Космонавтика возвращает долги
Космонавтика возвращает долги
«Орбита» в космосе и на Земле
Известный английский ученый и писатель-фантаст А. Кларк в 1946 году написал повесть, в которой предсказывал, что весь земной шар будет когда-нибудь охвачен радио- и телевизионной связью, которая станет своеобразной «нервной системой» планеты. Спустя двадцать дет в своей книге «Черты будущего» он с удивлением отмечал: «В то время эти прогнозы казались большинству читателей неоправданно оптимистическими, теперь же они, наоборот, свидетельствуют о моем врожденном консерватизме». По словам А. Кларка, ему «даже не пригрезилось, что первые экспериментальные спутники связи выйдут на орбиту так скоро». Между тем именно они произвели подлинный переворот в области связи.
Грядущая эта техническая победа обусловлена фактом настолько простым и очевидным, что о нем даже неудобно упоминать. Радиоволны, которые являются основным переносчиком информации, распространяются в основном прямолинейно, так же, как и свет. А Земля-то, к сожалению, круглая.
Лишь странная случайность — наличие вокруг нашей планеты отражающего радиоволны слоя, ионосферы — сделала возможной дальнюю радиосвязь. Это невидимое зеркало отражает на Землю радиоволны широковещательного и коротковолнового диапазонов, однако работает оно не очень надежно и к тому же совсем не отражает ультракороткие волны. Такие радиоволны пронзают ионосферу и уходят в космическое пространство. Поэтому их нельзя использовать для наземной связи. Для связи с другими планетами и космическими кораблями и аппаратами они, наоборот, особенно удобны и хороши.
Хуже всего такое положение сказывалось на телевидении. По техническим причинам для телевизионного вещания необходимы только очень короткие волны — те самые, что не возвращаются на Землю из ионосферы. Оказалось, что телевизионные сигналы можно прекрасно принимать на Луне, но не в соседней стране. Чтобы обслужить достаточно большую территорию, скажем, всю нашу страну, потребовалось бы строить невообразимо огромную сеть телевизионных станций, кабельных и радиорелейных линий. Кстати, вначале телевизионное вешание так и развивалось.
Еще сложнее обстояло дело с океанами: они оставались для телевидения столь же непреодолимой преградой, какой они были для человеческого голоса до изобретения радио. Для обмена телевизионными программами, например, между Европой и Америкой понадобилась бы релейная цепочка из полусотни плавучих приемно-передающих станций, поставленных на якорях поперек Атлантического океана. Мягко говоря, это не слишком целесообразное решение. Словом, радиотехнике грозил тупик во всех попытках решить проблему сверхдальней связи. Выход из него пришел вместе с запуском первого искусственного спутника Земли.
Нетрудно было догадаться, что если спутник вывести на круговую орбиту высотой около 36 тысяч километров в направлении вращения Земли над экватором, то он будет совершать за сутки один полный оборот, значит, как бы «висеть» над одной и той же точкой земной поверхности. По сути дела, такой геостационарный спутник — это невидимая телевизионная башня высотой 36 тысяч километров с радиовидимостью до 12–15 тысяч километров. Правда, одним геостационарным спутником не перекрыть территорию Советского Союза, не получится через него связи Камчатки и Чукотки с Москвой. Поэтому обратились к спутникам другого типа, которые обращаются вокруг Земли на высоких эллиптических орбитах с апогеем 40 тысяч километров и перигеем 500 километров. Наклонение плоскости их орбиты к экватору составляет 63,5 градуса, а период обращения — 12 часов. Четыре таких спутника способны обеспечить круглосуточную связь на всей территории нашей страны, включая и полярные области.
Первый из них, «Молния-1», был выведен в космос 23 апреля 1965 года. Тогда это произвело подлинную сенсацию — жители Владивостока впервые смотрели военный парад и демонстрацию на Красной площади одновременно с москвичами. Так была открыта экспериментальная линия сверхдальней телевизионной и многоканальной телефонной связи через искусственный спутник Земли.
Ежесуточно первый спутник связи совершал два оборота вокруг планеты. Апогей орбиты находился над северным полушарием, перигей — над южным. Поскольку скорость полета спутника по отношению к земной поверхности тем меньше, чем он дальше от нее, то «Молнию-1» гораздо дольше «видели» над северными странами, включая Советский Союз, то есть над территорией, где живет около 80 процентов населения Земли. На одном суточном витке спутник пролетал над СССР, на другом — над Северной Америкой. Он подолгу был виден одновременно из разных городов. Например, из Москвы и Владивостока в течение девяти часов. На подобные орбиты запускались и все последующие спутники связи серий «Молния-1», «Молния-2» и «Молния-3».
В том же, 1965 году второй спутник серии «Молния-1» позволил провести экспериментальную передачу цветного телевидения из Москвы в Париж. Сигналы передавались из Московского телецентра в подмосковный пункт космической связи по радиорелейной линии. Оттуда они попадали на «Молнию-1», где усиливались, а затем ретранслировались на французскую приемную станцию в Племер-Боду, которая была связана радиорелейной линией с Парижем.
Таким образом, уже в самом начале эксплуатации спутников серий «Молния» успешную пробу прошли все каналы радиосвязи, были решены многие сложные технические проблемы. «Молния-1» снабжалась солнечными батареями, панели которых ориентировались на Солнце, обеспечивая необходимый энергоресурс спутника. Его основной передатчик обладал мощностью 40 ватт, гораздо большей, чем у зарубежных спутников связи того времени. За счет этого удалось значительно упростить наземные приемные станции — им было достаточно антенны с параболическим зеркалом диаметром 12 метров. В то же время за рубежом вынуждены были строить более сложные наземные станции с антеннами диаметром 25–30 метров и сверхчувствительными приемными устройствами, которые охлаждались жидким гелием.
