Полеты на стратостатах [1938 Прянишников В.И. - Занимательное мироведение в вопросах и ответах]

158. Почему каждый стратостат имеет во время полета свой "потолок"?

Каждый стратостат поднимается до той высоты, где вес вытесненного им воздуха равен весу: оболочки, заключенного в ней газа, кабины с людьми, приборов, балласта, то-есть всей конструкции стратостата. Наверху воздух менее плотен, а потому, чем большей намечена высота подъема, тем больший объем воздуха должен быть вытеснен. Для этого должна быть увеличена оболочка, а это вызовет утяжеление всей конструкции, что, конечно, ставит известный предел высоты. Следовательно, в зависимости от веса всей конструкции, размеров оболочки и от количества балласта, - каждый стратостат имеет свою предельную высоту подъема, называемую "потолком". Чем больше объем оболочки стратостата и, наоборот, чем меньше его общий вес, тем выше поднимается стратостат.

Здесь происходит обратное тому, что происходит при плавании под водой. Подводная лодка имеет свою "критическую глубину" ("пол"), ниже которой она не смеет опуститься из-за опасности быть раздавленной напором воды. Вода, принятая лодкой в цистерны, служит балластом.

159. Почему в стратосфере холодно, хотя этот слой воздуха ближе к Солнцу?

Температура воздуха не только в стратосфере, но и на расстоянии 3-4 км от поверхности Земли ниже 0^о (даже в жарких странах в летнее время). По этой причине вершины высоких гор всегда покрыты снегом и льдом даже в тропических странах. Главная причина охлаждения воздуха - его поднятие, зависящее в основном от нагревания солнечными лучами земной поверхности. Поднимающийся воздух расширяется и, совершая при этом работу, охлаждается, чем и объясняется низкая температура на высоте.

Поэтому в стратосфере в районе экватора и тропиков температура значительно ниже (до -80^о), нежели в стратосфере умеренного пояса (-45^о).

Приводимая здесь таблица показывает, каково распределение температуры воздуха по данным европейских аэрологических станций.

160. В какое время года лучше всего совершать полеты в стратосферу?

Лучше всего давать старт стратостатам в то время, когда наступает тихая погода на большом пространстве, что важно и для старта, и особенно для спуска стратостата. В противном случае громадная складчатая оболочка стратостата, какой она бывает при старте и спуске, будет представлять громадное сопротивление для ветра. При сильном ветре кабина, прикрепленная к оболочке длинными веревками, будет сильно качаться, что, конечно, затруднит пользование приборами и осложнит и без того трудную задачу самого спуска.

Полеты лучше всего производить во время затишья, летом или зимой. В первом случае можно организовать более длительный полет (играет роль длина дня); зимой, когда наступают сильные холода, надолго и на большом пространстве наступает почти безветренная погода.

161. Почему оболочка стратостата при старте не шарообразна?

Оболочка стратостата при начале полета и при спуске сильно вытянута, и только верхняя часть ее несколько напоминает ту шарообразную форму, которую примет оболочка лишь на известной высоте. По какой же причине оболочка расширяется и складки ее расправляются? По мере поднятия стратостата вверх уменьшается давление снаружи на оболочку, вследствие разреженности воздуха; водород изнутри оказывает большее давление на оболочку, чем воздух извне, и мешкообразная оболочка раздувается. Солнце, нагревая оболочку, заставляет газ расширяться, что также меняет форму оболочки.

162. Можно ли в стратосфере пользоваться парашютом?

Нет - из-за разреженности воздуха. Парашют пригоден лишь в нескольких километрах от земной поверхности, именно на высоте, где воздух достаточно плотен для торможения. По этой же причине трудно применить парашют к стратосферной ракете, так как при падении с большой высоты она разовьет значительную скорость, прежде чем начнется замедление при спуске благодаря действию парашюта.

163. Почему стратостат наполняется водородом, а не гелием?

Вопрос не праздный. Ведь гелий безопаснее (гелий даже при смешивании с кислородом не взрывается при воспламенении). Однако, обычным стратостатам не угрожает опасность взрыва: стратостат поднимается и летит свободно - без мотора. Следовательно, нечего опасаться искры, от которой мог бы начаться пожар, как неоднократно бывало с некоторыми воздушными кораблями, поднимающимися с помощью водорода. Кроме того, водород в два раза легче гелия. Следовательно, при полетах на большую высоту потребовались бы еще более вместительные оболочки, нежели и без того громадные шары современных стратостатов. Не следует также забывать, что гелий гораздо дороже водорода и что только в Америке, где удалось наладить промышленную добычу гелия, дирижабли поднимаются с помощью этого газа.

