Так идут к звездам

Так идут к звездам

Мнение Камиля Фламмариона. - Охотники за "падающими звездами". - Стратонавты на высоте 34670 метров. - "Стратолабы" и "Стратоскопы". - Баллонная астрономия в СССР. - "На прицеле" - звезды. - Аэростаты в космосе.

Первое время целью исследовательских полетов на воздушных шарах являлось изучение самой среды, в которой дрейфовали аэростаты.

Но вот корзину воздушного шара занимают представители одной из древнейших наук - астрономы. Одним из первых был Жансен. В 1870 году, поднявшись над толщей густых облаков, нависших над землей, французский астроном без помех наблюдал солнечное затмение, чего из-за плохой погоды не смогли сделать его коллеги на земле.

В марте 1874 года состоялся полет аэростата "Полярная звезда", на борту которого находились Сивель и Кроче-Спинелли. Ученые произвели наблюдения спектра Солнца с целью изучения полос поглощения, создаваемых водяным паром, находящимся в атмосфере Земли. Как оказалось, по мере подъема аэростата интенсивность этих полос ослабевала, что было связано с изменением содержания паров на разных высотах.

Большие надежды на использование аэростатов в астрономических исследованиях возлагал Камиль Фламмарион.

"Последнее путешествие дало нам также новое подтверждение... что для некоторых астрономических наблюдений, как, например, за "падающими звездами", зодиакальным светом, северным сиянием, воздушная обсерватория находится в условиях наблюдения действительно исключительных", - писал он об экспедиции на воздушном шаре, состоявшейся в августе того же года.

Несколько позже поднимались на аэростате для наблюдения комет французские естествоиспытатели Липман и де Фонвиель в 1881 и Малле в 1882 году. Исключительно удачным оказалось путешествие Жансена в 1885 году, когда им был получен снимок фотосферы нижнего слоя солнечной атмосферы. Эта фотография оставалась наилучшей на протяжении более чем полувека!

Фотография солнечной грануляции, полученная Жансеном с борта воздушного шара. Диаметр крупнейшего солнечного пятна, изображенного на снимке, равен приблизительно 10000 километров

Примерно в то же время предпринимают попытки использовать аэростат в астрономических исследованиях русские ученые. Еще в 1868 году, выступая в Московском университете, вице-президент Общества любителей естествознания А. Ю. Давидов отмечал "необходимость пополнить наблюдения упругости и температуры воздуха на разных высотах посредством воздушных путешествий зимой в континентальных местах Европы. Эти исследования, кроме важности для астрономического вопроса, имеют высокое значение и в метеорологическом отношении".

В 1887 году, как уже говорилось, совершил полет на воздушном шаре для наблюдения солнечного затмения и короны Солнца Дмитрий Иванович Менделеев.

Весть о необычном эксперименте русского ученого облетела всю Европу. Французское общество воздухоплавания "за проявленное мужество при полете для наблюдения солнечного затмения" наградило Менделеева специальным дипломом, на котором стоял девиз братьев Монгольфье "Sic itur ad astra" - "Так идут к звездам"...

В пасмурную погоду в ночь с 13 на 14 ноября 1898 года в Париже поднялись на аэростате для наблюдения за "падающими звездами" - метеоритами французские аэронавты Кабальзар и Дюмотэ в сопровождении талантливого русского астронома А. П. Ганского. Земля была окутана слоем тумана толщиною 150 метров. Однако уже на высоте 200 метров небо оказалось совершенно чистым. И звезды, и падающие метеориты были здесь прекрасно видны.

За время полета Ганскому удалось зафиксировать падение двенадцати метеоритов и нанести на карту их траекторию. Аэронавты также отчетливо наблюдали зодиакальный свет, который с поверхности земли и в погожую погоду очень трудно заметить.

Полет Ганского "доказывает с полной убедительностью, какие огромные услуги могут оказать баллоны астрономам, которым, как известно, приходится иногда дожидаться годами какого-нибудь интересного явления, например, полного солнечного затмения, и дождавшись - наблюдать одни только облака и тучи", - комментировал итоги проведенной экспедиции член VII отдела Русского технического общества В. А. Тюрин.

В следующем году по предложению Жансена полеты для наблюдений за "падающими звездами" организовали сразу несколько европейских астрономических обсерваторий. В одном из них участвовала женщина - немецкий астроном Д. Клюмпке.

Серия полетов на воздушном шаре с участием астрономов и метеорологов была осуществлена в 1910 году, когда ученые ожидали вхождения Земли в хвост кометы Галлея. Метеорологов, участвовавших в этих полетах, интересовало, какие изменения произойдут в состоянии верхних слоев атмосферы...

Одна из самых интересных и плодотворных (воздушных экспедиций с целью наблюдения солнечного затмения состоялась в 1925 году в США. На борту дирижабля "Лос-Анжелес" (как теперь назывался немецкий цеппелин "LZ-126", доставшийся американцам после поражения Германии в первой мировой войне) находилось около двадцати ученых-астрономов, геофизиков и метеорологов, вооруженных самой современной аппаратурой.

Далеко идущая программа использования высотных аэростатов в астрофизических и космических исследованиях была принята на упоминавшейся Всесоюзной конференции по изучению стратосферы, организованной Академией наук СССР в 1934 году в Ленинграде.

С тех пор как Галилео Галилей навел в небо изобретенный им телескоп, ученые получили массу новой информации и раскрыли многие, до того не разгаданные тайны мироздания. Давным-давно составлено точное расписание движения небесных светил и планет. Определено на сотни лет вперед время будущих лунных и солнечных затмений. Установлены даты великих и малых противостояний Марса. С точностью чуть ли не до сантиметра вычислено расстояние от Земли до Луны...

Огромна в нашей жизни роль Солнца - творца всего сущего на земном шаре. И потому не нуждается в особых комментариях постоянный и глубокий интерес многих поколений ученых к нашему светилу, их стремление всесторонне изучить и понять сложные механизмы воздействия солнечного излучения на околоземное космическое пространство, на атмосферу Земли, на ее ионосферу и магнитное поле.

Для астрономов и астрофизиков световые лучи - основной источник информации о процессах, происходящих на Солнце, на других планетах, на звездах.

