Астрономия на аэростатах, или, как ее называют ученые, баллонная астрономия, очень молода: ей всего около двадцати лет. Но уже не раз поднимались в небо стратостаты с телескопами и другими астрономическими приборами. Они принесли науке много ценнейших сведений, не раз оказывались в роли первооткрывателей в астрономии. В этой древней науке в последние годы сделаны открытия, которые по праву называют революцией в астрономии. Большую роль в ней сыграли стратостаты-астрономы.
Уникальный полет стратостата с автоматической астрономической станцией, созданной Пулковской обсерваторией, был совершен в 1967 году. Шар был наполнен гелием, объем оболочки превышал сто тысяч кубических метров. Вес станции, невиданной по размерам и универсальности научного оснащения, превышал семь тонн. Каких только приборов не было на станции — главный телескоп с зеркалом диаметром один метр, фотокамеры, снимающие отдельные участки солнечной поверхности, и еще многое другое. Специальные телевизионные камеры передавали на Землю видимые в телескоп изображения Солнца, что позволяло астрономам с Земли точно наводить телескоп на нужные участки солнечной поверхности. После полета на высоте около двадцати километров станция отделилась от шара и на парашюте мягко опустилась на Землю, доставив в сохранности всю аппаратуру и уникальные фотоснимки.
Подобные полеты советских стратостатов — астрономических обсерваторий — повторялись потом не раз с использованием все более совершенной научной аппаратуры. И каждый полет приносил науке бесценные, сведения.
Запускались автоматические шары-астрономы и в США. Там они получили название «Стратоскопы». В 1971 году с помощью такого «астронома» были получены фотографии планеты Уран, позволившие установить состав ее атмосферы.
Назвать даже главные исследования баллонной астрономии невозможно, столь они обширны и разносторонни. Ученые считают, что перед ней раскрывается огромное поле деятельности на многие десятки лет.
Четыре года длилось совместное советско-французское исследование магнитного поля Земли и околоземного космического пространства по программе «Омега» с помощью стратостатов, поднимавшихся на высоту до сорока километров. Особенность исследования требовала одновременного запуска стратостатов из района Архангельска и французского острова Каргелен в Индийском океане. Эти районы — своеобразные побратимы, их соединяет одна и та же невидимая силовая линия земного магнитного поля.
Большие успехи достигнуты новой наукой — рентгеновской астрономией — с помощью стратостатов. Так называемые рентгеновские телескопы улавливают на большой высоте невидимые рентгеновы лучи, испускаемые различными космическими источниками и полностью поглощаемые атмосферой, — поверхности Земли они не достигают. Между тем они многое могут рассказать о природе небесных тел. С помощью стратостатов, поднимавшихся до высот почти пятидесяти километров, открыты неизвестные ранее и очень интересные космические источники рентгеновского излучения, в том числе переменного, пульсирующего с большой точностью, как маятник неведомых часов. Никто и не догадывался о существовании подобных, как их называют ученые, рентгеновских пульсаров, представляющих собой удивительные звезды[О пульсарах, рентгеновской астрономии и необычных небесных телах можно прочесть, в частности в книге К. Гильзина «В необыкновенном мире». М., «Детская литература», 1974.].
Очень интересны исследования с помощью стратостатов космических лучей — частиц вещества, мчащихся с невероятно большой скоростью и пока еще не известно, как и где ее приобретающих. Поверхности Земли достигают лишь осколки, брызги микрокатастроф, происходящих при столкновении космических лучей с атомами воздуха в верхних слоях атмосферы — сами первичные, как их называют, космические частицы при этом гибнут. Между тем их изучение исключительно важно для науки, они могут раскрыть многие еще не разгаданные тайны космоса.
Одна из тайн связана, в частности, с ведущимися наукой поисками так называемого антивещества во Вселенной, являющегося как бы зеркальной копией обычного вещества. Оно состоит не из обычных элементарных частиц, а из античастиц — не отрицательных, а положительных электронов (их называют позитронами), не протонов, а антипротонов. В лаборатории ученые уже научились получать микродозы антивещества, но сколько его во Вселенной? Существуют ли целые антимиры?
Чтобы найти ответ на эти жгучие научные вопросы, в стратосферу поднимаются высотные шары с приборами. Советские ученые создали, в частности, прибор для поисков антивещества в космосе.
Прибор подняли в стратосферу на высоту более тридцати километров на стратостате, дрейфовавшем там более двадцати часов. Антипротоны найдены, но пока их мало для того, чтобы судить о наличии антимиров в нашей Галактике. Ну что ж, гигантский стратостат готов к новым стартам.
Впервые с помощью стратостатов ученые обнаружили в составе космических лучей очень тяжелые частицы, подобные ядру атома урана, самому тяжелому природному атомному ядру.
