Изучение верхних слоев атмосферы возможно с помощью чего

Как исследуют высокие слои атмосферы.

Изучение разнообразных свойств воздушной оболочки Земли имеет большое научное и практическое значение. Исследование нижних слоев атмосферы, непосредственно прилегающих к земной «поверхности, не вызывает особых затруднений. Что же касается высоких ее слоев, то их изучение, ввиду ограниченной доступности к ним, сопряжено с большими трудностями.

Исследование высоких слоев атмосферы, или, как говорят «свободной атмосферы», в настоящее время проводится прямыми и косвенными методами. Прямые методы состоят в том, что атмосфера изучается на основе вертикального зондирования помощью приборов, поднимаемых на летательных аппаратах, а косвенные — на основе наблюдений, производимых с земной поверхности над различными физическими явлениями в высоких слоях атмосферы.

Метод радиозондов заключается в подъеме на высоту легкого прибора—радиозонда, автоматически передающего по радио условными сигналами данные о давлении, температуре и влажности воздуха на различных уровнях атмосферы. Радиозонд поднимается с-помощью эластичного резинового шара, наполняемого водородом. Ввиду убывания атмосферного давления с высотой шар по мере подъема постепенно- расширяется и в конце концов лопается. Радиозонд падает и разбивается. Но для результатов зондирования это уже не имеет никакого значения, 10 так как необходимые данные прибор передает по радио во время своего подъема.

Высота подъема радиозондов зависит от качества оболочек и составляет в среднем 20- 25 и максимально 35 км. Первый в мире радиозонд был выпущен в Советском Союзе в 1930 г. Его изобрел П. А. Молчанов.

Метод самолетного зондирования состоит в том, что самопишущие приборы — метеорографы поднимаются в атмосферу на самолетах-зондировщиках. Метеорографы авто­матически непрерывно фиксируют давление, температуру и влажность воздуха на протяжении всего полета самолета. Кро­ме этого, находящиеся на борту самолета наблюдатели (бортаэрологи) производят дополнительные наблюдения над облаками, вертикальными движениями воздуха (судя по болтанке самоле­та), обледенением и другими явлениями. Этот метод дает воз можность производить изучение атмосферы до высоты 10—15 км.

Метод пилотов применяется в узких целях — только для определения скорости и направления ветра на различ­ных высотах. Он заключается в том, что за свободно поднимаю­щимся резиновым шаром, наполненным водородом, ведут наб­людения с поверхности Земли с помощью аэрологического тео­долита. Шар, равномерно поднимаясь, одновременно переме­щается и по ветру, подобно поплавку. Фиксирование положения шара в пространстве через определенные промежутки времени позволяет определить высоту, направление и скорость его дви­жения, а следовательно, направление и скорость ветра на раз­личной высоте. Высота «подъема шаров-пилотов составляет 20—30 км.

Эти методы изучения атмосферы получили весьма широкое распространение во всех странах мира и в настоящее время при­меняются в качестве ежедневного массового способа получения данных о состоянии атмосферы для целей предсказания погоды и нужд авиации.

Иногда в научных целях совершаются подъемы аэроста­тов и стратостатов — огромных воздушных шаров с гон­долами для воздухоплавателей. Аэростаты отличаются от страто­статов меньшими размерами и открытой гондолой. Они предназначены для подъема на сравнительно небольшие высоты (д) 8—10 км). Стратостаты же, имея закрытую металлическую ка­бину для аэронавтов и больший размер оболочки, могут подни­маться на значительно большие высоты, 20—25 км. Например, в 1933 г. стратостат «СССР-1» поднялся на высоту 19 000 м. а в 1934 г. другой советский стратостат «Осавиахим-1»—на 22 000 м. В 1935 г. американский стратостат «Эксплорер-П» поднялся на высоту 22 066 м, т. е. всего лишь на 66 м выше «Осавнахима», хотя его объем был в четыре раза больше советского стратостата.

Преимущество этого метода исследования высоких слоев атмосферы состоит в том, что данные о состоянии и свойствах атмосферы фиксируемые разнообразными приборами, дополняются наблюдениями людей. Ввиду несовершенства, громоздкости и дороговизны изготовления стратостатов, последние для исследования высоких слоев атмосферы в настоящее время не применяются.

Отдельные свойства атмосферы изучаются также с помощью специальных радиолокационных установок.

