* ЗАКАЗАТЬ АВТОРСКИЙ РЕФЕРАТ, КУРСОВУЮ ИЛИ ДИПЛОМ*

тел. 728 - 3241

ВЕРТОЛЕТ, винтокрылый летательный аппарат, называемый также винтокрылом, – летательный аппарат, у которого подъемная сила создается вращающимися винтами. Хотя полеты винтокрылых летательных аппаратов были осуществлены только в 20 в., сама концепция винтокрыла имеет намного более раннее происхождение. В рукописи Леонардо да Винчи (1452–1519) имеется рисунок машины с винтом на вертикальной оси, приводимым в движение мускульной силой летящего на ней человека. Это, несомненно, прообраз вертолета.
В настоящее время существуют как небольшие двухместные учебные вертолеты, так и гигантские транспортные винтокрылые машины, способные поднимать в воздух более 22 т груза и перевозить, например, гусеничные транспортные средства. Вертолеты – это высокоманевренные и универсальные летательные аппараты, предназначенные для выполнения разнообразных функций и не требующие больших и ровных площадок для взлета и посадки.
Самолеты могут лететь быстрее, чем вертолеты, но только в одном направлении. Вертолеты редко развивают скорости выше 320 км/ч, однако могут перемещаться в любую сторону и при необходимости зависать в воздухе.

О ПОЛЕТЕ ВЕРТОЛЕТА
Полет вертолета объясняется теми же законами аэродинамики, что и полеты любых других летательных аппаратов тяжелее воздуха, а именно – обтеканием воздухом лопастей винта или крыльев, создающих подъемную силу. В случае самолета воздух обтекает крыло, движущееся вперед. В случае вертолета воздух обтекает лопасть винта, вращающегося над фюзеляжем. Так как подъемная сила возникает при вращении винта, сам вертолет может перемещаться туда, куда его направят.
Крутящий момент. Вследствие вращения винта на фюзеляж вертолета действует момент сил, закручивающий его в противоположном направлении. Существует несколько способов компенсации этого крутящего момента, и соответственно различаются схемы вертолетов.
Наиболее распространенной является схема с большим несущим винтом, устанавливаемым над фюзеляжем и обеспечивающим создание подъемной силы и горизонтальное перемещение, и небольшим хвостовым винтом, который вращается в вертикальной плоскости, как винт самолета, и используется для управления. Хвостовой винт создает силу тяги, момент которой противоположен крутящему моменту, порождаемому несущим винтом, и препятствует вращению фюзеляжа.
В двухвинтовой конфигурации вертолет имеет два несущих винта, вращающихся в горизонтальной плоскости. Винты устанавливаются на противоположных концах летательного аппарата и вращаются в противоположных направлениях, взаимно компенсируя моменты. В двухвинтовых схемах один винт располагается в передней части фюзеляжа, а второй – в хвостовой; такая схема называется продольной. У некоторых винтокрылов эти два винта расположены на концах поперечных выносных ферм (поперечная схема); по этой схеме выполняются летательные аппараты с поворотными воздушными винтами (см. ниже).
Наконец, существуют вертолеты с винтами, установленными друг над другом на одной оси и вращающимися в противоположных направлениях. Эта схема называется соосной. Соосная схема является одной из первых концепций винтокрылов, однако она нашла практическое воплощение только в Советском Союзе (вертолеты Н.И.Камова, который приступил к их конструированию еще в начале 1920-х годов).
Хотя схема вертолета с несущим и хвостовым винтами оказалась наиболее подходящей во многих отношениях, возникло желание убрать хвостовой винт, так как на его работу расходуется часть мощности двигателя, а лопасти могут представлять опасность. Фирма «Макдоннелл – Дуглас геликоптер» (США) разработала летательный аппарат, на котором крутящий момент гасится с помощью воздушной струи, выдуваемой из хвостовой части вертолета. Регулируя величину и направление реактивной силы струи, летчик создает компенсирующий крутящий момент.
Система управления полетом. Управление полетом вертолета осуществляют с помощью четырех органов управления. Это рычаг управления двигателем, рычаг «шаг – газ», ручка управления и педали ножного управления рулевым винтом.
Рычаг управления двигателем регулирует подачу топлива и, следовательно, мощность двигателя.
Рычаг «шаг – газ» служит для регулирования подъемной силы посредством изменения общего шага лопастей несущего винта. Этот рычаг располагается слева от кресла летчика. Поднимая рычаг вверх, летчик увеличивает угол наклона (тангажа) лопастей – одновременно и одинаково сразу на всех лопастях. С увеличением угла тангажа подъемная сила винта возрастает.
Ручка управления используется для изменения направления движения: вперед, назад или вбок. Она расположена непосредственно перед летчиком. Накреняя ручку в желаемом направлении полета, можно в соответствующую сторону наклонить ось диска ротора. При наклоне оси диска вперед нос летательного аппарата наклоняется вниз, и создается ускорение, направленное вперед. При отклонении ручки управления «на себя» летчик поднимает нос летательного аппарата вверх, и вертолет движется назад.
Педали ножного управления рулевым винтом (т.е. рысканием) служат для изменения угла тангажа лопастей хвостового винта, используемого для компенсации крутящего момента. Чем больше угол тангажа лопастей хвостового винта, тем больше его тяга и тем больший крутящий момент от несущего винта он может погасить.
Управляемый полет вертолета возможен даже при остановке двигателя. Воздушный поток, возникающий при движении вертолета вперед или при снижении, поддерживает вращение винта. Это явление называется авторотацией. При относительно большой высоте полета у летчика хватит времени выбрать место для аварийной посадки, подлететь к нему и произвести мягкую посадку. Использование этого явления входит в программу обучения начинающих пилотов.
Вертолеты обладают качествами, которые позволяют применять их в нетрадиционных ситуациях. Для взлета и посадки они могут использовать любые небольшие площадки, включая палубы кораблей, крыши зданий, лесные поляны и пляжи. Для них не нужны специальные взлетно-посадочные полосы. Кроме того, они могут перевозить большие тяжести и опускать их в точно указанное место. Вследствие этого вертолеты способны выполнять разнообразные специфические задания, в частности высотные монтажные работы.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЕРТОЛЕТОВ
Впервые вертолеты использовали в военных целях во время Второй мировой войны для несения патрульной службы и спасательных работ. Эвакуация раненых с поля боя была главной задачей для вертолетов во время войны в Корее. Эти вертолеты имели поршневые двигатели, и поэтому скорость их полета и грузоподъемность были невысокими.
Американские вертолеты с газотурбинными двигателями появились во время войны во Вьетнаме. Роль вертолетов значительно возросла. Военные вертолеты использовались для наблюдения, транспортировки войск и снаряжения.
Позже вертолеты начали принимать активное участие и в боевых действиях. Вооруженный реактивными снарядами и ракетами, вертолет стал высокоэффективным средством борьбы с танками. Дальнейшее усовершенствование оптических приборов расширило возможности применения вертолетов для контроля за передвижением войск даже ночью (с помощью инфракрасных приборов ночного видения). Появились вертолеты-разведчики и вертолеты для выполнения специальных заданий, таких, как борьба с террористами.
В сухопутных войсках США насчитывается более 7000 действующих вертолетов. ВМС, морская пехота и ВВС США также используют вертолеты.
Вертолеты находят универсальное применение как транспортное средство. Они используются для воздушного наблюдения, поисковых и спасательных операций, перевозки людей и грузов, особенно в труднодоступных районах.
Почти четверть гражданских вертолетов США принадлежит частным компаниям. Служебные вертолеты компаний используются главным образом для перевозки работников в деловые центры, филиалы компании и аэропорты.
Вертолеты обслуживают также и обычных пассажиров. Во многих крупных городах имеются рейсовые вертолеты, которые курсируют между центром города и ближайшими аэропортами.
Рыбаки используют вертолеты для обнаружения косяков рыбы. Фермеры применяют их для обработки посевов, а лесничие – для обнаружения лесных пожаров. Универсальность вертолетов содействовала их успешному применению в многочисленных совершенно различных областях человеческой жизнедеятельности.

ДРУГИЕ ВИДЫ ВИНТОКРЫЛОВ
Существуют винтокрылы, не являющиеся, строго говоря, вертолетами. К ним относится автожир, авторотирующий винт которого создает подъемную силу, но не позволяет зависать в воздухе. Для взлета и посадки автожира требуется взлетно-посадочная полоса.
Хуан де ла Сиерва изобрел автожир в 1919. Первые модели его летательного аппарата были оборудованы ротором со свободно машущими лопастями из бамбука. Этот автожир не имел хвостового винта, так как на нем не нужно было конпенсировать крутящий момент.
Вертолеты более маневренны, чем самолеты с неподвижным крылом, но имеют меньшую скорость полета. Инженеры давно мечтали объединить достоинства этих различных типов летательных аппаратов.
Примером такого аппарата является конвертоплан (преобразуемый летательный аппарат). Этот летательный аппарат осуществляет взлет и посадку, как вертолет, однако он преобразуется в самолет с фиксированным крылом при полете в воздухе. Имеется несколько вариантов схемы таких преобразуемых аппаратов.
В одной схеме используется ротор с вращающимися лопастями для взлета и посадки. На высоте крейсерского полета лопасти останавливают. Затем их можно убрать внутрь фюзеляжа или оставить снаружи, используя в качестве крыльев. Был разработан проект и испытан опытный образец такой компоновки преобразуемого летательного аппарата.
Концепция преобразуемого летательного аппарата получила наибольшее развитие в компоновке самолета с поворотными винтами, располагаемыми на концах крыла этого летательного аппарата (см. САМОЛЕТ ПРЕОБРАЗУЕМЫЙ; АВИАЦИЯ ВОЕННАЯ). Во время взлета и посадки винты вращаются в горизонтальной плоскости, как на вертолете поперечной схемы. При достижении высоты крейсерского полета гондолы винтов поворачивают на 90°, чтобы винты вращались в вертикальной плоскости подобно винтам двухмоторного самолета с фиксированным крылом. Были исследованы различные варианты этой компоновки. В США наибольших успехов добилась вертолетостроительная фирма «Белл», разработавшая, в частности, усовершенствованный СВВП XV-15, осуществляющий переход из вертикального полета в горизонтальный посредством поворота гондол несущих винтов.
Фирма «Белл» совместно с «Боинг геликоптер» также разработала и запустила в производство СВВП с поворотными винтами, способный перевозить более 40 пассажиров. Этот многоцелевой военный самолет подходит и для выполнения многих гражданских задач. Так как для взлета и посадки такого самолета не нужны большие взлетно-посадочные полосы, его можно использовать для разгрузки аэропортов. См. также САМОЛЕТ ПРЕОБРАЗУЕМЫЙ.

ЛЕТАЮЩИЕ ПЛАТФОРМЫ
Одним из видов винтокрылых летательных аппаратов являются летающие платформы. Подобно вертолетам и конвертопланам, они удерживаются в режиме висения подъемной силой, создаваемой при непрерывном ускорении вниз масс окружающего воздуха.
В отличие от транспортных средств на воздушной подушке, летающие платформы способны подниматься на значительную высоту. Летающая платформа – это винтокрылый летательный аппарат, у которого размер несущего винта мал по сравнению с корпусом.
Первый свободный полет летающей платформы был осуществлен 4 февраля 1955. Построенная вертолетостроительной фирмой США «Хиллер» платформа имела диаметр 1,8 м. Вращение винтов осуществляли два двигателя.
Летающие платформы имеют три недостатка, и все они обусловлены малыми размерами несущих винтов. Во-первых, вследствие малого размера несущего винта для создания нужной подъемной силы приходится увеличивать скорость струи. Такая струя вызывает эрозию почвы и поднимает тучи пыли. Кроме того, для создания высокоскоростной струи нужен двигатель большой мощности и много топлива. Во-вторых, из-за малых размеров несущих винтов в случае отказа двигателя большая скорость снижения платформы может привести к катестрофе. Чтобы решить эту проблему, летающие платформы оборудуют несколькими отдельными двигателями. В-третьих, при таких соотношениях между размерами несущих винтов и летательного аппарата в целом возникает значительная аэродинамическая интерференция, особенно сильная при горизонтальном полете. Эти помехи существенно ухудшают характеристики устойчивости и управляемости.

ЛИТЕРАТУРА
Камов Н.И. Винтовые летательные аппараты (автожиры и геликоптеры). М., 1948
Ружицкий Е.С. Безаэродромная авиация. М., 1959
Бирюлин В.А. Винтокрыл Ка-22. – Крылья Родины, №8, 1980
Изаксон А.М. Советское вертолетостроение. М., 1981

ВНЕАТМОСФЕРНАЯ АСТРОНОМИЯ, наблюдения астрономических объектов с помощью приборов, поднятых за пределы земной атмосферы на борту геофизических ракет или искусственных спутников. Ее основные разделы – это астрономия высоких энергий (в рентгеновских и гамма-лучах), оптическая и ультрафиолетовая астрономия, инфракрасная астрономия и родившаяся совсем недавно космическая интерферометрия со сверхдлинной базой (см. РАДИОАСТРОНОМИЯ). О прямом изучении объектов Солнечной системы и межпланетного пространства рассказано в статье КОСМИЧЕСКИЙ ЗОНД.

НЕОБХОДИМОСТЬ ВНЕАТМОСФЕРНОЙ АСТРОНОМИИ
Астрономические наблюдения из космоса – неотъемлемая часть современной астрофизики. Звезды, туманности и галактики излучают не только видимый свет, но и радиоволны, инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение, несущие важнейшую информацию об излучающем объекте. Однако к поверхности Земли, кроме видимого света, доходят только радиоволны и коротковолновое (1–4 мкм) инфракрасное излучение; атмосфера непрозрачна для высокоэнергичного излучения (гамма-, рентгеновского и ультрафиолетового) и почти непрозрачна для длинноволнового инфракрасного света. Поэтому астрономы для исследования этих видов излучения поднимают приборы над поглощающими слоями атмосферы. См. также АСТРОНОМИЯ И АСТРОФИЗИКА; ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ.
Внеатмосферная астрономия нужна и для некоторых наблюдений в видимом свете. Проходя сквозь атмосферу, свет рассеивается на пылинках, поглощается молекулами озона и воды и преломляется на неоднородностях плотности, в результате чего изображения дрожат и становятся размытыми. В 1980-х и 1990-х годах была создана техника адаптивной оптики, способная в реальном времени изменять форму оптической поверхности (например, зеркала телескопа) для компенсации атмосферного дрожания и размытия. Это существенно повысило четкость изображений у наземных телескопов – до десятых долей угловой секунды. Но лучших результатов достигнуть не удается; к тому же собственное свечение ночной атмосферы и рассеянный в ней свет городских и дорожных огней мешают астрономам изучать объекты низкой поверхностной яркости – туманности и галактики, – даже находясь на отдаленных горных обсерваториях. У телескопов, работающих на орбите, небо гораздо темнее и изображения намного более четкие.
Для первых внеатмосферных астрономических наблюдений использовали баллистические ракеты, которые лишь на несколько минут поднимались над плотными слоями атмосферы. Еще в конце 1940-х годов ученые США измерили ультрафиолетовое излучение Солнца, используя захваченные немецкие ракеты «Фау-2», которые запускали на полигоне Уайт-Сэндс (шт. Нью-Мексико). Однако внеатмосферная астрономия реально встала на ноги, когда кратковременные выходы в космос с помощью высотных ракет были дополнены детальными исследованиями с борта орбитальных обсерваторий.

