Вот такой полет по кругу со скоростью не менее 7,9 км/с и называется космическим орбитальным полетом, а сама скорость – первой космической. Траектория движения тела называется орбитой. Причем направление движения спутника и направление скорости должно проходить по касательной к поверхности Земли. В истории космонавтики несколько раз не получалось разогнать ракеты в нужном направлении с достаточной скоростью. Тогда одна за одной шли ошибки, и исправлять их не было возможности, поскольку посадки производилась в незапланированных местах.
В 1960 году после Белки и Стрелки ученые собирались запустить на орбиту еще двух собак – Жульку и Жемчужину. Однако на последнем этапе разгона ракеты-носителя «Восток» из-за поломки двигателя третей ступени корабль отклонился от курса и полетел не вбок, а вверх. Он достиг высоты в 214 км и оказался за пределами плотной атмосферы. Но скорость была задана не в том направлении, и стало ясно, что корабль с собаками на орбиту не выйдет и очень скоро упадет на Землю. Аварийная система включила отделение спускаемого аппарата для безопасного приземления животных. В программу спуска входило падение на парашюте в герметичном отсеке корабля, а затем на высоте в 7 км – катапультирование отдельных, уже негерметичных, контейнеров. Посадка произошла в густой тайге на крайнем севере. В тот день на улице температура была –40 °C. Поиск собак из-за сложных условий затянулся на двое суток, и с четвероногими уже попрощались. Привязанные к контейнерам собаки не смогли бы куда-то убежать, а в неотапливаемом контейнере при такой температуре шансов выжить у них не было. Но на третий день, как это ни удивительно, собак нашли живыми. Оказалось, произошла еще одна ошибка. И очень кстати. Не сработала катапульта, и собаки остались в герметичном спускаемом аппарате, куда не проходил холодный воздух.
Меньше повезло макаке Скэтбэк. В 1961 году в США проводился испытательный старт ракеты-носителя «Атлас-Е» с обезьяной в катапультируемом контейнере. Главная цель полета состояла в испытании системы аварийного спасения. На этот раз пуск был удачным, но ошибка закралась в направлении срабатывания катапульты. Капсула с макакой приводнилась где-то в Тихом океане. В предполагаемом месте посадки Скэтбэка так и не нашли. Вероятно, контейнер вместе с обезьяной утонул.
Другой случай произошел с космонавтами Василем Лазаревым и Олегом Макаровым. В процессе старта ракеты-носителя «Союз» возникла аварийная ситуация. (Подробнее о причинах будет рассказано в главе «Равновесие».) Курс сильно изменился, и система аварийного спасения вовремя дала команду на отделение спускаемого аппарата. Техника не подвела, и посадка произошла в горах на границе с Китаем. Выйдя наружу, Лазарев и Макаров прежде всего развели костер, но не потому, что они замерзли. Космонавты решили, что горизонтальная скорость ракеты-носителя была уже велика и из-за этого они улетели в другую страну. По инструкции, если приземление космического корабля будет не на территории СССР, то следует ради сохранения государственной тайны сжечь всю имеющуюся документацию.
Скорость 7,9 км/с – это минимальная скорость для полета по кругу у поверхности Земли. Но чем дальше мы улетаем от планеты, тем меньше сила ее притяжения. Разумеется, и тем меньше нужна скорость, чтобы вращаться вокруг Земли в отдалении от нее. Чтобы улететь от Земли, сначала нужно выйти на минимальную орбиту, а только потом перелетать еще дальше. Затем добавить скорости, чтобы выйти на эллиптическую орбиту, причем такую, чтобы она пересекалась и с первой низкой, и со второй, более далекой круговой орбитой. При движении ко второй орбите скорость спутника будет падать. К моменту, когда он доберется до нужной высоты по овальной траектории, его скорость будет уже нулевая, и теперь, чтобы не падать назад, нужно разогнаться еще. Вроде бы пока спутник улетал вдаль, мы все время его разгоняли, но на выходе получилась более низкая скорость. Вот такой неочевидный парадокс. Чтобы двигаться быстрее, нужно тормозить, а чтобы двигаться медленнее, нужно ускоряться. Решение этого парадокса простое. Как только мы тормозимся, гравитация нас начинает ускорять, и наоборот, мы пытаемся разогнаться, и Земля тут же стремится вернуть нас к себе.