Рис. 71. Постепенное изменение формы оболочки при поднятии стратостата

164. Можно ли на стратостате подняться на 50 километров?

Мы уже знаем, как уменьшается плотность воздуха с высотой; на высоте 40 км 1 куб. м воздуха весит около 5 граммов, то-есть по крайней мере в 250 раз меньше, чем у уровня моря. Стратостат же при объеме шарообразной оболочки в 25 000 куб.м весит не менее 2,5 тонн (вместе с балластом). Как известно, даже при такой огромной оболочке стратостат указанного объема достигает лишь высоты 20-22 км, где куб. метр воздуха весит около 90 г.

Попробуем подсчитать, каков должен быть объем оболочки при подъеме на высоту 40 км, даже при невероятном допущении, что вес стратостата, несмотря на увеличение оболочки, останется прежним. Каждый куб. метр шара, вытесняя воздух, облегчает всю систему только на 5 граммов (на высоте 40 км). Следовательно, чтобы достигнуть высоты в 40 км, объем стратостата должен быть не менее 500 000 куб. м.

Полученный результат уже предопределяет ответ на наш вопрос: стратостат не может подняться на высоту 50 километров из-за сильной разреженности воздуха. Одна оболочка такого стратостата должна иметь громадный вес, так как диаметр шарообразной оболочки стратостата, рассчитанного на "потолок" в 40 км, должен быть около 100 метров!

165. Полет стратостата "СССР^* 30 сентября 1933 г. продолжался 8 ч. 20 м. Сколько из этого времени находился советский стратостат в стратосфере?

Для решения этой задачи надо иметь дневник участников полета, напечатанный в свое время в газетах. Воспользуемся выдержками из бортового журнала, напечатанного в Ц. О. "Правда" от 1 октября 1933 г.

Пропуская ряд, хотя и интересных, но не относящихся к этому вопросу сообщений, ищем указания, когда советские воздухоплаватели при спуске оказались опять на высоте 12 км, то-есть на границе стратосферы и тропосферы. Это произошло между 15 ч. 40 м. (высота 13,5 км) и 16 ч. 23 м. (высота 10 км). Учитывая равномерный спуск, можно предположить, что это произошло приблизительно в 16 часов. Следовательно, советский стратостат находился непрерывно в стратосфере от 9 ч. 08 м. до 16 ч., то-есть около 7 часов - около 85^о/0 времени всего полета. Организованно продуманный и блестяще осуществленный план подъема стратостата позволил его экипажу произвести ценные научные наблюдения и поставить мировой рекорд подъема.

166. Стратостат "СССР" находился в полете 8 ч. 20 м., и за это время его отнесло на 85 км от места старта. Много ли это или мало?

Вы, пожалуй, скажете: "это большое расстояние". Но такое заключение будет несколько поспешным, и вот почему.

Вы, вероятно, помните замечательный затяжной прыжок т. Евдокимова с парашютом летом 1934 г. Он падал с высоты 8 100 м, не раскрывая парашюта до 200 м, и этот отважный спуск продолжался 144 1/2 сек. Несмотря на быстроту падения, т. Евдокимов был отнесен в сторону на 3 1/2 км.

Еще более интересный случай рассказывает в своей книжке ("Прыжок с парашютом") другой мастер этого спорта, тов. М. Забелин. Он выбросился с аэроплана на высоте 6 200 м и вскоре открыл парашют. Благодаря этому, спуск продолжался уже 18 мин. Во время спуска тов. Забелин попал в сильный ветер и его отнесло от места, где он оставил аэроплан, на... 50 километров.

167. Перечислите, какие вам известны методы изучения стратосферы.

Заимствуем из книги проф. Н. А. Рынина "В стратосферу" перечень методов изучения стратосферы:

168. Почему трудно сделать стратостат управляемым?

Стратостат не имеет двигателя, то-есть не может получить поступательной скорости в желаемом направлении, а переносится существующими в момент полета токами воздуха с той скоростью, с какой перемещается сам воздух.