За очень короткий срок — всего за один год — в нашей стране была развернута и введена в действие космическая система связи «Орбита». Когда в канун 50-летия Великого Октября начались регулярные телепередачи, система «Орбита» насчитывала 21 наземную приемную станцию, размещенную в отдаленных районах Сибири, Крайнего Севера, Дальнего Востока, Средней Азии и Казахстана. Через десять лет число этих станций утроилось, а в конце 1976 года достигло почти семидесяти. На их сооружение ушло приблизительно сто миллионов рублей. Если бы на таких огромных территориях, которые охватила система «Орбита», пришлось строить радиорелейные приемно-передающие станции или кабельные линии, то это потребовало бы десятки лет и многомиллиардных затрат. Вот какую экономию принесли спутники связи!
Для сравнения можно привести пример с Западной Германией. Там, не имея спутников связи, возвели около 250 радиорелейных станций. Каждая из них во много раз сложнее и дороже станции «Орбита». Тем не менее далеко не все жители страны получили возможность смотреть центральные телепередачи. Всего два-три высокоорбитальных спутника смогли бы заменить все громоздкие наземные линии радиопередач.
Спутники «Молния» способны передавать программу Центрального телевидения сразу на весь Советский Союз. Но в этом мало смысла, слишком велика наша страна — 11 часовых поясов. Когда на Чукотке и Камчатке 20 часов — время для вечерних передач, на Кольском полуострове — 10 часов утра, и у телевизоров остаются в основном дети. Чтобы программа телевидения приходила в дома в удобное для всех время, пришлось организовать передачу по зонам, каждая из которых охватывает два-три часовых пояса. Это делают с помощью «Молнии-2», «Молнии-3» и геостационарных спутников «Радуга». Они значительно расширили возможности не только спутникового телевидения, но и дальней телефонно-телеграфной связи, радиовещания, фототелеграфной передачи полос центральных газет, другой информации в интересах нашего народного хозяйства и международного сотрудничества.
Сейчас все густонаселенные районы нашей страны перекрыты зонами обслуживания наземных телевизионных центров и ретрансляторов различного типа. Однако есть еще немало отдельных поселков и деревень на севере страны, в Сибири, которые оказались за пределами имеющихся телевизионных передатчиков. Не строить же станцию «Орбита» возле каждого населенного пункта, где живет всего несколько сотен человек, — это очень дорого и долго, ведь таких поселков десятки тысяч. Вот если бы установить на спутнике передатчик помощнее, да сделать так, чтобы он практически неподвижно «висел» в заданной точке неба, то на Земле можно обойтись простым приемным устройством с антенной, которая ненамного сложнее обычной коллективной.
Так и поступили. Первый подобный спутник «Экран» запустили 26 октября 1976 года на геостационарную орбиту с точкой «стояния» 99 градусов восточной долготы. Мощность бортового передатчика на этих спутниках достигает 200 ватт. Зона его действия простирается от Новосибирска до Якутска, где можно использовать весьма простые коллективные приемные устройства, которые практически не нуждаются в обслуживании. Конечно, программы Центрального телевидения, идущие через спутник «Экран», могут принимать и в городах, с тем чтобы передавать их дальше через наземные телевизионные станции. Для этого есть специальные приемные устройства более высокого класса.
Еще в 1971 году представители девяти стран социалистического содружества подписали соглашение о создании международной системы космической связи «Интерспутник». Между прочим, двери в нее открыты для любой страны. При техническом содействии Советского Союза в социалистических странах введены в строй типовые наземные станции для работы со спутниками связи. Они запускаются таким образом, чтобы в поле зрения всех станций системы «Интерспутник» постоянно находился хотя бы один космический аппарат связи.
Советский Союз взаимодействует и с американской системой спутниковой связи «Интелсат». Неподалеку от Львова построена станция, которая предназначена для работы через спутники этой системы.
В настоящее время СССР — единственная в мире страна, обладающая столь обширной сетью наземных станций космической связи. Запуски спутников «Молния», «Радуга», «Экран» стали регулярными, их число уже перевалило за седьмой десяток. Вот почему, когда при выборе столицы летних Олимпийских игр 1980 года возник вопрос, будут ли обеспечены условия для международных телевизионных и радиопередач, Москва смело дала соответствующие гарантии. Эти гарантии прочно опирались на большой опыт и мощную техническую базу, решающую роль в которой отводили средствам спутниковой связи.
Планета смотрит Олимпиаду-80
Первые телевизионные передачи с Олимпийских игр состоялись в 1956 году в Мельбурне. Их смотрели лишь телезрители столицы Австралии и ближайших к ней населенных пунктов.
На следующей Олимпиаде в Риме телевидение по радиорелейным и кабельным линиям проникло в некоторые европейские страны.
Еще через четыре года спутниковая система связи смогла показать Олимпийские игры из Токио другим континентам.
Очередная, XIX Олимпиада в Мехико, по свидетельству прессы, собрала у телевизоров 500 миллионов зрителей.
Три спутника связи передавали из Мюнхена на все континенты события XX Олимпийских игр. Число телезрителей почти удвоилось.