В последние годы для изучения атмосферы на больших вы­сотах применяются ракеты. Метеорологические (облегченные) ракеты достигают высоты 70—80 км_ч тяжеловесные (двух- трехступенчатые) поднимаются до 450 км и более. С их помо­щью уже получены некоторые ценные данные об очень высоки-: слоях атмосферы, в частности о температуре, давлении, плотности и составе воздуха, а также новые данные об ультрафиолетовых и космических лучах.

Ракетный метод зондирования атмосферы хотя и не свободен еще от недостатков, тем не менее становится одним из самых важных методов исследования верхних слоев воздушной оболочки Земли.

Приборы, установленные на спутниках и ракетах, позволили определить с известной точностью степень разреженности воздушной среды, ее температуру, характер распространения радиоволн, изменение магнитного поля Земли, интенсивность солнечной радиации и многое другое. Несомненно, что будущие за­пуски искусственных спутников Земли и космических ракет да­дут возможность получить еще более обширные я более точные данные не только о строении и свойствах атмосферы нашей планеты по и о космическом пространстве, завоевание которого становится делом ближайшего будущего.

Косвенные методы изучения верхних слоев атмосферы сводятся к установлению выводов о составе и строении атмосферы на основе, наблюдении с земной поверхности над отдельными явлениями, возникающими на больших высотах (полярные сияния, возгорание метеоритов и т. п.). О свойствах высоких слоев атмосферы судят и по тому, как распространяются в атмосфере звук, световые лучи и радиоволны.

Источник

Для чего и как изучают атмосферу: наука о броне Земли

Зачем нужно изучать процессы в атмосфере? Дело в том, что атмосферой называется газовая оболочка нашей планеты. Без нее жизнь на Земле была бы невозможна. Благодаря атмосфере растения и животные получают необходимые для жизнедеятельности газы.

Каждому будет интересно узнать, какой слой атмосферы задерживает губительные ультрафиолетовые излучения, которые являются опасными для жизни. Это озоновый слой. Известно, что ультрафиолетовые лучи нарушают рост и развитие растений, а также являются причиной заболеваний у человека. Вот почему атмосферу называют броней Земли.

А благодаря имеющимся в ней парниковым газам, она поглощает длинноволновое, испускаемое Землей, излучение. Это делает климат на нашей планете комфортным для проживания. Чтобы ответить на вопрос как изучают атмосферу необходимо разобраться с тем, какие задачи ставит перед собой метеорология….

Что изучает метеорология

Метеорология это наука об атмосферных явлениях. Она занимается изучением состояния воздушной оболочки Земли и происходящих в ней процессов. В задачи метеорологии входит:

Развитие этой науки пришлось на вторую половину 18 века. В этот период появилась и сеть метеостанций, которая со временем постепенно увеличилась.

Исследования атмосферы

Как изучают атмосферу? Наиболее важным звеном метеорологии являются метеостанции. На них осуществляется сбор важнейшей информации: фиксируется температура воздуха, количество выпадающих осадков, направление и скорость ветра, атмосферное давление, облачность и другие явления.

Важно! Метеостанции остаются главным способом изучения воздушной оболочки. На их основе собранных данных делаются выводы о тенденциях в изменении климата. Всего в мире действует свыше 8000 метеорологических станций, включая автоматические.

Помимо метеостанций есть и другие методы исследования атмосферы, например, аэрологические станции.

Таких объектов в мире насчитывается около 800. Они функционируют, начиная с 30-х годов 20 века. Для исследования привлекаются аэростаты и стратостаты. Для изучения наиболее высоких и разреженных слоев газовой оболочки используют радиозонды.

Начиная с 60-х годов 20 века, в исследовании атмосферных процессов принимают участие искусственные спутники. С их помощью изучают температурный фон, расположение облачности и гроз, циклонические и антициклонические образования, состояние полярных льдов и т. д.

Спутники совершают вращение вокруг земного шара на высоте 800 – 1000 км, а геостационарные – на высоте в 36 000 км. Использование летательных аппаратов позволяет расширить наши знания о происходящих в атмосферных слоях процессах, и текущем состоянии газовой оболочки.

Существуют различные методы исследования атмосферы, о которых будет рассказано ниже.

Вся информация, полученная при наблюдении за воздушной оболочкой планеты, стекается во Всемирную метеорологическую организацию.

С помощью чего ученые изучают атмосферу

И взрослым, и детям любопытно будет узнать, как изучают атмосферу с помощью оборудования. Основными приборами являются следующие:

Для обработки информации стали применяться компьютеры. Узнав, с помощью чего ученые изучают атмосферу, можно попробовать определить некоторые параметры в домашних условиях с помощью специальных приборов.