Космические лучи весьма интересуют науку еще и потому, что служат своеобразным конкурентом синхрофазотронам, циклотронам и другим ускорителям элементарных частиц, стоящим ныне на вооружении физики высоких энергий. Ускорители представляют собой обычно гигантские и дорогостоящие сооружения, они являются в этом смысле, пожалуй, рекордсменами и не имеют себе равных в современной экспериментальной технике. Это действительно чудо века. И нужны многокилометровые, циклопические сооружения лишь для того, чтобы в них разгонять до чудовищно больших скоростей ничтожно малые частички вещества, которые и увидеть-то нельзя никаким способом.
Какова ирония природы — чем меньше размеры изучаемых частиц, тем больше необходимые размеры «полигона» для их изучения! И все потому, что проникновение в глубины вещества, в самые сокровенные тайны его строения, неизбежно требует огромных энергий, тем больших, чем меньше интересующие ученых размеры крупинок вещества. Природа как бы позаботилась о сохранении своих тайн, окружив их высоченным энергетическим барьером.
Но природа «подумала» и о помощи людям в преодолении ее же барьера. В изученных пока еще не до конца существующих где-то во Вселенной природных «ускорителях» (загадку подобных ускорителей помогают разгадать, в частности, воздушные шары) элементарные частицы разгоняются до колоссальных, околосветовых скоростей, образуя космические лучи. Иной раз их энергия во многие миллиарды раз больше, чем в наиболее мощных ускорителях.
Микроснарядики-частицы, разгоняемые в лабораторном ускорителе, направляют на специальные мишени, и ученые изучают процессы, происходящие при столкновениях, когда одни частицы гибнут, а другие нарождаются. Если вынести мишени за пределы плотной земной атмосферы, то роль бомбардирующих их стремительных микроснарядиков с успехом могут выполнять космические лучи.
И вот аэростаты уносят в небо подвешенные под ними мишени в виде фотопластинок с толстым слоем эмульсии, в котором быстролетящие частицы оставляют свои следы-треки. Эти мишени, возвращенные на Землю с борта исследовательского искусственного спутника, содержат ценную научную информацию: ведь спутник движется вообще вне атмосферы. Когда после четырех суток полета по орбите спутника «Интеркосмос-6», запущенного по программе научного сотрудничества социалистических стран в апреле 1972 года, драгоценный контейнер со специальным фотоэмульсионным блоком был успешно возвращен на Землю, то объем полученной учеными научной информации был исключительно большим.
Но хоть стратостаты и не покидают атмосферу, которая, естественно, несколько ухудшает условия эксперимента, зато их запуск куда проще и дешевле, чем спутника. Наука успешно использует разные средства для решения одной и той же задачи. И как характерно для современной науки, что две столь, кажется, отдаленные ее области, как астрономия, изучающая мир колоссальных пространств, и физика элементарных частиц, интересующаяся пространством исчезающе малым, оказываются в действительности союзниками, находящимися на одном и том же участке научного фронта.
У нас в стране работы по аэростатам начались вскоре после Великой Октябрьской революции. По указанию В. И. Ленина уже в декабре 1917 года была образована Всероссийская коллегия по управлению воздушным флотом, которая занималась и аэростатами. В июле 1920 года прямо с Красной площади в Москве, где проходила многотысячная демонстрация московских рабочих, под звуки «Интернационала», под гром орудийного салюта торжественно стартовал в полет первый советский воздушный шар «III Интернационал».
А в дни празднования пятой годовщины Октября, 8 ноября 1922 года, из Кунцева, ныне городского района Москвы, аэростат «Красная Москва» отправился в полет, ставший уже сотым по счету! Он завершился через 22 часа 10 минут в Карелии, недалеко от Полярного круга, и оказался рекордным по дальности (1273 километра), высоте (5330 метров) и продолжительности — за рубежом так еще не летали. Молодая советская аэронавтика заявила о себе в полный голос. С тех пор аэростаты стартовали с советской земли бесчисленное множество раз.
Было время, когда воздушные шары исправно служили… почтальонами. Когда Париж был осажден прусскими войсками в 1870 году, и потом, в бессмертные дни Парижской коммуны 1871 года, почта из осажденного города доставлялась с помощью воздушных шаров. Летают почтовые аэростаты иногда и в наше время, но, главным образом, во время различных выставок. Полеты шаров с почтой производились, например, на Международной выставке авиапочтовых марок в Будапеште. Рейсы были недалекими — из городского парка в окрестности столицы. Главное заключалось в другом — побывавшие на шаре марки гасились, к радости филателистов, специальным почтовым штемпелем «Баллонная почта».
Не потеряли полностью своего значения воздушные шары-путешественники. В свое время они были едва ли не единственным средством достижения глубин Африки, полярных районов и других труднодоступных мест на земном шаре. Помните знаменитый роман Жюля Верна «Пять недель на воздушном шаре»? Это был первый из прославившей писателя серии романов «Необыкновенные путешествия», и он сразу принес ему славу. Воздушный шар «Виктория» с тремя пассажирами пересек едва ли не всю Африку.
Через сто с лишним лет после появления романа Жюля Верна, в 1973 году, три англичанина на двух монгольфьерах сделали попытку пересечь Сахару, но за месяц полета, после трех с половиной тысяч километров пути, было израсходовано все топливо, и полет закончился досрочно. В 1970 году была попытка трех смельчаков пересечь на воздушном шаре Атлантический океан из США во Францию. Увы, их полет закончился не так удачно: пролетев примерно восемьсот километров, шар упал в воду.