Управляемые воздушные корабли легче воздуха (дирижабли), имеют моторы и могут перемещаться в желаемом направлении. Для лучшего обтекания воздухом (то-есть для достижения наименьшего трения) дирижабли имеют удлиненную форму, напоминающую рыбу. Страто-дирижабль построить трудно вследствие необходимости огромного объема, а в связи с этим и других конструктивных затруднений (особые условия для работы двигателей и т. д.).

169. Проф. Пиккар, дважды подымавшийся в стратосферу, во время первого полета страдал от жары, а во время второго - от холода. Чем это можно объяснить?

Совершая свои полеты, проф. Пиккар во всех случаях достигал примерно одной и той же высоты, следовательно, высота подъема в изменении температуры роли не играла. Чем же можно объяснить, что при первом полете температура внутри кабины была +38^о Ц, а при втором -16^о Ц?

Это зависело от окраски внешней поверхности кабины: во время первого полета она была окрашена наполовину в черный и белый цвета, а при втором - только в белый со всех сторон. Кабина при первом полете должна была вращаться по желанию воздухоплавателей и Солнце при нормальных обстоятельствах должно было освещать или черную, или белую половину кабины. Однако, при старте произошла авария, и в результате кабина не смогла вращаться, как того хотели воздухоплаватели. Во время первого полета кабина была дольше обращена к Солнцу своей черной стороной, чем и объясняется высокая температура. Во время второго полета окрашенная целиком в белый цвет кабина нагревалась мало, - воздухоплаватели страдали от холода.

Рис. 72. Вид оболочки и кабины стратостата (СССР) в момент старта

Учитывая температурные затруднения проф. Пиккара, кабины наших стратостатов покрывались сероватой и голубоватой (стратостат "СССР") краской и специальным лаком, распределяющим тепло по большой поверхности; этим и объяснялась почти нормальная температура внутри советских кабин в продолжение всего полета.

170. Оболочка стратостата с подъемом изменяет свою форму, увеличиваясь и уменьшаясь приблизительно в 8-10 раз. Из какого же материала изготовляется оболочка?

Необходимо отметить, что расширяется не сама материя, а при подъеме расправляются ее многочисленные складки. Материя обработана различными составами, прорезинена и покрыта алюминиевой краской. Такая материя называется "перкаль" и изготовляется из особого сорта египетского хлопка.

Оболочки наших стратостатов изготовлены целиком из советских материалов (нужный для перкаля хлопок в последние годы уже растет и вызревает в советском Туркменистане). Во избежание разрыва такой оболочки, которая почти не растягивается, имеется внизу оболочки выход газа в случае ее наполнения при увеличении объема. Некоторые оболочки аэростатов изготовляются из натурального шелка.

171. Стратостат - аппарат легче воздуха. Можно ли опуститься на стратостате по своему желанию?

Хотя стратостат и неуправляем, но спуститься можно по желанию воздухоплавателей, если нормально работает верхний клапан в оболочке. Обычно закрытый во все время полета клапан может открываться помощью длинной веревки, которая соединяет клапан с кабиной. После того как клапан открыт, через образовавшееся отверстие заключенный в оболочке водород свободно выходит наружу. Клапан в любой момент может быть закрыт, чтобы устранить дальнейшую утечку газа. У самой поверхности Земли перед непосредственным спуском открывается большое отверстие (так называемый разрывной клапан) для выпуска сразу большого количества газа; это необходимо для плавной посадки; иначе находящийся в оболочке газ, не успев выйти, может снова ненадолго приподнять кабину, которая затем ударится о Землю, отчего могут серьезно пострадать люди и приборы.

172. Для чего при полетах в стратосферу берется большое количество балласта?

Временный груз - балласт (песок, мелкая дробь и т. д.) берется в количестве до 30^о/0 веса всего стратостата в полете. После "выполнения" (то-есть когда оболочка примет форму шара) можно подняться еще выше, уменьшив вес всей конструкции выбрасыванием части балласта. Однако, весь балласт расходовать нельзя; приблизительно 2/3 его надо сохранить для безопасного спуска. При спуске оболочка снова сожмется и значительно уменьшится, так как газ, введенный в оболочку до начала полета, частично выйдет при наполнении через аппендикс,^* частично просочится через стенки оболочки и, кроме того, будет еще потеря газа, если во время полета будет открываться верхний клапан. Учитывая это, необходимо сохранить достаточное количество балласта для спуска. Чтобы уменьшить скорость приближения к Земле, надо выбрасывать балласт, после чего остатки газа в оболочке могут оказать достаточное сопротивление спуску. В случае необходимости, расходуется аварийный балласт, то-есть выбрасываются аккумуляторы и некоторое снаряжение, уже ненужное при спуске, а если надо, то выбрасываются и люди на парашютах. Во избежание несчастных случаев, такой необычный балласт перед выбрасыванием привязывают к парашюту, а мелкий песок и дробь, задерживаемые при своем падении плотным воздухом вблизи поверхности Земли, никому не причинят вреда.

