Глава 1 Орбиты, инерция и гравитация
Тише едешь – дальше будешь.
В космосе нет ничего необычного. Законы природы на то и законы, что выполняются везде. Однако происходящее с космонавтом или спутником на орбите будет отличаться от того, к чему мы привыкли на Земле.
Первое – в космосе правит инерция. Тело будет двигаться с постоянной скоростью, пока на него не подействуют другие силы. На Земле этот принцип тоже работает, но мы обычно его не замечаем. Если мы что-то бросили, разогнали или сдвинули, оно будет потихоньку останавливаться, замедляться. На Земле на нас постоянно действует множество сил: трение о воздух, о землю, сила тяжести, сила реакции опоры, сила упругости и так далее. В космосе подобных явлений гораздо меньше, и поэтому инерцию прекрасно видно. Даже если совсем немного воздействовать на космонавта, например, легким касанием, он начнет двигаться и может улететь на любое расстояние, хоть на миллион, хоть на миллиард километров, пока его что-то не остановит. Причем инерция работает как снаружи, так и внутри космического корабля.
Сколько космонавты упускали предметов в космосе – не сосчитать. Началось все с обычного карандаша, которым Юрий Гагарин должен был вести записи в бортовом журнале. Первый космонавт планеты сделал вывод, что на орбите все нужно крепить. Сейчас у каждого космического приспособления есть способы фиксации – липучки, карабины, винты.
Но все еще есть трудности с крошащимися и жидкими материалами. Показательным примером стал полет американского астронавта № 6 Гордона Купера на корабле «Меркурий-Атлас-9». При попытке приготовить еду он случайно разлил бо́льшую часть отведенной на это воды. Капельки разлетелись по кораблю. Первое время все было спокойно, но через пятнадцать часов друг за другом стали отказывать приборы. Вероятно, до них постепенно добиралась вода и вызывала короткое замыкание. Сначала в невесомости сработал датчик перегрузки, затем сломался механизм охлаждения скафандра, что могло привести к перегреву астронавта, потом началась избыточная подача кислорода и рост давления, далее закоротило систему ориентации корабля. Астронавт оставался на удивление спокойным и, несмотря на реальную угрозу жизни, выполнил все предписания и вернулся на Землю. Позднее технологию подачи воды усовершенствовали: стали использовать специальные пакеты с клапанами и знаменитые тюбики. Также были добавлены насосы и сушильные системы, которые должны были собирать случайно разлетевшуюся воду.
Буквально в следующем после этого случая полете астронавты допусти похожую ошибку. На американском корабле «Джемини-3» почти сразу после старта пилот корабля Джон Янг достал провезенный контрабандой сэндвич и предложил его капитану Вирджилу Гриссому. Тот откусил кусочек, но сразу заметил, что по станции стали разлетаться крошки, которые могли попасть в приборы или в дыхательные пути. Вспомнив предыдущий полет и его проблемы, астронавты спрятали еду. Сегодня, чтобы не было крошек, хлеб пекут маленькими буханочками размером с конфетку, «на один укус». В таком виде не нужно ничего резать и откусывать, поскольку весь «батон» помещается во рту. Второй вариант – использовать лепешки вместо буханок. Они тонкие, и на срезе крошки практически не образуются. Особые неприятности возникают, когда отказывает насос ассенизационного устройства – туалета.
Космический хлеб
Были проблемы и серьезнее. В 1955 году инженеры проводили испытательные полеты баллистической геофизической ракеты Р-1Е на большую высоту. Внутри в специальном контейнере с парашютом находились тележки с собаками Лисой и Бульбой. Вскоре после старта Р-1Е сбилась с курса. Автоматически включились стабилизационные рули, которые должны были выправить траекторию движения. При этом ракета резко изменила положение, а тележки с собаками, по инерции продолжив движение, пробили корпус и вылетели из контейнера.
Р-1 – простая ракета, которая состоит из двигателя, топливных баков и контейнера с оборудованием. Предельная высота полета груза в 150 кг составляет 110–120 км, а скорость – не более 2 км/с. Для более амбициозных задач необходимо использовать дополнительные отделяемые части – ступени. Ступень – это, по сути, отдельная ракета. Когда в ней заканчивается топливо, она отделяется, а следующая начинает работу.