Монреаль, 1976 год. Телевизионные передачи шли по девяти каналам, их увидели полтора миллиарда человек. А как было организовано телевидение на Олимпиаде в Москве?
Для выхода в международную телевизионную сеть было организовано 20 каналов цветного телевидения, из них 14 проходили через космос. Если наземные средства связи передавали программы из Москвы главным образом в Европу, то по космическим мостам олимпийские репортажи доходили до всех континентов без исключения. Для этого специально построили четыре новые наземные станции. Так, станция «Владимир», на которой установили оборудование для передачи пяти телевизионных программ и антенну диаметром 12 метров, работала через советский спутник «Стационар-4» международной системы «Интерспутник». Он находится на стационарной орбите высотой около 36 тысяч километров и «висит» над Атлантическим океаном. «Стационар-4» переправлял по назначению одну программу Интервидения, одну программу ГДР и три программы Евровидения. Благодаря ему Московскую олимпиаду видели на Кубе.
Наземная станция «Дубна» была оснащена антенной диаметром 12 метров и оборудованием для работы через спутник «Стационар-5» системы «Интерспутник», который находится над Индийским океаном. Так олимпийские программы получили доступ в Монголию и другие страны Азии. Кроме того, на станции «Дубна» установили еще одну антенну диаметром 32 метра и второй комплект аппаратуры, что позволило через американский спутник «Интелсат-АО-3» вести олимпийские передачи в Канаду, США, Англию.
Телезрители Японии, Австралии и Новой Зеландии получили возможность увидеть Олимпиаду-80 через разместившийся над Индийским океаном спутник «Интелсат-ИО». Он получал программы от наземной станции «Москва». А «висящий» над Атлантическим океаном спутник «Интелсат-АО-1» создал каналы связи, по которым со станции «Львов» олимпийские телепрограммы шагнули в страны Латинской Америки.
Ну и, конечно, для трансляции Олимпийских игр на всю обширную территорию нашей страны наряду с разветвленной сетью радиорелейных и кабельных магистралей широко использовалась система спутниковой связи «Орбита». Сегодня она насчитывает свыше 85 приемных станций, расположенных на Крайнем Севере, в Сибири, на Дальнем Востоке. В населенных пунктах за Уралом и в северных районах Сибири к началу Олимпиады-80 было развернуто также около 500 установок быстроразвивающейся системы спутниковой связи «Экран».
Как видите, для обслуживания Олимпиады была создана огромная и сложная система, по существу, глобальной связи. И это стало возможным только благодаря космонавтике, ее достижениям. Разумеется, дальнейшее развитие космической связи и телевидения далеко выходит за рамки олимпийских потребностей. Ведь передаваемая через космос информация может быть любого назначения, в том числе и народнохозяйственного. Оперативный обмен потоками сообщений, их быстрая обработка с помощью ЭВМ — необходимые компоненты народного планирования и управления современным многоотраслевым хозяйством, расположенным на огромной территории нашей страны. Спутники связи становятся мощным и незаменимым средством распространения сведений не только культурно-просветительного характера, но и научного, народнохозяйственного назначения. Без этого немыслимо выполнение намеченной решениями партии программы создания Единой автоматизированной системы связи страны. Кстати, наши олимпийские новостройки связи, включая спутниковые системы, теснейшим образом увязывались с этой программой.
Не так уж трудно сегодня представить себе, как изменят нашу жизнь в обозримом будущем космические средства связи. Гигантская сеть каналов связи, подобно тонко сплетенной паутине, охватит земной шар. По этим каналам со скоростью света запульсируют телефонные, телеграфные, радио- и телевизионные сигналы. Многократно усиленные и направленные, они пересекут страны, континенты, океаны над землей, в воздухе, через спутники связи выйдут в космос. Они достигнут любой деревушки или поселка на любом континенте. Никакие расстояния на планете уже не будут помехой для передачи звука и изображения.
Теперь не только писатели-фантасты, но и инженеры-реалисты предполагают, что к началу третьего тысячелетия в системах передачи информации, кроме традиционных средств, найдут применение индивидуальные приемопередатчики. Такую миниатюрную радиоаппаратуру, которая, подобно очкам и часам, не обременяла бы человека, вполне может создать современная радиоэлектроника. Для этих аппаратов достаточно энергии, полученной преобразованием, скажем, тепла человеческого тела. Естественно, персональная аппаратура связи будет маломощной, и ее сигналы непосредственно не дойдут до спутника. Но здесь окажут помощь промежуточные земные радиостанции, которые, собрав информацию от отдельных абонентов, передадут ее на спутник связи. Иначе говоря, каждый человек будет иметь возможность как бы подключиться к «Орбите».
Вдумайтесь, что это будет означать. Настанет время, когда мы сможем связаться с любым человеком, где бы он ни находился, — достаточно будет просто набрать нужный номер. Абонент автоматически выйдет на связь независимо от того, где он: в центре большого города, посреди океана или на пути через Каракумы. Одно это изменит нашу жизнь так же сильно, как уже сделал однажды телефон.
Вот что, например, можно увидеть мысленным взором. Лекции по телевидению выйдут за рамки аудиторий, а индивидуальные приемопередатчики и ЭВМ-переводчики позволят не только слушать, но и задавать вопросы лектору. Вместе с тем отпадет необходимость ездить куда-либо для участия в конференциях и собраниях. Видеотелефонные сети позволят участвовать в них, не отходя от домашнего письменного стола.