^*( Аппендикс - короткий шланг, приделанный к оболочке стратостата (дирижабля), через который стратостат наполняется газом или освобождается от него)

173. При спуске стратостата обычно выпускают длинную веревку (гайдроп), которая волочится по земле. Для чего это делают?

Многие наивно полагают, что веревку выкидывают для "причала". При спуске стратостата "СССР" был такой случай. Рабочие Коломенского завода, оказавшиеся поблизости, пытались схватить руками спущенный канат. Остановить стратостат им, конечно, не удалось и после того, как канат зацепили за телеграфный столб и даже за рельс, врытый в землю: все было, несмотря на медленное движение, вырвано массивным стратостатом. Таким образом рабочие-коломенды, желая оказать стратонавтам помощь, по незнанию только затруднили и без того трудное дело спуска.

Гайдроп выпускается по следующим причинам. Во-первых, веревка, касаясь земли, соединяет стратостат с почвой, вследствие чего получается некоторая точка опоры. Во-вторых, канат, волочась по земле, увеличивает трение, то-есть задерживает горизонтальное смещение стратостата, чем облегчается самый спуск. Кроме того, зная длину гайдропа, можно судить о расстоянии стратостата от Земли, что особенно важно знать при спуске, когда нельзя уже определить высоту по приборам (альтиметру и др.).

174. Почему во время полетов советских стратостатов экипаж состоял из трех человек, а проф. Пиккар летал вдвоем? Нельзя ли лететь одному для облегчения веса кабины?

Конечно, при увеличении численности экипажа увеличивается объем, а следовательно и вес кабины. Но для научных наблюдений за показаниями многочисленных приборов и для радиосвязи необходимо не менее 2-3 человек. Число научных задач, а следовательно, и число приборов, у нас было значительно больше, чем при полетах Пиккара.

Если бы задача полета в стратосферу заключалась только в спортивном достижении рекорда высоты, то, конечно, можно было бы лететь одному пилоту. Известны попытки вообще не применять кабины - непосредственно прикрепиться на веревках к оболочке. Однако, несмотря на теплую одежду и кислородные приборы для дыхания, пилот был при этом подвержен большой опасности (из-за возможной порчи кислородных приборов). За последние годы погибли от удушья:

175. Где лучше полетит ракетный аппарат: вблизи Земли, в стратосфере или в безвоздушном пространстве?

Ракета летит не в силу отталкивания выходящих из нее газов от наружного воздуха, как это многие полагают, а от разницы давлений внутри ракеты в различных направлениях.

Рис. 73. Схема ракеты. Движение ракеты происходит от разницы давлений на закрытую переднюю и открытую заднюю часть ракеты

Для ясности разберемся в том, что происходит при выстреле ружья. Пороховые газы расширяются и оказывают давление по всем направлениям. Все силы в направлении, перпендикулярном длине ружья, уравновешиваются. Поэтому вся сила внутреннего толчка направлена на пулю и в противоположную сторону - на все ружье. Пуля значительно легче ружья, а поэтому и противодействие ее меньше (во столько раз, во сколько раз вес пули меньше веса ружья). Несмотря на это, в момент выстрела чувствуется отдача: ружье от внутреннего толчка отбрасывается в обратную сторону по отношению направления полета пули. По той же причине летит ракета. Давление газов внутри ракеты больше на закрытую часть. В результате, от разницы давлений ракета перемещается в направлении, показанном стрелкой (рис. 73). Газы, вышедшие в отверстие, никакого действия на перемещение ракеты не оказывают. Вследствие этого ракета полетит тем скорее, чем реже окружающий воздух, так как ей не придется тратить энергию на преодоление сопротивления воздушной среды. Отсюда вывод: ракета скорее полетит в разреженном воздухе стратосферы, чем у поверхности Земли, но полет ее будет проходить еще лучше в межпланетном, безвоздушном пространстве.

