В небесной механике давно уже сформулирована так называемая «ограниченная задача трех тел». Представим себе, что в мировом пространстве имеются три притягивающих друг друга тела, из которых одно обладает ничтожно малой массой в сравнении с массами двух других тел. Задача заключается в том, чтобы найти кривые, по которым будут двигаться все три тела.
Неспециалистам трудно себе представить, насколько сложна эта задача. В течение многих десятилетий она исследовалась крупнейшими математиками, но до последнего времени удавалось получить лишь небольшое число ее частных решений.
С изобретением электронно-счетных машин положение изменилось. Значительно облегчая утомительный труд вычислителя, машины позволяют быстро решать сложнейшие задачи, в том числе и «ограниченную задачу трех тел».
Итак, даны три тела: Земля, Луна и ракета. Масса последней ничтожно мала в сравнении с массами Земли и Луны. Известно, как движется Луна относительно Земли. Считая известными скорость и направление вылета ракеты с Земли, надо найти, как будет совершаться полет ракеты к Луне.
Такая задача впервые и с достаточной полнотой была решена в Математическом институте Академии наук СССР советским ученым В. А. Егоровым. В течение двух лет (1953–1955) электронные машины, управляемые человеком, прокладывали возможные пути к Луне. С удивительной легкостью находили они множество решений, из которых затем можно было выбрать самые удобные и практически осуществимые.
И вот главнейшие результаты проделанной В. А. Егоровым работы.
В пространстве, разделяющем Землю и Луну, возможные пути свободного (то есть без работы двигателя) движения весьма разнообразны. Их можно разделить на несколько групп: в каждой будут объединены сходные траектории.
Рассмотрим прежде всего облетные траектории. Двигаясь по ним, ракета совершает облет Луны, не снижаясь на ее поверхность. Вероятно, что первые разведки нашего спутника начнутся именно с таких облетов.
Среди возможных облетных траекторий есть и такие, которые охватывают собой и Луну и Землю. Запущенная по такой траектории ракета превратилась бы одновременно в искусственный спутник Земли и Луны. Было бы, конечно, очень хорошо, если такой спутник «общего пользования» подходил близко к поверхности Земли и Луны. Однако это, как доказал В. А. Егоров, невозможно. Если облетная траектория подходит близко к поверхности Луны, то от Земли она будет отстоять на минимальном расстоянии в 100000 километров! О запуске ракеты с такой высоты пока не может быть и речи. Значит, создать спутник, который бы периодически облетал Землю и Луну, давая с помощью радио и телевизионного устройства информацию о виде Луны с близкого расстояния, нельзя.
Другой вариант разведывательного облета Луны был разработан ленинградским астрономом профессором Г. А. Чеботаревым. Рассчитанная им орбита охватывает только Луну, но двумя своими нижними концами как бы упирается в Землю. Это означает, что ракета, запущенная с Земли по данной траектории, облетит вокруг Луны и, подобно бумерангу, вернется в исходную точку.
Всего 30000 километров будут отделять ракету от Луны в момент наибольшего сближения этих тел. Пять суток потребуется, чтобы долететь до нашего спутника, около двух суток ракета будет находиться вблизи лунной поверхности, а затем через пять суток возвратится на Землю.
Проект профессора Г. А. Чеботарева весьма заманчив. Правда, здесь нельзя забывать о необходимости найти способ затормозить ракету при ее падении на Землю. Это можно сделать, например, с помощью реактивного тормоза, то есть дополнительного реактивного двигателя, установленного на ракете. Включаясь в нужный момент по радиокоманде с Земли, тормоз будет выбрасывать газы в направлении полета ракеты и тем самым замедлит ее движение. Когда скорость ракеты снизится, из нее выбросятся контейнеры. Снижаясь на парашютах к поверхности Земли, эти контейнеры доставят в руки исследователя ценнейшие данные первой разведки Луны — фотографии ее невидимого полушария, крупномасштабные снимки поверхности и многое другое.
Разведку Луны можно произвести и с помощью траекторий, названных В. А. Егоровым долетными. При всем их разнообразии у них есть общая черта: они начинаются с Земли и возвращаются к Земле, пролетев около Луны на близком расстоянии.
Наконец, представляют большой интерес траектории попадания в Луну. Это своеобразная «стрельба по Луне». Весь перелет ракеты от Земли до ее спутника, как показал расчет, займет несколько десятков часов.
Огромные размеры мишени облегчают попадание в цель. Однако если ставится задача попасть ракетой в определенный участок лунной поверхности, то точность «выстрела» должна резко возрасти.
Все сказанное о разных типах траекторий верно, разумеется, только для пассивного, свободного полета, в котором двигатель ракеты не принимает участия. На самом же деле при полетах на Луну и вокруг нее движение ракеты в случае нужды будет исправляться, корректироваться кратковременным включением двигателя. Тогда станет возможным переход с одной траектории на другую, устранение ошибок, допущенных при старте, то есть, короче говоря, активное управление полетом.
Управление космической ракетой на первых порах едва ли будет осуществляться находящимся внутри ее человеком. Большую роль в первых разведках Луны сыграют радиотелеуправляемые ракеты. По радиокомандам, подаваемым с Земли, автоматы ракеты включат в нужный момент ее двигатель и откорректируют полет. Технические трудности, связанные с осуществлением подобных проектов, конечно, огромны, хотя и преодолимы.
Совсем немного времени отделяет нас от момента, когда начнутся первые разведки Луны. Что будет скорее осуществлено — облет Луны или попадание в нее, — сказать трудно. И то и другое представляет для науки огромный интерес.
Облеты вокруг Луны автоматически управляемых ракет раскроют тайны ее невидимой половины. Ракеты-разведчики принесут нам крупномасштабные изображения лунной поверхности. Ведь с ракет можно фотографировать Луну, применяя телеобъективы с очень большим увеличением — в безвоздушном пространстве не может быть атмосферных помех. С помощью телевидения или фотоснимков мы, оставаясь пока в земных лабораториях, увидим такие подробности лунного ландшафта, как если бы наблюдали наш спутник с высоты птичьего полета. Составленные по фотоснимкам подробнейшие карты лунной поверхности помогут наметить маршруты первых лунных экспедиций. Автоматические приборы ракет-разведчиков установят также интенсивность солнечного и космического излучения в окрестностях Луны. Они принесут нам информацию о метеоритной опасности на пути к Луне: чувствительные микрофоны с дополнительным устройством зафиксируют частоту попадания в ракету мелких микрометеоритов. Короче говоря, облетные и долетные ракеты выяснят обстановку на путях к Луне и в ее окрестностях.
После этого (или наряду с этим) будут посланы ракеты и по траекториям попадания. Некоторые из них, возможно, начинят каким-нибудь сильно рассеивающим солнечные лучи порошком. При ударе о лунную поверхность ракета взорвется, как метеорит, а разбросанный при этом порошок создаст блестящее пятно, которое можно будет заметить в сильные телескопы. Таким способом удастся не только убедиться в том, что цель достигнута, но и выяснить точность стрельбы.