Уже давно стало хрестоматийным выражение, что человечество живет на дне воздушного океана. Атмосфера надежно защищает все живое на Земле от губительного воздействия низких температур, глубокого вакуума, жестких ультрафиолетовых лучей, рентгеновского излучения Солнца, царящих в космосе, от метеоритов. Сквозь атмосферу до поверхности земли, выражаясь сухим языком науки, проникает лишь излучение в видимой области спектра да часть тепловых лучей. По той же причине короткое ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение космических светил совершенно недоступны для исследователей, работающих в наземных обсерваториях.

Есть и еще одно крайне досадное для астрономов обстоятельство: воздушная толща атмосферы пребывает в постоянном движении, не зная ни секунды покоя. А из-за этого то и дело изменяются плотность воздушных масс, их температура, что в свою очередь вызывает, как говорят специалисты, нерегулярные изменения коэффициента преломления световых потоков.

Вследствие неоднородности атмосферы и постоянной переменчивости ее оптических свойств зоркость, или, как говорят астрономы, разрешающая способность, телескопов резко снижается. Изображения исследуемых небесных объектов получаются искаженными, недостаточно четкими. Звезда, которой полагалось бы выглядеть точкой, на снимке оказывается размытым пятном. Известное всем "мерцание звезд", воспетое поэтами, - как раз одно из проявлений "непостоянства" характера атмосферы. По той же причине не удается разглядеть и детали рельефа планет Солнечной системы.

Иными словами, пока лучи проходят сквозь толщу атмосферы, - часть ценнейшей информации безвозвратно пропадает, а часть - утрачивает свою достоверность.

Применение стратосферных обсерваторий, способных подниматься на высоту 20 километров и выше, позволяет исследовать излучение почти в первозданном виде. Об этом свидетельствовал опыт стратостатов тридцатых годов.

При подъеме астрономических инструментов на большую высоту полностью или почти полностью используется их разрешающая сила, и, следовательно, становится возможным изучать тонкую структуру астрономических объектов, например грануляцию фотосферы Солнца.

Выход за пределы тропосферы, где сосредоточено более 1/5 всей массы атмосферного воздуха, в разреженное пространство стратосферы позволяет также исследовать астрономические объекты в далекой инфракрасной области спектра. Это обстоятельство, в частности, дает возможность изучать состав атмосферы и свойства поверхности Марса, Венеры и других планет.

Есть немало и других веских доводов, говорящих в пользу стратостатов. Исключительно важно, например, то, что в стратосфере почти нет влаги, тогда как спектральные полосы и линии водяного пара тропосферы закрывают огромные участки инфракрасного спектра небесных светил. Причем именно те участки, где находятся самые интересные для ученых линии химических элементов, по которым можно составить представление о химическом составе атмосферы различных планет. Слабыми линиями водяного пара изобилует и видимая часть спектра. В солнечном спектре они мешают выделять слабые линии наиболее редких элементов и их изотопов, что очень важно для понимания физических процессов, происходящих в атмосфере Солнца и других планет.

Со стратостатов, оборудованных необходимой аппаратурой, можно также успешно вести исследования галактических туманностей, скоплений межзвездной пыли и газов, изучать химический состав звезд и плотность вещества, составляющего их, в том числе звезд, меняющих интенсивность своего излучения и вызывающих поэтому особо пристальное внимание ученых.

Вот только несколько эпизодов из богатой событиями баллонной астрономии наших дней.

Во Франции, где сильны традиции воздухоплавания, в пятидесятые годы несколько стратосферных полетов совершил молодой астроном из Медонской обсерватории Одэн Дольфюс, сын известного французского воздухоплавателя Шарля Дольфюса. Свою воздухоплавательную карьеру Одэн Дольфюс начал в возрасте... восьми лет, поднявшись на воздушном шаре вместе с отцом.

Впервые Дольфюс провел астрономические исследования с борта аэростата в 1951 году. В 1954 году Дольфюс совершает высотный полет на аэростате, причем программа наблюдений была целиком астрономической: он исследовал содержание водяных паров в атмосфере Марса, изучал свечение ночного неба.

Спустя два года рядом с Дольфюсом места в гондоле аэростата заняли двое его коллег - англичане Блэкуэлл и Дьюхерст из Кембриджского университета. Во время этого полета были получены интереснейшие фотоснимки одного из солнечных пятен, обрамленных яркими "зернами" фотосферы - гранулами, как называют их астрономы.

Гранулярное строение фотосферы привлекает особое внимание исследователей, так как до сих пор еще не выяснен вопрос о том, является ли эта грануляция своего рода картиной "кипения" газа фотосферы - его конвекцией - или же тут основную роль играют волновые движения, подобные тем, какие наблюдаются, например, на поверхности земных морей. Можно надеяться, что ученые вскоре найдут ответ на эту загадку, и не исключено, что помогут им в этом именно высотные аэростаты.

Полеты в открытой корзине на высоте 6000-7000 метров не удовлетворили Дольфюса. Весной 1959 года снаряжается очередная высотная экспедиция, на сей раз с использованием герметической гондолы, подвешенной к стратостату, состоящему из... ста метеорологических шаров диаметром 183 сантиметра каждый, нанизанных гроздьями по три штуки на общий несущий трос-ось.

Идею такого стратостата подал Жан Пиккар. Многобаллонный аэростат, говорил он, не требует разрывных полотнищ и маневровых клапанов. При спуске достаточно подорвать пиропатроном несколько шаров, и оставшаяся гроздь плавно пойдет книзу. В момент приземления подрывается уже сам трос, на котором крепятся шары, и гондола с аэронавтами остается на месте.

Чтобы проверить свою идею на деле, Пиккар построил аэростат "Плеяды", названный так по имени семи дочерей титана Атланта. "Плеяды" состояли из нескольких десятков небольших шаров, сделанных из очень тонкой и эластичной резины. В своем первом, пробном полете, состоявшемся в 1937 году, "Плеяды" поднялись на высоту 3000 метров. Чтобы достичь большей высоты, нужно было увеличить число шаров или их объем. Естественно, стоимость такого опыта возрастала. Но средств для продолжения экспериментов у Пиккара не нашлось. К тому же "Плеяды" вскоре сгорели во время пожара.

'Плеяды' - оригинальный стратостат, конструкция которого была предложена Жаном Пиккаром

И вот спустя много лет опытом Пиккара воспользовался Дольфюс. Вечером 22 апреля 1959 года состоялся старт многобаллонного аэростата.

