Расчеты спутника

А. Д. Смирнов

Трудно себе даже представить, какое огромное количество расчетов пришлось провести, прежде чем была сконструирована ракета-носитель и спутник. Конструирование двигателей, выбор топлива, вычисления, связанные с выбором веса, — все это рассчитывалось во многих вариантах, из которых выбирался наилучший.

Особенно важными и трудоемкими были расчеты, связанные с устойчивостью ракеты в первый момент движения. Ведь известно, что предпринятые США до лета 1958 г. два запуска межконтинентальной ракеты “Атлас” окончились взрывом ракеты из-за того, что она теряла устойчивость и, вместо того чтобы лететь по заданной траектории, начинала кувыркаться и падать.

Наконец, все готово к запуску спутника. Но необходим точнейший расчет для задания такой программы работы всех механизмов, чтобы спутник вышел точно на заданную траекторию. Если бы расчеты проводились вручную, спутник еще в течение ряда лет находился бы на Земле, ожидая их результатов.

Рис. 35. Траектория ракеты, летящей к Луне

Еще до запуска ракеты, которая сможет долететь до Луны, были уже точно рассчитаны все наиболее интересные варианты такого полета.

Расчеты, проведенные на быстродействующей цифровой машине, показали, что технически возможно так запустить ракету, чтобы она попала на Луну (рис. 35). А запустить ракету так, чтобы она была сразу на первом обороте захвачена сферой лунного притяжения и сделалась на какое-то время спутником Луны, оказалось невозможным.

Облететь вокруг Луны с возвращением на Землю ракета может, но на достаточно большом расстоянии от Луны, около 66 000 км. А вот запустить ракету, чтобы она периодически, т. е. много раз подряд облетела вокруг Луны и Земли, практически нельзя.

Расчетами на машине подтверждена еще одна интересная гипотеза, связанная с полетом вблизи Луны. Ракета при прохождении вблизи Луны попадает в сферу ее притяжения и скорость ракеты без затраты топлива начинает увеличиваться. Однако, как было сказано раньше, Луна не в состоянии захватить ракету в сферу своего притяжения на первом обороте. Ракета, пройдя вблизи Луны, получит дополнительную скорость до 1,5 км/сек и уйдет дальше в межпланетное пространство, сделавшись искусственной планетой солнечной системы. Такой дополнительный разгон ракеты в дальнейшем можно будет использовать при межпланетных полетах.

Многочисленные показания приборов, установленных на спутнике для измерения космических лучей, солнечной радиации, для контроля над подопытным животным, посылаются в виде шифрованных радиосигналов на Землю. Принятые за несколько дней работы радиостанции спутника сигналы нужно расшифровать и обработать. Ручная обработка этих материалов заняла бы несколько лет работы целого вычислительного бюро. Но вся обработка полученных результатов производится на электронных машинах в течение нескольких дней.

Данные астрономических и радионаблюдений спутника вводятся в электронную машину, и она вычисляет параметры орбиты для ближайших оборотов и точное время прохождения спутника над различными пунктами. Эти данные, сообщенные обсерваториям, облегчают наблюдение за спутником, так как позволяют заранее нацелить приборы наблюдения в то место, где пройдет спутник.

Поэтому при подготовке к запуску следующего спутника можно учесть все результаты, полученные с помощью предыдущих спутников, и внести соответствующие коррективы в программу исследований.

Еще большую роль приобретают быстродействующие электронные машины и счетные устройства при запуске космических ракет.

Например, после того как ракета вышла на траекторию, необходимо точно предвидеть ее дальнейший путь, чтобы знать, на какое место звездного неба нужно направить телескопы и прочие инструменты для наблюдения ракеты и для того, чтобы определить, в каком месте траектории были произведены измерения, результаты которых получены на Земле.

Как же дать точный прогноз траектории ракеты?

Пока ракета ушла еще недалеко от Земли, автоматизированные радиолокационные станции измеряют элементы начального участка орбиты. Данные этих измерений преобразовываются в известный нам уже двоичный код и вместе с данными о времени, в которое эти измерения были произведены, передаются на большое расстояние в координационно-вычислительный центр. Чтобы при передаче не возникло ошибок, данные передаются не в обычном двоичном коде, а в специальном, таком, что единичная ошибка, возникшая при передаче, автоматически исправляется, а в случае двух ошибок в передаваемом результате он отбрасывается.

Способы такого кодирования рассматриваются и изучаются новой наукой — кибернетикой, с которой мы познакомимся ниже.

Приходящие в вычислительный центр сведения о начальном участке траектории автоматически пробиваются на перфокартах и вводятся в электронную машину, которая с большой точностью вычисляет скорость и направление движения ракеты в конце активного участка.

После этого по полученным данным опять-таки на машине уже по другой программе вычисляется дальнейший путь ракеты с учетом воздействия на нее притяжения Земли, Луны и Солнца. Эта ожидаемая траектория дальнейшего движения космической ракеты сообщается всем станциям наблюдения.

Аппаратура, применяемая для измерения элементов траектории, и точность расчетов на электронной машине обеспечивали измерения траектории космической ракеты на расстоянии свыше 500 тыс. километров.

Богатый материал измерений траектории первой советской космической ракеты и опыт автоматической обработки траекторных измерений на электронных цифровых машинах будут использованы при запусках последующих ракет.

Глава из книги “Современные математические машины”, М., 1959 г., стр. 98.
Перепечатывается с разрешения автора.