Термометр

Термометры были изобретены еще в 17 веке, однако до сих пор являются одними из самых востребованных приборов в метеорологии.

Принцип действия термометра основан на способности жидких веществ расширяться при их нагреве. Повышение температуры воздуха приводит к нагреванию жидкости в колпачке термометра, в результате чего она расширяется, заполняя стеклянную трубку, вдоль которой нанесены градации температуры.

В качестве жидкостей чаще всего применяются спирт или ртуть. Для единиц измерения используются градусы: 0 – начало перехода воды из жидкой фазы в твердую, 100 – вода закипает, превращаясь в газ.

Помимо обычного термометра, показывающего текущее значение температуры, применяют еще так называемые минимальный и максимальный термометры, а также специальный почвенный термометр. Они позволяют определить минимальную и максимальную суточные температуры и температуру почвы (на выбранной глубине).

Барометр

Барометры показывают величину атмосферного давления. Оно, в свою очередь, зависит от высоты. Но так же оно колеблется под действием, происходящих в атмосфере, процессов.

Низкое давление означает преобладание восходящих движений воздуха, с которыми нередко связано выпадение осадков. Более теплый и влажный воздух, поднимаясь в толщу атмосферы, охлаждается и расширяется, что, в конечном счете, приводит к дождю или снегу.

Если давление высокое, то воздух опускается, прижимаясь к земле. А поскольку на высотах он содержит мало влаги, то и осадков обычно не бывает. Но одного лишь атмосферного давления не достаточно для их прогнозирования.

Осадкомер

Как изучают атмосферу с помощью этого прибора? Осадкомер представляет собой емкость для сбора выпадающей из атмосферы воды. Единицей измерения был принят миллиметр водяного слоя. То есть, если было, допустим, 10 мм, то это значит, что именно такой слой жидкости и выпал из атмосферы. Однако после попадания на землю вода начинает течь, скапливаясь в углублениях и образуя лужи. У осадкомера же ровное дно, поэтому подобных искажений не возникает.

Если осадки твердые (снег, град), то они занимают больший объем, поэтому перед измерением их растапливают. При среднем дожде выпадает 10 – 20 мм влаги. Если в течение короткого времени было больше 20 мм, то образуются большие лужи, а если больше 40, то уже возможны подтопления. Иногда за раз впадает 50 – 100 мм, а в исключительных случаях и до 500 – 1000 мм, что всегда (даже если дождь затяжной) вызывает различные наводнения.

Флюгер и анемометр

Для изучения атмосферы применяются флюгер и анемометр. Эти приборы измеряют скорость и направление ветра. Они должны быть подняты на достаточную высоту, поскольку у земли потоки воздуха могут искажаться местными препятствиями.

Ветер до 15 м/с считается умеренным, а если его скорость больше 20 м/с, то очень сильным.

Наиболее сильные порывы отмечается при грозовых шквалах, торнадо, тропических циклонах и при большом барическом градиенте (граница между глубоким циклоном и мощным антициклоном). Такие ветра способны производить сильные разрушения. От того, как человек изучает атмосферу, зависит жизнь целых городов, которые могут быть стерты с лица Земли катаклизмами.

Радар

Радаром называется техническое сооружение, применяемое для сканирования атмосферы. Они активно используются при картографировании атмосферных процессов.

Действие радара основано на отражении, испускаемого устройством электромагнитного излучения, от облаков и осадков. Различные виды препятствий по-разному отражают это излучение, что позволяет определить их особенности.

Радары активно используются в современной метеорологии.

Аэростаты запускаются на большие высоты, что дает возможность измерять метеопараметры в толще атмосферы. Такие сведения дополняют информацию, полученную от наземных станций.

Значение атмосферы очень велико, поэтому для ее исследования применяются новейшее оборудование и технологии.

Биосферные станции

Это особая группа метеорологических станций, которые применяются для изучения атмосферы. Они ведут замеры уровня запыленности и содержания в воздухе различных газовых примесей. Благодаря работе таких исследовательских центров, удалось выявить устойчивую тенденцию к росту содержания парниковых газов в атмосфере, разрушение озонового слоя и увеличение запыленности тропосферы в прошлом веке.

К биосферным станциям предъявляют повышенные требования. Например, персонал должен состоять только из профессионалов, а расположение объекта должно исключать действие локальных загрязнений. Какие специалисты потребуются для работы на объекте, зависит от его расположения. Некоторые из таких станций находятся на маленьких островах посреди океана, а также в Антарктиде. По мере того, как изучают атмосферу на предмет загрязнения, придумывают и новые методы борьбы с ним.