КОНСТРУКЦИИ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ

Системы. Астрономические спутники во многом похожи на спутники других типов. Источником электроэнергии служат солнечные батареи, а стабилизация поддерживается либо закруткой спутника, либо гироскопами (трехосная стабилизация), которые позволяют лучше управлять ориентацией. Связь с Землей осуществляется по радио либо напрямую, либо через спутник-ретранслятор на геостационарной орбите. Некоторые спутники имеют ракетные двигатели и могут изменять свою орбиту.
Современные астрономические обсерватории (наземные и космические) имеют телескопы для сбора и фокусировки света, а также набор приборов, регистрирующих свойства света в виде цифрового изображения или спектра. К тому же орбитальная обсерватория должна иметь систему наведения и удержания телескопа в нужном направлении, для чего используют несколько оптических датчиков (т.е. вспомогательных телескопов), фиксирующих положение спутника относительно звезд.
Сканирование или наведение. Астрономические спутники обычно работают в одном из двух режимов. Они могут систематически сканировать все небо, проводя его полный обзор, а могут по многу часов быть нацелены на один объект, переходя затем к изучению следующего. В первые годы спутниковой астрономии выбором объектов изучения занимался коллектив, создающий спутник, но с конца 1970-х годов программы наблюдений составляются по конкурирующим заявкам астрономов, как это принято в наземных обсерваториях.
Выбор орбиты. Орбиты большинства спутников проходят либо в нескольких сотнях километров от поверхности Земли, либо на расстоянии в десятки тысяч километров, чтобы избежать самых интенсивных областей радиационных поясов Земли. Поскольку астрономические детекторы чрезвычайно чувствительны к радиационной обстановке, их отключают, когда спутник проходит сквозь области высокой радиации. Для спутников на низких орбитах наибольшую проблему представляет район Южной атлантической аномалии, где радиационный пояс ближе всего подходит к поверхности Земли.
Другим фактором при выборе орбиты является удобство наблюдений и обслуживания. Спутником на низкой орбите сложнее управлять, поскольку Земля часто закрывает от него объект наблюдения. С другой стороны, для вывода спутника на высокую орбиту нужна более мощная ракета, и оттуда его нельзя вернуть или отремонтировать с помощью космического челнока.
Контроль наведения. Астрономический спутник, предназначенный для получения изображений с разрешением лучше одной угловой секунды, требует значительно более точного управления наведением, чем большинство других космических аппаратов. Когда, переходя к наблюдению следующей цели, спутник поворачивается вокруг осей ориентации, система контроля должна следить, чтобы в поле зрения телескопа не попали Солнце или Луна, которые могут оказаться слишком яркими для бортовых чувствительных приборов. В то же время панели солнечных батарей должны быть постоянно ориентированы на Солнце. Наконец, в поле зрения оптических датчиков должно попадать достаточно известных звезд, чтобы можно было убедиться в правильности наведения на цель главного телескопа. Выполнение всех этих требований заметно ограничивает периоды времени, когда можно наблюдать тот или иной объект.
Работа типичной космической обсерватории. Спутник ROSAT можно рассматривать как типичную космическую обсерваторию. Этот проект родился в Германии, а позже к нему присоединились США и Великобритания. На спутнике был установлен рентгеновский телескоп с тремя детекторами и экспериментальный ультрафиолетовый телескоп жесткого диапазона. Один из рентгеновских детекторов, сделанный в США, давал четкое изображение наблюдаемого источника, а два других, разработанные в Германии, давали менее четкую картину, но зато фиксировали распределение энергии в излучении. Британский ультрафиолетовый телескоп впервые наблюдал небо в экстремально жестком диапазоне этого излучения. ROSAT был запущен 1 июня 1990 с мыса Канаверал (шт. Флорида) ракетой Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) США «Дельта-2» на круговую орбиту высотой 570 км. Это достаточно высоко, чтобы обеспечить существование спутника в течение 10 лет, но и достаточно низко, чтобы влияние радиационных поясов земной магнитосферы не смогло повредить его чувствительные приборы.
Несколько недель длился обычный этап проверки, когда наблюдались либо хорошо изученные источники для настройки и калибровки аппаратуры, либо объекты, представляющие исключительный интерес на тот случай, если спутник преждевременно выйдет из строя. Затем ROSAT перешел к этапу приглашенных наблюдателей, имеющему годичный цикл. Перед началом каждого цикла астрономы присылают руководству проекта заявки, в которых описывают, какие наблюдения они хотели бы провести и какие результаты при этом ожидают получить. После отбора наиболее интересных заявок специальная компьютерная программа составляет расписание наблюдений с учетом ограничений по положению и ориентации спутника на орбите.
Сами астрономы получают по почте данные на магнитной ленте после того, как наблюдения проведены и результаты их предварительно обработаны специалистами из центра управления космическим телескопом. Такая организация позволяет тем астрономам, кто не является узким специалистом по внеатмосферным наблюдениям, использовать данные различных космических обсерваторий, не вникая подолгу в технические детали наблюдений. Через год после того, как астроном получил свои данные, их помещают в архив для всеобщего использования, откуда любой ученый может взять изображения и спектры, исследовать их и опубликовать то новое, что ему удалось обнаружить.

