Техника - молодёжи 1959-05, страница 11

меняя все время свой угол «атаки» и медленно вращаясь вокруг своей продольной оси (совершая один оборот за 18 минут), давление в манометре все время меняется. Все зависит от того, как расположено заборное отверстие относительно потока газа. Если оно окажется на тыльной стороне спутника, то прибор попадает в область «молекулярной тени», число влетающих в прибор частиц будет ничтожно мало, и он зарегистрирует «данный вакуум». Если же поток газа будет направлен в манометр, то вследствие «скоростного напора» количество молекул, попадающих в его рабочую полость, резко возрастает и соответственно увеличивается измеряемое давление.

Для того чтобы по измеренному давлению определить давление или плотность в свободной атмосфере, нужно в каждый момент времени знать, как ориентирован спутник в пространстве. Здесь на помощь приходит магнитометр. Помимо своего прямого назначения — измерения магнитного поля Земли, он позволяет с помощью двух потенциометрических датчиков определить ориентацию спутника в пространстве и тем внести соответствующие поправки в показания манометров.

Для того чтобы вокруг спутника не могла создаться собственная «атмосфера» за счет выделения газов, захваченных из нижних слоев атмосферы и пробившихся изнутри спутника, к его герметичности предъявлялись очень жесткие требования, а его поверхность изготовлялась из материалов, обладающих ничтожным газовыделением.

Как известно, верхняя атмосфера настолько сильно ионизирована, что в каждом ее кубическом сантиметре может находиться до миллиона ионов. Для того чтобы ионы не попали в рабочую полость прибора и тем самым не исказили результатов измерений, на входе каждого манометра были установлены специальные ионные ловушки.

Установленные на ИСЗ манометры позволяют не только измерять плотность атмосферы на различных высотах, но и выяснять, как она изменяется на различных широтах в различное время суток.

Помимо этого, плотность атмосферы в районе перигея (минимальной высоты орбиты) спутника может быть определена без манометров по наблюдаемому торможению спутника.

Несмотря на то, что движение спутников происходит в чрезвычайно разреженных слоях земной атмосферы, где сила сопротивления даже в наиболее низкой части орбиты не превосходит двух граммов на 1 м² поперечного сечения, все же соударения спутника с молекулами и атомами газа вызывают его торможение, приводящее к сокращению орбиты и уменьшению периода обращения.

Кроме манометрических измерений и наблюдений за торможением спутников, для определения плотности атмосферы на больших высотах был применен еще один метод. Для этого при одном из пусков геофизической раке

ты на высоте 430 км в течение короткого промежутка времени было проведено испарение атомарного натрия и проведено его воспламенение. Наблюдение за скоростью расплывания натриевого облака позволило определить плотность земной атмосферы на этой высоте, которая оказалась в хорошем соответствии со значениями, выведенными из анализа торможения ИСЗ.

Зная изменение плотности с высотой, можно определить так называемую «высоту однородной атмосферы». Это та условная высота, до которой нужно сжать всю вышележащую атмосферу, чтобы заключенный в оставшемся слое воздух имел одинаковый молекулярный вес, одинаковую плотность, давление и темпера-туру, равные „их значениям у основания слоя. Чем больше молекулярный вес и меньше температура воздуха, тем меньше высота однородной атмосферы.

Так, например, у поверхности Земли, где молекулярный вес воздуха равен 29 г/моль_г а температура близка к комнатной, высота однородной атмосферы равна 8 км. Торможение спутников и манометрические измерения показывают, что на уровне 500 км высота однородной атмосферы достигает 100 км. Это говорит о том, что на больших высотах плотность значительно медленнее убывает с высотой, нежели на более низких высотах, и, кроме того, указывает на большую температуру, присущую этим слоям атмосферы. Учитывая, что на высоте 500 км молекулярный вес воздуха уменьшается почти вдвое, можно вычислить, что температура молекул воздуха на этой высоте достигает 1500—1700°, то есть равна температуре плавления стали.

Однако это совершенно не означает, что заброшенное на эту высоту тело (будь то ракета, спутник или космический корабль) будет воспринимать такую высокую температуру. Вследствие чрезвычайно малой плотности среды и колоссальной скорости движения космического корабля его температура будет определяться в основном лучистой энергией, которую он будет поглощать от Солнца, Земли и нижних слоев атмосферы. Например, расположенные на поверхности третьего искусственного спутника кремниевые батареи в зависимости от того, находятся они в тени или на солнце, меняют свою температуру от 16 до 30° и безотказно работают в течение целого года, питая электрическим током установленный на спутнике радиопередатчик.

АТМОСФЕРА «ДЫШИТ»

Наблюдение торможения спутников и манометрические измерения говорят о высокой температуре верхней атмосферы и ее значительно более плот-

ИОННАЯ ЛОВУШКА

КОЛЛЕКТОР

КАТОД -

Г ЕЛ ЕМ ЕТРИЧ ЕСКАЯ\^

СИСТЕМА i

ИОННАЯ _ч ЛОВУШКА

ПИТАНИЕ

УСИЛИТЕЛЬ

Ф

шв>

^ К

КОММУ Г А ЮР

ПИТАНИЕ

ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ * СИСТЕМА

УСИЛИТЕ ПЬ

"ЕМПЕРАТУРА. Я РАЗВЕДЫВАЮ ПУТИ В КОСМОС.

ной, чем полагали прежде, структуре и полностью опровергают существовавшее ранее мнение о холодной, сильно разреженной атмосфере.

Не следует, однако, предполагать, что атмосфера является чем-то застывшим, неизменным и обладает раз навсегда у ста н ов и в ш им ис я с в о й ств ам и.

Многочисленные наблюдения за полярными сияниями, изменением магнитного поля Земли, сумеречными явлениями, свечением ночного неба, метеорами и ионосферой навели ученых на мысль, что атмосфера расширяется при нагревании днем и сжимается При охлаждении ночью и в ней имеют место солнечные и лунные приливы.

Однако только экспериментальные исследования на ИСЗ И проведенные в период МГГ пуски высотных ракет (в том числе в полярных районах) впервые позволили установить закономерности этих явлений.

Было обнаружено, что дневные летние значения плотности на высоте 200 км больше ночных зимних почти в 20 раз, а что плотность атмосферы в полярных районах примерно в 5 раз больше, чем вблизи экватора. Было установлено, что

на

7