Атмосфера нашей планеты по-своему уникальна. Ведь жизнь на Земле возможна благодаря её свойствам. Её верхняя граница соприкасается с космосом, нижняя — с гидросферой и земной корой, общая протяжённость составляет 1 тыс. км. Обо всех особенностях атмосферного пространства читайте далее.

Немного о строении и составе атмосферы

Земная оболочка состоит из пяти основных слоёв и дополняется переходами между ними (так называемыми паузами):

1. Тропосфера — самая нижняя и основная зона, простирается до 20 км в высоту в зависимости от географической широты. В полярных широтах достигает 10 км, наибольшим размером располагает на экваторе. Здесь формируются погодные условия.

Тропопауза — это переход от тропосферной к стратосферной части, характеризуется постоянной температурой. Имеет неравномерную толщину — в пределах 2 км, которая варьируется: циклоны её уменьшают, антициклоны — увеличивают.

2. Стратосфера располагается на высотах 11-50 км. Содержит озоновый слой (наибольшая концентрация достигается в границах 20-25 км), защищающий земную поверхность от опасных ультрафиолетовых лучей. Включает две прослойки: с незначительно растущей температурой (11-25 км) и где температура интенсивно растёт (25-40 км). Отличается меньшей силой тяжести и трением, идеально подходит для авиации и метеорологических аэростатов. Воздух разрежен настолько, что человек в этой зоне может находиться только под защитой скафандра.

Стратопауза. Её границы 50-55 км. Характеризуется стабильным режимом — 0ºC, низким давлением и разреженной средой.

3. Мезосфера находится на 80-90 км над землёй, климат здесь достаточно холодный: 0ºC в нижней части, верхняя зона охлаждается до -90ºC. Эта область атмосферы для полётов не используется, ведь самолётам необходимо большее количество воздуха, спутникам, наоборот, требуется меньшая плотность. Здесь встречаются очень редкие грозовые разряды, продолжающиеся 1/10 долю секунды. Этот район принимает на себя большинство метеоров: они сгорают, проходя через него.

Мезопауза — весьма тонкий слой (порядка 5 км), разделяющий мезосферу и термосферу. Температурный режим достигает -100ºC, воздушные суда здесь не летают.

4. Термосфера доходит до 800 км, здесь температурный режим возрастает до 1500ºC. Высокая разреженность газов соседствует с сильной ионизацией. Отметка в 100 км называется линией Кармана, считающейся рубежом между атмосферой и космическим пространством.

Термопауза — разреженная прослойка между двумя сферами, с относительно стабильной температурой. Среднее расстояние от Земли — 400-800 км. Содержит радиационные пояса, образовавшиеся вследствие солнечной активности, относится к областям, непригодным для полётов.

5. Экзосфера — зона рассеяния, её толщина — 800-3 тыс. км. Отличается сильной разреженностью, чёткого внешнего предела не имеет — плавно переходит в космос. Фотографии спутников помогли увидеть следы слоя на дистанции 20 тыс. км.

Отдельно стоит упомянуть ионосферу, находящуюся в пределах 60-1 тыс. км. Благодаря её наличию радиоволны распространяются вокруг земного шара.

Теперь рассмотрим основные элементы атмосферы (%):

• азот — 78;
• кислород — 20.9;
• аргон — 0.9;
• углекислый газ — 0.04;
• газовая смесь — 0.1 (неон, гелий, метан, криптон, водород, ксенон).

На заметку! Пропорции веществ изменяются с повышением высоты, где содержание азота растёт, кислорода — снижается. Количество углекислого газа в современную эпоху стало возрастать. Помимо них в атмосфере содержатся различные примеси: водяные пары, пыль, морская соль, продукты горения.

Небо для маленького человека

Жители Земли видят над собой голубой небосвод. На самом же деле свет, исходящий от солнца, состоит из семи разных лучей. Когда он проникает в атмосферные слои, то воздух и водяные пары интенсивно его поглощают. Большинство волн: красная, оранжевая, жёлтая, зелёная, фиолетовая, голубая не могут миновать этот процесс и просто исчезают. Как результат, зритель наблюдает наиболее стойкую, синюю часть спектра, в комбинации с остатками фиолетового и других оттенков.

Кстати! Дополнительно на цветовую гамму неба влияет погода: например, наплыв туч добавляет серые и свинцовые краски.

Что будет, если исчезнет атмосфера?