Уже давно люди изучают атмосферу с помощью самопишущих приборов, прикрепляемых к нескольким резиновым шарам, наполняемым водородом. По мере подъема резиновые оболочки расширяются и, наконец, один из шаров разрывается, а аппараты начинают опускаться. Уцелевшие же шары уже не в силах поднять приборы выше, но зато они задерживают падение, играя роль парашютов. Иногда при спуске автоматически раскрывается и настоящий парашют, к которому прикрепляются приборы. Такие шары называются "шарами-зондами".

Шары-зонды поднимаются на высоту более 30 км и часто далеко относятся в сторону от места пуска. По этим причинам много шаров-зондов пропадает или их находят спустя долгое время. При современных же исследованиях надо знать состояние атмосферы в момент полета, и эту задачу выполняют радиозонды. Советский ученый профессор П. А. Молчанов в 1930 г. изобрел и отправил в атмосферу первый радио-зонд, то-есть прибор, автоматически передающий состояние атмосферы (температуру, давление воздуха и его влажность) через коротковолновую передаточную радиостанцию, несомую прибором ввысь.

Во время подъема и спуска радиостанция, помещающаяся в небольшой коробке вместе с регистрирующими приборами, передает сигналы на Землю, которые свободно принимаются на расстоянии более 25 км. Благодаря постоянным усовершенствованиям, в настоящее время весь радиозонд вместе с радиостанцией весит 950 грамм!

Рекорд высоты 30,5 км поставлен советскими радиозондами проф. Молчанова. Наши радиозонды получили высокую оценку за границей на последней международной конференции 1934 года.

177. Какую площадь можно было обозревать со стратостата "СССР" в высшей точке его подъема?

30 сентября 1934 года советский стратостат "СССР" поднялся до высоты 19 км.

Дальность горизонта зависит от высоты подъема и определяется по формуле

, где d-дальность горизонта, h - высота (в нашем примере 19 км), R - радиус Земли (6 371 км), k = 1,07 - множитель, поправка на рефракцию, то-есть на преломление лучей в атмосфере, как бы приподнимающее предметы из-под горизонта.

Это и есть радиус видимости во все стороны из кабины стратостата "СССР" на высоте 19 км. Определим величину видимой площади.

Пользуясь геометрическим приемом вычисления поверхности шарового сегмента S=2πRh и принимая высоту сегмента приближенно равной высоте стратостата над землей (что вполне допустимо), имеем:

На этом громадном пространстве могли бы поместиться: Германия, Италия, да еще осталось бы место для Бельгии, Голландии и Эстонии!

178. Какова длина окружности горизонта, которую могли видеть Пиккар и экипаж советских стратостатов "СССР" и "Осоавиахим-I"?

Эта задача решается подобно предыдущей, на основании достигнутой воздухоплавателями высоты. Пиккар при своем втором полете достиг высоты 16,2 км, следовательно, дальность видимого горизонта была в этом случае 456 км. В предыдущем вопросе уже указан радиус кругозора для стратостата "СССР" в момент наивысшего (19 км) подъема - 527 км.

Вычисляя то же для высоты 22 км (потолок стратостата "Осоавиахим-I" во время полета 30 января 1933 г.), мы получим 530 км.

Следовательно, соответствующие окружности - линии горизонта - были:

179. Вообразите, что стратоплан совершил кругосветное путешествие по меридиану на высоте 25 км от поверхности Земли. Какова длина пути этого кругосветного путешествия?

Если бы стратоплан летел "бреющим" полетом, то-есть вблизи самой земли (15-20 м), то его путь равнялся бы практически длине меридиана, - 40 000 км. Но он летел на высоте 25 километров, следовательно, путь, пройденный им, больше. Действительно, произведя несложные расчеты, узнаем этот путь. Окружность Земли по меридиану при среднем радиусе в 6 371 км равна 40 000 км(2πR). Найдем по этой же формуле окружность а для удлиненного на 25 км радиуса:

Следовательно, путь всего удлинится на 166 км, то-есть менее чем на 1/2%.

180. На какой высоте надо лететь над Землей, чтобы длина окружности при кругосветном путешествии была в два раза длиннее меридиана?