Столь же неудачными были и следующие попытки. Пока океан не покоряется..
Когда-то воздушным шарам прочили большое будущее. Эдгар По описывал фантастические шары-гиганты на двести пассажиров. К середине прошлого века мода на воздушные шары захлестнула Европу. К чему только не предлагали тогда приспособить воздушные шары! И в шутку и всерьез. Время внесло свои поправки.
«Слон на веревочке» и «лифт в космос»
Едва ли не первое практическое применение воздушных шаров носило военный характер. В войнах конца XVIII века французские войска применили привязные воздушные шары для разведки расположения противника. Для подобных же целей они применялись и позднее, вплоть до минувшей мировой войны. В газетах военного времени часто сообщалось о подвигах героев-разведчиков и корректировщиков артиллерийского огня с привязных аэростатов наблюдения.
В памяти людей старшего поколения не изгладится картина ночного московского неба с сотнями смутно виднеющихся аэростатов заграждения — «колбас», как их тогда называли за форму. А днем эти гигантские «колбасы» по пустынным улицам Москвы водили, как слонов на веревочке, девушки — воины противовоздушной обороны. Эти «слоны-колбасы» днем мирно паслись за веревочной загородкой на многих площадях Москвы, даже в самом центре, на площади Свердлова, а вечером их поднимали на высоту четырех-пяти километров на стальных тросах.
Но не для войны рождены аэростаты, в том числе и привязные. У них немало дел на мирной земле.
Так уж складывается иногда судьба людей, что суждено им свершить, казалось, самое несбыточное. Когда совсем еще молоденький капитан Виктор Пикалкин предложил генералу разведывать и сообщать по рации с привязного аэростата, где расположены артиллерийские батареи и танковые колонны гитлеровцев, то к его предложению отнеслись недоверчиво. Но за три дня он обнаружил восемнадцать важных целей и только с помощью истребителей врагу, ошеломленному дерзостью советского разведчика, удалось сбить аэростат. Капитан благополучно приземлился на парашюте.
Не раз аэростаты играли роль корректировщиков: артиллерийский огонь по рейхстагу тоже корректировался с аэростата.
— Именно в те грозные дни, — говорит декан факультета Московского лесотехнического института доцент Виктор Михайлович Пикалкин, — зародилась у меня идея создания установки, которая теперь признана изобретением.
Установка предназначена для мирного дела — трелевки леса, то есть транспортировки срубленных на лесозаготовках деревьев к дорогам. Испытания установки проходили в 1970 году не случайно на Кавказе — почти треть лесов нашей страны находится в горных районах, где вести лесозаготовки трудно. После того как могучие деревья срублены, их тащат сотни метров с помощью тяжелых тракторов-трелевщиков по горному бездорожью. При испытаниях роль трактора легко выполнил… аэростат. Он завис над лесом, лесорубы зацепили срубленные деревья тросами, спущенными с аэростата, и он, как мощный кран, подтащил их к лесовозу на дороге. Вместо нескольких тяжелых часов — считанные минуты. Без повреждения леса и почвенного покрова. Гораздо дешевле. И главное, в недоступном районе.
Но почему только лес? У крана-аэростата широкое поле применения. У нас в стране аэростат с блеском решил сложную задачу установки крыши на высоченной заводской трубе.
Один советский школьник предложил электрический трактор с питанием через аэростат, а московский инженер — аэростатическую дождевальную машину, буксируемую трактором. Примеров много.
Интересно использовали привязной аэростат горняки Криворожья — они укрепили под ним мощные электрические лампы и подняли аэростат на высоту двести метров. В карьере, где добывается руда, ночью стало светло, можно было даже читать газету.
Помогают привязные аэростаты и науке. Известный французский океанограф Жак Кусто для изучения жизни китов стрелял в них маленькими гарпунами, прикрепленными длинным, в полтора километра, тросом к плавучему бую на поверхности океана. Чтобы не потерять буй из виду, к нему привязывали небольшой воздушный шар, за которым удобно следить с помощью радиолокатора. Так удалось изучить подводные перемещения китов и способы их выхода на поверхность. Когда советские ученые приняли участие в проведении международного «тропического эксперимента» в Атлантике, то наряду с искусственными спутниками «Метеор» были использованы и научно-исследовательские корабли, с которых, помимо прочего, запускали привязные аэростаты для изучения приводного слоя атмосферы.
Еще два примера службы аэростатов науке относятся к очень тонким и важным научным экспериментам, они приводятся для читателей — любителей физики. Может быть, в будущем они посвятят себя этим проблемам.
Первый пример связан с изучением взрыва — грозного явления, полезно служащего человеку, но иной раз выходящего из-под контроля. Изучать взрыв сложно: он протекает в ничтожные мгновения, с огромной скоростью, воспроизвести мощный взрыв в лаборатории нельзя.