Давайте представим себе такую ситуацию, что земная оболочка распалась. Планета кардинально изменится: океаны испарятся, оставшаяся на поверхности вода превратится в лёд. Температурные перепады будут достигать 240ºC (от -120ºC до +120ºC в течение суток). Все живые существа просто вымрут, лишённые воздуха. Земля станет подобием Луны — холодным телом, вращающимся в космосе.

Справка! Диссипация — так называется процесс утечки атмосферных веществ в открытый космос. Больше всего он затрагивает молекулы водорода и гелия — самых лёгких элементов. Однако наша планета, помимо гравитации, располагает магнитным полем — эти факторы сохраняют атмосферу как единое целое. Понадобится несколько миллиардов лет, прежде чем количество потерянных элементов станет ощутимым.

Важность воздушного слоя для Земли

• Атмосфера прямо влияет на земную жизнь.
• Элементы, содержащиеся в воздухе — водяной пар, углекислый газ и др., постоянно поглощают избыточное солнечное тепло. Тем самым они снижают его концентрацию и создают условия, пригодные для существования всего живого. Благодаря этому свойству температура в течение суток меняется умеренно, без губительных перепадов в дневные и ночные часы.
• Особую роль играет озоновый экран, ведь он защищает земных обитателей от вредного солнечного излучения.
• Метеориты за редким исключением не долетают до земной поверхности, они сгорают, проходя через атмосферу.
• Атмосферный кислород обеспечивает жизнь организмов.

Всё о явлениях, происходящих в небе

На небосводе случаются различные события, на некоторые из них хочется смотреть вечно:

1. Северное и южное полярные сияния — это красивое зрелище, всегда вызывающее восхищение зрителей. Такие явления рождаются в термосфере, как результат взаимодействия с потоками солнечного ветра. Последние содержат высоко заряженные ионы, сталкивающиеся с частицами воздуха и начинающие светиться. Так возникают прекрасные световые шоу.
2. Закаты часто проходят в виде полыхающего неба. Это случается, когда молекулы атмосферы отражают проходящий свет в жёлтых и оранжевых тонах. Пыль или вулканический пепел могут вызвать подобные эффекты.
3. Восходы отличаются более нежными красками. Их оттенки зависят от атмосферных частиц, пропускающих определённые лучи.
4. Тяжёлые и большие грозовые облака всегда несут в себе электрический заряд (образуется за счёт ветра). В нижней и верхней части облаков частицы воды заряжены по-разному (положительно и отрицательно), при их встрече происходит разряд. Так рождается гроза, примечательная своей огромной мощью. Одна лишь молния способна нагреть воздух до 30 000ºC. Воздушные массы, испытывающие удар такой силы, во время нагрева очень быстро расширяются. Этот процесс сопровождается звуковым эффектом под названием гром.
5. Приятный глазу эффект радуги возникает, когда солнечные лучи проходят через мельчайшие капли дождя. Радужная дуга содержит все семь цветов солнечного света.
6. Реактивные самолёты всегда оставляют в небе белые следы, называемые инверсионными полосами. Во время движения двигатель вырабатывает горячие выхлопы, которые растворяются в наружном холодном воздухе. Эффект происходит в момент, когда газовые пары замерзают и обретают видимость. Чем влажнее окружающая среда, тем толще след.
7. Зелёный атмосферный луч на рассвете или закате — большая редкость, длится от 2-3 секунд (средние широты) до получаса (на полюсах). Ему необходим чистый воздух и безоблачное небо.
8. Паргелий — так называется сияющее кольцо вокруг солнечного диска. Иными словами, это ложное изображение нашего светила, их может быть два или больше. Оно возникает, когда солнечные лучи преломляются в ледяных кристалликах, на расстоянии до 10 км от земли.
9. Серебристые облака наблюдаются в поздних сумерках умеренных широт в летнее время. Место их образования — мезосфера, природа их возникновения изучается.

Жители атмосферы, живущие в самых её высоких слоях

Первые свидетельства о жизни выше тропосферы были получены в 30-х гг. ХХ века. На шарах и ракетах, запущенных в стратосферу, учёные нашли живые организмы. Исследователи пожелали раздобыть более надёжные образцы: сомневались, не являются ли найденные экземпляры следствием загрязнения после посадки аппаратов. Но такие эксперименты стоили дорого — пришлось отложить.

В настоящее время наука выяснила, что крошечные микробы действительно существуют на высотах до 15 км. Питаются эти микроорганизмы органическими химическими соединениями, плавающими в этой зоне.