Нижняя ступень при этом пустая и легкая, а верхняя – тяжелая. По инерции первая может догнать вторую и протаранить ее. Нужно точно рассчитать время разъединения и мощность двигателя. Практически у каждого типа многоступенчатой ракеты на начальном этапе эксплуатации был аварийный пуск, где данный сценарий реализовывался. Ошибки могут быть разные. Так, например, при пуске американского «Авангарда» в 1958 году двигатель второй ступени включился слишком поздно, а у частного «Фалкона-1» двигатель первой ступени оказался более мощным, чем предполагалось. У российского «Союза» в 2018 году не сработала система отвода корабля в сторону и т. д.
Даже если при пуске ракеты все прошло успешно, проблемы могут возникнуть у корабля уже в космосе. В безвоздушном пространстве нет других способов затормозить, кроме как использовать двигатель. Если с ним что-то не так, проблемы обеспечены.
Первого космонавта Юрия Гагарина баллистики намечали запустить на очень низкую орбиту, туда, где есть остатки разреженной атмосферы. Если бы вдруг двигатель для посадки отказал, то за счет сопротивления корабль Гагарина мог затормозиться в течение десяти дней и вернуться на Землю сам. Однако была допущена ошибка в расчете длительности работы двигателя при взлете. Юрий Алексеевич оказался дальше от Земли, чем планировалось. На такой высоте по инерции без двигателя он пролетал бы около двух месяцев, а еды и воды у космонавта было только на десять дней. К счастью, все обошлось, двигатель сработал, и космонавт вернулся.
А вот у двух собак Пчелки и Мушки, которых отправили в полет за полгода до Гагарина, все закончилось плохо. Старт прошел успешно, но при посадке двигатель сработал чуть хуже, чем требовалось. Продолжая двигаться по инерции, корабль перелетел территорию СССР. Чтобы новейшие технологии не достались другим странам, на аппарате была предусмотрена на такой случай система самоуничтожения (автоподрыва). Она и сработала в процессе полета.
Так же перелетели за пределы нашей страны космонавты Владимир Ляхов и Абдул Ахад Моманд при попытке планового приземления на корабле «Союз ТМ-5» в 1988 году. От спускаемого аппарата корабля при подготовке к посадке был отделен бытовой отсек. Эта часть не приспособлена для возвращения на Землю, но именно там располагается всё жизненно необходимое в космическом пространстве: туалет, вода, еда, устройство стыковки и т. д. Затем включился двигатель посадки, но произошло это слишком поздно. Космонавты, увидев неладное, сразу его отключили. Теперь, чтобы приземлиться в нужном месте, требовалось прождать больше суток, пока положение корабля относительно Земли не повторится. Проблема же оказалась в том, что у космонавтов ничего не было для жизни, только воздух, но они справились, проявив хладнокровие и выдержку.
С инерцией связана и забавная история. Ее рассказал в своей книге космонавт Георгий Гречко. Этот случай больше похож на байку, но весьма познавательную. Так вот, под видом лекарства с элеутерококком на борт станции «Салют-6» в достаточно большой фляге был доставлен коньяк. Георгий Гречко и Юрий Романенко нашли его. Алкоголь в космосе строжайшим образом запрещен, так что это была контрабанда. Космонавты потихонечку стали его пить – по паре капель перед сном. Правда, употребить удалось только половину фляги. В невесомости коньяк вспенился. Вытянуть его, как сок из трубочки, уже не получалось. Космонавты вернулись на Землю, так и не опустошив сосуд до конца. На смену прибыли Ковалёнок и Иванченков. Они флягу тоже нашли, но придумали, как ее допить, чем сильно удивили предыдущий экипаж, когда рассказали, как это было сделано. Один из космонавтов медленно подлетал к краю станции, сжимая горлышко губами. Второй резко толкал его в противоположном направлении. Космонавт и фляга начинали двигаться в другую сторону, а коньяк по инерции вылетал прямо в рот. Можно уверенно сказать – инерция правит бал в космосе. Любой маневр, поворот, стыковка, любое, даже незначительное, действие требует учета инерции. Мы ее вспомним еще не раз.