Из предыдущего вопроса можно понять, что высота должна быть очень большой. Действительно: из уравнения 80000=6,28(6371+х) имеем:

181. На какую высоту должен подняться стратостат "СССР", чтобы его можно было отчетливо видеть невооруженным глазом (диаметр оболочки стратостата "СССР"=35м)?

Величина видимого предмета, конечно, зависит от расстояния его от наблюдателя: чем предмет дальше, тем он кажется ниже и уже. Можно геометрически доказать, что любой предмет, удаленный от глаза наблюдателя в 57,3 раза по сравнению со своей величиной, виден под углом в 1^о.^* Это соотношение справедливо и для шара диаметром в 1 м, если шар удален на 57,3 м, и для шарика в 1 см, если он находится от глаза на 57,3 см.

^*( То-есть угол, составленный направлениями от глаза наблюдателя к основанию и вершине предмета, равен 1^о. )

Рис. 74. Изменение угловой величины предметов в зависимости от расстояния

Взгляните на рис. 74. Дерево слева в два раза дальше от человека, чем дерево справа, поэтому угол зрения для правого дерева будет в два раза больше, чем для дерева слева.

Наблюдениями установлено, что предметы перестают различаться глазом при угле зрения в одну дуговую минуту (то-есть в 1/60 градуса). Это будет тогда, когда предмет удален в 3 438 раза (57,3•60) по сравнению со своей высотой (для шара - диаметром). Диаметр оболочки стратостата "СССР" = 35 м. Следовательно, если бы он мог подняться на 120,23 км (35 м •3438), то он при благоприятных метеорологических условиях мог бы еще различаться невооруженным глазом. 30 сентября 1933 г. в безоблачный день этот стратостат поднялся на 19 км, и его можно было хорошо видеть все время полета, так как даже при достижении наибольшей высоты он усматривался под углом зрения приблизительно в 7 раз больше, чем требуется для нормального зрения.

182. На какую высоту надо подняться, чтобы одновременно увидеть западную и восточную границы СССР?

Возьмем нитку и охватим ею географический глобус, так чтобы у нас получился круг, проходящий через Каменец-Подольск (где примерно пролегает наиболее западная наша граница) и Чукотский полуостров, на восточной части которого, около мыса Дежнева, находится крайняя точка нашей восточной границы. Нитка, опоясывающая таким образом глобус, должна составить "большой" круг, т. е. в плоскости этого круга должен быть центр глобуса. После этого определим, какую часть этого круга составляет дуга, проходящая через границы СССР. Получим, примерно, одну пятую или одну шестую. Принимая Землю за шар (ошибка будет очень мала), вспомним длину окружности меридиана, которому равен наш большой круг, то-есть 40 000 км. Следовательно, часть этого круга и есть дуга между нашими западной и восточной границами, вернее между самым восточным и самым западным пунктами СССР, взятая кратчайшим путем (она пройдет поэтому по Полярному морю, недалеко от полюса) и составляющая приблизительно 7 100 км. Чтобы увидеть одновременно наши границы с возможно меньшей высоты, надо подняться в середине между этими пунктами (недалеко от Земли Франца-Иосифа). Теперь вспомним уже известную нам формулу, связывающую кругозор с высотой

, где d - дальность горизонта (в нашем примере 3550 км), R - радиус Земли, (который можно приравнять 6 400 км), k - множитель, поправка на рефракцию (1,07). Отсюда, возвышая обе части в квадрат, получим:

183. Германский стратостат "Барч фон Зигефельдт", погибший в 1934г., имел объем 9 500 куб. метров, и предельная высота его подъема считалась 12 км. Какой объем должна была бы иметь его шарообразная оболочка при подъеме на высоту вдвое большую?

Конечно, не 19 000 куб. метров, а гораздо больше, так как воздух наверху значительно разреженнее и весит меньше.

Стратостат достигает потолка, когда он уравновешивается.

Следовательно, для подъема с 12 до 24 км объем оболочки надо увеличить не в два раза, а примерно в 9 раз. Отсюда нетрудно сделать вывод: более чем на 30 км практически невозможно подняться на стратостате, так как даже при указанной высоте стратостат должен уже иметь объем более 300 000 куб. метров.

²(Полеты советских стратостатов "СССР" и "Осоавиахим - I".)

³(Американский стратостат, поднявшийся, однако, только до 18,3 км из-за разрыва оболочки.)