Но это ещё не всё. Сотрудники американского Университета Вашингтона обнаружили, что бактерии выживают в ещё более суровых условиях — до 50 км. Здесь нет воды и питательных веществ, но присутствует повышенный радиационный фон. Чем питаются местные обитатели — науке ещё предстоит выяснить, пока ясно то, что размножаться в этом пространстве они не могут. Бактериальные споры проникают сюда из нижних слоёв (например, во время бурь, ураганов или путешествуя на обшивках самолётов).

Интересные факты, о которых вы не знали

1. Атмосфера нашей планеты обладает уникальными характеристиками. Например, только в её слоях (не считая комету 67P) исследователи зарегистрировали свободный кислород. Благодаря такой особенности на земной поверхности возможна жизнь.
2. Учёные допускают возможность, что наша планета уже теряла свою оболочку. Это происходило в ранние периоды её развития, когда на поверхности царили океаны магмы. Затем массивные объекты столкнулись с Землёй, как результат — образование Луны и постоянной атмосферы.
3. Первые земные обитатели были анаэробными, кислород в их существовании не играл ключевой роли. Когда его содержание в воздухе стало увеличиться, эти организмы вымерли — для них это был токсичный уровень.
4. Озоновый слой возник по геологическим меркам не так давно, после возникновения интенсивной жизни в океане, когда из морей стало выделяться большое количество кислорода.
5. Озоновая дыра впервые была обнаружена над южным полюсом в 1985 г. Причиной её образования назвали хладагент фреон и его аналоги. Сейчас во всём мире запрещённые протоколом Монреаля вещества постепенно выводят из производства.
6. Озон дополнительно уничтожается хлором, один атом которого расправится со 100 тыс. молекул.
7. Кислотный дождь уничтожает лесные массивы, вредно воздействует на морскую среду. Его появлению способствуют два компонента — диоксид серы и оксид азота, в момент создания смеси с водяным паром, именно так образуются опасные осадки. В природе серное соединение часто выходит вместе с вулканической лавой, азотная окись вырабатывается при ударах молний.

Земная атмосфера обеспечивает жизнь на нашей планете. Каждая её часть — это важная составляющая, особенно озоновый слой — естественная защита от солнечной радиации. Атмосферные явления: дожди, грозы, радуга, северное сияние представляют собой настоящее чудо природы, которое часто воспринимается нами как обыденность. Человечеству необходимо беречь этот бесценный дар, от которого зависит существование всего живого. Один из тревожных факторов — глобальное потепление, последствия которого наука пока не может предсказать.

Смесь

Атмосфера Земли имеет толщину 480 км и состоит из смеси около 16 газов:

Другими газами являются окись углерода, двуокись серы, двуокись азота и аммиак, которые занимают 0,00003% атмосферы Земли.

Пять слоев

Атмосфера делится на 5 слоев:

Тропосфера — это слой, ближайший к поверхности Земли. Он имеет толщину от 7 до 20 км и содержит половину атмосферы Земли.
Стратосфера начинается над тропосферой и заканчивается около 50 км над землей. В этом слое летают самолеты, чтобы избежать турбулентности и преодолеть большее расстояние, используя меньше топлива.
Мезосфера начинается в 50 км и простирается до 85 км в высоту. Это самая прохладная часть атмосферы с усреднением температуры минус 90 градусов по Цельсию.
Термосфера простирается от 90 км до 500-1000 км. Температура может доходить до 1500 градусов по Цельсию. Здесь летал космический челнок.
Экзосфера является высшим слоем и широко содержит частицы водорода и гелия.

Большая высота, тонкая атмосфера

По мере увеличения высоты атмосфера становится все тоньше и тоньше. Давление воздуха в экзосфере (самый высокий слой) чрезвычайно низкое из-за его большой высоты и расстояния между молекулами, которые у него есть.

Линия Кармана

Согласно Международной авиационной федерации, высота в 100 км над уровнем моря Земли представляет собой границу между атмосферой и космосом. Эта граница называется линией Кармана.

Тропосфера плотнее

Самая низкая часть тропосферы — это самый теплый участок слоя, и он плотнее, чем все его наложенные слои, поскольку больший атмосферный вес находится сверху тропосферы и вызывает ее сильное сжатие.

Температура Земли растет

Глобальный климат нагревался и охлаждался на протяжении всей истории. В настоящее время мы наблюдаем необычное быстрое потепление. Это происходит из-за парниковых газов, которые увеличиваются из-за человеческой деятельности, и они задерживают тепло в атмосфере.