Атмосфера, её строение

Роль атмосферы в жизни Земли

Огромное значение атмосферы в жизни людей объясняется тем, что без нее невозможна жизнь на Земле. Поэтому газовую оболочку планеты нужно не только исследовать, но и беречь от разрушения. Различные способы изучения помогают ученым сохранить озоновый слой.

Это интересно! Как решаются проблемы экологии в современном мире на глобальном и региональном уровне

Источник

Как изучают атмосферу? Значение атмосферы для Земли. Наука, изучающая атмосферу

Значение атмосферы для Земли было осознано человечеством давно. Ее воздушные слои служат щитом от жесткого космического излучения и метеоритов, не составляя преграды для солнечных лучей, не пропускают обратно тепловое излучение поверхности планеты.

Зачем нужно изучать процессы в атмосфере

Можно ли было предотвратить потопление эскадры из шестидесяти британских и французских военных кораблей в Черном море? Это случилось четырнадцатого ноября 1854 года во время Крымской Войны. После изучения предоставленных метеорологических сводок Урбен Леверье (Парижская обсерватория) пришел к выводу, что можно было предвидеть ураган (значит, не давать приказа выходить в открытое море), спрогнозировать это явление.

Этот исторический пример доказывает неизбежность развития науки, позволяющей наблюдать за атмосферой и прогнозировать ее поведение.

От того, как изучают атмосферу сегодня метеорологи, зависит определение оптимальных погодных сроков работы на полях, авиация без срочных прогнозов поведения воздушных масс становится не безопасной. Подтопления, град, ураганы, засухи — это неполный список природных явлений, происходящих в атмосфере.

Чем и как изучают атмосферу: первые исторические попытки организации наблюдений

Аристотель еще в четвертом столетии до нашей эры написал труд, названный им «Метеорологика» (Ликейский период Аристотеля — с 334 по 322 год до н. э.). Поэтому наука, изучающаяя атмосферу, называется метеорология.

Возможность изучения метеоусловий возникла после изобретений в 17 веке Галилео Галилеем термометра (фиксация температуры) и барометра (измерение давления) Отто фон Герике. Флюгер (измерение направления ветра), анемометр (измерение скорости движения воздуха), гигрометр (измерение влажности), плювиограф (измерение количества осадков), созданные в этом же веке, расширили список фиксируемых параметров атмосферы.

Сеть из девяти метеостанций (самая первая в истории) в Италии с 1854 по 1667 собирала информацию о параметрах атмосферы.

Вторая европейская сеть метеостанций (1723-1735) работала по инструкции, содержащей стандартные таблицы измерений с методическими указаниями по пользованию приборами, написанной Джеймсом Джурином (Лондон).

Одновременно в России на двадцати четырех метеостанциях (1733-1744) велись наблюдения за атмосферой (инструкция Даниила Бернулли).

Строение атмосферы

В зависимости от процентного состава газообразных составляющих, их температуры воздушную оболочку планеты принято делить послойно.

Тропосфера — воздушная масса, прилегающая к поверхности. Высота нижнего слоя меняется от полюсов к экватору — над полюсами до 8 километров, над экватором до 17. Нагрев воздуха в нем происходит от поверхности планеты, через каждые сто метров температура понижается на 0,6 градуса Цельсия. На верхней границе слоя температура равна приблизительно минус 55 градусов.

Воздушные массы в тропосфере самые плотные (действует притяжение Земли), они находятся в постоянном движении, именно здесь образуются облака из маленьких капелек испаряющейся с поверхности воды.

Стратосфера — следующий большой воздушный слой, его высота — до пятидесяти пяти километров. Воздух разрежен, температура сначала падает, затем подымается с высоты в двадцать пять километров (на один-два градуса на каждый километр высоты).

Мезосфера — высота до восьмидесяти-восьмидесяти пяти километров, рост температуры продолжается.

Термосфера — ее высота — восемьсот километров.

Мезосфера и термосфера — это ионосфера. Атмосферное явление — полярное сияние — формируется именно в ионосфере.

Самый дальний от поверхности планеты слой с температурой в две тысячи градусов — экзосфера.

Какими способами изучают атмосферу

Количество параметров, характеризующих воздушные массы, известны давно. Ученые разных стран еще в девятнадцатом веке пришли к соглашению о единой системе, в которой должны производиться измерения.