У границ тропосферы, когда верхние гроздья шаров, поднявшись на высоту 9100 метров, первыми окунулись во встреченную здесь воздушную стремнину - как оказалось, скорость потока воздуха на этой высоте достигала 110-120 километров в час, - несущий трос стратостата едва не разорвался. К счастью, все обошлось.

Гроздь из ста метеорологических шаров, на которой отправился в астрономическую экспедицию Одэн Дольфюс

Стратостат достиг высоты 13100 метров. И в продолжение нескольких часов дрейфовал в стратосфере. Каковы же были результаты подъема? Изучая спектр света Венеры, Дольфюс установил наличие в атмосфере "утренней звезды" паров воды.

По примеру Дольфюса американские исследователи решили использовать стратостаты для изучения инфракрасной и ультрафиолетовой областей спектра Солнца, его короны и фотосферы.

Известно множество астрономических проблем, решение которых тесно связано с исследованиями в инфракрасной области спектра - как в пределах солнечной системы, так и Галактики в целом. Например, исследования в инфракрасной области спектра могут дать ответ, каково атмосферное давление на Марсе.

Одной из первых в США использовала высотные аэростаты для изучения инфракрасной области спектра группа ученых с участием доктора Джона Стронга из университета Джона Гопкинса. В 1956 году с этой целью отправляется в полет стратостат "Стратолаб-1", пилотируемый военными аэронавтами М. Россом и М. Левисом.

Оболочку для "Стратолаба" поставила фирма "Винцен". Основатель этой фирмы немецкий авиаинженер Отто Винцен, эмигрировавший в США, разработал технологию производства баллонов-оболочек из обычной полиэтиленовой пленки. Для упрочения пленки в нее впаивались "меридианы" - жгуты из стекловолокна. К концам их крепилась сферическая герметическая гондола с аппаратурой для астрофизических исследований, включая телескоп, снабженный спектрографом для регистрации солнечного излучения и определения величины его поглощения в земной атмосфере на разных высотах. "Стратолаб-1" с легчайшей синтетической оболочкой объемом 56600 кубических метров достиг высоты 23164 метра и несколько часов крейсировал на этой высоте, следуя течению воздуха.

В октябре 1957 года в стратосферу поднялся "Стратолаб-2", а в июле следующего года - "Стратолаб-3". Как и прежде, оба стратостата пилотировали Росс и Левис. "Стратолаб-2" - его полет длился десять часов - поднялся на высоту 26213 метров, "Стратолаб-3", путешествие которого продолжалось тридцать четыре с половиной часа, - на высоту 24994 метра.

Особенно интересен полет четвертой стратосферной лаборатории с 16-дюймовым телескопом на борту, состоявшийся в конце ноября 1959 года и продолжавшийся двадцать восемь с половиной часов. Стратонавты М. Росс и И. Мур достигли высоты 24680 метров и провели серию наблюдений за атмосферой Венеры, получив записи линий поглощения в спектре солнечного инфракрасного излучения, отраженного "утренней звездой".

Поистине на космическую высоту - 34670 метров - поднялись спустя два года М. Росс и В. Празер на борту "Стратолаба-5"...

Не менее широкую известность получили полеты стратостатов "Мэнхай", изготовленных той же фирмой и имевших, как и "Стратолабы", оболочку объемом 56600 кубических метров. В 1957 году поднялись два таких синтетических баллона с астрономической аппаратурой.

"Мэнхай-1", пилотируемый Дж. Киттингером, достиг высоты 29260 метров. Полет, состоявшийся 2 июня, продолжался семь часов. Это был разведочный, рекогносцировочный полет.

19 августа в небо взвился "Мэнхай-2" с Д. Саймонсом на борту. Объем синтетической оболочки этого стратостата составлял почти 85000 кубических метров. Но вместе с гондолой вся эта громадина весила всего 724 килограмма. Стратостат "Мэнхай-2" поднялся на высоту 31000 метров, полет продолжался целых тридцать два часа.

Всего на полкилометра ниже - на 30480 метров - поднялся годом позже "Мэнхай-3", управляемый К. Макклуром.

На огромную высоту - 31000 метров - поднялся стратостат 'Мэнхай-2', пилотируемый Саймонсом

Полеты стратосферных обсерваторий вызвали большой интерес в научном мире. Выход в стратосферу на высоту 30-34 километра обеспечивает полное использование разрешающей способности телескопов, исследование почти всего спектра излучения небесных светил в любое время.

"На основе осуществленных опытов в будущем возможно создание трехэтажной, шарообразной метеоролого-астрономической обсерватории, плавающей неделями в воздухе на высоте 30-35 километров. В верхнем ее этаже разместится сама обсерватория, в среднем - жилые помещения, а в нижнем - машинное отделение. Можно надеяться, что скоро это будет осуществлено", - комментируя полеты американских стратостатов, заявил один из авторитетных специалистов в области воздухоплавания профессор А. Г. Воробьев.

К сожалению, эта интересная идея советского ученого пока еще остается не реализованной.

В середине пятидесятых годов наряду с пилотируемыми высотными аэростатами появляются и современные автоматические стратостаты.

По мнению ученых, участие человека в стратосферных полетах в ряде случаев нецелесообразно. Дело не только в том, что такие рейды сопряжены с риском и требуют достаточно дорогой и к тому же довольно громоздкой системы жизнеобеспечения - герметической гондолы или скафандра с запасами кислорода, дыхательной смеси, пресной воды. Человек, находящийся на борту стратостата, волей-неволей создает механическое возмущение всей его системы, и, как бы ни казалось малым это возмущение, оно затрудняет точную наводку аппаратуры и, следовательно, может повлиять на достоверность полученных результатов. При беспилотном полете аппаратура сама автоматически отыскивает нужный объект, наводит на него инструмент и ведет наблюдения по заранее заданной программе.

В июне 1955 года с помощью подобного беспилотного стратостата, поднявшегося на высоту 34 километра, американскими исследователями была произведена регистрация инфракрасного излучения "желтого карлика" - как астрофизики иногда называют наше Солнце, заурядную звезду в масштабах Галактики, - и в частности определена величина поглощения его излучения в земной атмосфере в зависимости от высоты над уровнем моря.