Озоновый слой

Одной из самых важных вещей в атмосфере является озоновый слой. Это 19-32 км над поверхностью Земли. Это острый запах голубого газа, который поглощает большую часть ультрафиолетового излучения солнца.

В 1985 году над Антарктикой была обнаружена дыра в озоновом слое. Ситуация улучшилась после запрета хлорфторуглерода.

Хлор влияет на озон

Один атом хлора может уничтожить более ста тысяч молекул озона. Это ухудшение позволяет огромному количеству ультрафиолетовых лучей B достигать Земли, что может вызвать рак кожи и катаракту у людей, а также нанести вред животным.

Северное сияние

Аврора (ы) (также называемая полярным светом) видна в областях высоких широт. Это мерцающие завесы света, видимые ночью. Они образуются из-за заряженных частиц от Солнца, ударяющих верхнюю атмосферу над полюсами.

Почему Земля кажется синей?

Солнечный свет рассеивается во всех направлениях всеми газами, присутствующими в атмосфере Земли. Поскольку синий свет имеет короткие длины волн, он рассеивается больше, чем другие цвета. Это дает Земле синий ореол при наблюдении из космоса на борту МКС на высоте от 402 до 424 км.

Температура на каждом слое

Температура в разных слоях земной атмосферы зависит от влажности, солнечной радиации и высоты. Самые холодные температуры могут быть найдены около мезопаузы (85 км — 100 км над поверхностью Земли). В то время как самые теплые температуры лежат в термосфере, которая получает сильное ионизирующее излучение.

Метеоры сгорают в атмосфере

Метеоры сгорают в холодной атмосфере Земли – слой мезосферы. Когда метеорит начинает входить в этот слой, он быстро натыкается на частицы мезосферы и царапает их. А поскольку скорость метеорита очень высока, он быстро генерирует большое количество тепла (из-за высокого трения между частицами мезосферы и метеором). Он начинает светиться.

Кислотный дождь

Кислотные дожди образуются в результате химической реакции, которая начинается, когда диоксид серы и оксиды азота соединяются в атмосфере с парами воды. Это приводит к кислотным дождям, способным уничтожить животных и растения, а также целые леса. Фактически, это может убить организмы, живущие в океанах.

Ионосферный слой

Ионосфера — это область верхних слоев атмосферы с высотой от 60 до 1000 км, которая охватывает термосферу, а также части мезосферы и экзосферы. Заряжается излучением от Солнца. Ионосфера играет решающую роль в распространении радиосигнала вокруг Земли.
Геомагнитные солнечные бури, вызванные солнечными ветрами и солнечными вспышками, могут нарушить активность в ионосфере, что может вызвать трудности с передачей радиосигнала и сигналов глобальной системы позиционирования.

Магнитосфера Земли — самая сильная

Магнитное поле Земли достигает 58 000 км в космос, и эта область называется магнитосферой. Она предотвращает попадание на Землю большинства частиц Солнца, переносимых солнечным ветром. У Солнца и других планет есть магнитосферы, но у Земли самая сильная из всех. Кроме того, южный и магнитный полюсы Земли изменяются с нерегулярными интервалами в сотни тысяч лет.

Природа экзосферы

Частицы, присутствующие в экзосфере, на самом деле не ведут себя как газы. Это связано с тем, что частицы находятся так далеко друг от друга, что могут перемещаться на тысячи километров, не сталкиваясь. Свободно движущиеся частицы непрерывно уходят в космос, следуя баллистическим траекториям.

Инверсионные следы

Возможно, вы видели струи, оставляющие белые следы конденсации. Они обычно образуются, когда холодный атмосферный воздух смешивается с горячим, влажным выхлопом. Через доли секунды выходящий из выхлопа пар замерзает и становится видимым. Это очень похоже на ваше теплое дыхание в холодную погоду.

Эти следы становятся тонкими на больших высотах и ​​при низкой влажности. Чем влажнее атмосфера, тем толще следы.

Загрязненный воздух

Приблизительно 20 процентов населения мира дышит сильно загрязненным воздухом, особенно с помощью диоксида серы и оксида углерода, возникающих в результате промышленных операций. Это повышает количество респираторных заболеваний, особенно среди пожилых людей и детей.

Общее количество воды в атмосфере

Наша атмосфера несет почти 37,5 миллионов миллиардов галлонов воды в любой конкретный момент. Всей этой воды — присутствующей в форме пара (невидимой невооруженным глазом) — достаточно, чтобы покрыть всю поверхность Земли 2,5 см дождя.

