеты обошлось США в $110 млн, одним из главных ее недостатков была грузоподъемность — выводить на орбиту она могла только до 10 кг полезной нагрузки (в последующих модификациях грузоподъемность увеличили более чем в два раза).
По ходу строительства инженеры поняли, что масса спроектированного спутника слишком велика для ракеты, поэтому его необходимо было изменить. В финальной версии устройство представляло собой 1,37-килограммовую алюминиевую сферу с ртутно-цинковой батареей и двумя передатчиками, расположенными внутри, а также несколькими терморезисторами. Передатчики должны были “питаться” от аккумулятора (мощность 10 мВт) и шести солнечных панелей (суммарная мощность 5 мВт), прикрепленных к корпусу. Эти устройства были необходимы, чтобы отслеживать траекторию полета спутника. Задачей терморезисторов было измерять внутреннюю температуру, необходимую для проверки эффективности тепловой защиты.
Американские специалисты рассчитывали, что запуск миссии “Авангард” состоится в первой половине 1958 года. Но США ждал неприятный сюрприз. 4 октября 1957 года их заклятый соперник Советский союз первым запустил в космос искусственный спутник «ПС-1».
Администрации президента Эйзенхауэра пришлось принимать срочные ответные меры: чиновники попросили ускорить работу над проектом, и уже через девятнадцать дней после триумфа СССР американцы осуществили пробный суборбитальный полет (это было третье по счету испытание носителя). Во время испытаний проверялась работа только первой ступени, в качестве второй и третьей использовали макеты. Тест оказался успешным — ракета смогла подняться на высоту 175 км.
Через месяц после пробного запуска состоялась попытка и орбитального полета: 6 декабря 1957 года с мыса Канаверал стартовала ракета-носитель “Авангард” с первым американским искусственным спутником «Vanguard TV3» на борту (к тому времени СССР уже вывел в космос свой второй спутник, внутри которого находилась собака Лайка). Ровно через две секунды после старта, едва оторвавшись от земли, ракета чуть отклонилась в бок и взорвалась. Сам спутник упал в заросли и принялся передавать сигнал (сейчас аппарат находится в экспозиции Национального музея авиации и космонавтики).
США ждал провал, но американские ученые не сдавались, правительство вновь обратилось за помощью к армии.
«Эксплорер-1» («Explorer-I») — первый американский спутник в космосе
Военным был отдан приказ — за 90 дней найти ракету-носитель и запустить в космос первый американский спутник.
Такая ракета имелась в Агентстве в Алабаме — трехступенчатая «Юпитер-С» (также известна под названием «Юнона-1»). Носитель был создан в 1956 году и мог выбить Советский союз из гонки «за первый спутник», если бы, конечно, на эту систему обратили внимание раньше.
Чиновники вспомнили об отце-основателе «Юпитера-С» фон Брауне и его команде. В 1957 году немецкий инженер, получивший к тому времени американское гражданство, представил правительству на рассмотрение свой проект, в котором предлагал улучшить носитель.
В новом варианте ракета предстала четырехступенчатой. В качестве первой ступени использовалась все та же жидкотопливная ракета «Редстоун», построенная по технологиям, по которым создавалась первая баллистическая ракета в нацистской Германии «Фау-2». Вторая ступень состояла из одиннадцати твердотопливных «Сержантов». Третья ступень — из трех «Сержантов». Четвертая — из одного и полезной нагрузки.
Модифицированная «Юпитер-С», или «Юнона-1», имела массу почти 29 тонн и длину около 22 метров.
Если первые три ступени техники собрали достаточно быстро, то над четвертой пришлось потрудиться. Под руководством директора JPL Уильяма Пикеринга более 100 инженеров, специалистов по электронике, механиков пытались “превратить” ее в спутник, получивший название «Альфа», а затем «Эксплорер-1». Ступень представляла собой своего рода “капсулу” диаметром 16 см и длиной чуть более 2 метров, большую часть которой занимал твердотопливный двигатель, обеспечивающий выход на финальную орбиту.
Самым сложным в работе было установить на спутник научные инструменты: они заняли 94,62 см от общей длины ступени (205,12 см).