К методам изучения атмосферы относятся наземные (метеорологические станции), аэродинамические (радиозонды, ракеты), спутниковые и орбитальные (искусственные спутники Земли и орбитальные космические станции).

Метеостанции

температура (используются различные виды термометров, максимальный и минимальный — для измерения максимума и минимума температуры воздуха за определенный период, термометры для измерения температуры почвы, термограф (самописец) — для регистрации показаний);

атмосферное давление (барометр и барограф — для регистрации);

влажность воздуха (абсолютная и относительная — гигрометром и психрометром, гигрограф — для регистрации);

скорость ветра и направление (флюгер со шкалой — анеморумбометр);

количество осадков за период измерений (осадкомер и плювиограф — для регистрации);

высота снежного покрова (специальная рейка).

На части метеостанций регистрируются гололед, изморось, лед.

Часть метеостанций с более высоким статусом (определяются государственными метеокомитетами) измеряю нижнюю границу облачности (направленными прожекторами), оптическую дальность, испарение почвы, солнечное излучение.

Все метеостанции свои наблюдения передают в единые центры. В России это Р осгидромет.

Аэрологические станции

Скорость и направление ветра, температуру, давление на высотах от тридцати метров до сорока километров (тропосфера и часть стратосферы) регистрируют с помощью системы АРЗ-РЛС (аэрологический зонд — радиолокационная станция).

Зонд — это специальный баллон (из резины или пластика, заполненный водородом или гелием (несколько реже, хотя менее опасно) для поднятия вверх и контейнер с датчиками температуры, давления. Сигналы датчиков преобразуются в радиосигнал, затем передаются на РЛС.

Радиолокационная станция принимает сигналы и расшифровывает их. РЛС «ведет» радиозонд, отслеживая его положение по вертикали и горизонтали.

Таким образом аэрологическая станция получает самые достоверные данные о температурах, давлении и о скорости и направлении ветра на различных высотах.

Так как изучают атмосферу с помощью зондов всего лишь от двух до четырех раз в сутки, этого совершенно недостаточно для сиюминутного знания о состоянии воздушных масс (перемещение, облачность).

Метеорологические ракеты

Исследование атмосферы на высотах до ста километров проводятся с помощью запусков геофизических (метеорологических) ракет. К сегодняшнему дню многие страны создали станции для пуска ракет по всему миру (около пятидесяти).

Принципы ракетостроения, система запусков, обработки сигналов и отслеживание ракеты разработаны были еще в Советском Союзе в пятидесятых годах прошлого столетия.

То, как изучают атмосферу с помощью ракет, достаточно уникально. Суть методики изучения атмосферы данным способом состоит в следующем. В голову ракеты устанавливаются и крепятся измерительные приборы. Ракету вывозят на стартовую площадку станции, размещают в пусковой установке. После старта ракета уходит в заданном направлении, ее путь отслеживается радиолокатором. В зависимости от поставленной задачи на нужной высоте (от 70 до 80 км) головная часть отделяется от двигателя. Раскрывается парашют приблизительно на высоте около ста километров, и ракетозонд начинает падение к поверхности. Все производимые на спуске измерения передаются на наземные станции. На начальном этапе падения скорость начинает увеличиваться, достигая своего максимума на высоте около шестидесяти километров. Плотность воздуха на этой высоте достаточна для начала работы парашюта. Головная часть ракеты на парашюте плавно спускается на поверхность. Траектория падения (дрейфа в атмосфере) отслеживается локатором.

Давление, температура и, наконец, основное — скорость и направление ветра, измеряются ракетой с высокой точностью.

Научные исследования с помощью пусков ракет не ограничиваются только этими измерениями, на этих высотах предметом изучения могут быть и состав воздуха и озоновый слой, и солнечное излучение, и радио магнитное излучение.

Исследования с помощью спутников и орбитальных станций

Космическая эра наблюдений (исследований) началась с запусков искусственных спутников земли (4 октября 1957 года был запущен первый советский спутник).

На сегодняшний день спутники, облетая планету, предают информацию через каждый час-полтора, охватывая полосу поверхности планеты шириной от километра до трех. Следующий виток проходит рядом, поэтому за двенадцать-четырнадцать оборотов метеорологи получают полную (кроме полюсов) фотографическую картинку поверхности и облачных масс.