Каждый год это огромное количество воды перерабатывается 40 раз. Каждая молекула водяного пара проводит в атмосфере всего 9 дней.

Энергия, необходимая для испарения воды

Для испарения одного грамма воды требуется около 600 калорий. И когда природа превращает эту воду в жидкость, такая же энергия выделяется в атмосферу.

Пассаты

Пассивные ветра дуют в самых теплых частях Земли, между 23,5 ° С и 23,5 ° С. Именно поэтому большинство гроз и муссонов происходят в этих нестабильных регионах. Чем слабее становятся пассаты, тем больше осадков можно ожидать в соседних массивах.

Атмосфера Земли протекает

Земля постоянно теряет свою атмосферу — каждый день около 90 тонн материала выходит из верхних слоев атмосферы и уходит в космос. Тем не менее, 90 тонн в день — это маленькая утечка. Атмосфера Земли весит 5 квадриллионов тонн, поэтому в ближайшее время нам не грозит угасание атмосферы.

Почему закат выглядит красным?

На закате большая часть световых лучей отражается и рассеивается в атмосфере, а Солнце кажется тусклым. Кажется, что цвет самого Солнца меняется сначала на оранжевый, а затем на красный. Это происходит потому, что более короткие волны (зеленый и синий) рассеивают больше, оставляя только более длинные волны (красный и оранжевый). Вот почему закат выглядит красным.

Живые Микробы

В статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, показано, что в атмосфере на высоте от 8 до 15 км над поверхностью Земли существует множество различных видов микроорганизмов. Многие из микробов, обнаруженных высоко в небе, похожи на те, что обитают в океанах и пресноводных средах. Около 25 процентов микробов были похожи на те, которые были найдены в фекалиях.

Тепло от молнии

Один удар молнии может нагреть окружающий воздух до 27 000 градусов по Цельсию. Поскольку молния движется с чрезвычайно высокой скоростью (299 792 458 м / с), нагретый воздух не успевает расширяться. Этот быстрый нагрев вызывает взрывное расширение воздуха поблизости, который формирует ударную волну сжатых частиц во всех направлениях. Подобно взрыву, быстро расширяющиеся волны производят очень громкий взрыв звука.

Показатель преломления воздуха

Показатель преломления воздуха немного больше 1. Изменения показателя преломления могут привести к смешиванию световых лучей по длинным оптическим путям. Показатель преломления воздуха зависит от температуры. Эффекты преломления возрастают с увеличением градиента температуры. Мираж — прекрасный пример.

Преодоление звукового барьера

В 2012 году австрийский парашютист Феликс Баумгартнер прыгнул с гелиевого шара на высоте 37 км (верхняя стратосфера). Первоначально он свободно падал на атмосферном уровне низкого давления со скоростью, превышающей скорость звука, достигая максимальной скорости 1358 км в час. Сделав это, он стал первым человеком, преодолевшим звуковой барьер без помощи автотранспорта. Когда он упал, воздух сгустился, что помогло ему замедлиться.

Почему метеоры сгорают в атмосфере, а парашютисты прыгающие почти из космоса — нет?

Все, вероятно, слышали о сверхвысоком парашютном прыжке Феликса Баумгартнера. Он прыгнул с парашютом с высоты 39 километров и успешно приземлился. Появляется логичный вопрос, почему же тогда спутники сходящие с орбиты и метеоры сгорают в атмосфере — ведь выше 39 километров воздух еще более разрежен и сопротивление должно быть меньше.

Давайте разбираться!

Когда объект падает с большой высоты, скажем со 100 километров — скорость, которую он развивает недостаточна для того, чтобы сгореть от трения об атмосферу, при условии, что начальная скорость объекта относительно Земли равна нулю.

Феликс Баумгартнер поднялся вертикально над поверхностью Земли и прыгнул вниз. При этом в момент начала прыжка его скорость относительно Земли была нулевой.
Так, во время падения Феликс развил максимальную скорость 1357.6 км/ч.

Почему же сгорают спутники и метеоры?

Космические аппараты, находящиеся на орбите, движутся относительно Земли в десятки раз быстрее, чем максимальная скорость достигнутая Баумгартнером. Так, к примеру, орбитальная скорость МКС составляет около 27500 км/ч или примерно 7.6 км/с.