184. С какой скоростью должен лететь стратоплан на экваторе, чтобы не отставать от вращения Земли?

Определим скорость вращения точки поверхности Земли на экваторе, длину которого можно приравнять к длине меридиана. Длина меридиана 40 000 км. Следовательно, любая точка экватора пройдет этот путь в течение суток, то-есть часовая скорость вращения экватора, а следовательно, и полета стратоплана, должна быть около 1600 км в час, что вполне достижимо для стратоплана, если он будет лететь на высоте 20 км, где сопротивление воздуха весьма невелико. В этом случае за все время полета летчикам будет светить словно "остановившееся" Солнце.

Вот как современная наука и техника способны осуществить известную библейскую легенду о Иисусе Навине, якобы остановившем Солнце.

185. Почему и астрономы заинтересованы в изучении стратосферы?

По многим причинам. Мы ведь живем на дне воздушного океана и наблюдаем небесные светила через толстую прослойку атмосферы, которая поглощает много света и затрудняет определение химического состава небесных тел. На высоте же, скажем, 20 километров значительная часть плотной атмосферы останется внизу, и тогда возможно изучать небесные светила как бы из "безвоздушного пространства". Особенно это скажется на определении спектров светил, на возможности лучшего фотографирования, наблюдения за полетом метеоров, за солнечными и лунными затмениями и т. д. 19 января 1935 г. советский астроном Кукаркин наблюдал с самолета лунное затмение, которое с Земли из-за облачности не было видно.

186. Где днем и ночью, независимо от погоды, видны звезды?

В стратосфере, и вот почему. Там нет обычных густых облаков, следовательно, нечего опасаться пасмурной погоды. Каждую ночь, независимо от погоды, видны звезды. Но и днем в стратосфере звезды различимы на темном небе, которое почти черно, по свидетельству наших советских стратонавтов, а также проф. Пиккара и Козинса. Из синя-черный цвет неба в стратосфере объясняется малым рассеиванием света разреженным воздухом. И если опытные астрономы различали с вершины Монблана яркие звезды при полном солнечном блеске (около 5 км над уровнем моря), то в стратосфере перед астрономом открывается обширная картина звездного неба.

187. Где можно будет наблюдать солнечное затмение, видимое в СССР в 1936 г., без опасения, что помешают облака?

Никогда нельзя быть уверенным на поверхности Земли, что в день затмения обязательно будет ясная погода. Поэтому заранее изучают различные места, где пройдет полоса затмения - для выяснения пунктов, в которых можно ожидать ясной погоды в день затмения. Такая работа уже проводится советскими учеными. Известно точно, где пройдет полоса затмения, то-есть тень, бросаемая Луной. Начнется затмение у нас на Черном море, далее полоса пройдет через Туапсе и направится к востоку, севернее Каспийского моря, но южнее Сталинграда, Оренбурга, пройдет через Омск, Томск, заденет северную часть Байкала, далее сместится несколько южнее и, пройдя через Хабаровск, окончится в Тихом океане. Для выяснения пригодности данной местности для наблюдения, начиная с 1934 г. ведутся предварительные изыскания, и, по выяснении ряда пунктов, будут ко времени затмения организованы временные обсерватории. Однако, как уже упомянуто выше, нет полной гарантии в ясности неба в день затмения. Поэтому советскими учеными предполагается в день затмения осуществить полет в стратосферу (где облака, конечно, не помешают, так как самые высокие облака будут гораздо ниже стратостата) и здесь организовать наблюдения.

188. Какая важная задача из проблемы межпланетных путешествий уже разрешена при полетах советских стратостатов?

Существенными затруднениями для будущих межпланетных полетов еще недавно считались - холод и отсутствие воздуха в межпланетном пространстве. Однако, эти, казалось бы, неустранимые препятствия легко преодолимы, как показал опыт полетов в стратосферу. Воздух на высоте 20 км настолько разрежен, что для дыхания требуются особые приборы и наличие герметической кабины; это очень близко к условиям полета в межпланетном пространстве. Непроницаемые стенки кабины вполне защищали экипаж стратостатов "СССР" и "Осоавиахим - I", поднимавшихся до высоты 19 и 22 км. Холод, достигающий на этой высоте около минус 60^о Ц, не причинял никакого вреда экипажам советских стратостатов, так как стенки металлической кабины, окрашенные снаружи в серовато-голубоватый цвет и покрытые специальным лаком, достаточно нагревались Солнцем и тепло через стенки кабины передавалось внутрь.