Приборы для аппарата разработал Джеймс ван Аллен, физик из Айовского университета. В комплект входили:
счетчик Гейгера-Мюллера — детектор космических лучей, предназначенный для измерения радиационной обстановки на орбите;
внутренние, наружные и конические датчики температуры;
микрофон для регистрации микрометеоритов;
кольцо микрометеоритных эрозионных датчиков;
два передатчика
Все данные должны были поступать непрерывно с четырех гибких штыревых антенн. Энергию для передатчиков обеспечивали ртутные батареи, которые составляли 40% от общей массы полезной нагрузки (почти 14 кг).
Запуск ракеты-носителя «Юпитер-С» со спутником «Эксплорер-1» состоялся с мыса Канаверал 31 января 1958 года. Устройство вывели на орбиту с высотой перигея (ближайшая к Земле точка орбиты) почти 350 км и высотой апогея (наиболее удаленная точка орбиты) 2515 км.
Через некоторое время после старта, когда «Эксплорер-1» должен был достичь орбиты, станция слежения на Антигуа не смогла принять сигнал от спутника. Специалисты не получили сигнал и когда аппарат должен был пролетать над Калифорнией, ученые посчитали, что с «Эксплорером-1», скорее всего, возникли проблемы, возможно, из строя вышли некоторые инструменты.
Первыми, кто “услышал голос” спутника были радиолюбители, проживающие недалеко от городка Темпл Сити (штат Калифорния). Позже выяснилось, что «Эксплорер-1» опоздал с передачей на 8 минут.
В следующие несколько недель космический зонд продолжал поддерживать связь с Землей, но в его “голосе” была одна особенность. Каждый раз находясь в апогее, детектор космического излучения на несколько минут затихал. Физик ван Аллен предположил, что причина этому высокий уровень облучения. Ученый рассчитал, что в апогее, скорее всего, находятся протоны солнечного света с энергией до 3 МэВ, захваченные магнитным полем Земли.
Чуть позже американский спутник подтвердил гипотезу ван Алена. Выяснилось, что Земля окружена радиационным поясом, состоящим в основном из протонов. Другой спутник, «Эксплорер-3» (запущен 26 марта 1958 г.), помог ученым лучше изучить этот пояс. А данные с аппаратов «Пионер-3» (старт 6 декабря 1958 г.) и «Эксплорер-4» (старт 26 июля 1958 г.) привели к открытию еще одного радиационного пояса — внешнего, состоящего по большей части из электронов.
Сегодня эти пояса (внутренний и внешний) известны как пояса ван Аллена. Они опасны для здоровья астронавтов, но защищают планету от высокоэнергетических частиц. Некоторые специалисты полагают, что, возможно, эти пояса сыграли важную роль в том, чтобы сделать нашу планету пригодной для жизни.
«Эксплорер-1» проработал в космосе почти 4 месяца. Последний сигнал он закончил передавать 23 мая 1958 года. Через 12 лет аппарат сошел с орбиты и сгорел в плотных слоях атмосферы Земли.
Post Scriptum
У США была возможность опередить СССР в запуске первого искусственного спутника Земли на орбиту: у них был и талантливый фон Браун с огромным числом не менее талантливых конструкторов, и ракета, и сам спутник. Но одной из главных причин провала стала “раздробленность”. Проблема заключалось в том, что над программой работало сразу несколько ведомств, у которых были свои видения выполнения задачи, а это мешало правительству выбрать верный вариант. Кроме того, и армия, и флот постоянно соревновались друг с другом, и иногда это соперничество принимало не самый лучший оборот: между ними шла скрытая борьба за деньги налогоплательщиков и за специалистов.
Но конкуренция между отдельными структурами в строительстве спутника все же принесла свои плоды. Она показала правительству США, что необходимо создать единое космическое ведомство, отвечающее за планирование будущих космических программ и всю космонавтику в целом. После долгих слушаний в комитете,16 июля 1958 года Конгресс принял Национальный законопроект об аэронавтике и космонавтике, 29 июля закон подписал президент Эйзенхауэр. В результате появилось Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, или НАСА (NASA). Агентство начало работать 1 октября 1958 года.
Читайте нас в соцсетях: Twitter, Facebook, Telegram
Смотрите нас на youtube. Следите за всем новым и интересным из мира науки на нашей страничке в Google Новости, читайте в Яндекс Дзен наши материалы, не опубликованные на сайте