Что касается метеоров, то их скорость входа в атмосферу может быть практически любой — всё зависит от векторной суммы скоростей Земли и метеора в момент входа метеора в атмосферу. Для подавляющего большинства метеоров эта скорость намного превышает орбитальные скорости космических аппаратов.

Входя в плотные слои атмосферы на огромной скорости что метеоры, что космические корабли, что падающие спутники испытывают сильнейшее трение о воздух. Огромная кинетическая энергия преобразуется в тепловую, что и является причиной сгорания в атмосфере.

Если бы космический аппарат в течение нескольких минут мог сбросить 90% своей скорости, то он смог бы упасть на Землю и не сгореть в атмосфере. В таком случае космическим кораблям не понадобились бы, например, тепловые щиты или абляционные покрытия, которые защищают спускаемые аппараты от огромных температур.

Прежде всего об определениях. Астероид («астер»+»оид»=»звезда»+»подобный», т. е буквально «звездоподобный» или «подобный звезде») неудачное и неправильное название небольших небесных тел, обращающихся вокруг Солнца по самым различным орбитам. Астероиды, пролетающие МИМО Земли, не видны невооруженным глазом. Если астероид попадает в атмосферу Земли, то его название, и судьба, зависят от его размеров. Из-за трения о воздух он разогревается (раскаляется) и начинает светиться. Если свечение его ярче, чем планеты Венера, то в это момент он называется «болидом». Мельчайшие и мелкие астероиды разогреваясь в атмосфере полностью распадаются на мельчайшие частицы, которые не долетают до Земли (в момент падения) , они называются «метеорами». Более крупные не успевают полностью «сгореть». Какая-то часть его долетает до поверхности Земли, в этом случае, то, что достигло поверхности Земли, называется «метеоритом».
Теперь насчет термина «сгорают». В обычном понимании «сгорают» означает, что от них ничего не остается. На самом деле всегда что-то остается. Так если то, что попало в атмосферу (метеор, болид, метеорит) , содержит углерод, то он сгорает до углекислого газа, который остается в атмосфере, водород сгорает до воды, которая остается в атмосфере и когда-нибудь выпадет в виде осадков (дождь, снег, град и т. п.) . Если «сгоревшее небесное тело» содержит металлы, например железо или медь, то они сгорают до оксидов металлов (Fe2O3, CuO), которые в конце концов неизбежно выпадут на поверхность Земли, но не в момент падения метеора, а значительно позже.
Ну, а в каком именно слое атмосферы это происходит, тут однозначного ответа дать нельзя, все зависит от скорости. Натяните какую-нибудь веревку, обхватите ее рукой (как если бы Вы хотели протереть ее) и проведите рукой по веревке, сначала медленно, потом как можно быстрее (но будьте осторожны!!!) . В первом случае Вы ничего не почувствуете, а во втором — обожжете руку. Так же с падающим небесным телом. Если скорость его велика, то он разогреется до свечения уже в самых верхних слоях атмосферы. Если скорость низкая, то разогреется до свечения значительно ниже. Вряд ли есть такие падающие на Землю небесные тела, скорость которых настолько низка, что они достигнут поверхности Земли, не разогревшись до свечения.
Таким образом, какого-то «особого слоя» атмосферы, в котором сгорают метеоры, не существует, соответственно не существует и особого названия.

Александр Железняков

АВАРИЯ СПУТНИКА «КОСМОС-954»