В сентябре 1957 года в Миннеаполисе запустила высотный аэростат, на борту которого находился управляемый по радио 12-дюймовый телескоп, группа сотрудников астрономической обсерватории Принстонского университета.

Огромный прозрачный аэростат, сверкая под ослепительными лучами солнца, поднялся на высоту 25000 метров и, подчиняясь воле ветров, поплыл за горизонт. А вслед за ним на небольшом самолете и грузовике, оборудованных приемниками радиосигналов от аэростата, двинулась команда взволнованных астрономов.

"Работают ли телескоп и фотокамеры, размещенные под куполом воздушного шара? Все ли снимки удались?" - тревожились ученые. На борту стратостата находилось 300 метров пленки, рассчитанной на восемь тысяч кадров.

В намеченный срок по радиокоманде с земли взрывается пороховой заряд. В бинокли было хорошо видно, как в один миг разлетелась на сотни кусков оболочка "Стратоскопа" - так назывался высотный автоматический аэростат, - раскрылся купол парашюта, и контейнер с аппаратурой, мерно покачиваясь, начал опускаться к земле. Рассеявшиеся в воздухе клочья оболочки казались серебряным хвостом кометы...

"Парашют опустил свой груз на поле в 250 километрах к востоку от Миннеаполиса. На самолете мы достигли места приземления через 15 минут после падения парашюта. Осмотрев оборудование, которое было лишь слегка повреждено, мы погрузили его в фургон, предварительно сняв кинокамеру с отснятой пленкой, и двинулись домой. Прибыв туда к полуночи, мы таким образом затратили 24 часа на весь эксперимент. Мы до того устали, что должны были отправиться в постель, оставив без ответа жгучий вопрос о том, удачно ли прошел эксперимент. На следующее утро мы начали проявлять киноленту.

Уже первые 30 метров пленки не были пустыми, как это нам казалось в ночных кошмарах. Вся аппаратура работала хорошо, и мы получили несколько фотографий, совершенно изумительных по качеству", - вспоминая о том памятном дне, писал в журнале "Сайнтифик Америкэн" организатор подъема стратостата американский астроном доктор Мартин Шварцшильд, известный в ученом мире как один из самых рьяных сторонников баллонной астрономии (так стали называть астрономические исследования с использованием аэростатов).

- Конечно, получение хороших снимков с высоты 25 километров было не простым делом, ибо из-за сильного солнечного излучения аппаратура перегревалась. И это при наружной температуре около пятидесяти градусов ниже нуля. Перемешивание теплого и холодного, даже очень разреженного воздуха создает серьезные помехи для наблюдений. Именно из-за этого немалое количество снимков, к огорчению всех участвовавших в запуске "Стратоскопа", оказалось испорченным.

В октябре того же года американские астрономы произвели еще один подъем стратостата. Гондола с аппаратурой опустилась на парашюте на кукурузное поле близ Скарвилля в штате Айова, в 370 километрах от места запуска стратостата. И снова трофеем ученых стали 300 метров пленки, отснятой в стратосфере. На некоторых полученных снимках Солнца совершенно отсутствовали искажения, характерные при наблюдении с земли.

Фотокадры поверхности светила, сделанные с борта стратостатов, были с огромным интересом встречены астрономами во всем мире. И не только ими. Всем было любопытно увидеть сфотографированный с помощью высоко поднятого над землей телескопа огненный лик Солнца, покрытый "веснушками" из облаков раскаленного газа... Кроме того, ученые получили несколько сот снимков края диска светила. Однако качество большинства из них все еще оставляло желать лучшего.

Чтобы повысить качество фотографий, были улучшены оптическая схема телескопа, система его наведения, электромеханическое и электронное оборудование. Дополнительно установили системы телеуправления и телеметрии.

Модернизированный "Стратоскоп" совершил четыре подъема - 11 июля, 17 августа, 24 сентября и 4 октября 1959 года. Наиболее плодотворными в научном отношении были три последних полета. Так, например, 17 августа из 8000 кадров фотосферы Солнца, всего заснятых в стратосфере, 400 оказались хорошего качества.

Продолжала исследования инфракрасного излучения, используя беспилотные стратостаты, и знакомая нам группа астрофизиков из университета Джона Гопкинса. И у них не все проходило так гладко, как хотелось бы.

"В 1961 году мы начали разрабатывать программу подъема стратостатов без экипажа. Однако в 1962 году нас ожидал жестокий удар - во время испытательных полетов мы потеряли три полиэтиленовых стратостата. Следующий год был для нас не намного удачнее. 4 мая 1963 года мы впервые испробовали более прочный аэростат с оболочкой из полистерных смол, но на этот раз отказала наша аппаратура. 10 мая, после того как аппаратура была наскоро исправлена, мы поместили ее на стратостат с полиэтиленовой оболочкой. Стратостат снова взорвался", - с огорчением констатировал один из руководителей этих работ Джон Стронг.

Первая удача пришла лишь в феврале 1964 года, когда был подготовлен новый высотный аэростат с оболочкой из полистерных смол, оснащенный аппаратурой для исследования Венеры. Полет имел одну цель - измерение количества солнечной инфракрасной радиации, отраженной поверхностью Венеры в длинах волн, поглощаемых парами воды. Впрочем, не обошлось без осложнений и в этот раз.

Курс стратостата, рассчитанный с учетом прогноза погоды, направления и силы ветра, в действительности оказался совсем иным. Аппаратура для точной наводки на Венеру начала работать, когда стратостат находился на расстоянии 160 километров от предполагаемой позиции. Но, в конце концов, ошибка была исправлена, и в течение нескольких часов полета планета находилась в поле зрения приборов.

После того как материалы февральского запуска были обработаны, ученые сделали попытку определить природу облаков в атмосфере Венеры. Состоит ли закрывающий планету облачный слой из паров воды или, может быть, это лед, пыль или даже сложные полимеризованные органические молекулы? Чтобы ответить на этот вопрос, 28 октября 1964 года был произведен новый подъем автоматического стратостата с усовершенствованной аппаратурой, обеспечивающей получение спектра инфракрасного излучения облачного покрова Венеры. На высоте 26 километров приборы автоматического слежения нацелили телескоп на Венеру, после чего в течение более чем трех часов велось наблюдение планеты. При этом спектрометр не только сканировал инфракрасный спектр Венеры, но также провел сравнительное сканирование и солнечного спектра. В результате было установлено, что облачный покров Венеры состоит из ледяных кристаллов.