Профессор Пиккар, как мы говорили выше, во время первого полета в стратосферу (27 мая 1931 г.) окрасил снаружи кабину в черный и белый цвет (одна половина черная, другая - белая) и испытал из-за этого во время полета большие неприятности. Кабина в стратосфере оказалась в течение нескольких часов обращенной к Солнцу своей черной стороной, и в результате температура внутри кабины повысилась до +38^о Ц. Во время второго полета кабина была окрашена вся в белый цвет, и внутри кабины был мороз: температура упала до -16^о Ц. В обоих случаях неблагоприятные температурные условия, конечно, отозвались на ходе научных исследований.

189. В каком месте Земли на высоте 20 км должно быть всего теплее и где всего холоднее?

Рис. 75. Высота стратосферы (над полюсами и экватором) и распределение воздушных масс в тропосфере. АВ - арктический воздух, ПВ - полярный воздух, Тр. В - тропический воздух, (ЭВ) экваториальный воздух

Температура в стратосфере в области экватора, в умеренных и полярных странах неодинакова. Как ни странным кажется, самая низкая температура в стратосфере (приблизительно - 80^о Ц) наблюдалась над самыми жаркими местами, в районе тропиков. Причина этого следующая. Сильно нагретый воздух над жарким поясом поднимается быстрее и выше, чем в умеренных и полярных странах. При поднятии воздух расширяется, затрачивая тепло на эту работу, вследствие чего охлаждается. Поэтому стратосфера в районе экватора, где восходящие токи поднимаются выше (до 17-19 км) и где расширение воздуха поэтому значительнее, охлаждается сильнее. В умеренных странах не наблюдается такого энергичного поднятия и расширения, а потому температура в стратосфере над уморенными странами в среднем - 55^о Ц, а в полярных, возможно, даже повышается до - 40^оЦ (рис. 75).

190. Полет стратостата "CCCP", назначенный на 24 сентября 1933 г., был отложен из-за тумана. Объясните, почему это было сделано?

Дело вовсе не в плохой видимости при туманной погоде. Это не распространяется на стратосферу, где влажность почти отсутствует и, следовательно, нет туманов. Полет был отложен из-за мелких капелек влаги, составляющих туман, осевших на гигантской оболочке баллона в громадном количестве. Общий вес сгустившейся влаги на оболочке стратостата утяжелил всю конструкцию примерно на 600-700 килограммов, и полет в этом случае был бы рискован.

191. Во время первого полета в стратосферу проф. Пиккар не мог спуститься, так как не открылся клапан в оболочке. Спуск произошел, как и ожидал Циккар, только вечером. Не можете ли объяснить, почему вечером стратостат спустился сам собой?

Рис. 77. Схема радиозонда проф. Молчанова (во время полета)

Вечером Солнце стояло уже низко, лучи его падали косо и нагревали оболочку меньше, вследствие поглощения энергии атмосферой. По этой причине оболочка стала сжиматься, и стратостат пошел вниз, так как уменьшился объем вытесненного воздуха. (Стратостат "теряет" из своего веса вес вытесненного им воздуха, то-есть к нему целиком применим закон Архимеда о плавающих телах).

192. Кто из воздухоплавателей проникал в стратосферу и какой достигал высоты?

Взглянув на рис. 76, вы получите ответ на этот вопрос.

Рис. 76. Кроме указанных здесь полетов, в 1934 г. - совершены еще 2 полета: Козинса (Бельгия) и Жана Пиккара (брата проф. Пиккара - Америка). Высота подъемов их была около 16,5 км

193. Какая единственная страна ежедневно получает важные сведения из стратосферы (каким способом)?

Эта страна - Советский Союз. Ежедневно из Аэрологического института в Слуцке (б. Павловск) пускают радиозонд системы директора этого института профессора П. А. Молчанова. При подъеме и спуске радиозонда автоматически по радио передаются сведения о температуре, влажности воздуха и пр. Таким образом, мы получаем автоматически ежедневно интересные сводки из верхних слоев атмосферы. В 1934 г. радиозонд Молчанова поднялся на 25 км и установил новый мировой рекорд (прежний рекорд 21 850 м. был также установлен советским радиозондом).