С начала 1960-х годов СССР и США приступили к разработке космических аппаратов, оснащенных ядерными энергетическими установками. Опыта эксплуатации подобных устройств тогда еще не было, поэтому «трудный путь познания» оказался усыпан не цветами, а радиоактивными отходами. К счастью, неудач оказалось не так уж и много. Но они были…
НЛО НАД БОЛЬШИМ НЕВОЛЬНИЧЬИМ ОЗЕРОМ
Утром 24 января 1978 года над северо-западными районами Канады пронесся неопознанный летающий объект, до смерти перепугав байдарочника, тренировавшегося на Большом Невольничьем озере. Спустя несколько часов над незадачливым спортсменом, обратившимся в больницу города Йеллоунайфа, уже хлопотали врачи. Но интересовала их не нервная система молодого человека, пережившего сильный стресс, а клинические признаки лучевой болезни.
Вообще-то пролетевший объект был «неопознанным» только для обывателей. Официальные власти США и Канады знали о нем давно и с нетерпением ждали его падения. Единственный вопрос, который их интересовал, когда это случится и куда он упадет. А то, что «небесным посланником» станет советский военный спутник «Космос-954» с ядерной энергетической установкой на борту, секретом к тому времени уже ни для кого не было.
И вот, наконец, это случилось. Вскоре обширная территория вокруг места падения космического аппарата была оцеплена канадскими военными, а на местный аэродром стали один за другим прибывать самолеты Тактического командования ВВС США, из чрева которых появлялись люди в тяжелых защитных костюмах.
Факт падения пришлось признать и советскому правительству, которое устами агентства ТАСС сообщило всему миру:
«На территорию Канады упал советский спутник с небольшим ядерным устройством на борту».
СИСТЕМА «ЛЕГЕНДА»
Разработка космических аппаратов для ведения радиолокационной разведки в интересах советского военно-морского флота, а именно к этому классу относился свалившийся на головы канадцев спутник, началась в первой половине 1960-х годов в конструкторском бюро Владимира Челомея (ОКБ-52) в Реутове под Москвой. Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР № 420-1741 об этом вышло 6 марта 1961 года. Учитывая, что новые спутники должны были потреблять прорву электроэнергии да, к тому же, должны были находиться «поближе» к Земле, использование солнечных батарей виделось проблематичным. Поэтому аппараты предполагалось снабдить бортовыми ядерными энергетическими установками БЭС-5, разработка которых началась параллельно со спутником – соответствующее постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР № 258-110 вышло уже 16 марта 1961 года, т.е. всего через 10 дней после документа по спутнику. Головным исполнителем по ним было определено объединение «Красная Звезда».
В 1965 году работы по «изделию» были переданы в конструкторское бюро «Арсенал». Причиной такого решения стала «опала», в которую попал главный конструктор системы Владимир Челомей после смещения Никиты Хрущева. Уже из стен этого ленинградского предприятия и вышел новый аппарат, ставший известным под обозначением УС-А («активный») и вошедший в систему вооружений, обозначенную шифром «Легенда».
Его летные испытания начались в 1969 году. Первые аппараты представляли собой лишь макеты, поэтому ядерных реакторов на них не ставили. Первый спутник «Космос-367» с БЭС-5 (сер. № 31) на борту был выведен в космос 3 октября 1970 года. Реактор проработал всего 110 минут, после чего его быстренько отделили и увели на орбиту «захоронения» по причине повышения температуры 1-го контура реактора выше предельно допустимой, вызванной расплавлением активной зоны реактора. От серьезных последствий спасла надежная работа двигательной установки самого космического аппарата.
Доработки, проведенные на «Красной Звезде», позволили продолжить летные испытания системы и в 1975 году первая очередь «флотских спутников» встала на боевое дежурство.
Спустя три года группировку «ядерных» космических аппаратов дополнило созвездие спутников электронной разведки УС-П («пассивный»), «ходивших» по орбитам чуть повыше. Их создание также начиналось у Челомея, а завершилось все в том же ленинградском «Арсенале».
В одной из публикаций о системе «Легенда» мне довелось встретить неофициальные названия этих аппаратов, которыми пользовались офицеры-ракетчики, работавшие во флотской разведке – «Тонкий» и «Плоский». «Тонким» именовали УС-А за то, что внешне он выглядел тонким на вид цилиндром (ядерный реактор необходимо было отвести как можно дальше от остального оборудования, что и обеспечивалось такой формой аппарата), а «Плоским» — УС-П за наличие широких панелей солнечных батарей.
Относительно «безоблачная» эксплуатация спутников с ядерными энергетическими установками на борту продолжалась два с небольшим года, пока не «грянул гром» в виде неприятностей, вылившихся, в конце концов, в «канадский инцидент».
ЕГО СБИЛИ?
Спутник «Космос-954» стартовал с космодрома Байконур 18 сентября 1977 года и до конца октября того же года исправно работал в паре со своим собратом «Космосом-952». Потом начались проблемы – 28 октября аппарат вышел из-под контроля наземных служб.