НАБЛЮДЕНИЯ В РАЗЛИЧНЫХ ДИАПАЗОНАХ

Оптическая и ультрафиолетовая астрономия. IUE. Расцвет ультрафиолетовой астрономии, исследующей излучение в диапазоне от 100 до 3000 A, начался с запуска 26 января 1978 спутника IUE (International Ultraviolet Explorer), созданного НАСА, Европейским космическим агентством (EКA) и Великобританией. Спутник имел телескоп с диаметром зеркала 45 см и четыре ультрафиолетовых спектрографа и мог изучать объекты до 16-й звездной величины. Близкая к геостационарной орбита IUE обеспечивала сканирование Атлантики; до 1995 управление спутником 16 ч в сутки шло из Годдардского космического центра в Гринбелте (шт. Мэриленд, США), а оставшиеся 8 ч – с радиоастрономической станции EКA под Мадридом (Испания). 1 октября 1995 управление полностью перешло к EКA. Поскольку имелся постоянный контакт со спутником, астрономы могли управлять наблюдениями в реальном времени, выбирать время экспозиции и порядок наблюдения объектов. Такой гибкости обычно не бывает при работе со спутниками на низких орбитах, для которых требуется заранее составлять программу наблюдений.
IUE предназначался для работы в течение шести месяцев, но успешно функционировал более 18 лет, до 30 сентября 1996, когда был отключен из-за финансовых проблем EКA. Спутник провел около 100 тыс. наблюдений 9300 объектов, архив которых доступен по компьютерным сетям всем астрономам мира. Среди важнейших результатов IUE – изучение хромосфер горячих звезд, измерение скорости потери вещества массивными звездами, определение температуры белых карликов, изучение квазаров и скорости звездообразования в галактиках.
«Хаббл». Когда IUE еще только был запущен, НАСА и EКA уже готовили ему значительно более мощного преемника – космический телескоп им. Хаббла. Имея зеркало диаметром 2,4 м, он должен был получать изображения объектов и проводить их спектральные измерения. Запланированный на 1983 запуск был отложен на 7 лет, вначале из-за задержки проекта, а затем из-за катастрофы космического корабля «Челленджер» в 1986. Вскоре после того, как 25 апреля 1990 КК «Дискавери» был выведен на орбиту, астрономы выяснили, что зеркалу телескопа придана неправильная форма, что оно имеет сильную сферическую аберрацию и дает размытые изображения. Были и другие серьезные проблемы. Неверно спроектированные солнечные батареи каждый раз при переходе спутника с теневого участка орбиты на солнечный начинали вибрировать, вызывая дрожания телескопа, которые система его наведения не могла компенсировать.
От большинства запланированных для «Хаббла» программ пришлось отказаться или урезать их. Спектральные измерения требовали времени в несколько раз больше расчетного. Четкость некоторых изображений удавалось доводить до расчетной в 0,1 угловой секунды, но только после сложной компьютерной обработки. Способность «Хаббла» получать изображения слабых звезд в других галактиках была под сомнением. Во время ремонтной экспедиции 2–13 декабря 1993 четверо астронавтов заменили панели солнечных батарей и установили новую камеру и корректирующие линзы. См. также КОСМИЧЕСКИЙ КОРАБЛЬ «ШАТТЛ».
После этого телескоп стал получать данные, недоступные любому другому инструменту. До 1997 на «Хаббле» использовались широкоугольная (планетная) камера и камера слабых объектов (FOC), а также спектрограф слабых объектов и Годдардовский спектрограф высокого разрешения (GHRS). Камера FOC получает ультрафиолетовые изображения, а прибор GHRS – спектры сверхвысокого разрешения. Во время второго полета к телескопу (11–21 февраля 1997) астронавты «Дискавери» взамен спектрографа слабых объектов и GHRS установили инфракрасную камеру с многообъектным спектрометром и полевой спектрограф, работающий в диапазоне от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного излучения. Следующий полет к «Хабблу» для установки на нем нового оборудования планируется в районе 2000, чтобы обеспечить ему лидирующее положение и в 21 в.
Другие проекты. Наблюдения с корабля «Аполлон», участвовавшего в программе «Аполлон – Союз» (15–24 июля 1975), и с корабля «Колумбия» (12–18 января 1986) дали противоречивые сведения об ультрафиолетовом фоновом излучении: либо чрезвычайно темное ультрафиолетовое небо со слабым вкладом от далеких галактик, либо на нем есть яркие пятна из-за рассеянного пылинками излучения звезд Галактики.
Запущенный 8 августа 1989 астрометрический спутник EКA «Гиппарх» при отсутствии атмосферного размытия изображений смог чрезвычайно точно измерить положения, движения, расстояния и яркость сотен тысяч звезд. Анализ этих данных дает астрофизике твердый фундамент, ибо наши знания о далеких звездах основаны на сравнении с их близкими аналогами.
Два полета обсерватории ASTRO на борту кораблей «Колумбия» (2–11 декабря 1990) и «Индевор» (2–18 мая 1995) позволили провести ультрафиолетовые наблюдения в более коротковолновом диапазоне, чем на космическом телескопе им. Хаббла, и получить широкоформатные изображения неба в дополнение к маленьким областям, детально изученным с «Хаббла».
Ультрафиолетовые спектрометры межпланетных зондов «Вояджер» работали с высокой чувствительностью на краю Солнечной системы, в отсутствие рассеянного солнечного света. Запущенный 7 июня 1992 спутник EUE провел обзор неба в диапазоне короче 900 A, где Галактика непрозрачна и можно видеть только ближайшие источники. Однако в области короче 100 A межзвездный газ вновь становится прозрачным и сквозь него можно наблюдать некоторые внегалактические источники. Еще более короткие волны – это мир рентгеновской астрономии.
Рентгеновская астрономия. Рентгеновская астрономия исследует излучение объектов в диапазоне от 0,1 до нескольких сотен кэВ. В мягком рентгеновском диапазоне (0,1–2 кэВ) излучение еще заметно поглощается межзвездным газом, а в более жестком диапазоне (2–200 кэВ) поглощение несущественно.
Первые обзоры. Первые рентгеновские спутники имели пропорциональные счетчики для регистрации жесткого рентгеновского излучения из космоса, но у них не было фокусирующих телескопов. Поэтому астрономы лишь приблизительно могли определять направление на яркие источники. Первые обзоры неба, показавшие, что главными рентгеновскими источниками служат двойные звезды, ядра активных галактик и скопления галактик, провели спутники «Ухуру» (создан НАСА и запущен 12 декабря 1970), «Ариель-5» (Великобритания, 15 октября 1974) и более мощный HEAO-1 (НАСА, 12 августа 1977).
«Эйнштейн». Спутник HEAO-2, известный как обсерватория «Эйнштейн» (НАСА, 13 ноября 1978), имел первый фокусирующий рентгеновский телескоп для исследования объектов вне Солнечной системы. Излучение фокусировалось при косом падении на зеркало, составленное из гиперболоидов и параболоидов. Сфокусированное ими излучение в большинстве наблюдений направлялось на изображающий пропорциональный счетчик (IPC), имевший проволочную сетку. Попавший в счетчик рентгеновский квант рождал облачко электронов, положение и мощность которого определялись по току в сетке. На «Эйнштейне» был и другой детектор изображений, а также спектрометры, но высокая чувствительность IPC сделала его самым полезным прибором. «Эйнштейн» исследовал структуру обнаруженных до него скоплений галактик и остатков сверхновых, а также открыл значительно более слабые рентгеновские источники, например, обычные звезды. Благодаря «Эйнштейну», получившему более 4000 изображений источников, рентгеновская астрономия стала зрелой наукой.
Другие проекты. Вслед за успешно поработавшим «Эйнштейном» летали европейский EXOSAT (запущен 26 мая 1983), японский «Ginga» (запущен 5 февраля 1987) и описанный выше ROSAT, завершившие обзор неба в мягком рентгеновском диапазоне. Японский аппарат ASCA, запущенный 20 февраля 1993, впервые оснащен рентгеновской ПЗС-камерой, способной определять энергию фотонов, создающих изображение.
0001421G.htm(22.66 Кб)
Рентгеновский телескоп спутника AXAF, запущенного в конце 1998, имеет разрешение менее одной угловой секунды, что не хуже, чем у большинства наземных оптических телескопов. На спутнике установлены современные фотокамеры и спектрографы. В 1999 ЕКА вывело на орбиту обсерваторию XMM для изучения спектров слабых источников.
Описанные выше рентгеновские спутники наблюдают излучение в диапазоне от 0,1 до 10 кэВ. Для получения изображений в диапазоне от 10 до 1000 кэВ используются телескопы с так называемой кодированной маской. Один из наиболее удачных – французский прибор SIGMA, основной инструмент российской обсерватории «Гранат» (запущена 1 декабря 1989), получивший в жестком рентгеновском и мягком гамма-диапазонах изображения интереснейших источников, включая источник в центре Галактики, излучение которого вызвано аннигиляцией электронов и позитронов.
Гамма-астрономия. Гамма-излучение состоит из фотонов с большей энергией, чем рентгеновское. Детекторами гамма-лучей, как правило, служат либо сцинтилляторы (в которых вещество поглощает гамма-кванты, испуская оптические фотоны), либо искровые камеры (в которых высокое напряжение вызывает искровые пробои в тех местах, где гамма-квант взаимодействует с заполняющим камеру газом).
Гамма-астрономия низких энергий (от 200 кэВ до 10 МэВ) в основном изучает источники гамма-вспышек (продолжительностью несколько секунд). Эти источники были открыты спутниками «Вела» США, запущенными в 1963–1970 для контроля за Договором по ограничению ядерных испытаний (1963) и обнаружения незаконных ядерных взрывов. В 1990-х годах эксперимент BATSE на обсерватории «Комптон» (см. ниже) выявил сотни таких вспышек и показал, что они наблюдаются в произвольных местах по всему небу и, по-видимому, никогда не повторяются. Это очень затрудняет их исследование. См. также ВОЕННО-КОСМИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ.
Сначала астрономы думали, что причиной этих вспышек служат взрывы на поверхности близких нейтронных звезд, но это предположение не подтвердилось. К 1995 мнения разделились: одни считают, что вспышки связаны с нейтронными звездами неизвестной ранее популяции протяженного галактического гало, простирающегося почти до галактики в Андромеде, а другие полагают, что это катастрофические события во внегалактических объектах на больших красных смещениях.
Гамма-астрономия высоких энергий (выше 10 МэВ) в основном изучает долгоживущие точечные источники и диффузное излучение. Немало таких источников открыл спутник EКA «Cos-B» (запущен 9 августа 1975), а более глубокие исследования в этой области начались после запуска 7 апреля 1991 с помощью КК «Атлантис» обсерватории «Комптон» с четырьмя комплексами приборов: BATSE, OSSE, COMPTEL и EGRET. Приборы OSSE и COMPTEL наблюдают гамма-лучи средней энергии (МэВ). Эксперимент EGRET показал, что в области энергий около 100 МэВ многие источники связаны с радиояркими квазарами, которые выбрасывают двойные струи вещества почти со скоростью света. Особенно мощными источниками жестких гамма-лучей являются квазары, выбрасывающие свои струи почти точно в направлении Земли. Точечными гамма-источниками служат также одиночные нейтронные звезды. См. также ГАММА-АСТРОНОМИЯ.
Инфракрасная астрономия. Инфракрасное излучение испускают холодный газ и космическая пыль при температуре от 1000 К и ниже, вплоть до нескольких градусов над абсолютным нулем. Поэтому отличительной чертой ИК-телескопов является то, что сам телескоп и его детекторы должны быть охлаждены до очень низкой температуры, часто лишь на несколько градусов выше абсолютного нуля. Это достигается применением пассивного охлаждения в дюарах с жидким гелием. Продолжительность работы астрономического ИК-спутника сейчас достигает года, максимум – двух лет, поскольку жидкий гелий испаряется.
0001423G.htm(14.25 Кб)
Первый полный обзор инфракрасного неба провел астрономический ИК-спутник IRAS (запущен NASA 26 января 1983), получивший изображения неба, по которым был составлен каталог нескольких сотен тысяч инфракрасных источников. Яркость этих источников была измерена на волнах 12, 25, 60 и 100 мкм. Хотя IRAS работал недолго, его влияние на астрономию оказалось огромным, а архив его наблюдений до сих пор служит важнейшим источником данных. До IRAS инфракрасные наблюдения в основном проводили с высотных ракет, запускавшихся Геофизической лабораторией ВВС США на полигоне Уайт-Сэндс. С помощью этих наблюдений были обнаружены области звездообразования и яркие звезды нашей Галактики. Каталог точечных источников IRAS включает десятки тысяч нормальных звезд и тысячи близких спиральных галактик.
Преемником IRAS стала космическая «Инфракрасная космическая обсерватория» (ISO), запущенная ESA 17 ноября 1995 и проработавшая до апреля 1998, когда полностью исчерпался запас жидкого гелия. Этот спутник изучал отдельные источники в диапазоне от 3 до 200 мкм с более высокими чувствительностью и угловым разрешением, чем IRAS.
Охлаждаемый жидким гелием спутник для исследования космического фона COBE (запущен 18 ноября 1989) изучал все небо с низким угловым разрешением, но очень высокой чувствительностью и точностью. Он измерил уровень фонового излучения во всех направлениях в диапазоне волн от 2 мкм до нескольких миллиметров. COBE определил температуру микроволнового фонового излучения и подтвердил его чернотельный спектр, предсказанный космологической теорией Большого взрыва (см. ниже Результаты наблюдений).
Космическая радиоинтерферометрия. Быстрый прогресс радиоастрономии начался после Второй мировой войны, когда радары были обращены к небу. Но для получения изображений длинноволновых радиоисточников с высоким угловым разрешением требовались гигантские радиотелескопы. Астрономы Кембриджского университета в 1950-х и 1960-х годах разработали метод апертурного синтеза, позволяющий объединить сигналы от нескольких удаленных друг от друга радиотелескопов и получить разрешающую силу как у одного огромного инструмента. К 1980-м годам телескопы разных частей света объединились в единую систему размером с Землю, работая по принципу интерферометра с очень большой базой (VLBI). Разрешение можно еще повысить, добавив к этой системе телескопы на высоких околоземных орбитах или на орбите вокруг Солнца. Первые эксперименты по космической радиоинтерферометрии VLBI проводились в 1980-х годах на советской орбитальной станции «Салют-6» и с помощью американского спутника связи TDRS-1. Первым полноценным телескопом для космической радиоинтерферометрии стал японский «Харука» (HALCA) диаметром 8 м. Он выведен на орбиту 12 февраля 1997 и используется для проведения интерферометрических наблюдений, база которых превышает диаметр Земли в 2,5 раза.
Спутники используются также для изучения очень длинных радиоволн, излучаемых Солнцем, магнитосферами планет-гигантов и межзвездной средой. Поверхности Земли эти волны не достигают, поскольку отражаются от ионосферы. Поэтому «Эксплорер-49» с аппаратурой для регистрации сверхдлинных волн был запущен 10 июня 1973 на орбиту вокруг Луны. Чтобы укрыться от помех, возможно, вскоре вся радиоастрономия переместится на обратную сторону Луны и будет использовать наш естественный спутник как экран от земных радиопередатчиков. См. также РАДИОАСТРОНОМИЯ.
Наблюдения Солнца. Солнце настолько ярче любого другого астрономического объекта, что от него ослепнет любой детектор у описанных выше спутников. Поэтому солнечные обсерватории используют телескопы меньшего диаметра и сильнее расщепляют свет для получения более высокого спектрального разрешения. Внеатмосферные наблюдения ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца позволяют изучать структуру его верхней атмосферы и энергетическую активность короны.
Часто на метеорологических спутниках устанавливают небольшие рентгеновские детекторы для регистрации солнечных вспышек, которые могут выбрасывать плазму в потоки солнечного ветра и влиять на земную ионосферу. См. также МЕТЕОРОЛОГИЯ И КЛИМАТОЛОГИЯ.
Первые внеатмосферные эксперименты НАСА по научному изучению Солнца, а не просто для регистрации его вспышек, проводились на восьми Солнечных орбитальных обсерваториях OSO. Орбитальная станция «Скайлэб» имела несколько солнечных телескопов, среди которых были первые инструменты для получения рентгеновских изображений. OSO-7 и «Скайлэб» обнаружили выбросы вещества из короны, часто связанные с солнечными вспышками, когда десятки миллиардов тонн солнечной плазмы впрыскиваются в межпланетную плазму.
Спутник ВМС США P78-1 наблюдал солнечную корону, пока не был уничтожен Военно-воздушными силами США в 1985 при испытании противоспутникового оружия. Спутник НАСА SMM изучал Солнце в период его максимальной активности, но испортился всего через год после запуска. Экспедиция на КК «Челленджер» починила его, и он исправно работал до следующего солнечного максимума. Эстафету от SMM принял японский «Йоко» («солнечный луч»), который ежедневно передавал четкие рентгеновские изображения, показывающие вспышки и горячие пятна в короне. См. также КОСМИЧЕСКИЙ КОРАБЛЬ «ШАТТЛ».
Наблюдения ультрафиолетового излучения высокоширотных областей солнечной короны проводились маленьким спутником «Спартан-201» в те дни, когда межпланетный зонд EКA «Улисс» пролетал над южным и северным полюсами Солнца. См. также КОСМИЧЕСКИЙ ЗОНД.
Объединенными усилиями EКA и НАСА создана самая мощная из космических солнечных обсерваторий – автоматическая станция SOHO (запущена 2 декабря 1995). Она работает в районе точки Лагранжа L1 системы Солнце – Земля, т.е. в том месте прямой, соединяющей Солнцу и Землю, где под действием их противоположно направленных притяжений станция оборачивается вокруг Солнца синхронно с Землей. Она ежедневно передает на Землю десятки высококачественных изображений Солнца в широком диапазоне спектра.

РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ
Наблюдения наземных и космических обсерваторий дополняют друг друга и, как правило, совместно обеспечивают успех в каждой конкретной области астрономии. Ниже рассказано о некоторых достижениях, для которых внеатмосферные наблюдения были особенно важны.
Космология. Космология исследует Вселенную как целое. См. также КОСМОЛОГИЯ В АСТРОНОМИИ.
Фоновое излучение. Одним из важнейших результатов в космологии 1990-х годов стало исследование спутником COBE фонового микроволнового излучения. Его открыли в 1960-х годах и считали излучением, свободно распространяющимся по Вселенной с того времени, как вещество после Большого взрыва остыло и стало прозрачным (эпоха разделения вещества и излучения). Теория предсказывает, что распределение энергии этого реликтового излучения по длинам волн должно быть представлено кривой, описывающей излучение абсолютно черного тела. К тому же это излучение должно иметь одинаковую интенсивность во всех направлениях на небе, если не считать мелких флуктуаций в сотые доли процента, которые должны наблюдаться в тех местах, где в эпоху разделения уже образовались уплотнения вещества, ставшие в дальнейшем галактиками и скоплениями галактик. COBE впервые показал с высокой точностью, что спектр реликтового излучения действительно чернотельный в широком диапазоне длин волн и что небольшие флуктуации, по-видимому, существуют, как и предсказывает теория Большого взрыва.
Основные свойства Вселенной и шкала космических расстояний. Измеряя расстояния до объектов, чей свет добирался до нас большую часть жизни Вселенной, и применяя космологическую модель Фридмана – Робертсона – Уолкера, входящую в теорию Большого взрыва, астрономы рассчитывают измерить возраст Вселенной и среднюю плотность ее вещества. В 1960-х годах, когда разворачивалась работа, решение этой классической проблемы космологии казалось в принципе простым. Но на практике оно потребовало глубоких знаний о природе тех объектов, расстояние до которых измерялось. Сначала астрономы надеялись, что космический телескоп «Хаббл» позволит быстро решить проблему, но к середине 1990-х годов выяснилось, что для окончательного решения потребуется много дополнительной работы. Тем не менее после починки в 1993 «Хаббл» позволяет очень точно измерять расстояния до близких галактик, решая таким образом важную промежуточную задачу.
Межгалактическое вещество. Исследование поглощения света далеких квазаров (см. ниже) в газе, встречающемся по пути от квазара до Земли, стало важной областью космологии. Так, обнаружилось существование небольших облаков водорода, вероятно, находящихся в гало молодых галактик. Эти облака, принадлежащие далеким галактикам, можно наблюдать с помощью наземных телескопов, поскольку их ультрафиолетовые линии поглощения из-за красного смещения попадают в оптическую область спектра. Но менее далекие облака можно наблюдать только с орбиты; изучить их очень важно, поскольку у близких облаков легче заметить некоторые сопутствующие проявления, такие, как слабые оптические линии излучения. Поглощение в спектре далекого квазара, измеренное «Хабблом», и другого квазара, измеренное ультрафиолетовым телескопом во время полета обсерватории «Астро-2» на КК «Индевор» 2–18 марта 1995, указывает на существование межгалактического вещества, которое астрономы уже давно искали, ибо подозревали, что чистый водородо-гелиевый газ остался с эпохи Большого взрыва и сейчас равномерно заполняет Вселенную.
Квазары и активные ядра галактик. У некоторых галактик есть компактный и мощный источник излучения в самом центре – в ядре; по своей природе он отличается от звезд, звездных скоплений и туманностей, составляющих основную часть галактики. Эти источники, названные активными галактическими ядрами (АГЯ), светят нетепловым излучением в широком диапазоне энергий, а их спектр указывает, что движение газа в них происходит со скоростью в несколько процентов от скорости света. Существует много типов АГЯ, свойства которых различаются в деталях. У сейфертовских галактик АГЯ могут излучать столько же энергии, сколько вся остальная галактика. Другие АГЯ, называемые квазарами, могут быть такими мощными, что родительская галактика почти неразличима в ярком свете ее активного ядра. Наблюдения, проведенные в 1970-х годах рентгеновскими спутниками «Ариель-5», HEAO-1 и «Эйнштейн», показали, что сейфертовские галактики и квазары являются также мощными переменными рентгеновскими источниками. Наблюдения IUE позволили изучить быстро движущийся газ вблизи АГЯ, а IRAS установил, что квазары еще и яркие инфракрасные источники. Только при помощи внеатмосферных наблюдений удалось обнаружить, в каком широком диапазоне энергий излучают активные ядра галактик, и измерить распределение их энергии вдоль этого диапазона.
Рентгеновские наблюдения позволили обнаружить многие ранее не известные АГЯ. Данные IRAS указали, что инфракрасное излучение квазаров испускает теплая межзвездная пыль, окружающая ядро. Внимательное наблюдение за вариациями ультрафиолетового излучения позволило понять, что светящиеся газовые облака, окружающие активные ядра, имеют меньший размер и более сложную структуру, чем казалось вначале. На изображениях близких АГЯ, полученных «Хабблом», центральный источник окружен диском, вдоль оси которого видны конусы излучения. Изображения и спектры радиогалактики М 87, переданные «Хабблом», показали, что из вращающегося диска, как и ожидали теоретики, с большой скоростью выбрасывается струя вещества – джет. Все это укрепляет мнение, что удивительное разнообразие наблюдаемых проявлений у АГЯ и квазаров отчасти объясняется различием в углах наклона их дисков по отношению к земному наблюдателю. Квазары, у которых джет и диск повернуты прямо на наблюдателя, выглядят иначе, чем те, у которых диск виден с ребра. Это различие отчетливо проявляется в гамма-диапазоне: открытые «Комптоном» источники, по-видимому, развернуты точно на нас и поэтому особенно ярки из-за релятивистских эффектов.
Таким образом, результаты внеатмосферных наблюдений подтверждают, хотя и не доказывают пока широко распространенную теорию, что квазары и активные галактические ядра черпают энергию из аккреции вещества на гигантскую черную дыру, масса которой может в миллиарды раз превосходить массу Солнца. См. также ЧЕРНАЯ ДЫРА; КВАЗАР.
Галактики. IRAS обнаружил сверхъяркие инфракрасные галактики, испытывающие грандиозные вспышки звездообразования, какие прежде не наблюдались. Это заставило вообще по-новому взглянуть на эволюцию галактик. Полученные «Хабблом» изображения галактик с большим красным смещением демонстрируют, что несколько миллиардов лет назад многие из галактик, вероятно, все еще находились в процессе формирования.
Но все же важнейший вклад внеатмосферной астрономии во внегалактические исследования состоит в неожиданном открытии того факта, что скопления галактик заполнены разреженным газом с температурой в миллионы градусов. Этот газ излучает рентгеновские лучи, что впервые обнаружил «Ухуру». Наблюдения показали, что в некоторых скоплениях этот газ холоднее в центре, в области максимального гравитационного потенциала, куда оседают потоки остывающего газа, из которого там, возможно, формируются звезды. Последние исследования указывают, что газ в скоплениях часто неоднороден, а значит, скопления все еще не достигли равновесного состояния. Эти открытия не только помогают понять природу скоплений галактик, но прежде всего демонстрируют само их существование как самостоятельных физических объектов, что далеко не просто было сделать только на основании наземных оптических фотографий. Рентгеновский газ часто, но не всегда, концентрируется вокруг отдельной массивной галактики, расположенной в центре гравитационного потенциала скопления.
Рентгеновские спутники обнаружили также горячую межзвездную среду в отдельных эллиптических галактиках, изменив этим представление о них как о старых, застывших системах. Составленные по данным IRAS каталоги нормальных спиральных галактик позволили лучше узнать распределение в них газа и пыли, понять роль звездообразования и провести их перепись, не искаженную поглощением света в Млечном Пути. См. также ГАЛАКТИКИ.
0001425G.htm(16.97 Кб)
Формирование звезд и планет. IRAS исследовал самые внутренние части областей звездообразования и обнаружил там множество новых источников. На полученных им в далеком инфракрасном диапазоне картах видны молекулярные облака и горячие уплотнения в них, где формируются массивные звезды. Молодые звезды малой массы, такие, как T Тельца, также являются инфракрасными источниками, но IRAS обнаружил еще более молодые звезды, которые пока окружены пылевыми коконами и не видны в оптике. На переданных «Хабблом» изображениях туманности Ориона у некоторых недавно сформировавшихся звезд обнаружены диски, возможно, протопланетные системы. Подобные же диски были замечены наземными телескопами у звезд, которые, по данным спутника IRAS, имеют избыточную инфракрасную светимость по сравнению с нормальными звездами того же типа. На основе этих данных была развита новая картина формирования звезд, согласно которой некоторые протозвезды окружены веществом в виде экваториального диска и выбрасывают потоки газа из полярных областей. Это совсем не похоже на прежние представления о простом сферическом коллапсе; новая теория подчеркивает важную роль момента импульса в процессе звездообразования. См. также СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА; ЗВЕЗДЫ.
Межзвездная среда. В мягком рентгеновском и далеком ультрафиолетовом диапазонах изучают близкую межзвездную среду, в которой горячий разреженный газ неравномерно перемешан с более плотным и холодным. Ультрафиолетовая спектроскопия позволяет определить химический состав и состояние ионизации межзвездного газа. IUE обнаружил высокоионизованный газ в галактическом гало; будущие исследования должны объяснить, как диск и гало Галактики обмениваются веществом.
Наблюдения в инфракрасном диапазоне дают информацию о плотном и холодном межзвездном газе, с которым связано формирование звезд. На инфракрасной карте неба доминирует полоса Млечного Пути. Однако в диапазоне 100 мкм небо покрыто инфракрасными циррусами – сетью клочковатых облаков, открытых спутником IRAS. Млечный Путь также четко выделяется при наблюдении в гамма-диапазоне; полагают, что диффузное галактическое гамма-излучение вызвано взаимодействием с космическими лучами. См. также МЕЖЗВЕЗДНОЕ ВЕЩЕСТВО.
Нормальные звезды. Ультрафиолетовая астрономия позволила детально изучить массивные звезды, более горячие, чем Солнце, многие из которых испускают с поверхности мощный звездный ветер – потоки ионизованного газа. IUE исследовал это явление у звезд различного спектрального класса и возраста. Потеря массы играет важную роль в эволюции звезд; именно внеатмосферная астрономия дала основные наблюдательные данные в этой области. Данные IUE дополнили наблюдения спутника IRAS, обнаружившего много звезд, так интенсивно теряющих вещество, что сами они совершенно не видны за сброшенными пылевыми оболочками. IRAS обнаружил окруженные плотной пылью звезды асимптотической ветви гигантов – вероятных предков планетарных туманностей. IRAS также зарегистрировал излучение остатков этой пыли у тысячи планетарных туманностей, а IUE обнаружил, что их центральные звезды все еще выбрасывают звездный ветер.
Оказалось, что у звезд менее массивных, чем Солнце, в короне происходят мощные рентгеновские вспышки. Некоторые звезды, похожие на Солнце, гораздо сильнее его излучают в рентгеновском диапазоне, т.е. обладают активными коронами, чего трудно было ожидать по их оптическим свойствам. См. также ЗВЕЗДЫ.
Компактные объекты и остатки звезд. Когда термоядерные реакции в звезде заканчиваются, ее ядро под действием силы тяжести сжимается, а внешние слои обычно сбрасываются. Это может произойти относительно медленно и спокойно с образованием белого карлика, окруженного планетарной туманностью, но может случиться и в виде взрыва, как у сверхновых II типа, дав в результате нейтронную звезду или черную дыру.
Для изучения белых карликов, имеющих температуру поверхности порядка 100 000 К, требуются наблюдения в ультрафиолетовом и мягком рентгеновском диапазонах. Когда белый карлик находится в тесной двойной системе с нормальной звездой, ее вещество может перетекать на него, либо формируя аккреционный диск вокруг белого карлика, либо падая на его поверхность в области магнитных полюсов. Поскольку такие системы могут неожиданно увеличивать светимость во много раз, их называют катаклизмическими переменными или, когда аккрецией управляет магнитное поле, – полярами. Аккреционный диск в основном излучает ультрафиолет, а газ, падающий на компактную звезду, светится в рентгеновском диапазоне. Часто сама звезда слишком слаба, чтобы можно было заметить ее оптическое излучение. Белые карлики в двойных системах, вероятно, являются предками сверхновых I типа, взрыв которых происходит, когда белый карлик захватывает слишком много вещества, становится неустойчивым и детонирует.
Важным открытием первых рентгеновских спутников стали рентгеновские двойные звезды, у которых компактным компаньоном является нейтронная звезда или черная дыра. Их более сильное притяжение вызывает разогрев газа до более высоких температур и его интенсивное излучение в жестком рентгене. (Первым рентгеновским источником, обнаруженным за пределом Солнечной системы, был Скорпион X-1, рентгеновская двойная система.) Эти объекты делят на два класса: массивные рентгеновские двойные, где в паре с компактной звездой движется нормальная звезда спектрального класса O или B, и маломассивные рентгеновские двойные, где компаньоном является маленькая звезда класса K или M.
Массивные двойные излучают жесткий рентген и обладают сильными магнитными полями. В некоторых из них нейтронные звезды излучают пульсирующий рентгеновский поток. В других, таких, как Cyg X-1 и LMC X-3, компактным объектом является, вероятно, черная дыра. Теоретически доказано, что нейтронная звезда не может превосходить по массе Солнце более чем в три раза. Поэтому тщательно определяют массы компактных объектов в двойных системах и для дальнейшего исследования отбирают такие, как Cyg X-1, масса у которых более чем втрое превосходит солнечную.
У маломассивных двойных спектр мягче, магнитное поле слабее, и в них нет рентгеновских пульсаров. Звезда-компаньон часто не видна, поскольку над ее оптическим излучением доминирует преобразованный рентгеновский поток от аккрецирующего вещества. У некоторых из них рентгеновское излучение демонстрирует квазипериодические колебания, вызванные неустойчивостью процесса аккреции.
Эволюция рентгеновских двойных сложна, поскольку две звезды часто обмениваются столь значительной массой, что более массивный компаньон после этого становится менее массивным. Скорость эволюции звезды сильно зависит от массы (чем выше масса, тем быстрее эволюция), и у тесных двойных звезд эволюция протекает совсем не так, как у одиночных звезд или компонентов широких двойных систем.
Изолированные нейтронные звезды обычно излучают радиоволны в результате процессов в их магнитосферах; в этом случае они наблюдаются как пульсары. Недавно выяснилось, что изолированные нейтронные звезды могут быть также источниками высокоэнергичного гамма-излучения. ROSAT зарегистрировал сверхмягкие рентгеновские источники, которые также считают связанными с нейтронными звездами.
Особое внимание астрономы уделяют рентгеновскому излучению разреженного газа, окружающего места взрывов сверхновых. В этих старых остатках взрыва содержатся тяжелые элементы, образовавшиеся в процессе взрыва сверхновой. Исследования состава и физического состояния выброшенного сверхновой вещества очень важны для понимания того, как рождаются химические элементы и эволюционирует Галактика. Многие ранее неизвестные остатки сверхновых были обнаружены с помощью рентгеновских наблюдений. См. также ЧЕРНАЯ ДЫРА; НЕЙТРОННАЯ ЗВЕЗДА; НУКЛЕОСИНТЕЗ; ПУЛЬСАР; СВЕРХНОВАЯ ЗВЕЗДА; ПЕРЕМЕННЫЕ ЗВЕЗДЫ.
В число наиболее экзотических объектов, изучаемых рентгеновской астрономией, входят галактические двойные системы со сверхсветовым движением. Первая такая система, открытая «Гранатом», демонстрировала расширение со скоростью больше световой: это оптическая иллюзия, связанная с релятивистским выбросом джета, случайно направленного почти точно в сторону Земли.

ЛИТЕРАТУРА
Москаленко Е.И. Методы внеатмосферной астрономии. М., 1984

ВОЕННО-КОСМИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ, операции, осуществляемые в околоземном пространстве для поддержки военных действий на земле, в воздухе, на морях и под водой.

СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ

Историческая справка. Вооруженные силы США с самого начала заинтересовали возможности, которые открылись с появлением спутников связи, навигационных и метеорологических спутников и в особенности систем разведки и дальнего обнаружения баллистических ракет. После окончания Второй мировой войны Сухопутные войска, ВМС и ВВС США приступили к разработке баллистических ракет, имея в виду не только поражение ими целей, но и выведение спутников на околоземные орбиты, откуда они могли бы оказывать поддержку военным действиям. См. также РАКЕТНОЕ ОРУЖИЕ; РАКЕТА; КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЕТЫ ПИЛОТИРУЕМЫЕ.
В конце 1950-х годов ВВС стали основной военно-космической службой США. Их план запуска спутников, разработанный в 1956, предусматривал выполнение как разведывательных функций (наблюдение из космоса за объектами возможного противника), так и дальнего обнаружения баллистических ракет. Спутники, снабженные фотооборудованием и ИК-датчиками, предполагалось выводить на полярные орбиты, чтобы обеспечить непрерывное глобальное наблюдение.
Формирование военно-космической программы США в период холодной войны имело важнейшее значение для сбора разведывательной информации о Советском Союзе. Ведущую роль в сборе такого рода разведданных играло, конечно, ЦРУ, которое с 1956 проводило полеты разведывательных самолетов U-2 над территорией СССР. В августе 1960 президент Д.Эйзенхауэр создал управление ракетных и спутниковых систем, которое позже было переименовано в Национальное разведывательное управление – НРУ. Ему были переданы соответствующие задачи ЦРУ, ВВС и ВМС. К началу 1961 на него была возложена ответственность за национальные программы как оперативной, так и стратегической разведки, а ВВС было поручено отвечать за «полуоткрытые» программы в военной области, к которым относятся связь, метеорология, навигация и дальнее обнаружение.
Оперативная разведка.
Возвращение пленки на Землю. Полеты самолетов-разведчиков над территорией Советского Союза пришли к обескураживающему финалу 1 мая 1960, когда был сбит пилотировавшийся Ф.Пауэрсом U-2. Это привлекло интерес к спутниковым системам. Программа возвращения экспонированной пленки со спутников на Землю (кодовое название CORONA) выполнялась под «крышей» программы «Дискаверер» в условиях наивысшей секретности. Первое успешное возвращение отснятой пленки на Землю было выполнено со спутника «Дискаверер-14», выведенного на орбиту 18 августа 1960. После того как возвращаемая капсула была выпущена со спутника на 17-м витке его полета, транспортный самолет C-130 поймал ее в воздухе с третьего захода при помощи специального трала.
0005637G.htm(20.05 Кб)
В период с августа 1960 по май 1972 по программе CORONA были успешно выведены на орбиту и работали 145 спутников, которые собрали множество фотоизображений, представляющих интерес для стратегической разведки и картографии. Первые спутники KH-1 обеспечивали разрешение наземных объектов ок. 12 м (KH – сокращение от кодового названия KEYHOLE – замочная скважина). Затем появилось несколько более совершенных вариантов спутников серии KH, последние из которых давали разрешение 1,5 м. В программу CORONA были включены также система картографирования KH-5 (семь спутников) и система повышенного разрешения KH-6 (один спутник).
Все эти спутники относились к категории платформ для широкозахватной обзорной съемки, так как разрешение их фотокамер позволяло получать на каждом снимке изображение территории размером 20ґ190 км. Такие фотоснимки оказались исключительно важными для определения состояния стратегических вооружений в СССР. См. также ВОЙНА ЯДЕРНАЯ.
С июля 1963 началась эксплуатация первой серии спутников, оснащенных аппаратурой для съемки крупным планом. Спутники KH-7 давали снимки с разрешением 0,46 м. Они существовали до 1967, когда на смену им пришли KH-8, эксплуатировавшиеся до 1984 и позволявшие получать снимки с разрешением 0,3 м.
Спутник KH-9 был впервые запущен в 1971 и сделал снимки обширной территории с разрешением 0,6 м. Он имел размеры с железнодорожный вагон и массу более 9000 кг. Съемочная камера этого спутника разрабатывалась для пилотируемой орбитальной лаборатории MOL. См. также КОСМИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ.
Электронная передача в режиме реального времени. Хотя эти первые космические системы обеспечивали получение ценной информации, они имели несколько недостатков, связанных со способом передачи информации на Землю. Самым существенным из них был большой промежуток времени от съемки до доставки фотоинформации специалистам. Вдобавок после отделения капсулы с возвращаемой пленкой от спутника остававшееся на нем дорогостоящее оборудование становилось бесполезным. Обе проблемы были частично решены оснащением спутников, начиная с KH-4B, несколькими капсулами с пленкой.
Кардинальным решением проблемы стала разработка системы электронной передачи данных в режиме реального времени. С 1976 до начала 1990-х годов, когда эта программа была завершена, США запустили восемь спутников серии KH-11 с такой системой передачи данных. См. также ЭЛЕКТРОННЫЕ СРЕДСТВА СВЯЗИ.
В конце 1980-х годов начали эксплуатироваться усовершенствованные спутники серии KH-11 (массой ок. 14 т), работающие в ИК-области спектра. Оснащенные главным зеркалом, имевшим диаметр 2 м, эти спутники давали разрешение ок. 15 см. Вспомогательное зеркало меньшего размера фокусировало изображение на прибор с зарядовой связью, который преобразовывал его в электрические импульсы. Эти импульсы могли затем посылаться наземным станциям или портативным терминалам непосредственно либо с ретрансляцией через спутники связи SDS, находящиеся на сильно наклоненных к плоскости экватора эллиптических орбитах. Большой запас топлива на этих спутниках позволила им работать в космосе не менее пяти лет.
Радиолокация. В конце 1980-х годов НРУ эксплуатировало спутник «Лакросс», на котором был установлен радиолокатор с синтезируемой апертурой. «Лакросс» обеспечивал разрешение 0,9 м и обладал способностью «видеть» сквозь облака.
Радиотехническая разведка. В 1960-х годах ВВС США при содействии НРУ запустили несколько спутников, предназначенных для сбора информации об электронных сигналах, излучаемых с территории Советского Союза. Эти спутники, летавшие на низких околоземных орбитах, делились на две категории: 1) аппараты радиотехнической разведки, т.е. малые спутники, запускаемые обычно вместе со спутниками фоторазведки и предназначенные для сбора данных об излучениях радиолокационных станций, и 2) крупные спутники электронной стратегической разведки «Элинтс», предназначавшиеся в основном для сбора данных о работе средств связи.
Спутники «Кэньон», нацеленные на прослушивание советских систем связи, начали эксплуатироваться в 1968. Они выводились на орбиты, близкие к геостационарной. В конце 1970-х годов они были постепенно заменены спутниками «Чейлет» и затем «Вортекс». Спутники «Райолит» и «Аквакейд» работали на геостационарной орбите и предназначались для отслеживания данных телеметрии советских баллистических ракет. Эксплуатация этих спутников началась в 1970-х годах, а в 1980-х они были заменены спутниками «Магнум» и «Орион», запускавшимися с многоразового транспортного космического корабля (см. КОСМИЧЕСКИЙ КОРАБЛЬ «ШАТТЛ»).
По третьей программе, названной «Джампсит», спутники запускались на сильно вытянутые и сильно наклоненные орбиты, обеспечивавшие им длительное нахождение над северными широтами, где действовала значительная часть советского флота. В 1994 все три программы были завершены, уступив место новым и гораздо более крупным спутникам.
Спутники радиотехнической стратегической разведки относятся к числу наиболее секретных систем военного ведомства. Собранные ими разведданные анализируются Агентством национальной безопасности (АНБ), которое использует мощные суперкомпьютеры для расшифровки информации, передаваемой по линиям связи, и данных телеметрии ракет. Спутники, о которых идет речь, достигали в размахе 100 м, и в 1990-х годах их чувствительность позволяла принимать на геостационарной орбите передачи портативных раций типа «уоки-токи». См. РАЦИЯ ДЛЯ ПЕРСОНАЛЬНОЙ И СЛУЖЕБНОЙ РАДИОСВЯЗИ.
В дополнение к этим системам ВМС США в середине 1970-х годов начали вводить в действие систему «Уайт Клауд», представлявшую собой серию небольших спутников, предназначенных для приема излучения средств связи и радиолокационных станций советских военных кораблей. Зная положение спутников и время приема излучений, находящиеся на земле операторы могли с высокой точностью определять координаты кораблей.
Дальнее обнаружение. Спутниковая система оповещения о запуске баллистических ракет и их обнаружении «Мидас» позволила увеличить почти в два раза время предупреждения об атаке баллистических ракет противника и, кроме того, предоставила в распоряжение военных ряд других преимуществ. Спутник системы «Мидас», оснащенный датчиком инфракрасного излучения для обнаружения факела при запуске ракеты, дает возможность определить ее траекторию и конечную цель. Система «Мидас» использовалась с 1960 по 1966 и включала в себя по меньшей мере 20 спутников, запускавшихся на маловысотные околоземные орбиты.
В ноябре 1970 был выведен на орбиту первый геостационарный спутник по программе DSP, на котором имелся большой ИК-телескоп. Спутник вращался со скоростью 6 об/мин, что позволяло телескопу сканировать поверхность Земли. Спутники этой системы, размещенные один у восточного побережья Бразилии, второй – близ берегов Габона (запад экваториальной Африки), третий – над Индийским океаном и четвертый – над западной акваторией Тихого океана, а также еще один на резервной орбите (над восточной частью Индийского океана), оказались очень полезными во время войны в Персидском заливе 1991, предупреждая об атаках иракских ракет «Скад» (хотя они и не предназначались первоначально для обнаружения сравнительно небольшого теплового излучения тактических баллистических ракет). В конце 1980-х годов усовершенствованные спутники серии DSP средний срок службы имели около 6 лет.
Связь. В июне 1966 ракета-носитель «Титан-3C» вывела на орбиту, близкую к геостационарной, семь связных военных спутников по программе IDCSP. Эта ограниченная по своим возможностям система в ноябре 1971 была заменена системой геостационарных спутников второго поколения DSCS II. Спутники DSCS II могли использовать наземные терминалы меньшего размера. См. также СПУТНИК СВЯЗИ.
На протяжении 1970-х и 1980-х годов количество военных спутников связи США быстро росло. Многие из этих спутников связи оставались на орбите до 10 лет. С 1994 ВВС США начали выводить на орбиту спутники серии «Милстар», работающие в диапазоне крайне высоких частот (EHF). На таких частотах обеспечивается более высокая устойчивость к создаваемым противником помехам и к перехвату. Спутники «Милстар» первоначально предназначались для использования во время ядерного нападения. Однако когда они наконец стали вводиться в эксплуатацию, холодная война закончилась.
Метеорология. Чтобы обеспечить своевременное получение данных о погоде для американских вооруженных сил и баз, размещенных по всему миру, военное руководство Соединенных Штатов использует множество разнообразных метеорологических спутников различных гражданских служб. Все эти спутники работают на геостационарных орбитах, кроме спутников «Тайрос» национального управления по исследованию океанов и атмосферы (NOAA), которые находятся на полярных орбитах. Вооруженные силы США во время войны в Персидском заливе пользовались также информацией с российских спутников «Meтeoр». См. также МЕТЕОРОЛОГИЯ И КЛИМАТОЛОГИЯ.
Одним из первых заданий военных метеорологических спутников DMSP было определение толщины облачного покрова над возможными целями для спутников, выполнявших фоторазведку. Спутники серии DMSP, использовавшиеся в середине 1990-х годов, хотя и имели некоторую секретную аппаратуру, в основном были такими же, как спутники NOAA. В 1994 NOAA и министерство обороны США договорились объединить свои системыдля уменьшения расходов и пригласили европейскую организацию по метеорологическим спутникам EUMETSAT принять участие в программе.
Навигация. ВМС США, которым необходимо было иметь надежную навигационную информацию для подводных лодок, вооруженных баллистическими ракетами «Поларис», занимали в первые годы космической эры ведущее положение в разработке спутниковых навигационных систем. В ранних вариантах спутников ВМС «Транзит» использовалась аппаратура, использовавшая эффект Доплера. Каждый спутник передавал в эфир радиосигнал, который принимали наземные приемники. Зная точное время прохождения сигнала, земную проекцию траектории спутника и высоту расположения приемной антенны, штурман судна мог вычислить координаты своего приемника с точностью 14–23 м. Несмотря на разработку улучшенного варианта, получившего название «Нова», и широкое использование этой системы гражданскими судами всего мира, в 1990-х годах она прекратила свое существование. Система оказалась недостаточно точной для сухопутной и воздушной навигации, не имела защиты от шумовых помех, а навигационные данные можно было получать только тогда, когда спутник оказывался в зените. См. также АЭРОНАВИГАЦИЯ.
С начала 1970-х годов велась разработка глобальной спутниковой системы определения местонахождения GPS. В 1994 эта система, состоящая из 24 средневысотных спутников, была полностью введена в эксплуатацию. На каждом из спутников есть атомные часы. Из любой точки земного шара в любое время можно видеть не менее трех спутников этой системы.
GPS обеспечивает сигналы двух уровней точности. Код «грубого захвата» C/A, передаваемый на частоте 1575,42 МГц, дает точность ок. 30 м и предназначен для гражданских пользователей. Прецизионный P-код, излучаемый на частоте 1227,6 МГц, обеспечивает точность определения координат 16 м и предназначается для государственных и некоторых других организаций. P-код обычно зашифровывают, чтобы предотвратить доступ к этим данным потенциальному противнику. См. также НАВИГАЦИЯ; ГЕОДЕЗИЯ.
Дифференциальная спутниковая система DGPS позволила еще больше увеличить точность определения местонахождения, доведя погрешность до 0,9 м или еще меньше. В DGPS используется наземный передатчик, координаты которого точно известны, и это позволяет приемнику автоматически исключать ошибки, присущие системе GPS.
Обнаружение ядерных взрывов. В период с 1963 по 1970 ВВС США запустили на очень высокие круговые орбиты (111 тыс. км) 12 спутников «Вела» для обнаружения ядерных взрывов из космоса. С начала 1970-х годов спутники дальнего обнаружения DSP оснащались оборудованием для обнаружения ядерных взрывов на земле и в атмосфере; позднее на спутниках устанавливали датчики для обнаружения взрывов также и в космическом пространстве. С 1980-х годов такие датчики стали устанавливать на навигационных спутниках GPS.
Противоспутниковое оружие. В 1960-х годах Соединенные Штаты создали противоспутниковую ракетно-ядерную систему ASAT. Однако эта система имела ограниченные возможности, поскольку начинала работать, лишь когда цель оказывалась в пределах досягаемости. В 1980-х годах ВВС США приступили к разработке ракеты ASAT, которую можно было бы запускать с самолета-истребителя F-15 практически в любой точке земного шара. Эта ракета была снабжена устройством самонаведения по инфракрасному излучению мишени.
Другие программы. Рода войск США также осуществляли многочисленные работы в космосе, но их результаты были гораздо менее убедительными. С середины 1980-х годов организация стратегической оборонной инициативы осуществляла запуски малых спутников для испытаний различных систем обнаружения и уничтожения баллистических ракет во время их полета. См. также ВОЙНЫ ЗВЕЗДНЫЕ.