Автоматический стратостат-гигант с оболочкой из полистера, с помощью которого в октябре 1964 года исследовалась атмосфера Венеры

Продолжала развиваться баллонная астрономия и во Франции. 16 января 1968 года сотрудники Медонской обсерватории успешно осуществили регистрацию инфракрасного спектра Солнца. Во время полета медонского стратостата были получены две записи спектров - на высоте 25 и 28,4 километра над уровнем моря. При этом использовался телескоп-рефлектор системы Кассегрена с диаметром главного зеркала 40 сантиметров и фокусным расстоянием 2 метра.

Несколько раньше серию экспериментов с использованием стратостатов по программе исследований ультрафиолетового излучения звезд французские ученые провели вместе со своими коллегами - сотрудниками Женевской обсерватории. При этом одновременно было испытано новое электронное оборудование, установленное на борту стратостата, в том числе кварцевые часы и дешифратор командных сигналов от перфоленты, играющие роль запоминающего устройства. От них зависело выполнение всех намеченных операций в строго определенном порядке.

Первое путешествие в стратосферу состоялось в ночь на 23 сентября 1966 года. Полет длился семь часов: два часа стратостат набирал высоту, четыре часа находился в дрейфе на высоте 33000 метров и в течение одного часа снижался. Гондола без происшествий опустилась на землю, но в стратосфере часть пленки случайно засветилась. Все же на землю было доставлено 400 снимков окрестностей созвездий Ориона и Близнецов.

При втором полете, ночью 9 октября 1966 года, использовали более совершенный телескоп Шмидта, охватывающий поле наблюдения в 14 градусов. Оптические элементы этого телескопа, выполненные из кварца, легко пропускающего ультрафиолетовые лучи, позволили зарегистрировать на пленке спектры едва различимых с Земли звезд. Всего под объектив телескопа в этот раз попало несколько сотен звезд.

Через два дня организуется новый запуск. В этот раз стратостат поднялся на высоту 34000 метров. В течение трехчасового дрейфа в стратосфере было сделано еще несколько сотен снимков созвездий Ориона и Близнецов. Гондола с аппаратурой приземлялась примерно в 350 километрах от места взлета стратостата.

Куда более продолжительное и дальнее путешествие совершил французский шар объемом 50000 кубических метров, запущенный 5 января 1967 года. Поднявшись со взлетной площадки базы Эрсюр-Адур Национального центра по исследованию космического пространства, он перелетел Атлантику и опустился на территории США, в Северной Каролине.

Предметом особенно глубокого и пристального изучения, по мнению ученых, должны стать свойства радиации ультрафиолетовой части солнечного спектра. Ультрафиолетовое излучение Солнца играет очень важную роль в судьбе нашей планеты и жизни всех ее обитателей. Под воздействием коротковолновой солнечной радиации образуется земная ионосфера, от состояния которой зависит качество радиосвязи. Это излучение влияет на молекулярный состав и плотность верхних слоев земной атмосферы, а следовательно, и на тепловой баланс нижних ее слоев.

Считается, что наблюдения в ультрафиолетовой части спектра Солнца с использованием аэростатной аппаратуры возможны начиная с высоты 32000 метров. Один из первых полетов по этой программе был проведен французскими исследователями 23 июня 1967 года. Стратостат поднялся на высоту 32 километров. Полет был повторен 22 сентября того же года во время частичного солнечного затмения. На этот раз стратостат с усовершенствованной аппаратурой поднялся на высоту 37 километров. В результате удалось получить записи спектров с более высоким разрешением по сравнению с первым полетом.

Наблюдения короны Солнца во время солнечного затмения с борта аэростатов начали еще Жансен во Франции и Менделеев в России. В отличие от них современные исследователи, используя баллонную технику, способную подниматься на огромную высоту, где рассеяние света незначительно, с успехом проводят наблюдения короны, не дожидаясь затмений. Такие работы были начаты сотрудниками Высокогорной обсерватории в США. 10 сентября 1960 года впервые поднялся высотный аэростат "Короноскоп" с коронографом, спектроскопом и другими сложными оптическими устройствами на борту. Стратостат, имевший полиэтиленовую оболочку объемом 40000 кубических метров, поднялся на высоту 26 600 метров. Цель полета - фотографирование солнечной короны в видимой и инфракрасной областях спектра.

Дебют оказался удачным. 3 октября того же года "Короноскоп" совершает второй полет.

В дальнейшем аппаратура, используемая для наблюдения солнечной короны, была модернизирована. Сменили и оболочку.

5 марта 1964 года американские исследователи проводили в полет "Короноскоп-2" с оболочкой объемом 100000 кубических метров из значительно более надежной майларовой пленки. Стратостат поднялся на высоту 30 километров.

В результате этих полетов было получено около 100 уникальных снимков солнечной короны. Исследования короны "желтого карлика" с использованием стратостатов продолжались и в последующие годы.

1 ноября 1966 года состоялся полет первой советской астрономической стратосферной станции, поднятой гелиевым аэростатом с оболочкой из полимерной пленки объемом свыше 100000 кубических метров.

По сложности и совершенству научной аппаратуры, поднятой в стратосферу, советская обсерватория не имела себе равных. Никогда еще в истории воздухоплавания аэростат не поднимал в небо такого груза - научную аппаратуру общим весом...7600 килограммов!

Стратосферная станция представляла собой уникальный по размерам и сложности комплекс оптической, механической, электромеханической и электронной аппаратуры. "Главный калибр" станции - телескоп-рефлектор системы Кассегрена полуметрового диаметра.

Близится миг старта советской стратосферной астрономической станции

"Представим себе, что мы находимся на площадке, откуда производится запуск высотного аэростата, поднимающего астростанцию, - рассказывает организатор этих исследований, директор Главной астрономической обсерватории Академии наук СССР, председатель Комиссии по исследованию Солнца при Астрономическом совете АН СССР, член-корреспондент АН СССР Владимир Алексеевич Крат.

