«Эксплорер-1»: как начиналась космическая программа США

В закладки

Материал о том, как США проиграли СССР борьбу “за первый спутник” и об 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. 

Фото: 100.iugg.org / Логотип и марки, посвященные Международному геофизическому году

Два злейших врага — СССР и США, приняли участие в программе и сразу взяли высокую планку. Представители двух держав-соперников 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. 

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. 

Фото: wikipedia.org / Заседание Комитета проекта Орбитер, которое проходило 17 марта 1955 года в Вашингтоне

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» . JPL также должна была отвечать за прием и передачу сигнала с космического корабля. 

Фото: NASA / Старт первой ракеты Редстоун, который состоялся на мысе Канаверал 20 августа 1953 года

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». 

Фото: NASA / Ракета Авангард перед стартом

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.

Фото: wikipedia.org / Американский спутник Авангард TV3 в Национальном музее авиации и космонавтики

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 вывело 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 он находится в экспозиции Национального музея авиации и космонавтики).

Фото: NASA / Взрыв ракеты Авангард

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. 

Фото: NASA / Старт носителя Юпитер-С со спутником Эксплорер-1 на борту

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, которая составляла 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. 

Фото: NASA

Через некоторое время после старта, когда «Эксплорер-1» должен был достичь орбиты, станция слежения на Антигуа не смогла принять сигнал от спутника. Специалисты не приняли 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. 

Фото: NASA / Директор JPL Уильям Пикеринг, Джеймс Ван Аллен и Вернер фон Браун на пресс-конференции в Вашингтоне, на которой была представлена модель Explorer 1 после ее успешного запуска

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, состоящими 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. 

Фото: NASA / На снимке показаны научные приборы, установленные внутри Эксплорер-1, и внешний корпус спутника-ступени

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. 

Друзья, у нас есть Telegram канал, там мы публикуем новости и лонгриды на темы космоса, истории и т.д. Публикуем не часто, но они есть. Будем рады, если вы нас поддержите)) Спасибо!

Материал переведен и опубликован редактором сайта «Северный маяк»

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

24
Войдите, чтобы читать и оставлять комментарии и не видеть рекламу.
Показать скрытые комментарии

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

[X]
Если не получается зайти отсюда, попробуйте по ссылке.