СОВЕТСКИЙ СОЮЗ/РОССИЯ

Оперативная разведка. Несмотря на ранние успехи в выведении на орбиту больших полезных нагрузок, по темпам развития и разнообразию военной космической программы Советский Союз уступал Соединенным Штатам. Спутник «Космос-4», который должен был стать первым советским разведывательным спутником, был запущен 26 апреля 1961 с помощью космического корабля «Восток-Д», – такого же, как корабль, на котором летал Юрий Гагарин (см. ГАГАРИН, ЮРИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ). В отличие от американских спутников, на которых предусматривалось возвращение пленки на землю, на спутниках серии «Восток-Д» для возвращения в атмосферу использовалась более крупная капсула, содержавшая и камеры, и пленку. Спутники третьего поколения выполняли обычные задачи дистанционного зондирования и картографирования (см. также ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ). На спутники четвертого поколения возлагались задачи разведки с маловысотных орбит. В 1990-х годах спутники обоих поколений все еще находились в эксплуатации. В декабре 1982 Советский Союз вывел на орбиту спутник пятого поколения, в котором, по-видимому, использовалась электронная передача данных, обеспечивавшая получение разведывательной информации в режиме реального времени.
Связь. Другие военные космические программы СССР были аналогичны выполнявшимся Соединенными Штатами, хотя в нескольких аспектах имелись и различия. Из-за особенностей расположения страны и недостаточного числа заокеанских союзников СССР запускал много спутников на сильновытянутые эллиптические орбиты, имевшие большой наклон плоскости к плоскости экватора. На таких орбитах летали спутники связи «Молния». Советский Союз широко использовал также малые спутники. Такие спутники записывали и сохраняли передаваемую с Земли информацию, чтобы затем ретранслировать ее на наземную станцию при пролете над ней. Эта система оказалась вполне приемлемой для обеспечения неэкстренной связи.
Раннее оповещение. Советский Союз запускал спутники раннего оповещения «Око» на орбиты такого типа, как у спутников «Молния», что позволяло этим спутникам одновременно иметь в поле зрения американские базы баллистических ракет и советскую наземную станцию. Однако для обеспечения постоянного охвата обоих объектов потребовалось иметь в космосе целое созвездие из девяти спутников. Кроме того, Советский Союз вывел на геостационарную орбиту спутники «Прогноз» для раннего оповещения о начале атаки баллистических ракет США.
Наблюдение за океаном. В спутниковой системе радиолокационной разведки над океанами для поиска американских военных судов использовался радиолокатор с синтезируемой апертурой (см. АНТЕННА). В период с 1967 по 1988 в космос было запущено более тридцати таких спутников, на каждом из которых имелся ядерный источник питания радиолокатора мощностью 2 кВт. В 1978 один такой спутник («Космос-954») вместо того, чтобы перейти на более высокую орбиту, вошел в плотные слои атмосферы и его радиоактивные обломки упали на обширные участки территории Канады. Это событие заставило советских инженеров усовершенствовать системы безопасности на существующих спутниках радиолокационной разведки и начать разработку более мощного ядерного источника питания «Топаз», позволяющего аппаратуре спутника работать на более высокой и безопасной орбите. Два спутника с источниками питания «Топаз» в конце 1980-х годов работали в космосе, но в связи с окончанием холодной войны их эксплуатация была прекращена.
Оружие нападения. С конца 1960-х до начала 1980-х годов Советский Союз выводил в космос оперативное противоспутниковое оружие, размещая его на орбите цели и используя радиолокатор для наведения на цель. Когда спутник оказывался в пределах досягаемости цели, он выпускал по ней две короткие очереди поражающих импульсов. В начале 1980-х годов СССР приступил к разработке небольшого двухместного воздушно-космического самолета, предназначенного для нападения на многоразовый транспортный космический корабль, но после аварии «Челленджера» (см. КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЕТЫ ПИЛОТИРУЕМЫЕ) работы по этому проекту были прекращены.
Период после холодной войны. Советские спутники были, в общем, менее совершенными и работали в космосе не так долго, как их американские аналоги. Чтобы компенсировать этот недостаток, СССР запускал в космос гораздо большее число спутников. К концу холодной войны срок службы советских спутников на орбите вырос, а сами спутники стали существенно более совершенными. К середине 1990-х годов руководители российского космического агентства, вынужденные заниматься поисками зарубежных источников доходов, выступили с предложением продавать свою технологию и опыт за границу. Они также развернули широкую продажу фотоснимков высокого разрешения практически любого участка земной поверхности.

ДРУГИЕ СТРАНЫ

Европа. К началу 1990-х годов некоторые страны, кроме США и СССР, разработали собственные сравнительно небольшие военно-космические программы. Дальше всех продвинулась Франция. Начало было положено в 1980-х годах созданием комбинированной военно-коммерческой спутниковой системы связи «Сиракюз». 7 июля 1995 Франция вывела на орбиту свой первый разведывательный спутник «Элиос IA», разработанный с участием Италии и Испании. Французские специалисты по космической технике в середине 1990-х годов разрабатывали также спутник радиолокационного наблюдения «Озирис», аналогичный американскому спутнику «Лакросс», проектировали спутник «Экут» для радиотехнической разведки и исследовали возможности создания спутника системы раннего оповещения «Алерт».
Великобритания в 1990-х годах использовала собственный специализированный военный спутник связи, работавший в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ), для связи с флотом. Италия также располагала спутниковой СВЧ-системой военной связи «Сиркаль», которая, подобно «Сиракюз», была реализована как дополнительная полезная нагрузка другого спутника. НАТО пользовался космической связью через свой спутник НАТО-4, который работал в СВЧ-диапазоне и был очень похож на американский спутник «Скайнет-4».
Другие программы. КНР время от времени запускала спутники оперативной фоторазведки с возвращением на Землю отснятой пленки и имела несколько других систем, использовавшихся как в военных, так и в гражданских целях. Несмотря на наличие у Израиля доступа к американским источникам получения фотоизображений из космоса, эта страна запустила в 1995 собственный экспериментальный разведывательный спутник.

ЛИТЕРАТУРА
Справочник по спутниковой связи и вещанию. М., 1983
Арбатов А.Г. и др. Космическое оружие: дилемма безопасности. М., 1986

ВОЗДУХОПЛАВАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ, аэростат или дирижабль, использующий подъемную силу заключенного в герметичную оболочку газа, плотность которого меньше плотности воздуха. В качестве подъемного газа могут использоваться нагретый воздух, светильный газ, водород или гелий. Самый легкий из всех газов – водород – в состоянии поднять груз, вес которого составляет 93% от веса воздуха в объеме, заполненном водородом. Однако водород легко воспламеняется и его смеси с воздухом взрывоопасны, что послужило причиной многих катастроф и трагических случаев. Другим легким газом является гелий, который не способен воспламеняться и вообще химически инертен. Газовая смесь, содержащая 98% гелия, в состоянии поднять груз, равный по весу 84% веса вытесненного ею воздуха.
Газ, содержащийся в оболочке, расширяется при нагревании или подъеме на большую высоту, где атмосферное давление меньше. Когда оболочка наполняется и растягивается до отказа, предохранительный клапан открывается и выпускает часть газа. Утечка несущего газа влечет за собой невозвратимую потерю подъемной силы. Чтобы восстановить равновесие, необходимо сбросить часть балласта. При снижении аэростата или охлаждении несущего газа под действием давления окружающего воздуха объем газа в оболочке уменьшается; соответственно уменьшается и подъемная сила.
Свободно парящий в воздухе аэростат подвержен только воздействию атмосферной турбулентности: он перемещается под действием ветра вместе с воздушными массами. Чтобы заставить аэростат двигаться относительно окружающего его воздуха, нужен двигатель. При этом тяге двигателя противодействует сила лобового сопротивления, которая направлена противоположно движению аэростата. Аэростат с двигателем может осуществлять полет в желаемом направлении.

СВОБОДНЫЕ АЭРОСТАТЫ

Историческая справка. В 1670 итальянский ученый Франческо де Лана Торци предложил откачать воздух из сферической оболочки, которая затем сможет подниматься в воздухе точно так же, как воздушный пузырек в воде. Однако эта идея не была осуществлена на практике, так как в то время нельзя было найти достаточно легкий и прочный материал для оболочки вакуумного аэростата, который выдержал бы огромную силу внешнего давления атмосферного воздуха. Более реальной оказалась идея заполнения мягкой и легкой оболочки газом, плотность которого меньше плотности окружающего воздуха.
Монгольфьеры. В 1782 братья Жозеф Мишель (1740–1810) и Жак Этьенн (1745–1799) Монгольфье обнаружили, что если легкий бумажный мешок раскрыть над огнем вверх дном, то он наполнится нагретым воздухом и будет подниматься вверх.
5 июня 1783 они продемонстрировали полет воздушного шара диаметром 9 м, заполненного нагретым воздухом. Этот воздушный шар, весивший ок. 140 кг, поднялся на высоту свыше 1,5 км и приземлился на расстоянии 2,5 км от места старта, удивив многочисленных зрителей и, вероятно, самих изобретателей. См. также МОНГОЛЬФЬЕ; ПИЛАТР ДЕ РОЗЬЕ, ЖАН ФРАНСУА.
В последние десятилетия тепловые аэростаты, которые называют также монгольфьерами, переживают эпоху второго рождения в связи с их использованием в спортивных и других мероприятиях.
Шарльеры. Водород, как самый легкий из всех газов, обладает значительными преимуществами по сравнению с нагретым воздухом. В декабре 1783 французский химик Ж.Шарль (1746–1823), насыпав железные опилки в серную кислоту, получил достаточное количество водорода для заполнения им воздушного шара. Он продержался в воздухе на этом аэростате почти два часа и приземлился в 33 км от места старта. Это выдающееся достижение, продемонстрировавшее полное превосходство водорода в качестве несущего газа, послужило мощным стимулом для развития воздухоплавания. В дальнейшем воздушные шары с водородом, или «шарльеры», использовались чаще, чем тепловые аэростаты (см. также БЛАНШАР, ЖАН ПЬЕР ФРАНСУА; ДЖЕФФРИС, ДЖОН; МЁНЬЕ, ЖАН БАТИСТ МАРИ ШАРЛЬ). После Первой мировой войны вместо водорода в качестве несущего газа стали использовать гелий. Как подъемный газ гелий менее эффективен, зато не горит и не взрывоопасен.
Применение аэростатов. В 1870 во время осады Парижа прусскими войсками аэростаты использовались для поддержания связей с внешним миром. В первые годы 20 в. воздухоплавание получило широкое распространение как вид спорта. Международные соревнования на воздушных шарах устраивались ежегодно и были прерваны только с началом Первой мировой войны.
0000738G.htm(20.21 Кб)
После Первой мировой войны и до начала 1930-х годов свободные аэростаты использовались крайне редко. Интерес к ним вновь возрос как к средству исследования верхней атмосферы. До 1930 рекордная высота подъема в атмосфере, достигнутая человеком, составляла приблизительно 10 км. Выше этой высоты содержание кислорода и его давление недостаточны для функционирования человеческого организма. В первой половине 1930-х был осуществлен ряд успешных экспедиций на аэростатах с герметическими гондолами, в которых нормальное содержание кислорода и давление воздуха поддерживались искусственно, а для работы экипажа создавались комфортабельные и безопасные условия. Рекордный подъем в стратосферу на высоту 18 800 м совершили в СССР 30 сентября 1933 Г.Прокофьев, Э.Бирнбаум и К.Годунов. П.Федосеенко, И.Усыскин и А.Васенко 30 января 1934 на стратостате «Осоавиахим-1» достигли высоты 22 000 м, но при спуске потерпели катастрофу. В 1961 капитан ВМС США М.Росс достиг на воздушном шаре рекордной высоты 34 668 м.
Впервые перелет через Северную Атлантику на воздушном шаре, наполненном гелием, был совершен американскими воздухоплавателями Б.Абрудзо, М.Андерсоном и Л.Ньюменом в августе 1978, которые установили при этом рекорд продолжительности полета, продержавшись в воздухе 137 ч 5 мин 50 с. В сентябре 1984 американец У.Киттингер пересек Атлантический океан в одиночку, преодолев расстояние 5689 км за 84 ч.
Конструкция аэростата. Почти до конца Второй мировой войны оболочки аэростатов изготавливали из прорезиненной ткани или другого газонепроницаемого материала; в конце войны стали также использовать легкие пластические материалы, такие, как полиэтилен. Иногда для создания достаточной подъемной силы применялись связки шаров, напоминавшие своей формой гроздь винограда. Однако более традиционной формой воздушного шара была сферическая оболочка с тарельчатым предохранительным клапаном наверху. Управление этим клапаном осуществлялось из гондолы или корзины аэростата, в которой размещались воздухоплаватели и которая подвешивалась с помощью строп, идущих от сетки, наброшенной поверх оболочки. Продовольствие, приборы, якорь с бухтой каната, мешки с песком, используемые в качестве балласта, и все остальное оборудование размещали в корзине, на ее крыше или привязывали в сетках.
Навигация. Передвигаясь с попутным ветром, свободные аэростаты могли преодолевать сотни километров и предоставляли прекрасные возможности для путешествий любителям природы и приключений. Аэростаты могли держаться в воздухе несколько суток без посадки. Навигационные возможности свободных аэростатов были крайне ограниченны и сводились только к набору высоты посредством сброса балласта или к снижению посредством открытия клапана для выпуска газа. Изменить направление полета можно было, изменив высоту полета и переместившись в воздушный слой с другим направлением ветра. Ночью или при сильной облачности, не видя земли, воздухоплаватели определяли свое местоположение и ориентировались с помощью радиомаяков. Для фиксирования положения на малой высоте или для замедления движения в малонаселенной местности с аэростата можно было опустить канат, конец которого волочился по земле (плавучий якорь при полете над водой). Чтобы осуществить плавное приземление аэростата, требовались опыт и сноровка.

ПРИВЯЗНЫЕ АЭРОСТАТЫ
Привязные аэростаты удерживались в воздухе с помощью каната, закрепленного на земле. Их можно было поднимать или опускать, используя лебедку. В 1794 при защите крепости Мобеж французы впервые применили привязной аэростат для наблюдения за австро-голландскими войсками. В метеорологии до того, как нашли широкое применение свободные воздушные радиозонды, использовались сферические привязные воздушные шары, несущие метеорологические приборы. Их поднимали вверх и опускали из движущегося по ветру судна. Стационарные привязные аэростаты часто служили для размещения наблюдателей, а также в качестве средств заграждения (высотой до 5 км) для защиты от налетов вражеской авиации. Они имели обтекаемую форму и оборудовались хвостовым оперением, позволявшим ориентировать их против ветра. Форма оболочки аэростата поддерживалась с помощью внутреннего баллонета или внутренних упругих поперечин между долями оболочки, для создания давления в которых использовался скоростной напор ветра, воспринимаемый воздухоулавливателями, расположенными на передних торцах хвостовых стабилизаторов.