Раннее утро. Накануне были окончены многочисленные проверки всего сложного приборного хозяйства станции; метеорологи обещали хорошую, безоблачную погоду и слабый ветер. Начинается наполнение оболочки гелием. Постепенно она "оживает" и все с большей силой стремится вверх. Сама станция уже подготовлена к старту: ее фотокамеры заряжены пленкой, в программно-командный блок заложена программа работы. Все готово. Подана команда, замки освобождают станцию - и автоматическая обсерватория весом в 7,5 тонны стремительно уносится ввысь.

Пока аэростат набирает высоту, заглянем в помещение контрольно-измерительного пункта. Здесь установлены системы телевидения, телеуправления и телеметрии. С их помощью астрономы-операторы и инженеры будут управлять астрономической станцией, когда она начнет работу.

Вот, наконец, поступило сообщение о том, что аэростат с автоматической станцией достиг заданной высоты. Пока все приборы станции, кроме программно-командного блока, бездействуют. Но вот с земли на борт станции подается радиокоманда на включение аппаратуры. Начинают работу приборы грубого поиска Солнца. Найдя его, они ориентируют телескоп станции и передают управление системам точного наведения, которые направляют телескоп на Солнце и удерживают его в этом положении с высокой точностью.

Теперь в работу вступает телеустановка. С борта станции передается на телевизионный экран наземного контрольно-измерительного пункта изображение Солнца, которое "видит" фотогелиограф. Астроном-оператор, подавая соответствующие команды, наводит телескоп на нужный участок поверхности Солнца - начинается фотографирование и регистрация спектров избранного участка солнечного диска. В необходимых случаях астроном-оператор может внести изменения в программу работы станции по радиотелеуправлению...

Наблюдения окончены. По радиокоманде, переданной с контрольно-измерительного пункта, срабатывает особый замок, отделяя стратосферную станцию от оболочки стратостата. Раскрывается парашют, и вся аппаратура невредимой опускается на землю".

После того как информация, полученная при первом полете, была тщательно изучена, начались приготовления к очередному солнечному рейду. Ранним утром 22 сентября 1967 года состоялся второй полет стратостата с астрономической станцией.

Какие же результаты получили исследователи? Уже первые, в сущности еще пробные, экспериментальные полеты стратосферной станции оправдали самые оптимистические прогнозы и надежды ее конструкторов и ученых-астрономов. Наиболее важным достижением явилось открытие на поверхности Солнца очень мелких - по космическим масштабам - пятен диаметром не более 300 километров, существование которых объясняет множеством непонятных до сих пор аномалий в магнитном поле Солнца.

Большую научную ценность представляли и многочисленные спектрограммы, ведь спектроскопия - один из главнейших методов современной астрофизики. Спектрограммы, полученные и в первом, и во втором полетах, не свидетельствовали о заметном ослаблении солнечного спектра на месте линии тяжелого водорода - дейтерия. О чем это говорит? Видимо, дейтерия в атмосфере Солнца намного меньше, чем считалось ранее. Вполне вероятно, что его там практически и вовсе нет, сделали заключение исследователи.

Летом 1970 года над территорией Советского Союза в третий раз поднялась в стратосферу большая автоматическая станция, снабженная телескопом системы Кассегрена с увеличительной камерой, доводящей изображение Солнца до 120 сантиметров, и спектрографом высокой разрешающей способности, при помощи которого одновременно фотографируется солнечный спектр в трех различных его диапазонах. Как и раньше, специальная телевизионная и телеметрическая системы позволяли не только следить за аппаратурой летающей обсерватории, но и при необходимости вносить изменения в программу ее работы.

Результаты этой экспедиции оказались особенно интересными и важными.

Во время полета, продолжавшегося девять часов, впервые удалось получить два десятка замечательных по качеству спектрограмм, позволяющих в деталях изучать тонкую структуру движения газа в солнечной атмосфере. Сделать спектрограмму гораздо труднее, чем фотоснимок, ибо для нее требуется гораздо большая выдержка. Малейшее смещение телескопа или какое-то естественное возмущение в стратосфере - и спектрограмма окажется "смазанной", испорченной... На полученных же в этот раз спектрограммах были отчетливо видны спектры отдельных гранул. По сдвигам спектральных линий ученые легко могли определять скорость подъема и опускания масс газа солнечной атмосферы.

И взлет, и дрейф, и посадка солнечной обсерватории прошли идеально, без каких-либо происшествий и отклонений от намеченной программы.

"Создание большой солнечной стратосферной обсерватории - выдающееся достижение советской науки и техники. Оно способствовало рождению новой отрасли в нашей астрономии - отрасли, которая занимает теперь передовые позиции в мире", - говорит Владимир Алексеевич Крат.

Высокую оценку полетам советских стратостатов с астрономической аппаратурой на борту дали и зарубежные исследователи, когда в 1970 году наши ученые, приехавшие в Англию на XIV съезд Международного астрономического союза, представили обстоятельный доклад о работе стратосферных обсерваторий. Доктор М. Шварцшильд и западногерманский ученый профессор К. Кипенхойер заявили, что полученные в СССР снимки и спектрограммы Солнца благодаря их исключительно высокому качеству, а также характеру запечатленных событий представляют собой весьма ценный вклад в науку.

20 июня 1973 года советская астростанция совершает очередной рейд в стратосферу. В этот день астрономам удалось получить новые, исключительно интересные сведений о возникновении плазменных взрывов на Солнце.

Советская астростанция в нижних слоях атмосферы

"...Теперь представляется более правдоподобным, что образование этих вспышек - только часть грандиозных процессов, которые охватывают сразу ряд замкнутых магнитных конфигураций и, вероятно, имеют волновой характер, - комментирует результаты проведенного эксперимента Владимир Алексеевич. - Вообще волновая природа движений солнечной плазмы прослеживается на многих снимках. Так, стало несомненным, что элементы строения фотосферы - гранулы - возникают в виде комплекса различных волн. Они прекрасно видны на краю диска".

Раньше, из-за меньшей разрешающей способности наземных телескопов, эта подробность ускользала от внимания ученых. И буквально до последнего времени большинство астрономов-теоретиков полагало, что гранулы - это места выхода в фотосферу конвективных потоков газа, поднимающихся с больших глубин светила.