Этот парадокс не раз приводил к ошибкам. Так, у самого первого космического аппарата, который мог маневрировать и возвращаться на Землю, возникла неожиданная проблема. Это был беспилотный прототип корабля «Восток». В разной литературе он имел название «Спутник-4» или «Корабль-спутник-1». После выполнения своей задачи аппарат включил двигатели, чтобы вернуться на Землю. Однако вместо того, чтобы затормозиться и начать падать, аппарат затормозился, но полетел на более высокую орбиту. В космосе из-за инерции ускорение и торможение – это один и тот же процесс, и только от направления работы двигателя (по ходу или против движения) зависит, что именно у нас получится.
Интересно, что через два года спутник все же упал на Землю, причем на небольшой город Манитэвак в США. Никто не пострадал, а потом на месте падения даже установили табличку, увековечившую этот космический казус.
Более известный случай произошел с первой женщиной-космонавтом Валентиной Терешковой. В полете перед ней стояла задача совершить маневры и сымитировать посадку. Однако Валентине Владимировне сделать это сразу не удалось. Позднее она рассказала, что, вероятно, система управления была неверно запрограммирована. Вместо торможения последовал разгон и перелет на орбиту еще выше. Правда, инженеры никак слова Терешковой не подтвердили и уверенно заявляли, что управление кораблем работало нормально. Кроме этой проблемы у первой женщины-космонавта были и другие трудности в полете, из-за чего она нарушила несколько инструкций. Главный конструктор С. П. Королёв даже заявил, что больше в космос женщин запускать не будет, и свое обещание сдержал – в следующий раз женщина отправилась на орбиту уже после его смерти.
Подобные ошибки в полетах допускали и американцы. Корабль «Джемини-4» с астронавтами Эдвардом Уайтом и Джеймсом МакДивиттом на борту должен был после отделения ступени ракеты-носителя «Титан» сблизиться ней. Первая часть эксперимента была выполнена. Ступень отделилась, корабль находился недалеко, и относительная скорость разлетания была небольшая. Однако астронавты к основному заданию приступили не сразу. Ступень оказалась чуть ближе к Земле, чем было запланировано, а значит, скорость стала чуть больше. За несколько минут ступень улетела вперед. Командир МакДивитт решил догнать ее, но при включении двигателя на разгон ситуация только ухудшилась. Сообразив, что делает все не так, он начал тормозить. К тому моменту корабль зашел в тень Земли, и астронавты не могли разглядеть свою цель, да еще и расход топлива был непростительно большим. В итоге это задание так и не было выполнено.
Иногда знание о силе гравитации помогает решить некоторые проблемы. Так, сила притяжения планет позволяет увеличивать скорость межпланетных аппаратов. Например, зонды «Вояджер-1» и «Вояджер-2» смогли разогнаться за счет падения на Юпитер и Сатурн так, что улетели от Солнца в межзвездную среду. Интересен случай с американо-гонконгским спутником связи AsiaSat 3. При запуске аппарата в 1997 году двигатели разгонного блока смогли вывести аппарат на эллиптическую орбиту для перехода на круговую, более удаленную от Земли. Но когда повторно потребовалось совершить для этого разгон, двигатели проработали одну секунду вместо запланированных 130. Естественно, этого было недостаточно, чтобы выйти на расчетный уровень. AsiaSat 3 отделился от неисправного разгонного блока. На спутнике были собственные двигатели, правда, с куда меньшим запасом топлива. Ученые нашли гениальное решение: спутник отправили в совершенно другую сторону – к Луне.
Естественный спутник Земли своим притяжением начал разгонять искусственный. Это помогло значительно сэкономить топливо. Хотя аппарат получил достаточную и даже бо́льшую скорость, он стал перемещаться по траектории, напоминающей восьмерку, – то вокруг Земли, то вокруг Луны, но топливо еще оставалась. В какой-то момент, когда AsiaSat 3 двигался к Земле и пролетал мимо нужной орбиты, его слегка затормозили и вывели в расчетную точку.