ДИРИЖАБЛИ

Конструкция. Аэростат, оборудованный силовой установкой или каким-либо движителем, превращается в дирижабль. Чтобы способствовать его перемещению в воздухе, наполненная газом оболочка должна иметь обтекаемую форму, т.е. быть вытянутой в направлении движения. Отношение длины дирижабля к его диаметру обычно составляет от 3 до 8. Носовая часть оболочки усиливается с помощью носового конуса, шпангоутов и стрингеров. Оболочка дирижабля поддерживается в натянутом состоянии с помощью баллонетов, которые при наборе высоты заполняются воздухом с помощью ковшового воздухоулавливателя или принудительного наддува и опорожняются при снижении. Большие дирижабли имеют несколько баллонетов, которые могут использоваться как средство статического управления балансировкой дирижабля в вертикальной плоскости посредством перемещения части воздуха вперед или назад. Давление газа в баллонетах контролируется посредством манометров.
Оперение. Для обеспечения поперечной устойчивости при движении дирижабля в воздухе ему, как и летящей в воздухе стреле, необходимо оперение в виде хвостовых стабилизаторов. Большая часть стабилизатора неподвижна, а меньшая (хвостовая) крепится на шарнирной подвеске и может поворачиваться, выполняя роль рулевой поверхности. При традиционном крестообразном расположении четырех стабилизаторов горизонтальные поворотные поверхности служат рулями высоты, а вертикальные – рулями направления.
Гондола. Под оболочкой дирижабля на стропах и тросах подвешивается гондола, в которой размещены силовая установка и вспомогательное оборудование. Силовая установка обычно состоит из нескольких поршневых авиационных моторов с винтами, вынесенных на кронштейнах. Горючее, масло, балласт, воздуходувка, радиостанция, приборы и вспомогательное оборудование размещаются внутри гондолы или вне ее (на крыше, внутри обтекателей пилонов или мотогондол). Под гондолой дирижабля установлено колесное шасси, которое можно сделать убирающимся. Гондола может быть оборудована поплавковым шасси для посадки дирижабля на поверхность водоема.
Пилотирование. Пилотирование дирижабля требует знаний и практического опыта в воздухоплавании и самолетовождении. Статически уравновешенный дирижабль будет плыть по ветру или совершать горизонтальный полет. Он может быть несколько тяжелее воздуха, уравновешивая избыточный вес с помощью подъемной силы, возникающей при поднятой вверх носовой части. Если же он легче воздуха, то горизонтальный полет будет происходить с опущенной вниз носовой частью. В этом случае посадку дирижабля производит команда наземного персонала с помощью сбрасываемого с дирижабля причального каната. Пилотирование дирижабля отличается от управления самолетом отсутствием элеронов и тем, что пилоту надо внимательно следить за значениями температуры, силы плавучести и давления газа. Скорости полета дирижаблей нежесткой конструкции составляют от 100 до 130 км/ч.
Дирижабли нежесткой конструкции. Изобрел дирижабль и впервые 24 сентября 1852 совершил на нем полет француз Анри Жиффар. Из первых дирижаблей нежесткой конструкции наиболее известными были дирижабли Сантос-Дюмона во Франции, Парсеваля в Германии и Болдуина в США. Во время Первой и Второй мировых войн вооруженные силы Великобритании и США применяли небольшие дирижабли мягкой конструкции длиной ~ 45 м и объемом ~ 5400 м3. Их использовали для несения береговой патрульной службы, сопровождения судов и борьбы с подводными лодками противника.
После Первой мировой войны фирмой «Гудьир» в Акроне (шт. Техас) под руководством П.Литчфилда была построена серия дирижаблей мягкой конструкции с гелием в качестве несущего газа, которые нашли широкое применение в различных областях. Для них были разработаны специализированные устройства, такие, как причальная мачта, устанавливаемая на гусеничном или колесном транспортном средстве, приспособление для забора балластной воды, неоновые сигнальные огни и кормовые паруса. Они совершили множество замечательных полетов над территорией США и перевезли огромное число пассажиров и экскурсантов во многих городах, а также использовались для решения таких проблем, как доставка почтовой корреспонденции на крыши зданий, аварийно-спасательные работы, управление движением на дорогах. Самый маленький из них – одномоторный «Пилигрим» – имел объем 1400 м3. Для ВМС США были построены дирижабли объемом 11 500 м3 и 19 600 м3. Последний из них имел разделенную на отсеки гондолу, состоящую из передней кабины управления, отсека с двигателем средней мощности, вращающим два винта, вынесенные на кронштейнах с двух сторон гондолы, нижнюю кабину для размещения наблюдателей и хвостовой отсек для хранения топлива, продуктов и оборудования. Четыре баллонета позволяли регулировать балансировку дирижабля в широком диапазоне. Два многоцилиндровых двигателя мощностью 405 кВт каждый сообщали ему скорость полета свыше 120 км/ч.
Материалом для оболочек большинства дирижаблей нежесткой конструкции обычно служила упругая прорезиненная ткань. На наземной станции такая оболочка после откачки из нее газа могла быть свернута в рулон. В 1929 фирма «Меткалф эршип» в Детройте построила дирижабль с тонким металлическим корпусом конструкции Р.Апсона. Обшивка дирижабля была усилена изнутри круговыми металлическими шпангоутами и продольными стрингерами. Он имел сигарообразную форму и восемь стабилизаторов. Форма дирижабля в полете сохранялась с помощью внутреннего давления газа.
После Второй мировой войны были созданы дирижабли нежесткой конструкции объемом 27 000 м3 с двумя двигателями, располагавшимися внутри гондолы, мощностью 515 кВт каждый. Для привода винтов, расположенных вне гондолы, использовались трансмиссии и редукторы. Эти дирижабли продемонстрировали высокие летные качества. В марте 1957 один из них совершил полет, длившийся 264 ч без дозаправки топливом. Он вылетел из Бостона и, пролетев вдоль берегов Португалии, Африки и над островами Зеленого Мыса, возвратился к побережью США и произвел посадку во Флориде.
Дирижабли полужесткой конструкции. Желание более равномерно распределить вес гондолы, силовой установки, топлива и полезного груза по всей длине дирижабля побудило конструкторов создать килевую конструкцию, которая в конце 1910-х годов воплотилась в дирижаблях полужесткой конструкции. Это новое направление в дирижаблестроении приобрело наиболее преданных сторонников во Франции (братья Лебоди) и особенно в Италии, где У.Нобиле в 1919 построил полужесткий дирижабль «Рома». Фирма «Гудьир» построила свой первый полужесткий дирижабль RS-1 объемом 19440 м3 в 1923. За ним последовали дирижабли «Норвегия» и «Италия» (1928).
Жесткие дирижабли. Германия. Большой дирижабль жесткой конструкции, внешняя обшивка которого сохраняет свою форму неизменной независимо от давления наполняющего его газа благодаря балочному каркасу соответствующей формы, впервые был построен в Германии. Своим созданием он обязан инициативе и настойчивости графа Фердинанда фон Цеппелина; дирижабли жесткой конструкции стали называть его именем. В период с 1900 по 1937 фирма «Цеппелин» построила около 130 дирижаблей. Первые цеппелины широко использовались для перевозки пассажиров перед Первой мировой войной, принимали участие в военных действиях на суше и несли патрульную службу на море. Каркас дирижабля набирался из кольцевых поперечных силовых элементов, которые соединяли продольными балками, изготовленными из алюминия и идущими от носа до кормы. Эти элементы стягивали расчалками из стальных струн. На каркас натягивалась матерчатая оболочка, внутри которой размещалось несколько индивидуальных матерчатых газовых резервуаров, покрытых позолотой и разделенных проволочными перегородками. После Первой мировой войны работы по созданию гражданских транспортных цеппелинов были продолжены Г.Экнером. Первыми послевоенными дирижаблями для воздушных путешествий были «Бодензее» и «Нордштерн», имевшие объем ок. 21 600 м3 и развивавшие скорость до 128 км/ч. Воздушный корабль «Граф Цеппелин» объемом 100 000 м3, заполненным водородом, имел в своей конструкции 17 отсеков и 28 продольных балок; пять двигателей мощностью 390 кВт каждый размещались во внешних мотогондолах. Эти двигатели могли работать как на бензине, так и на газовом топливе, что позволило использовать несущий газ, который обычно приходится выпускать через клапаны для компенсации веса топлива, израсходованного в полете. Построенный в 1936 «Гинденбург» объемом 190 000 м3 с 16 отсеками из синтетической ткани, заполняемыми водородом, был непревзойденным по роскоши средством для транспортировки пассажиров по воздуху. Этот сигарообразный аппарат длиной 253 м и диаметром 41 м имел 4 двигателя Дизеля мощностью 780 кВт каждый, оборудованных механизмом реверса. Он мог перевезти груз весом 90 т на расстояние 12 800 км. К сожалению, 6 мая 1937 при посадке в Лейкхерсте (шт. Нью-Джерси) он потерпел аварию и сгорел, унеся жизни 36 человек.
0000739G.htm(39.33 Кб)
Кроме цеппелинов, в Германии были созданы другие, менее известные дирижабли жесткой конструкции. Их производила компания «Шютте-Ланц», которая в 1911 построила экспериментальный дирижабль объемом 19 000 м3, а в период Первой мировой войны – пять военных дирижаблей объемом ок. 54 000 м3. Они имели деревянный каркас с продольными несущими балками и круговыми шпангоутами и были оборудованы двигателями, устанавливаемыми во внешних мотогондолах.
Великобритания. В период с 1915 по 1930 в Великобритании было построено несколько серий дирижаблей жесткой конструкции. Английский дирижабль R-34 объемом 55 300 м3, имевший пять двигателей мощностью 200 кВт каждый, совершил в 1919 первый трансатлантический перелет. Дирижабль R-101 объемом 135 000 м3, длиной 212 м и диаметром 44 м имел силовую установку из пяти двигателей Дизеля мощностью 480 кВт каждый. Его каркас был изготовлен из нержавеющей стали. В Великобритании была разработана техника швартовки дирижаблей жесткой конструкции к высоким причальным мачтам.
США. В США первым дирижаблем жесткой конструкции был дирижабль ВМС США «Шенандоа» с металлическим корпусом, который имел такую же (но несколько более удлиненную) форму, как германские цеппелины периода Первой мировой войны. Затем появились «Акрон» (1931) и «Макон» (1933), построенные корпорацией «Гудьир – Цеппелин», объемом 175 000 м3 каждый, максимальным диаметром 40 м и длиной 240 м. Они использовали гелий в качестве несущего газа и имели ряд новшеств в своей конструкции. На четырех стабилизаторах большой площади размещались рули высоты и направления с триммерной сервокомпенсацией. Восемь двигателей Майбаха с устройствами реверса мощностью 420 кВт каждый устанавливались в отдельных отсеках по четыре двигателя с каждой стороны дирижабля. Эти двигатели посредством трансмиссионных валов вращали винты, которые можно было поворачивать и создавать либо горизонтальную тягу для движения вперед (или торможения при реверсе тяги), либо вертикальную тягу – для взлета и посадки. Главная кабина управления размещалась под корпусом в передней части дирижабля. Кроме того, имелась вспомогательная кабина управления, располагавшаяся в нижнем стабилизаторе. Внутри корпуса этого гигантского дирижабля был предусмотрен встроенный самолетный ангар с раздвижным полом. В ангаре можно было разместить пять специальных самолетов. Самолет заправлялся топливом и затем с помощью круговой подвесной монорельсовой дороги перемещался на трапецию, которая опускала его вниз для осуществления взлета и поднимала на борт дирижабля после возвращения.
Эти дирижабли могли швартоваться к стационарной или перевозимой на гусеничном тягаче мачте. Дирижабль «Макон» имел крейсерскую скорость 136 км/ч при дальности полета 16 000 км. Общий вес дирижабля составлял 200 т при полезной нагрузке 90 т. В запасе еще оставалось 15 т динамической подъемной силы, которую можно было использовать для компенсации веса ледяной корки или других непредвиденных нагрузок. Эти дирижабли имели отличную маневренность и могли осуществить разворот с радиусом, который лишь в четыре раза превышал их длину. См. также ЦЕППЕЛИН, ФЕРДИНАНД.

ЛИТЕРАТУРА
Брауде Б.Г. Воздухоплавательные летательные аппараты. М., 1976
Арие М.Я., Полянкер А.Г. Дирижабль нового поколения. Киев, 1983
Арие М.Я. Дирижабли. Киев, 1986

