Введение.
В удивительном материале [1] наконец-то раскрыт секрет о том, что успешные запуски первых американских ИСЗ были, на самом деле, не вполне успешными. Спутники, по непонятной причине, двигались по траекториям, которые существенно отличались от расчётных орбит.
Так, первый американский спутник Эксплорер-1 был запущен 31 января 1958 г. с мыса Канаверал. Ракета-носитель Юпитер-С имела первую ступень, работавшую на жидком топливе, и 15 твердотопливных доразгонных блоков, сгруппированных в три дополнительные ступени (по схеме «11+3+1»). По данным телеметрического контроля, все ступени сработали штатно. Поскольку США не располагали в то время станциями слежения, расположенными вдоль всей ожидаемой трассы спутника, то свидетельством об успешности запуска должен был стать приём радиосигнала со спутника на станции в Северной Калифорнии – точно в расчётное время, после совершения спутником почти полного витка. И вот, в расчётное время сигнал не появился. Прошла минута, другая, третья… сигнал появился спустя 10 минут после расчётного момента! Чтобы оценить драматизм ситуации, следует вспомнить, что низкоорбитный ИСЗ за минуту пролетает около 470 км. При непредвиденном изменении параметров орбиты, давшем 10-минутную задержку на почти полном витке, ни о какой точности наведения межконтинентальных баллистических ракет не могло быть и речи. Вот почему «аномалию Эксплорера» сразу же засекретили.
Добавим, что «аномалия Эксплорера» была обусловлена отнюдь не одноразовым стечением обстоятельств. «За срок чуть более полутора лет… фон Браун успешно запустил ещё два спутника Explorer, а ВМФ США – три (из планируемых 11-ти спутников) Авангарда. И все они демонстрировали тот же вид «загадочных аномалий орбит! » [1]
До сих пор отсутствует научное объяснение этого феномена. В данной работе мы делаем попытку восполнить этот пробел.
Некоторые предварительные замечания.
По сравнению с «аномалией Эксплорера», поразительный контраст давали запуски советских ИСЗ, которые подобных аномалий орбит не демонстрировали. Принципиальное различие между советскими и американскими ракетами-носителями имело место: в советских ракетах, во всех ступенях использовались жидкостные ракетные двигатели – а, в американских, в последних ступенях использовались твёрдотопливные двигатели. Конечно же, названная разница в поведении советских и американских космических аппаратов была обусловлена не просто тем, какое из топлив использовалось – жидкое или твёрдое. Как жидкостные, так и твёрдотопливные двигатели проходят огневые стендовые испытания [2], с изучением рабочих режимов – чтобы динамика ракеты на активном участке полёта была в достаточной степени предсказуема. Значит, в случае твёрдотопливных двигателей действовал какой-то дополнительный фактор, влиявший на результирующую траекторию.
Автор [1] указал, с чем был связан этот фактор. В отличие от первой ступени, сборка верхних ступеней с твёрдотопливными блоками не имела рулевых устройств – и, чтобы обеспечить устойчивый горизонтальный полёт на этапе доразгона, применялся метод гироскопической стабилизации. Для этого сборки твёрдотопливных блоков приводились в быстрое вращение вокруг продольной оси ракеты. Автор [1] считает, что именно это вращение играло ключевую роль, причём, дело было не в том, что скорость спутника, на момент завершения работы двигателя последней ступени, превышала своё расчётное значение – из-за чего большая полуось орбиты увеличилась. Чтобы, в случае Эксплорера-1, обеспечить обнаруженное увеличение периода обращения по эллиптической орбите, стартовая перигейная скорость должна была превышать своё расчётное значение на 183 м/с [1]. Для этого все 15 твёрдотопливных блоков должны были сработать с «увеличенным на 20% общим сгоранием… что просто невозможно в любой известной химии и физике » [1]. Исключив, таким образом, нереально эффективную работу твёрдотопливных блоков, автор [1] сделал вывод о том, что в случае «аномалии Эксплорера» мы имеем дело с феноменом антигравитации, требующим новую физику с «торсионными» или иными полями – так или иначе объясняющую, почему вращающееся тело испытывает иное гравитационное воздействие, чем невращающееся.
Однако, такая постановка задачи, на наш взгляд, не поможет раскрыть тайну «аномалии Эксплорера». Читаем: «Ожидалось, что орбита будет иметь в перигее… около 224 км и в апогее… 1575 км. На самом деле перигей и апогей оказались 360 км и 2534 км…, с орбитальным периодом 114.7 минут вместо 105 минут, как ожидалось » [1]. Здесь следует уточнить схему вывода спутника на орбиту [3]. Первая ступень заканчивала работу при угле вектора скорости над плоскостью горизонта, равном 40о. После отстрела пустой первой ступени, сборка верхних ступеней переводилась в горизонтальное положение и продолжала свободный полёт до вершины баллистического подъёма. Там и происходила скоротечная работа твёрдотопливных двигателей – практически, с нулевыми гравитационными потерями скорости [4]. Высота баллистического подъёма должна была стать высотой перигея орбиты – и её расчётное значение составляло 224 км (см. выше). Если же фактическая высота перигея составила 360 км (см. выше), то это значит, что вершина баллистического подъёма оказалась на 136 км выше расчётной. Списать этот феномен на действие гипотетических «антигравитационных» сил? Но этого мало для объяснения «аномалии Эксплорера». Для приведённых выше высот перигея и апогея у расчётной и фактической орбит, перигейная скорость в этих двух случаях должна составлять, соответственно, 8129 м/с и 8214 м/с. Разность этих значений есть 85 м/с – и это минимальный дополнительный прирост стартовой скорости орбитального полёта, который пришлось бы обеспечить твёрдотопливным двигателям. Если же учесть, что при свободном баллистическом подъёме происходит гравитационная потеря скорости, то придётся допустить, что твёрдотопливные двигатели должны были сработать ещё эффективнее. Как можно видеть, для объяснения того, почему Эксплорер-1 вышел на более высокую эллиптическую орбиту, требуется допущение как «антигравитационных» сил, так и более эффективной работы твёрдотопливных двигателей.