Второе действующее лицо на космическом балу и главный партнер инерции – гравитация. Да, она там есть и никуда не исчезает. Часто можно услышать неверные утверждения, что орбитальные станции не подвержены влиянию гравитации. Они так далеко летают от ее источника, от Земли, что сила всемирного тяготения ослабевает и пропадает. И у этих утверждений есть даже доводы: космонавты легким движением мизинчика перемещают многотонные предметы, и к тому же сами не падают на Землю. Но в реальности гравитация есть, причем там, где летают космонавты, ее сила практически не отличается от той, что действует на людей и предметы на поверхности Земли.
Космонавты не падают из-за скорости. Вернее, они как раз падают все время, постоянно, но благодаря очень быстрому движению от Земли не приближаются к ней. Из-за инерции и многотонные грузы легко перемещаются даже от небольшого толчка. Сами предметы не падают, потому что быстро двигаются, точно так же как космонавты и космические корабли.
Важно, что космические аппараты двигаются по круговым или эллиптическим орбитам. При таком вращении гравитационные силы уравновешиваются центробежными. Если бы мы летели от Земли строго вверх (перпендикулярно) без ускорения (без включенных двигателей), то наша скорость из-за притяжения все время бы падала. Однако чем больше эта скорость была изначально, тем дальше можно было бы пролететь. Сила гравитации зависит и от расстояния. Чем дальше улетим от Земли, тем слабее нас будет притягивать (но все-таки будет). Если изначальная скорость космического объекта очень большая, то он может улететь от Земли и никогда не вернуться. Для этого нужно, чтобы сила притяжения убывала быстрее, чем уменьшалась скорость объекта. На Земле при старте с ее поверхности минимальная скорость для безвозвратного покидания равна 11,2 км/с и называется второй космической.
Первой такую скорость набрала автоматическая межпланетная станция «Луна-1», которую СССР запустил 2 января 1959 года. Ошибки в этом не было. Аппарат и планировали разогнать так, чтобы он улетел от Земли. Правда, ученым хотелось, чтобы он попал в Луну, но произошел промах, корабль улетел и не вернулся. Тут стоит вспомнить, что помимо Земли есть другие объекты с большой гравитацией: планеты, спутники, звезды. Солнце, например, притягивает куда сильнее нашей родной планеты. «Луна-1» в какой-то момент стала первым искусственным спутником Солнца. Необычной была судьба и третьей ступени ракеты-носителя «Сатурн-5». В 2002 году астрономы обнаружили неизвестный объект, который подлетал к Земле. Его приняли за астероид и даже дали ему имя J002E3. Однако анализ показал, что объект сделан из металлических сплавов и имеет гладкую, отполированную, покрытую краской поверхность. Он явно имел искусственное происхождение. Первая мысль, поразившая исследователей, – инопланетяне, но потом стало ясно, что состав краски на объекте совпадает с той, которой покрывали ракеты в США. Вычислив скорость и траекторию движения, ученые поняли, что к Земле вернулась часть носителя из американской пилотируемой лунной программы «Аполлон». В 1971 году в рамках миссии «Аполлон-12» третья ступень ракеты-носителя «Сатурн-5» разогнала корабль до второй космической скорости и отделилась за ненадобностью. Так как ее функция была выполнена, за ней никто не следил, и она улетела от Земли. Став спутником Солнца, ступень летала по орбите, расположенной близко от земной, пока в 2002 году снова не встретила нашу планету. Земля гравитацией уменьшила скорость «астероида» J002E3 и ненадолго сделала его своим спутником. Он вращался вокруг планеты, пока Солнце мощным притяжением снова не разогнало бывшую ступень и не приблизило к себе.
Орбита J002E3. NASA
В этой истории мы упомянули, что космические аппараты вращаются вокруг планеты, а не летают по прямой.
Если аппараты будут двигаться по орбите в виде круга или эллипса, то они смогут не падать на Землю, развивая так называемую первую космическую скорость.