"Детальные исследования тонких явлений в фотосфере Солнца, - продолжает Крат, - позволяют подвести теоретическую базу под проблему солнечной активности, подойти к ее теоретическому прогнозированию, а значит, увереннее предсказывать изменения в геомагнитном поле и погоды на Земле". - В чем есть немалая заслуга аэростатов, добавим мы.

Развивались работы с использованием стратостатов и по другим программам баллонной астрономии. Наиболее показательны в этом отношении исследования, проведенные под руководством Мартина Шварцшильда, по инициативе которого в США разрабатывается проект двухбаллонного высотного аэростата "Стратоскол-2".

По этому проекту первый баллон - стартовый - изготовляется из синтетической майларовой пленки толщиною 0,013 миллиметра, усиленной полимерной дакроновой сеткой. Его объем - 8500 кубических метров. Основной баллон, в отличие от стартового, делается из майлара толщиной всего 0,009 миллиметра. Объем этого баллона - 147000 кубических метров. Оболочки соединяются между собой полым металлическим цилиндром высотой 75 сантиметров и диаметром 1 метр.

Накануне подъема гелием заполняется только стартовая оболочка. Основная в это время находится в сложенном виде. Но по мере подъема "Стратоскопа" газ, расширяясь, заполняет и основную оболочку.

При наполнении баллонов газом "Стратоскоп" вытягивается в рост шестидесятиэтажного небоскреба: его высота вместе с парашютом, системой подвески и телескопом составляет 198 метров. "Стратоскоп" снабжается парашютом на случай непредвиденных обстоятельств. Посадка стратостата происходит как обычно - при стравливании газа и использовании балласта.

Однако прошло немало времени, пока проект ученого стал явью: были сделаны оболочки для стратостата и создан долгожданный 36-дюймовый телескоп.

С борта нового аэростата решено было продолжить начатые ранее Шварцшильдом исследования, в том числе изучение атмосферы Марса, Юпитера, Венеры. Сквозь разрывы в облачном покрове Венеры ученые надеялись заглянуть и на ее поверхность.

"Повышение разрешающей способности приборов, поднятых на аэростате, поможет решить многие астрономические проблемы. Мы надеемся лучше понять те изменения, которые происходят в атмосфере Венеры и Юпитера, подвергнуть анализу щели колец Сатурна, измерить диаметр Плутона. Мы сможем приступить к исследованию большой туманности в Орионе, где, по-видимому, происходит образование новых звезд из плотных облаков межзвездной среды, а также начать детальные исследования гигантских облаков газа, известных как планетарные туманности, и выяснить, представляют ли они собой стадию гибели звезд... Все эти и многие другие проблемы, возможно, будут решены, если удастся поднять в стратосферу 36-дюймовый телескоп", - делился своими надеждами Шварцшильд в связи с запуском нового стратостата.

1 марта 1963 года с площадки Национальной станции научных запусков в Палестайне в штате Техас состоялся первый подъем "Стратоскопа-2" с целью исследования Марса в инфракрасной области спектра.

Из-за неполадок в системе наведения было получено всего несколько записей спектра. К тому же из-за неверно предсказанной траектории полета стратостата была потеряна связь с аппаратурой телеметрии и телеуправления. Вследствие этого посадка контейнера с научной аппаратурой осложнилась, некоторые из инструментов получили повреждения.

Весьма успешным оказался второй полет "Стратоскопа-2", состоявшийся осенью того же года. Во время этого полета были получены спектры Юпитера и Луны, а также спектры одной горячей звезды, трех красных гигантов, двух красных сверхгигантов и двух долгопериодичных переменных...

Полеты "Стратоскопа-2" проводились и в последующие годы - в 1964-1966, но они оказались неудачными из-за механических неполадок.

Успешный подъем на высоту 26600 метров был осуществлен в ночь с 18 на 19 мая 1968 года. На этот раз удалось сделать фотографии с высоким разрешением сейфертовской галактики NGC 4151.

Не менее успешно закончился один из последних полетов "Стратоскопа-2", состоявшийся 26 - 27 марта 1970 года: были получены отличные по качеству снимки Юпитера и окружающих его звезд, а также ядра сейфертовской галактики.

По отзывам специалистов, результаты полетов нового стратостата, снабженного спектрометром, при помощи которого можно было фотометрически исследовать инфракрасный спектр небесных светил, превзошли самые оптимистические ожидания. Так, например, в области спектра от одного до трех микрон удалось обнаружить полосы водяного пара в атмосфере ярких, сравнительно холодных звезд-гигантов Миры Кита, R Льва и других. Открытие паров воды в атмосфере этих гигантских красных звезд позволяет по-новому подойти к вопросу о химических процессах, происходящих в недрах звездных атмосфер...

Что же касается сейфертовской галактики, ядро которой состоит из вероятного числа звезд 10, то анализ фотографий его, сделанных с помощью телескопа, поднятого на высоту 24400 метров, позволил Шварцшильду сделать весьма интересное заключение: при наличии столь плотного скопления множества звезд последние в соответствии с законами небесной механики стремительно вращаются одна вокруг другой. По мнению Мартина Шварцшильда, при этом не обходится без взаимного и довольно бурного столкновения между галактическими "партнерами": ведь скорость движения в подобном хороводе измеряется тысячами километров в секунду. Вероятно, такие столкновения, считает он, происходят по меньшей мере каждые четыре месяца, а может быть, и чаще...

Наблюдения, проведенные с борта стратостата, представляют особый интерес для специалистов в связи с существующей гипотезой о том, что именно подобные постоянные "стычки" между звездами являются причиной изменения силы излучения такими объектами, как эта галактика и квазары.

Во время мартовского полета "Стратоскопа-2" были также сделаны многочисленные снимки планеты Уран, которую из-за большой удаленности и вследствие искажающего воздействия атмосферы особенно трудно наблюдать с Земли.

С развитием ракетно-космической техники ученые получили возможность впервые вынести телескопы и другие приборы для проведения астрофизических наблюдений за пределы земной атмосферы.

Так, в ночь с 18 на 19 апреля 1968 года в СССР была выведена на орбиту Земли астрономическая обсерватория "Космос-215". Это событие знаменовало собой появление принципиально новых методов в изучении Вселенной. На спутнике были подняты разом восемь небольших телескопов с зеркалами диаметром 70 миллиметров и еще один рентгеновский телескоп. А ранним утром 3 октября 1970 года в Советском Союзе был произведен запуск ракетной астрофизической обсерватории с целью комплексного изучения Солнца. Полет аппарата происходил по вертикальной траектории, при этом он поднялся на высоту около 500 километров.