Источник

Изучение верхних слоев атмосферы возможно с помощью чего

«Вестник АН СССР» 1957 №6, с.25-32

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕРХНИХ СЛОЕВ АТМОСФЕРЫ ПРИ ПОМОЩИ ВЫСОТНЫХ РАКЕТ

Академик А. А. БЛАГОНРАВОВ

В программе работ Международного геофизического года значительное место отводится исследованию верхних слоев атмосферы с целью расширения и уточнения имеющихся сведений о плотности и давлении воздуха, его составе и движении в верхних слоях земной атмосферы, об электрических свойствах ионосферы, космическом излучении, ультрафиолетовом участке солнечного спектра, солнечной радиации во всех ее проявлениях, о твердой компоненте космического вещества, земном магнитном поле.

Помимо познавательного значения эти исследования представляют и большой практической интерес, позволяя усовершенствовать службу и прогнозы погоды, уточнить вопросы дальней радиосвязи, получить необходимые сведения для разрешения проблемы межпланетных сообщений.

Методы исследования верхних слоев атмосферы принято разделять на косвенные и прямые, понимая под первыми исследования, проводимые с земной поверхности, а под вторыми — исследования с помощью приборов и аппаратуры, находящихся непосредственно на исследуемых высотах.

Современная ракетная техника обеспечила науке широкую возможность проведения прямых методов исследования земной атмосферы путем размещения соответствующей аппаратуры как на самих ракетах, так и в специальных контейнерах, доставляемых ракетами на нужную высоту, а затем отделяемых от ракеты. Развитие последнего способа, параллельно с ростом скорости полета ракет, привело к возможности создания искусственных спутников Земли, что в свою очередь существенно расширяет границы исследований во времени, поскольку подъем исследовательской аппаратуры на самих ракетах позволял осуществлять лишь относительно кратковременную регистрацию изучаемых явлений и процессов.

Выполненные за последние годы широкие исследования в этой исключительно интересной области науки и техники дали возможность наметить большую программу работ по изучению верхних слоев атмосферы с помощью ракет во время Международного геофизического года.

Изучение космического излучения при помощи ракет было начато в СССР в 1947 г. коллективом научных работников под руководством члена-корреспондента АН СССР С. Н. Вернова. В 1949 г. был осуществлен подъем специально приспособленной ракеты, позволившей получить некоторые данные о состоянии атмосферы на высотах до 100 км. На основании результатов этого эксперимента удалось сформулировать четкие требования к методике исследований н аппаратуре для них. Были разработаны специальные ракеты по заданию Академии наук СССР, а затем так называемые «метеорологические ракеты» по заданию Центральной аэрологической обсерватории, и с 1951 г. эти ракеты стали применяться для систематических исследований атмосферы. За 1951—1956 гг., по мере накопления опыта, проводилась конструкторская работа по модификации ракет и усовершенствованию приборов, и в настоящее время советская наука располагает достаточно совершенными техническими средствами для выполнения во время Международного геофизического года всех намеченных исследований.

Рис. 1. Приборный контейнер после приземления

В работах по изучению верхних слоев атмосферы принимали участие коллективы научных работников как академических, так и других научно-исследовательских учреждений, причем общая координация осуществлялась Академией наук СССР.

Физический институт им. П. Н. Лебедева (С. Н. Вернов, П. В. Вакулов, М. И. Фрадкин, В. И. Соловьева, А, Е. Чудаков и др.) занимался исследованиями состава и свойств первичного потока космических лучей. При этом ставились задачи измерения полного потока заряженных частиц, потока незаряженных частиц, измерения ионизации, создаваемой частицами первичного излучения в верхних слоях атмосферы, измерения потока многозарядных частиц, изучалось также взаимодействие частиц с плотным веществом. Результаты измерений передавались с борта ракеты по каналам радиотелсметрической системы. Таким путем были получены достаточно точные данные об изменении интенсивности излучения с высотой и о составе первичного космического излучения.

Группа исследований, проводившихся геофизиками Академии наук СССР (И. А. Хвостиков, В. И. Красовский, Б. А. Миртов, В. В. Михневич и др.), охватывала определение состава воздуха, измерение его плотности, величины атмосферного давления, температуры.

Опыты 1949 г. показали необходимость избавиться от искажений, вносимых самой ракетой при ее полете. Было установлено, что состав отбираемых проб воздуха загрязняется следами газов, которые несет с собой ракета. Поэтому при всех последующих измерениях, кроме приборов, устанавливаемых на ракете, использовалась аппаратура, собранная в специальном контейнере, помещавшемся в мортире на борту ракеты. Контейнер выстреливался из мортиры на восходящей ветви траектории ракеты (после окончания работы двигателя) под некоторым углом к оси ракеты и совершал самостоятельный полет. При падении контейнера, на высоте около 4 км, вскрывался отдельный отсек, содержащий парашютную систему, чем обеспечивалось приземление контейнера со скоростью, гарантируюшей целость приборов.