Представим, что некое тело, например камень, летит по прямой, перпендикулярно поверхности планеты, на которой есть сквозное отверстие. У этой планеты нет атмосферы и других причин замедляться. Мы бросили камень вверх со скоростью ниже второй космической. Он будет улетать и постепенно тормозиться, пока его скорость не станет равна нулю. В какой-то момент камень остановится и, влекомый гравитацией, начнет падать. Сначала медленно, потом все быстрее и быстрее. У самой земли камень будет иметь ту же скорость, с которой мы его бросили. В реальной жизни он встретился бы в этот момент с грунтовой поверхностью и разбился, но у нас вымышленный мир с отверстием в планете, куда камень продолжит падать, двигаясь к центру. И вот он пролетел центр и за счет своей вновь набранной огромной скорости начинает от него удаляться и затем тормозиться.
Камень уже с другой стороны планеты поднимется на ту же максимальную высоту, что при подбрасывании в начале. Там его скорость снова станет равна нулю. Камень начнет опять падать и разгоняться. Он быстро пролетит центр планеты, вновь начнет от нее улетать и потом опять тормозиться. И так до бесконечности – падаем и разгоняемся, улетаем и тормозимся. А теперь будем бросать не вверх, а в сторону, параллельно горизонту.
По сути, будет происходить то же самое, только камень будет пролетать некоторое расстояние вбок. Чем сильнее мы бросаем, тем дальше предмет пролетает, пока не успевает упасть. При изначальной скорости в 7,9 км/с за время падения к центру Земли камень сможет преодолеть расстояние, равное радиусу планеты, и пролететь мимо, не врезавшись в ее поверхность. Правда, тогда Земля для камня будет с другой стороны. Он устремится к ней за счет гравитации, но пока будет лететь «вбок» к планете, успеет преодолеть еще один радиус Земли. Ведь за то время, когда он падал «вниз», успел скорость набрать, но потерял изначальную скорость «вбок». Пока второй радиус Земли преодолевается, скорость «вбок» растет, а вниз – убывает. И так по кругу. Камень постоянно падает, постоянно скорость теряет в одном направлении и увеличивает в другом, а расстояние от планеты при этом не меняется. Суммарная скорость во всех направлениях тоже не меняется.
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.
Также гравитацию сейчас используют для геологических исследований. Разные точки на Земле имеют разную гравитацию. В силу этого спутники меняют свою орбиту, пусть и ненамного. Так что космические аппараты летают не совсем по кругу или эллипсу. Когда спутник летит над залежами тяжелых пород, например металлической руды, он слегка приближается к Земле, и наоборот, когда пролетает над пустотами, удаляется от нее. Для Луны этот эффект также оказался очень заметным и важным. Советская межпланетная станция «Луна-10», первый искусственный спутник Луны, за один оборот отклонялась на полкилометра от рассчитанной траектории. Правда, эта ошибка в расчетах сильно на миссии не сказалась, а как раз позволила открыть необычную особенность – гравитационную неоднородность ночного светила. Позже регионы с повышенной или пониженной силой притяжения стали называть масконами.
Карта гравитационных аномалий Луны. NASA
Американским астронавтам миссии «Аполлон-11» этот эффект немало потрепал нервы. Знаменитый «Орел» с Нилом Армстронгом и Баззом Олдрином смог прилуниться только в 6 км от предполагаемого безопасного места посадки. Астронавты заметно отклонились от плановой траектории, да еще возникли проблемы с компьютером. Удалось сесть буквально на последних 5 % выделенного для этого топлива. Во второй миссии такой опыт учли, и точность посадки составляла уже около 160 м. Так как Луна очень неоднородна, то и впоследствии случались ошибки в расчетах, хотя инженерам была известна суть проблемы. Например, американский спутник Луны PFS-2 должен был проработать полтора года, но из-за масконов упал уже на 35-й день.