Вся история развития техники связана со стремлением человека повысить производительность труда, преодолевая физиологические границы своих возможностей. Создав машины, он превзошел свою мускульную ограниченность. ЭВМ расширила пределы его мыслительной деятельности. Приборы, в том числе средства связи в сочетании со спутниками, позволят одолеть информационную ограниченность, то есть резко увеличить возможности познания окружающего мира.
Нельзя, ясное дело, не учитывать, что массовое распространение индивидуальных средств радио- и телевизионной связи потребует колоссального увеличения количества каналов связи. Отсюда вырастают две важнейшие проблемы: освоение новых диапазонов частот, в том числе оптического, где широко будут использоваться лазеры, и коммутации каналов, то есть соединение абонентов между собой. Оптимальное решение этих задач возможно только на основе применения спутников связи.
Конечно, сегодня еще нет видеотелефонов размерами с наручные часы, еще нет эффективной глобальной системы связи, по которой можно связаться с любым человеком на Земле. Но мысли людей устремляются в будущее. А по мнению К. Маркса, человечество ставит перед собой такие задачи, которые оно способно решить.
Спутники ведут корабли
Известно, что Колумб, следуя на запад строго по 28-й параллели, должен был выйти прямо к берегам Флориды. Однако его каравеллы пришли к одному из Багамских островов. Флотилию великого мореплавателя снесло к юго-западу, но он об этом узнать не мог — не позволил тогдашний уровень навигационного обеспечения. С тех пор моряки обзавелись точными картами, гирокомпасами, секстантами, радиосвязью, радиолокаторами. Однако подобные отклонения, как это ни парадоксально, возможны и в наши дни. Особенно в районах, где сеть береговых радионавигационных станций недостаточна, а погодные условия крайне неблагоприятны, чтобы определиться по Солнцу и звездам.
По данным статистики, ежегодно в морском флоте мира почти каждое шестое среди судов вместимостью более 500 регистровых тонн терпит аварию. Причем в половине случаев — по навигационным причинам: столкновения, посадки на мель, навалы. В результате каждый год только из-за этого гибнет 60–70 судов мирового торгового флота общим водоизмещением более миллиона тонн!
Одна из наиболее распространенных аварий — посадка на мель. Здесь особенно велик процент гибели судов. Например, за период с 1969 по 1973 год в подобную неприятность угодило 4 тысячи судов, 218 из них безвозвратно выбыли из строя. Другой вид навигационной аварии — столкновения — связан с постоянно растущей интенсивностью судоходства. Только через пролив Ла-Манш в сутки проходит 400–500 кораблей. Идут они днем и ночью, нередко в густом тумане. В таких условиях ошибка капитана чревата серьезными последствиями. Недаром три четверти всех навигационных аварий происходит вблизи берегов, или, как говорят моряки, в узкостях и на подходах к портам.
Хотя технические средства кораблевождения непрерывно совершенствуются, качество навигационного обеспечения судоходства во многих районах земного шара все еще отстает от сегодняшних требований. А ведь ошибки на морских дорогах теперь несут с собой огромную опасность не только для судна и его экипажа, но часто и для окружающей среды, животного мира морей и океанов. Нефть, вылившаяся из чрева гигантских супертанкеров, порой на многие километры покрывает побережье, вызывает гибель тысяч морских животных и птиц… Не так уж редко приходится узнавать о подобных катастрофах из сообщений газет или радио, видеть по телевидению.
Вот почему специалисты разных стран обратились за помощью к космонавтике. Созданные и уже вступившие в эксплуатацию спутниковые навигационные системы оказались способными свести ошибки в определении места до ничтожно малых величин. С помощью аппаратуры, установленной на советских лайнерах «Михаил Лермонтов», «Александр Пушкин», «Одесса» и других, совершающих рейсы из Ленинграда к берегам Северной Америки, погрешность в проведении обсерваций не превышает 400 метров. Словом, высокая точность «космического кораблевождения» все больше привлекает морских штурманов последней четверти нашего столетия.
Суть метода определения места по сигналам из космоса вкратце такова. Скажем, шесть спутников, запущенных на высоту около тысячи километров, вращаются по орбитам. Они образуют как бы неподвижную сферическую «птичью клетку», внутри которой вокруг своей оси поворачивается Земля. Каждая точка на поверхности планеты проходит под каждой из шести орбит на расстоянии, позволяющем определить положение объекта примерно два раза в сутки. Судовые приборы настроены на прием сигналов со спутника, непрерывно передающего сведения о своем положении по отношению к Земле. Сделав ряд измерений, ЭВМ выдает на световое табло или ленту телетайпа данные о широте и долготе корабля, его курсе и скорости, отмечает время измерений. Определять место нахождения можно независимо от условий погоды каждые два часа у экватора и через 30–45 минут в умеренных широтах. При этом никаких таблиц не нужно.
«Космическими навигаторами» оснащается сейчас все больше советских судов морского плавания. Использование спутниковой системы дает возможность выбирать оптимальный курс и, значит, снижать потери ходового времени, повышать производительность судна. Подсчеты зарубежных специалистов показали, что расстояние, пройденное в рейсе, за счет точного судовождения сокращается на один процент. А это дает экономию топлива в два-три процента.
Огромные перспективы открывает также использование спутников для связи между судами и судов с берегом. Дело в том, что в перенасыщенном коротковолновом диапазоне связь на 93 процента ведется в радиотелеграфном режиме и лишь на семь процентов — в радиотелефонном. К тому же перерывы в связи в некоторых районах земного шара достигают порой суток. Все это сильно затрудняет работу эксплуатационной, аварийной, диспетчерской и других служб.