Рис. 2. Баллоны для получения проб воздуха

По мере накопления опыта контейнер подвергался конструктивной модификации, была отработана амортизация для ослабления удара в момент приземления. Последний образец контейнера при приземлении оставался в вертикальном положении, вонзаясь специальными штыками в грунт. Такая конструкция предохраняла стеклянные баллоны с пробами воздуха от повреждения при падении контейнера на бок.

Высота забора проб воздуха исчислялась в каждом эксперименте на основе обработки данных о скорости полета ракеты в момент выброса контейнера и траектории контейнера, фиксировавшейся кино-теодолитами в функции времени. Атмосферное давление регистрировалось при помощи двух тепловых манометров Пирани (на высоте 50—70 км) и четырех газоразрядных манометров (два на высотах 70—90 км и два на высотах 90— 110 км.)

В разное время были получены приведенные ниже данные об изменении давления с высотой.

Не лишены интереса материалы о распределении температуры в атмосфере. Несмотря на расхождение отдельных данных о температуре, полученных в разное время суток и года, следует отметить надежно зафиксированное положение максимума температуры на высоте около 46 км, колеблющегося в пределах 280°—307°К, и минимума — на высоте около 80 км. Выявлена также устойчивость градиента температуры в пределах высот 50—70 км (2,5 гр/км).

Для определения воздушных течений применялся акустический метод. Для той же цели был испытан также другой способ, заключающийся в наблюдении за столбом дыма, испускаемого непрерывно при падении контейнера, начиная от вершины траектории.

Из других исследовании следует упомянуть регистрацию солнечного спектра в ультрафиолетовой его части (А. В. Яковлева, Н. А. Павленко) при помощи специального спектрографа, укрепляемого в носовой части ракеты. Как известно, ультрафиолетовая часть спектра поглощается слоем озона и потому недоступна при наблюдениях в нижних слоях атмосферы.

При полете ракеты регистрировались встречи с микрометеоритами. Были испытаны приборы для измерения ионной концентрации в ионосфере.

Рис. 3. Спектрограф, укрепляемый в носовой части ракеты

Широкому изучению подверглись физиологические условия полетов на ракетах, что имеет большое значение для разрешения проблемы космических путешествий (А. В. Покровский, В. И. Яздовский).

В опытах, проводившихся в течение 1951—1956 гг., использовались собаки. В первых экспериментах две собаки помещались в герметической кабине в головной части ракеты, где жизненно необходимые условия обеспечивались системой регенерации воздуха. Во время полета регистрировались температура и давление воздуха в кабине, измерялась кожная температура животных, частота пульса и дыхания. Поведение животных в кабине изучалось путем автоматической киносъемки в течение всего полета. Перед полетом и после него производилась электрокардиография и рентгенография животных. Предварительная тренировка проводилась в барокамере и в самой ракете на стенде.

На первом этапе исследований животные поднимались на высоту до 100 км, причем скорость полета достигала 1170 м/сек, ускорения не превышали 5,5 g. В вершине траектории кабина с животными отделялась от ракеты и свободно падала до высоты 3—4 км, затем автоматически вводилась в действие парашютная система, обеспечивавшая надежный спуск и безопасное приземление.

В последующих экспериментах животные помещались в негерметическом отсеке ракеты; жизненные условия обеспечивались с помощью специальных скафандров со съемным прозрачным шлемом и системой кислородного питания. Животные были привязаны к тележкам, на которых размещалась вся регистрирующая аппаратура и парашютная система. Запас кислорода в 900 л был рассчитан на пребывание собаки в скафандре в течение двух часов. Давление воздуха в скафандре на высоте поддерживалось в 440 мм рт. ст. В шлем скафандра был вмонтирован клапан, автоматически устанавливавший сообщение с внешней атмосферой при спуске (на высоте 3-4 км). Во время полета велась регистрация частоты дыхания, пульса, максимального и минимального артериального давления и температуры животного.