Для расчета околоземных орбит куда более важно учитывать неравномерность распределения массы не в планете, а в спутнике, как искусственном, так и естественном. С Луной, например, уже произошло следующее: она теперь повернута к нашей планете одной стороной. Правда, тут еще играют роль приливы, которые Земля вызывает у своей спутницы. Известно, что Луна образует своим притяжением водяной горб на поверхности нашей планеты. Однако приливное взаимодействие работает и в другую сторону. Гравитация Земли тоже образует на Луне горб, причем из-за большей массы и эффект сильнее. Правда, воды на естественном спутнике нет, но силы было достаточно, чтобы вытянуть всю Луну (в те времена, когда она была молодая и пластичная). Образовавшийся горб на естественном спутнике имеет свое притяжение, и на него тоже действует гравитация Земли. Из-за этой деформации Луна начала замедляться. Этот процесс шел, пока Луна не оказалась повернута одной стороной к Земле.
Такие же проблемы не раз возникали и у ракет. Так, если космический аппарат был плохо сбалансирован, то он начинал вращаться. Земля сильнее притягивала к себе его более тяжелую часть. Жидкое топливо в силу различных причин перемещалось в баке. Это приводило к потере баланса и перевороту ракеты-носителя. Так, например, было при втором пуске ракеты-носителя Р-16 в 1960 году. В результате ее вторая ступень потеряла управление и улетела в сторону Китая. Для решения подобной проблемы сейчас повсеместно применяются механические демпферы колебаний жидкости.
Нечто похожее было на орбите у первого американского спутника «Эксплорер-1». Он имел вытянутую форму, напоминающую карандаш, и был снабжен четырьмя гибкими штыревыми антеннами. Вроде никакой жидкости внутри нет и центр масс сбалансирован. Тем не менее «Эксплорер-1» начал кувыркаться. Дело в том, что антенны были гибкие, и при раскрытии они начали по инерции качаться и менять положение космического аппарата. Аналогичное явление наблюдалось в 1967 году при запуске спутника «Космос-142», у которого было пять длинных гибких антенн.
Американский исследовательский астрономический инструмент Spartan-207 представлял собой надувную антенну. Он был запущен астронавтами с борта шаттла «Индевор». Сразу после того как спутник начал автономную работу, надувная часть аппарата стала растягиваться и наполняться газом. Из-за изменения формы центр масс сместился. Началось вращение, правда, со временем гравитация его остановила. Сегодня используется специальная стабилизация с помощью силы тяжести, но только на спутниках, которые должны быть ориентированы на Землю. У них есть небольшой груз на выдвижной штанге, благодаря которому более тяжелая часть аппарата разворачивается к планете.
Если спутники и приборы всегда чувствуют гравитацию, то люди в состоянии невесомости – нет. Вес и масса – разные понятия, пусть для обычного человека на Земле они проявляются одинаково. Масса в космосе никуда не пропадает, все предметы по-прежнему притягиваются друг к другу и к Земле. Вес же – это сила, действующая на опору, а так как в космосе опор нет, то и веса нет.
Без опоры сложно понять, где вверх, а где низ, где север, а где юг. Ориентиры в космосе есть – Земля, Солнце, звезды, но они могут быть от человека с любой стороны. Что-то похожее бывает в воде. Человек может плыть и горизонтально, и вертикально. Во время попытки первой в СССР стыковки у космонавта Георгия Берегового возникла связанная с этим серьезная проблема. Ему предстояло совершить стыковку корабля «Союз-3» с беспилотным кораблем «Союз-2». Оба аппарата зашли в тень Земли, и космонавт приступил к сближению. Соединение должно осуществляться при одинаковом положении аппаратов, при котором замки механизма захвата и стягивания могли бы попасть в соответствующие пазы. У стыковочной системы есть две антенны, которые помогают определять курс и положение кораблей. Для автоматического соединения нужно, чтобы антенны одного корабля были направлены к антеннам второго. Если есть отклонения, то включаются двигатели для поворота. Георгий Береговой управлял своим «Союзом» вручную и не заметил, что его корабль перевернут относительно другого. На автоматическом «Союзе» система это заметила, но вместо того, чтобы развернуться вниз, вращаясь по ходу движения, «Союз-2» повернулся поперек. Его стыковочный механизм отвернулся от корабля Берегового. Когда же оба аппарата вышли из тени на свет, космонавт заметил свою ошибку, но было уже поздно. Топлива для маневров не осталось. После этого всем космонавтам предписано было стыковаться только на дневной, освещенной стороне орбиты.