ВОЙНЫ ЗВЕЗДНЫЕ, концепция ведения войн в космосе, предусматривающая перенос в околоземное космическое пространство средств вооружений, предназначенных для уничтожения межконтинентальных баллистических ракет противника. Сформулирована и предложена в 1980-х годах администрацией президента США Р.Рейгана под названием «стратегической оборонной инициативы» (СОИ). В своей мартовской речи 1983 Рейган, апеллируя к мудрости и дальновидности высших представителей военных и научных кругов страны, призвал их «взяться за программу, способную противопоставить ужасающей угрозе советских ракет такие средства обороны, которые позволят свободному народу жить с сознанием уверенности, что его безопасность зиждется не только на возможности массированного ответного удара, сдерживающей потенциального агрессора, но и на способности перехватить и уничтожить стратегические баллистические ракеты прежде, чем они достигнут нашей земли или территорий наших союзников».
В принципе, арсенал этой стратегической программы мог включать любые виды вооружений, способные уничтожать вражеские ракеты или боеголовки вскоре после их запуска. Сбить чужую ракету можно традиционным способом – направив на нее свою ракету, которая поразит ее при соударении или взрывом заряда. Но администрация Рейгана была больше заинтересована в применении «небывалых» видов оружия – чрезвычайно энергичных пучков электромагнитного излучения либо элементарных частиц или того и другого в совокупности. Потому вся программа и обрела популярное наименование «Звездные войны» по названию ленты Дж.Лукаса (1977), в которой положительные герои и злодеи сражались в космосе с помощью лучевых пистолетов и лазерных мечей.
Однако стратегия звездных войн повлекла за собой не только разработку экзотических типов вооружений, предназначенных для уничтожения баллистических ракет. Она оказалась тесно связанной не только с новой стратегией развития ядерных вооружений, но и с политическими и экономическими проблемами в соперничестве двух сверхдержав – США и СССР.
Реальное конечное назначение СОИ никогда не было точно сформулировано. Во время политических дебатов, вызванных речью Рейгана, мнения сторонников и критиков программы разошлись, и было предложено пять вариантов решений. Альтернативами были: 1) территориальная оборона – т.е. противоракетный щит, простирающийся над всей территорией США и стран НАТО (либо над главными городами США); 2) точечная оборона – система локальной защиты собственных баллистических ракет и других видов стратегических вооружений, особенно пусковых шахтных установок; 3) эффективная система первого удара, способная уничтожить все стратегические наступательные вооружения Советского Союза (ракеты и места базирования стратегических бомбардировщиков, командные пункты, центры управления, системы связи и наведения), равно как и весь потенциал сопротивления – промышленные предприятия, крупные электростанции, города и население; 4) обеспечение военного превосходства в космосе с единственной целью – принудить к соглашениям по обычным видам вооружений; 5) создание ситуации, демонстрирующей, что договор о противоракетной обороне 1972 устарел и может быть денонсирован. В конце 1991, когда Советский Союз распался, все эти альтернативы потеряли смысл.
Историческая справка. В начале холодной войны, последовавшей за Второй мировой войной, США были единственной страной мира, обладавшей атомной бомбой, а у Советского Союза было наибольшее количество традиционных видов вооружений, что создавало некоторое равновесие. Однако в 1949 ядерной монополии США пришел конец, так как у СССР появилась своя атомная бомба. Тогда США, стараясь сохранить статус лидирующей ядерной державы, создали более мощную бомбу – водородную, которую впервые испытали в 1952. Но меньше чем через год и СССР провел испытания своей первой водородной бомбы. Параллельно обе стороны создали развитые системы противовоздушной обороны (ПВО) для уничтожения средств доставки ядерного оружия – стратегических бомбардировщиков.
В 1957 СССР запустил свою первую межконтинентальную баллистическую ракету (МБР). С этого времени ядерные боеголовки могли устанавливаться на МБР, и оказалось, что у систем ПВО нет ни того быстродействия, ни той точности, которые необходимы для обезвреживания боеголовки, стремительно летящей из космоса. Хотя США запустили свою первую МБР лишь годом позже и по-прежнему имели сильно превосходящие запасы ядерного оружия, они в том же году приступили к реализации весьма дорогостоящей программы противоракетной обороны (ПРО), включая и создание таких «экзотических» видов оружия, как лазеры. В начале 1960-х годов военные стратеги США начали изучать возможности пилотируемых космических кораблей в разведке и нанесении атакующих ударов с околоземных орбит (см. ВОЕННО-КОСМИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ). К концу 1960-х годов и США, и СССР уже развертывали свои системы ПРО, основанные на ракетах-перехватчиках, и проводили исследования космического оружия с мощными лазерами и пучками элементарных частиц. Но проблемы обнаружения и перехвата приближающейся ракеты, весь полет которой занимает лишь несколько минут, остались нерешенными. Эти проблемы еще более усложнились с принятием на вооружение обеими сторонами ракет с разделяющимися боеголовками индивидуального наведения, что привело в 1970-х и 1980-х годах к массовому производству и накоплению таких боеголовок.
В 1950-х и 1960-х годах военной стратегией США предусматривалось использование ядерного оружия малого радиуса действия для отражения наступления обычных вооруженных сил в Западной Европе и ядерного оружия большого радиуса действия для нанесения массированного ответного удара после ядерной атаки на США. К 1972 у США было 5700 ядерных боеголовок, а у СССР – 2500; таким образом, арсенал был уже столь велик, что ни одна из сторон не смогла бы избежать сокрушительного возмездия в случае нанесения ею первого удара. Эта тупиковая ситуация была признана стратегической концепцией предотвращения ядерной войны и получила название «взаимного гарантированного уничтожения» (ВГУ). Но система обороны, непреодолимая для МБР, отменяла ВГУ и обеспечивала возможность безвозмездного первого удара. Такое положение должно было немедленно привести к новой, очень дорогостоящей гонке вооружений, ибо другая сторона вынуждена была накапливать такое количество боеголовок, которое оказалось бы достаточным для преодоления системы ПРО.
В мае 1972 США и СССР признали тщетность усилий создать надежную систему защиты от МБР и подписали договор об ограничении стратегических вооружений (ОСВ). По договору налагались жесткие ограничения на размещение противоракет, и обе стороны обязывались «не разрабатывать, не испытывать и не размещать системы ПРО или их составные части на морских, воздушных, космических или наземных подвижных средствах».
Однако вера в ПРО была потеряна не всеми. Э.Теллер, создатель водородной бомбы, организовал в США государственный исследовательский центр, куда собрал ученых, желавших заниматься разработками «экзотических» систем ПРО. Ссылаясь на то, что Советский Союз создает мощное лучевое противоракетное оружие, Теллер сумел получить фонды для проведения исследований по созданию оружия на основе лазеров и пучков элементарных частиц. Став президентом в 1981, Р.Рейган несколько раз встречался с Теллером, и тот убедил президента в осуществимости надежной системы защиты от МБР и в том, что США должны опережать СССР в разработках новых видов оружия.
В отличие от своих предшественников, администрация Рейгана не поддерживала инициативы по ограничению вооружений и полагала, что США могут вести ограниченные боевые действия с применением ядерного оружия и даже побеждать в них, не вызывая мировой войны. Поэтому предложения Теллера по развертыванию эффективного щита от МБР были именно тем, что искала администрация Рейгана для формирования новых концепций стратегии ядерной войны, которые импонировали бы населению США. В марте 1983 Рейган объявил о своей заветной мечте «создать средства, низводящие ядерные вооружения до положения бессильных и устаревших». В апреле 1984 была сформирована государственная организация для проведения исследований в области стратегической оборонной инициативы. Ее бюджет на период 1984–1992 составлял ок. 26 млрд. долл. Общая стоимость всей программы оценивалась в 2 трлн. долл.
Проблемы и опасения. Чтобы уничтожить вражескую ракету до достижения ею цели, необходима энергия, передаваемая на большие расстояния с огромной скоростью. Это может быть энергия взрыва обычного или ядерного заряда, кинетическая энергия невзрываемого высокоскоростного снаряда либо энергия высокой концентрации, переносимая пучком лазера или элементарных частиц. В случае использования пучкового оружия возникают вопросы: каким должен быть пучок; как его создать; как направить на ракету, когда, где и с каким воздействием.
Ответы должны быть сформулированы, исходя из возможностей, присущих конкретной системе оружия. Средства обороны должны вводиться в действие только после такого запуска ракеты, который идентифицирован как агрессивный. Ядерный заряд можно уничтожить: а) вместе с ракетой-носителем после старта (на активном участке полета); б) в виде боеголовок, движущихся по баллистической траектории в околоземном космическом пространстве; в) в виде боеголовок при их входе в плотные слои земной атмосферы вблизи цели.
Участок входа в атмосферу располагается в опасной близости к обороняемому объекту; взрыв перехваченной боеголовки может привести к гибельным последствиям для обороняющейся стороны.
На баллистическом участке траектории обычно движется с огромной скоростью до дюжины боеголовок, сопровождаемых многочисленными ложными целями – пустыми алюминиевыми баллонами, предназначенными для введения в заблуждение радиолокационных средств системы ПРО. Распознавание боеголовок среди таких ложных целей – тяжелейшая задача, хотя решение ее возможно, если система обнаружения способна отличить тяжелую боеголовку от более легкого баллона. Поскольку стоимость таких баллонов почти ничего не добавляет к стоимости самой ракеты, их применение – весьма дешевая операция по сравнению с расходами системы обороны.
На активном участке ракета не разделена, у нее яркий выхлопной факел, позволяющий ее обнаружить, а взрыв при перехвате произойдет над территорией противника либо вблизи нее. Поэтому предпочтительнее всего уничтожать вражескую ракету именно на этой стадии полета. Но и здесь есть свои проблемы. Противником может быть использован экран, скрывающий факел двигателя, либо мощный ускоритель, который заканчивает работу прежде, чем запуск будет обнаружен. Но ракету даже с длительным активным участком поразить противоракетой на этой стадии практически невозможно из-за потери времени на обнаружение. Ракета-перехватчик, стартующая с земли, морского судна либо с самолета, не сможет встретить вражескую ракету так далеко от обороняемого объекта. Летящую ракету можно уничтожить пучком энергии, распространяющейся со скоростью света, но ее источник должен базироваться на земле или в космосе; каждый разовый запуск противоракеты с пучковым оружием также потребует слишком много времени.
Возможны различные виды пучкового оружия, и каждое имеет свои достоинства и недостатки. Пучки могут состоять из элементарных частиц, например нейтронов, продуктов взрыва ядерного оружия (потока металлических частиц или расплавленных капель) либо из электромагнитного излучения в виде СВЧ, ИК, видимых, рентгеновских и гамма-лучей.
Пучок нейтронов можно нацелить с большого расстояния. Но нейтроны можно направить либо из ускорителя частиц, который слишком тяжел для подъема в космос и потребляет много энергии, либо создав средства фокусировки нейтронов из ядерного взрыва.
Осколки взрыва ядерного оружия распространяются на короткие расстояния. Применимость их весьма ограниченна.
Дальность разрушительных воздействий электромагнитного излучения различна в зависимости от его частотного диапазона. Излучение рентгеновского диапазона поглощается атомами атмосферных газов, поэтому его действенность ограничена короткими расстояниями. Излучение инфракрасного и видимого диапазонов хорошо проходит через атмосферу, но существенные разрушения может вызвать лишь на коротких и средних расстояниях. Пучки гамма- и микроволнового (СВЧ) диапазонов не только легко распространяются в атмосфере, но и могут вызывать разрушения на больших расстояниях. Источниками пучков электромагнитного излучения, энергичных настолько, чтобы повредить или уничтожить ракету, могут быть только некоторые типы лазеров. В одном из них пучок генерируется химической реакцией (например, между дейтерием и фтором), в другом – ядерным взрывом. См. ЛАЗЕР; КВАНТОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И УСИЛИТЕЛИ; СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН.
Лазерные пучки микроволнового излучения наиболее эффективно инициируются при взрыве в космосе небольшой ядерной бомбы (с эквивалентным зарядом не менее 1000 т ТНТ). Для поражения атакующей ракеты микроволны, излучаемые взрывным объемом, следует сначала канализировать, т.е. собрать в более или менее направленный пучок, который затем необходимо сфокусировать. Такие микроволновые лазерные пучки, вероятно, станут ядерным оружием третьего поколения. В отличие от ядерных устройств первого (атомная бомба) и второго (водородная бомба) поколений, беспорядочно рассеивавших энергию взрыва во всех направлениях, ядерное оружие третьего поколения будет оружием направленного действия. См. ЯДЕРНОЕ ОРУЖИЕ; ВОДОРОДНАЯ БОМБА.
Однако проблемой ядерного орудия в космосе является его уязвимость. Размещение оружия в космосе запрещено Договором 1967, да и геостационарный спутник с ядерным оружием на борту можно легко сбить.
При наземном базировании ядерного взрывного устройства пучок разрушающего излучения сначала придется направлять вверх в космос, а затем отражать вниз – на атакующую ракету противника. Для этого потребуются зеркальные отражатели диаметром 10–15 м, расположенные на геостационарной орбите высотой ок. 36 км над поверхностью Земли. При распространении пучка по столь протяженной трассе в атмосфере возникнут искажения его характеристик. Более того, размещение в космосе таких отражателей, являющихся составной частью системы оружия, будет рассматриваться как незаконная деятельность.
Итак, наиболее практичной системой представляется та, у которой основной комплекс оружия будет размещаться скорее на земле, нежели в космосе. Источником необходимой ей огромной энергии может служить, по-видимому, ядерный взрыв, а поражающим механизмом – микроволновое излучение, гамма-лучи или нейтроны высоких энергий. Могут быть использованы и осколки взрыва ядерного оружия типа дробинок, выстреливаемые электромагнитными пушками, тоже наземного базирования. Применение мощных пучков, радикально меняющее расстановку сил, предполагает наличие зеркал или иных отражателей. Можно расположить это оружие в таком месте земной поверхности (и лишь частично в космосе), что концентрированный лазерный пучок обеспечит ударную мощь, достаточную для уничтожения ракеты на ее активном участке. Однако простыми и дешевыми контрмерами можно свести к нулю разрушительную способность такого оружия: например, снабдить корпус ракеты покрытием, отражающим излучение атакующего пучка, либо применить вращение ракеты вокруг ее продольной оси, чтобы пучок не воздействовал длительно на одно и то же место конструкции, и таким образом минимизировать его разрушительную мощь.
Сложной проблемой будет и управление системой вооружений звездных войн. Для этого понадобится много мощных компьютеров и сложнейшие программы – ведь в течение считанных минут они должны определять траектории ракет, места целей и направлять туда различные боевые средства, а расположенные в космосе отражатели ориентировать так, чтобы поражающие пучки попадали в самые уязвимые места ракет. Эти программы нельзя будет ни проверить, ни отладить в каких-либо условиях, кроме самих боевых действий.
Кроме политических осложнений, концепция звездных войн порождает и другие, еще более сложные проблемы. Если оружие звездных войн и затрудняет нападение МБР, то ведь существуют и иные способы доставки ядерных боеголовок на вражескую территорию. Боеголовки можно транспортировать крылатыми ракетами, не выходящими в космос. Эти ракеты могут стартовать с подводных лодок или с самолетов и лететь по низкой небаллистической траектории. Малогабаритные, но очень мощные ядерные бомбы могут доставляться на вражескую территорию низколетящими самолетами, сверхмалыми подводными лодками и даже отдельными диверсантами. Иными словами, результатом развития концепции звездных войн могут оказаться перемещения стартовых позиций средств доставки боеголовок ближе к целям, чтобы эти боеголовки нельзя было перехватить.
Итак, размещение пучкового оружия в космосе или на земле приводит к еще более нестабильной стратегической ситуации, чем прежде. В связи с этим возникает вопрос: для чего же вводилась программа СОИ – для обороны от ядерных ракет, разработки ядерного оружия третьего поколения или для какой-то иной цели? Оружию на мощных пучках присущи следующие преимущества по сравнению с атомной и водородной бомбами: 1) оно не порождает радиоактивности, гибельной для обеих воющих сторон; 2) его применение не приводит к «ядерной зиме»; 3) вызываемые им разрушения строго локализованы; 4) у атакуемой стороны имеется всего несколько десятков секунд на ответный удар. Возможность внезапной сокрушительной атаки пучковым оружием делает весьма привлекательной разработку такого оружия для нанесения первого удара.
Распад Советского Союза в конце 1991 лишил программу звездных войн ее главного стимула – необходимости создания системы обороны от советского ракетного удара. Тем не менее США продолжают исследования и разработки в этом направлении, объясняя это тем, что строится система защиты США, их вооруженных сил, размещенных в разных частях света, и союзников от «внезапного ограниченного удара МБР, не санкционированного властями». В новом подходе, именуемом «Глобальной защитой от ограниченных ударов», предусматривается размещение на земле и в космосе чувствительных систем оповещения и ракет перехвата. Продолжаются и исследования в области пучкового оружия.

ЛИТЕРАТУРА
Арбатов А.Г. и др. Космическое оружие: дилемма безопасности. М., 1986
Афанасьев И. Неизвестные корабли. М., 1990
Государственный космический научно-производственный центр им. М.В.Хруничева: 80 лет. М., 1996

* ЗАКАЗАТЬ АВТОРСКИЙ РЕФЕРАТ, КУРСОВУЮ ИЛИ ДИПЛОМ*

тел. 728 - 3241

ЗАКАЗАТЬ РЕФЕРАТ

ЗАКАЗАТЬ КУРСОВУЮ

ЗАКАЗАТЬ ДИПЛОМ

Новости образования

Все о ЕГЭ

Учебная литература on-line

Статьи о рефератах

Образовательный софт