В вершине траектории (на высоте 100—110 км) головная часть ракеты отделялась, после чего в период ее свободного падения на высоте 85— 90 км происходило катапультирование тележки с одной собакой при скорости падения около 700 м/сек; через 3 сек. после катапультирования раскрывался парашют. Спуск на парашюте продолжался 55—65 мин. Вторая собака продолжала оставаться в падающей части ракеты до высоты 35—50 км, после чего тележка катапультировалась (при скорости падения около 110 м/сек) и продолжала свободное падение до высоты 4 км, где производилось автоматическое раскрытие парашюта. Освобожденный от животных отсек с киноаппаратурой и некоторыми другими приборами также спускался на парашюте.

Рис. 4. Момент приземления головной части ракеты

Как установлено, изменения величины артериального давления, частоты дыхания и пульса носят умеренный характер. В период активного участка полета (во время работы двигателя) как максимальное, так и минимальное давление несколько повышается, по окончании работы двигателя наблюдается понижение давления, однако не ниже исходной величины (перед полетом).

В период свободного падения не наблюдается какой-либо закономерности в изменении давления (у некоторых животных — незначительное повышение, у других — незначительное понижение). На активном участке полета наблюдалось как учащение, так и снижение частоты пульса, а также и практическая его неизменность. При этом в одном и том же полете у разных собак оказывались и различные изменения; при повторном полете эти изменения повторялись, что указывает на зависимость этих изменений не от параметров внешних раздражителей, а от индивидуальных особенностей животных.

Рис. 5. Тележка с подопытными животными после катапультирования
и приземления (шлем скафандра снят)

В период движения по инерции у большинства животных отмечалось снижение частоты пульса на 7—24 удара в минуту и лишь у двух собак частота пульса снизилась на 36—46 ударов. Снижение частоты пульса на 8—24 удара наблюдалось и в период свободного падения. Частота дыхания в подавляющем большинстве случаев сначала практически неизменна, затем незначительно снижается; при парашютировании закономерных изменений частоты дыхания не отмечалось.

По данным киносъемки, животные чувствуют себя во время полета относительно спокойно; некоторое беспокойство проявлялось при повышенной вибрации; в отдельных случаях животные спали. Кинофильмы позволяли наглядно проследить за вращением отделившейся от ракеты кабины, благодаря перемещению на ее стенке светового пятна от проникающих через иллюминатор солнечных лучей.

После полетов животные чувствовали себя нормально, пищевые рефлексы не изменялись. При повторных полетах отрицательных реакций со стороны животных на помещение их в ракету не наблюдалось.

Таким образом, установлено, что во время пребывания в верхних слоях атмосферы длительностью до 1 часа в условиях ракетного полета каких-либо существенных сдвигов в поведении животных и состоянии основных функций их организма не происходит. Безопасность полета может быть вполне обеспечена.

Описанные выше работы позволили значительно расширить возможности дальнейших исследований. Например, в области изучения космических лучей предстоящие запуски искусственных спутников Земли снимут ограничения, накладываемые кратковременностью измерений на высотных ракетах, что позволит изучить вариации интенсивности космических лучей во времени, применить более тонкую исследовательскую аппаратуру.

Проводя исследования атмосферы при помощи высотных ракет по программе Международного геофизического года, мы вместо разрозненных экспериментов сумеем провести серию научных исследований, хорошо увязанных во времени и пространстве. Подъемы высотных ракет будут проводиться на территории СССР приблизительно вдоль одного меридиана, начиная от Заполярья, в средних широтах, а также в Антарктике (район обсерватории Мирный). Существенно расширяется диапазон исследований атмосферы по высоте. Подъем контейнеров с приборами будет осуществлен на большие высоты, чем в предыдущих исследованиях (на 100, 200 км и более).

Совершенствуется и методика ракетных исследований. Например, для анализа состава атмосферы в верхних слоях будет применяться радиочастотная масс-спектрометрическая аппаратура. Расширяется изучение корпускулярных солнечных потоков. Особенно интересные результаты можно будет получить, если удастся осуществить подъемы ракет во время хроносферных вспышек на Солнце, а также в высоких широтах — в зонах максимума интенсивности полярных сияний.

Разработанная в настоящее время аппаратура позволит регистрировать не только количество встреч с микрометеоритами, но и определять их энергетические показатели. Будет уделено внимание изучению влияний процессов, происходящих в верхней атмосфере, на тропосферные явления, важные для климатологии, службы погоды. Широко будет использована фотосъемка земной поверхности и облачных масс с больших высот.

Будут продолжены и физиологические исследования жизнедеятельности живых организмов в условиях ракетного полета с целью более всестороннего ее изучения.

Источник