Космонавтика, судоходство, связь — в этих понятиях переплетаются сегодня не только вопросы безопасности мореплавания, охраны человеческих жизней в безбрежных просторах Мирового океана, но и повышение экономической эффективности работы торгового флота. Яркий тому пример — событие, происшедшее в августе 1977 года, когда впервые в истории советский атомный ледокол «Арктика» достиг в надводном плавании Северного полюса. Успех этого сложного арктического похода стал возможен потому, что наши мореплаватели располагали большим опытом освоения Севера, мощным кораблем и совершенными техническими средствами судовождения и связи, включающими в себя новейшую спутниковую аппаратуру.
Выбор наивыгоднейшего пути в арктическом плавании зависит прежде всего от качества ледовой разведки на маршруте. До сих пор ее вели с помощью самолетов и вертолетов. Теперь же им в помощь пришли спутники, которые несколько раз в сутки передавали из космоса информацию о ледовой обстановке на трассе перехода. Контроль за движением ледокола в малоизученных районах Северного Ледовитого океана тоже не обошелся без спутниковой навигационной системы. Капитан «Арктики» постоянно имел данные о местоположении ледокола и уверенно обходил опасные мелководные участки акватории.
Спутник, излучающий радиосигналы, стал удобным ориентиром, круглосуточным маяком для судов и самолетов. Теперь уже моряки и летчики, вычисляя с его помощью свое местоположение, убеждаются, что космическая техника верно служит совсем «не космическим» отраслям народного хозяйства.
Какая завтра погода?
Пожалуй, нет человека, который не задавался бы этим вопросом. С незапамятных времен пытались люди разгадать переменчивый нрав земной атмосферы, подобрать ключи к поведению погоды, научиться ее предсказывать. И все же, как ни обширна сегодня сеть метеостанций, как ни многочислен и разнообразен арсенал точнейших приборов и методов, как ни богат опыт многолетних наблюдений, ошибки в прогнозах, увы, случаются не так уж редко. Между тем, если уверенно предсказывать погоду в масштабе планеты на пять суток вперед, то удалось бы избежать многих бед и несчастий, наиболее эффективно вести сельскохозяйственные работы, во многом облегчить работу моряков и авиаторов. По подсчетам специалистов, человечество только за счет этого могло бы сэкономить не менее 5 миллиардов долларов в год.
Ежедневные изменения погоды зависят от развития и движения атмосферных возмущений — волн и вихрей. Их горизонтальные размеры очень велики: от 500 до 5 тысяч километров. К тому же за сутки эти возмущения ухитряются преодолеть расстояние в сотни и даже тысячи километров. Чтобы уследить за ними, нужно наблюдать за состоянием атмосферы на площади примерно 7–8 тысяч квадратных километров. Прогноз на 3–5 суток требует информации по меньшей мере с целого полушария Земли, а более длительный невозможен без сведений глобального характера. Откуда взять такую информацию, когда огромные пространства Мирового океана и суши малодоступны для метеорологов? Более или менее удовлетворительная сеть станций наземных метеорологических наблюдений существует в Европе, Северной Америке и частично в Азии. Что же касается всего южного полушария, тропических широт, океанов в северном полушарии, то в этих районах трудно даже приблизительно представить себе состояние атмосферы. Можно понять, с какими радужными надеждами и энтузиазмом восприняли метеорологи весть о запуске первого искусственного спутника Земли.
Очень скоро автоматические разведчики космоса принесли первые неожиданности. Оказалось, что атмосфера простирается на значительно большую высоту, чем предполагали ученые. Ее обнаружили на удалении нескольких тысяч километров от Земли, тогда как прежде считалось, что толщина атмосферы не превосходит сотни километров. Летом 1966 года многие газеты и журналы мира обошел снимок мощного циклона, разыгравшегося в Атлантическом океане вблизи острова Ньюфаундленд. Диаметр косматого вихря, образованного спиралевидными облаками, достигал двух тысяч километров. Этот снимок был сделан с борта советского спутника «Космос-122». Некоторое время спустя «Космос-144» обнаружил, что океан очистился ото льда на всем протяжении от острова Врангеля до Берингова пролива. В итоге навигацию по Северному морскому пути начали на месяц раньше обычного срока.
Надежды метеорологов оправдались. Они поняли: настало время вплотную заняться созданием спутниковой системы метеорологических наблюдений. Сначала в состав системы, получившей название «Метеор», вошли два спутника, потом три, одновременно находящихся в полете на разных орбитах. По сей день система «Метеор» регулярно подновляется: на смену выработавшему свой срок аппарату отправляется на орбиту новый. Уже запущено более тридцати «Метеоров». С их помощью зарегистрированы тысячи циклонов, уточнено положение десятков тысяч атмосферных фронтов. Они позволили успешно выбирать оптимальные маршруты для судов, бороздящих океаны. В результате удалось сократить в среднем на пять-семь процентов ходовое время. Это принесло значительный экономический эффект, не говоря уже о том, что уберегло многие суда от встреч с разбушевавшейся стихией. Кстати, по данным ЮНЕСКО, ежегодно спутники спасают от катастроф в океанах около 400 кораблей. Если же оценить выигрыш от своевременного оповещения людей с помощью спутников о тайфунах, штормах, наводнениях и других буйствах погоды, то сейчас только в нашей стране он составляет не менее полумиллиарда рублей в год.