В США один из кораблей, запущенных по программе "Аполлон", представлял собой обсерваторию для исследования Солнца - изучения воздействия его радиации на земную атмосферу и особенно возмущений в ней, возникающих при солнечных вспышках. Еще раньше в США были осуществлены запуски серии тяжелых спутников-обсерваторий, вооруженных пятью 8- и 16-дюймовыми телескопами, а также дифракционными зеркалами.

Ныне и в СССР, и в США регулярно проводятся запуски спутников, на борту которых установлены телескопы и другая аппаратура для проведения всесторонних астрофизических исследований. В этом отношении особенный интерес представляет цикл комплексных астрофизических исследований, выполненных в начале 1975 года летчиками-космонавтами Алексеем Губаревым и Георгием Гречко на борту орбитальной космической обсерватории "Салют-4".

Однако все поднятые до сего времени в космос телескопы невелики и не дают четкой картины наблюдаемых светил и происходящих на них явлений. Крупный же телескоп с зеркалом большого диаметра запустить на орбиту еще не удается, ведь он может оказаться тяжелее самих спутников...

И стало быть, несмотря на поразительный прогресс ракетной техники, воздушные шары, запускаемые в стратосферу, не потеряли - и никогда не потеряют - своего значения.

"Аэростаты - самое дешевое и удобное средство для изучения космических излучений, планет Солнечной системы, звезд. Приборы, которые они поднимают, находятся в идеальных условиях: они не подвергаются тряске, вибрации, перегрузкам - неизбежным помехам, возникающим при запуске ракеты. Кроме того, аэростат, в отличие от ракеты или самолета, может долгое время дрейфовать в том районе, который нас интересует", - говорит директор французского Центра запусков высотных аэростатов доктор Арман Субрие. В будущем подобные полеты будут проводиться еще чаще, заявляют ученые, ибо баллонная техника оказывает неоценимые услуги в развитии астрономии и астрофизики, в расширении наших знаний о Вселенной, а также позволяет глубже познать явления, происходящие в самой земной атмосфере.

Несомненно, аэростаты принесут ощутимую пользу и в решении такой злободневной проблемы, как проверка существующих в настоящее время гипотез относительно характера влияния, оказываемого солнечным излучением на состояние земной атмосферы, причем можно будет сопоставить полученные ими данные с информацией, добытой искусственными спутниками Земли и исследовательскими ракетами.

Высотные аэростаты нередко служат и для испытания различной космической техники. Вот пример. Французские радиотехники создали солнечные молибденовые батареи, которые почти вдвое мощнее применявшихся ранее кремниевых. Но прежде чем попасть в космос, батареи прошли испытания в атмосфере - на борту метеорологических воздушных шаров. Эти исследования проводились зимой 1967-68 года. И только потом батареи перекочевали на спутники.

В США стратостаты используются для испытания герметичности кабин космических кораблей. Смела и интересна идея, выдвинутая учеными, устроить на борту высотного аэростата - а наиболее крупные американские стратостаты имеют объем 280000 кубических метров! - своеобразный полигон для имитации условий работы космонавтов в открытом космосе.

А возможен ли выход аэростатов в безвоздушное космическое пространство? Это не праздный вопрос, и ответ на него уже получен. Можно сказать, что аэростаты в общем-то уже давно освоили космос.

В 1960 году американцы запустили на орбиту Земли искусственный спутник "Эхо-1", представлявший собой гигантский шар диаметром 30 метров е оболочкой, сделанной из синтетической пленки. Вместе с аппаратурой он весил 66 килограммов. Именно с помощью этого спутника-баллона была впервые установлена космическая радиосвязь между Америкой и Европой.

Валлон-спутник 'Эхо'. Испытание оболочек

Майларовая алюминированная оболочка космического аэростата оказалась неплохим отражателем радиоволн. Шар-ретранслятор прослужил около месяца. А потом под влиянием космических сил - солнечного ветра, микрометеоров, гравитации - баллон деформировался, качество связи значительно ухудшилось.

Следующий космический аэростат "Эхо-2", имевший диаметр уже 41 метр, разделили внутренними перегородками - диафрагмами на несколько секций. Он оказался более надежным.

Несколько лет назад серебристая оболочка дубликата космического баллона "Эхо-2" экспонировалась на одной из американских выставок в столичном парке Сокольники.

Позднее в США разработали и более совершенные космические баллоны-ретрансляторы. Вскоре после запуска "Эхо-2" была высказана также интересная и увлекательная идея создания баллонных спутников-телескопов и спутников-термоэлектростанций. В обоих случаях предполагалось покрыть отражающим металлическим слоем только часть оболочки космических аэростатов. Таким способом, по мнению специалистов, можно создать огромные зеркала, удобные и для наблюдений за небесными светилами, и для улавливания энергии солнечных лучей...

Существуют пластики, из которых выдувают шары с толщиною стенок всего два-три микрона. Из 100 килограммов этого синтетического вещества можно сделать шар диаметром почти в одну треть километра. Потом на стенки его напыляется тончайший слой металла - и космическое зеркало готово...

Исследовательский аэростат 'СССР ВР-62'

Оригинальный проект разработан специалистами фирмы "Мартин-Мариэтта" в Денвере, штат Колорадо, по договору с НАСА. Ученые предлагают запустить непилотируемые аэростаты... в атмосферу Венеры! В соответствии с проектом, воздушные шары, уложенные в специальный контейнер, снабженный необходимым автоматическим оборудованием, доставляются на борту космического аппарата типа "Маринер" к Венере. Здесь аэростаты высвобождаются из контейнера, наполняются водородом и уходят в свободный полет. "Маринер" же выходит на орбиту планеты, выступая в роли ретранслятора...

Можно было бы еще немало рассказать об аэростатах - шарах-зондах и радиозондах, пилотируемых и радиоуправляемых стратостатах, воздушных шарах с открытой гондолой и дирижаблях, и поныне несущих научный дозор в глубинах земной атмосферы. Но и того, что уже было сказано, достаточно, чтобы убедиться: аэростаты - это отнюдь не "пройденный этап", как думают иные, а, напротив, скорее техника будущего.