Примеры такого рода можно без труда продолжать. Но дело даже не в этих, так сказать, сиюминутных выгодах. Многолетняя эксплуатация метеорологических спутников необычайно обогатила фундаментальные знания об атмосфере, о характере погодообразующих процессов в ней. Прежде всего снимки, регулярно получаемые из космоса, принесли незаменимые сведения о строении облачных систем, об особенностях их изменений, об их связи с теплыми и холодными фронтами, с циклонами и антициклонами, с тропическими ураганами.
…Они бегут, проплывают над нами — кучевые, грозовые, перистые, слоистые — всем привычные, обычные облака. Изредка мы любуемся их фантастической игрой в небе или разглядываем серую пелену, пытаясь найти хотя бы маленький просвет: не улучшится ли завтра погода? На подробные «предсказания погоды» отваживаются многие, но угадывают не чаще, чем ошибаются. Иной раз невзрачное облачко, на которое и внимания-то не обратишь, оказывается вдруг началом бури или урагана, а грозная, черно-синяя гряда клубящихся туч так и проходит стороной, не уронив ни капли дождя. Это, конечно, крайности, но между ними лежат бесчисленные варианты, из которых метеорологам надо выбрать один, чтобы точно предсказать, какая погода будет завтра, через неделю, через месяц.
Многое здесь уже ясно, но много и неизвестного. Таков процесс познания: когда картина в общих чертах усвоена, нужно подробно изучить мельчайшие детали. Тем более что «вечные странники» играют особую роль в жизни нашей планеты. Речь идет о точности долгосрочных прогнозов, о контроле над климатом Земли.
Если не вдаваться в подробности, изменения погоды за долгий срок определяются главным образом тем, как атмосфера получает энергию из окружающей среды в течение этого времени. Источник энергии известен — Солнце. Но ведь оно посылает свои лучи каждую, скажем, весну, в общем-то одинаково. Тогда, спрашивается, почему весны бывают разными? Почему механизм передачи энергии атмосфере дает сбои и приводит год от года к столь неодинаковым результатам? Ответ пока есть один: регулятором изменения атмосферных процессов служат облака. Вот почему именно для наблюдений за ними была создана космическая метеорологическая система «Метеор».
В составе бортовой аппаратуры каждого метеоспутника — две телевизионные камеры. С высоты около 900 километров они регулярно передают на Землю снимки облачного покрова на дневной стороне планеты. Причем поступают они в режиме непосредственной передачи: изображения могут принимать наземные станции, оборудованные несложной аппаратурой и небольшой антенной. Через пять-десять минут после спутника на станции получают снимок облачного покрова и подстилающей поверхности площадью несколько миллионов квадратных километров. Съемка земной поверхности в ночное время проводится с помощью инфракрасной аппаратуры.
Однако метеорологов интересуют не только снимки с изображением облачного покрова на дневной и ночной стороне Земли. На метеоспутниках устанавливают еще и так называемые актинометрические приборы. Они регистрируют солнечную радиацию, отражаемую различными участками земной поверхности и атмосферы, их собственное тепловое излучение. Известен общий приход солнечной энергии на нашу планету, поэтому можно определить, как говорят ученые, радиационный баланс системы Земля — атмосфера. Этот баланс необходим для составления долгосрочных прогнозов погоды.
Чтобы оперативно принимать и обрабатывать сотни тысяч фотографий, которые одновременно поступают с нескольких спутников, на Земле построили специальные пункты. У нас в стране существует наземный комплекс приема, обработки и распространения метеорологической информации, действуют станции сбора сведений о погоде в разных районах страны. Они оснащены быстродействующими ЭВМ. После обработки информация поступает к потребителям в удобном для них виде. На снимки, переданные спутниками, наносится сетка географических координат. Изображения материков и облаков приведены к одному масштабу, освобождены от перспективных искажений, и потому их легко сравнивать с синоптическими картами. Между прочим, такой анализ стал ежедневным во всех современных метеоцентрах. Данные актинометрической аппаратуры представляют собой цифровые карты с сеткой координат, на которых показаны изолинии. Готовая метеоинформация используется не только у нас в стране, но и для международного обмена. На основе спутниковой информации уточняются прогнозы погоды на трое суток вперед.
…Корабль пролетал над восточным побережьем Америки. Внизу Атлантический океан. Он почти весь закрыт облаками. Странно они выглядят отсюда, из космоса. Отличаются от тех, что можно увидеть из иллюминатора воздушного лайнера, летящего на высоте 8–10 тысяч метров. Но чем? Очень хорошо заметно, что облачность неоднородная, явно прослеживается вихревая структура. От центра к периферии вытянулись спиралевидные полосы облаков. «Так это же тропический циклон, — осенило меня. — Ну конечно, в центре зияет небольшое темное пятно — так называемый „глаз бури“…»
В каждом полете космонавты видят подобную картину, а в нынешних многомесячных рейсах и не один раз. И все же проследить из космоса за возникновением и развитием хотя бы одного циклона не удавалось. Именно метеоспутники помогли ученым установить места зарождения тропических циклонов и пути их движения. Выяснилось, например: те из них, что властвуют в Индийском океане, рождаются в трех точках вблизи острова Ява. Теперь собрана и обрабатывается богатая статистика циклонов, их повадки подробно изучены. Эта регулярно получаемая со спутников информация легла в основу созданной службы оповещения о тропических циклонах. Многие ураганы были вначале обнаружены метеоспутниками и лишь потом зарегистрированы наземными станциями предупреждения. Жителям побережий сегодня заранее известно о грозящей опасности. Главное оружие слепой стихии — внезапность — перестало действовать. Этой победой мы, так сказать, обязаны целиком метеоспутникам.
Снимки с «Метеоров» зафиксировали и такое любопытное явление, как сдвоенный циклон. Это, по существу, два циклона, соединенных полосой сплошных облаков. Обнаружили метеорологи на космических снимках и сопутствующие друг другу тайфуны, разделенные почти 1000-километровым расстоянием. О возможности таких явлений в атмосфере раньше лишь предполагали теоретики. По фотографиям со спутников достоверно выяснили, что некоторые районы в Тихом и Индийском океанах, считавшиеся раньше свободными от тропических циклонов и потому безопасными для мореплавания, в действительности подвержены набегам свирепых ураганов.
Надо сказать, что большинство этих сведений имеют не просто теоретическое значение — они важны для практиков. Ведь морские суда нашей страны бороздят сейчас и те районы Мирового океана, где систематически возникают тропические циклоны и тайфуны. Чтобы обеспечить безопасность и экономическую эффективность этих рейсов, необходимо постоянно следить за атмосферными процессами, например, во всем южном полушарии. Не остаются в стороне от этих забот и космонавты, работающие на орбитальных станциях.
— Погода у нас неважная. Лето проходит, а теплых дней маловато, — посетовал как-то оператор Центра управления в разговоре с экипажем «Салюта-6». — Не вы ли там эксперименты с ней проводите?
— Честное слово, ничего с погодой не делаем, — засмеялся В. Коваленок, — только ведем наблюдения за облачностью… Вы же знаете, у метеорологов есть трудности с прогнозированием, хотим помочь им. Совсем недавно они пообещали, что в Москве будут хорошие дни. Так ведь и случилось. Наверное, мы помогли. Теперь удвоим усилия.
Станция «Салют» и спутник «Метеор» периодически одновременно пролетают над одними и теми же районами планеты и оказываются как бы на одной вертикали. Орбита метеоспутника «повыше». Вот тогда-то космонавты проводят съемку облачного покрова. Сопоставление снимков из космоса, сделанных на разных высотах, с данными, собранными метеорологами на Земле, представляют особую ценность. Они позволили расшифровывать многие сложные процессы в атмосфере, более детально оценивать синоптическую обстановку в этих районах планеты.
Космическая система «Метеор» непрерывно совершенствуется и развивается. По спутниковым данным уже научились определять вертикальный профиль температур, что особенно важно для «охвата» пустынных районов и океанских просторов. Кроме видимого света и инфракрасных лучей, начинают применять и радиоволны, которые способны дать большой объем информации практически при любой погоде. Не будет забыта, по-видимому, и лазерная локация с борта спутника, с помощью которой можно измерять ряд интересных характеристик атмосферы, например ее загрязненность.
В последние годы спутники «Метеор» стали использовать не только в метеорологических целях, но и для исследования природных ресурсов. Таков запущенный 29 июня 1977 года экспериментальный спутник «Метеор-Природа». Он впервые в нашей стране был выведен на новую, так называемую солнечно-синхронную орбиту. В отличие от своих предшественников этот спутник запущен против вращения Земли. Не вдаваясь в астрономические тонкости, отметим, что орбита позволяет ему практически постоянно находиться над освещенной частью Земли. Мало того, над одной и той же географической точкой «Метеор-Природа» каждые сутки появляется приблизительно в одинаковое время. Какие это дает преимущества? Прежде всего значительно возрастает производительность работы спутника. Уже при трехмесячном сроке активного существования она увеличивается вдвое по сравнению с прежним способом вывода в космос.
Далее. Съемка районов, расположенных на одной и той же широте, происходит в одно и то же время суток, значит, при постоянном угле возвышения Солнца над горизонтом. Таким образом, обеспечена постоянная экспозиция, стабильнее и качественнее становятся результаты съемки. А это, в свою очередь, упрощает обработку снимков, облегчает ее автоматизацию. Повторная съемка к тому же дает возможность прослеживать динамику изменений изучаемых объектов. «Метеор-Природа» присылает из космоса изображение земной поверхности в четырех участках спектра, причем в полосе шириной 1800 километров различимы детали размером от 1 километра, а в двух участках шириной 1200 километров — от 250 и 500 метров.
Данные с таких спутников обеспечивают надежную оценку состояния ледового покрова, границы снегов, интенсивность паводков крупных и средних рек, площадь затопляемых участков, очаги пожаров, состояние пастбищ. Пока работа спутника «Метеор-Природа» носит экспериментальный характер, тем не менее уже сейчас получаемая информация передается для практического использования министерствам геологии, сельского хозяйства, мелиорации и водного хозяйства, рыбного хозяйства и другим ведомствам.
Как видите, возможности спутниковых методов наблюдения далеко не исчерпаны и могут дать службе погоды значительно больше, чем сейчас. Метеорологи совместно со специалистами по космической технике намечают планы будущих систем. Они предполагают, в частности, разместить спутники и пилотируемые аппараты вокруг Земли в три этажа. На первом — высотой 200–400 километров — корабли и орбитальные станции. С них удобно следить за быстротечными метеорологическими явлениями — ураганами, пыльными и песчаными бурями, приливами, цунами, обвалами.
Второй этаж составят спутники типа «Метеор» на полярных и приполярных орбитах высотой 1000–1500 километров. Их назначение — поставлять информацию о процессах в атмосфере мелкого и среднего масштаба, но на более значительных территориях. Это необходимо для прогнозирования погоды в глобальных и локальных масштабах.
И наконец, третий этаж — метеорологические спутники на геостационарных орбитах высотой около 36 тысяч километров для непрерывного наблюдения за динамическими процессами в атмосфере. В поле зрения трех «висящих» спутников попадает большая часть земного шара. Правда, с этих аппаратов не «разглядеть» таких мелких деталей, какие удается с аппаратов первого и второго этажей, но у них свои достоинства. Одновременный обзор большого пространства обладает, как говорят метеорологи, синоптическим характером. Если снимки повторять, скажем, через каждые полчаса, то можно считать, что наблюдения идут непрерывно. Ученые получат возможность точнее предсказывать ход событий в атмосфере. И тогда метеорология приблизится к своей заветной цели — управлению погодой.
Когда-нибудь мы перейдем к активным действиям против ураганов, смерчей, тайфунов, которые ежегодно уносят тысячи жизней, уничтожают огромные материальные ценности. После того как ураган родился и двинулся к побережью, бороться с ним практически невозможно, остается лишь подготовиться к его появлению. Но из космоса можно вовремя увидеть, как рождается ураган, и если в этот момент вмешаться, воздействовать на него какими-либо средствами, скажем, химическими, то он так и не появится.
Артиллерийский обстрел туч, несущих в себе град, уже используется во многих странах. Распыление с самолета соответствующих веществ в облаке, чтобы оно пролилось дождем над горящим лесом, тоже находит применение. Конечно, это только первые шаги на пути к управлению стихией, погодой на планете. С Земли, к сожалению, многие образования в атмосфере обнаруживаются слишком поздно. Космонавты и метеоспутники способны увидеть их повсюду, где нет метеостанций, — над океанами и в горах, в пустынях и в тайге. Нелегко даже предположить, где лежат ключи к секретам управления погодой. Одно знаю точно: сегодня нет метеоролога, который не связал бы будущее своей науки с орбитальными станциями и космической службой погоды.
«Свой рабочий день мы обычно начинали с прогноза погоды, — шутят космонавты, трудившиеся на „Салюте-6“, — это для тех, кто работает в Центре управления, ну и для друзей в Звездном городке. Теперь на Земле больше верят нам, чем прогнозам радио».
Я думаю, метеорологи не обидятся на эти шутки. Совсем скоро они сумеют точнее космонавтов отвечать на вопрос: «Какая завтра погода?»
Что такое «здоровый человек»?
Кто может летать в космос? Этот вопрос сразу же встал перед медиками, как только конструкторы решили все технические проблемы полета человека на околоземную орбиту. С первого взгляда вроде здесь и вопроса-то нет: всем ясно, что космонавт должен быть абсолютно здоровым человеком. «А что это значит — абсолютно здоров?» — спросили уже сами себя медики. И оказалось, что ответить не так-то просто.
За тысячелетия существования медицины врачи накопили богатейший опыт диагностики и лечения самых разнообразных заболеваний. А здоровый человек, как это ни парадоксально звучит, был изучен несравненно меньше и хуже, чем больной. Не поэтому ли так было трудно всегда распознавать ранние и скрытые формы заболеваний? Ведь для этого надо очень чутко улавливать тонкую грань между здоровьем и болезнью, а значит, точно знать не только признаки отклонения от нормы, но и саму норму. Сейчас подобные соображения выглядят совершенно очевидными. Между тем медицина пришла к ним именно в ту пору, когда ей пришлось вырабатывать научно обоснованные критерии отбора космонавтов, отвечать на тот самый вопрос: кто может летать в космос? Как видите, именно потребности космонавтики заставили врачей заняться всерьез образцово здоровыми, тренированными людьми. Так родилась космическая медицина. Ну а что это принесло землянам?
Год за годом медики в тесном сотрудничестве с инженерами, математиками, биологами и другими специалистами вели тщательные исследования, накапливали детальные знания о том, что представляет собой здоровый организм. Они во многом способствовали уточнению границы между нормой и отклонениями от нее в состоянии здоровья, обогащая врачебную практику новыми методами ранней диагностики и профилактики заболеваний. Например, космические медики определили критерии для выбора оптимального комплекса регистрируемых показателей при решении диагностической задачи с помощью электронно-вычислительной машины.
Наверное, мало в какой из областей медицины так широко применялись в исследованиях самые современные методы и технические средства, как в космической. Теперь многие из них становятся достоянием клинической медицины и практики здравоохранения. Первенство здесь принадлежит советским ученым. В качестве примера назову сейсмокардиографию — метод оценки работы сердечной мышцы. Он был создан в нашей стране для медицинского контроля состояния здоровья космонавтов и использовался во время всех космических полетов, начиная с корабля «Восток-5».
По этому методу регистрируются совсем слабые вибрации тела, вызываемые биением сердца. Такая сейсмокардиограмма дает врачу достаточно полное представление о частоте пульса и согласованности сердечных сокращений, об особенностях кровообращения. И притом на расстоянии от пациента, так как сигналы сейсмокардиографа можно передавать по радиолинии или по проводам. Теперь в клиниках все шире применяют подобную аппаратуру при исследовании больных с атеросклерозом и инфарктом миокарда, гипертонией, с пороками сердца. В большинстве случаев метод, рожденный космонавтикой, приносит хороший диагностический эффект.