Почему это произошло, неизвестно по сию пору. Хотя версий на этот счет великое множество. От самой простой – выхода из строя корректирующего двигателя, до маловероятной, но допустимой, – применения против него лазерного оружия. Последнее предположение было озвучено на страницах официального органа КПСС – газеты «Правда», где указывалось, что проблемы на спутнике начались после пролета над районом полигона Вумера в Австралии. Якобы там и был установлен американский боевой лазер, который «выстрелил» по «Космосу-954».
Может это и так. По крайней мере, открытых данных об этом инциденте нет, а все что писалось тогда и пишется сейчас остается на уровне догадок. Бесспорно только то, что спутник вышел из строя, а перевести его на орбиту «захоронения» не удалось. Началось неконтролируемое снижение, грозившее падением объекта в населенных районах северного полушария.
Ситуация обострилась 6 января 1978 года, когда произошла неожиданная разгерметизация спутника. Все бортовые системы вышли из строя, а его снижение стало происходить гораздо быстрее, чем в предыдущие дни.
К тому времени средства массовой информации всего мира уже не первый день бурно обсуждали судьбу «Космоса-954», гадая, куда упадет опасный «кусок железа». Когда до схода с орбиты оставалась всего неделя, вынуждено было «заговорить» и агентство ТАСС. Его устами советское правительство наконец-то проинформировало свой народ о событиях, происходящих на околоземной орбите, а также признало наличие на борту спутника ядерной энергетической установки.
24 января «Космос-954» вошел в плотные слои земной атмосферы и разрушился над северо-западными районами Канады. О начале событий того дня на берегу Большого Невольнического озера я уже писал. А их продолжением стало слабое радиоактивное заражение около 100 тысяч квадратных километров. Хорошо еще, что спутник упал в пустынных малонаселенных районах. Да и 37,1 килограммов отработанного ядерного топлива развеялись, в основном, в атмосфере, а земной поверхности достигли лишь граммы. По иронии судьбы, фрагмент аппарата с частью ядерного реактора, в котором находился уран-235, упал неподалеку от канадского городка Ураниум-Сити.
ОПЕРАЦИЯ «УТРЕННИЙ СВЕТ»
Когда стало ясно, что советский спутник упадет на территории Северной Америки, в штаб-квартире Центрального разведывательного управления приступили к активной разработке операции, получившей наименование «Морнинг лайт», что переводится как «Утренний свет». Американцев интересовали любые детали, касавшиеся секретного космического аппарата – используемые материалы, конструкторские решения, системы обработки и передачи информации, и так далее, и тому подобное.
И хотя готовили и руководили операцией из Лэнгли, активное участие в ней принимали сотрудники Министерства энергетики США, специалисты из американской флотской разведки и подразделений канадского Министерства обороны. К счастью, радиационная катастрофа американским и канадским городам не угрожала, поэтому спецслужбы работали в довольно спокойной обстановке, не понукаемые из Белого дома. В канадской тундре они находились до октября 1978 года, после чего, собрав все, что смогли найти, отбыли восвояси.
Когда территория Канады была «очищена» от радиоактивного мусора, канадский премьер-министр Пьер Трюдо выставил счет советскому правительству за работы по дезактивации местности – 15 миллионов долларов. Расплачиваться должен был Военно-Морской Флот СССР, которому принадлежал спутник. Финансовые пререкания сторон продолжались довольно долго и закончились тем, что наше государство согласилось частично оплатить «счет Трюдо». До сих достоверно неизвестно в какую сумму нам это обошлось. Цифры варьируются от 3 до 7,5 миллионов долларов.
Но канадцы и американцы оказались не в накладе: в их руки попали все собранные фрагменты спутника. Хотя ценность представляли только остатки бериллиевого отражателя и полупроводниковых батарей. Вероятно, это был самый дорогостоящий радиоактивный мусор в истории человечества.
Интересная деталь. Совместный отчет об операции «Утренний свет» был в 1980 году опубликован в США. В Советский Союз его привез один из сотрудников объединения «Красная Звезда», находившийся в командировке в США. Причем, купил он его совершенно свободно в книжном магазине и на американской таможне его никто не спрашивал, что и зачем он везет с собой.
ОБЛОМКИ ГОТОВИЛАСЬ «ИЗЪЯТЬ» И СОВЕТСКАЯ РАЗВЕДКА
Пока специалисты ЦРУ денно и нощно работали над «Утренним светом», не гас свет и в кабинетах Главного разведывательного управления Генерального штаба Вооруженных сил СССР. В стенах «Аквариума» советские разведчики обсуждали план проведения операции, целью которой являлось недопущение попадания секретного оборудования, установленного на спутнике, в руки американцев. Очень хотелось увести самое важное из-под носа «потенциального противника», а самим при этом «не попасться».
План был, с одной стороны, прост, но, с другой стороны, сложен и трудноосуществим. Если бы было принято решение о проведении операции, то на территорию Канады скрытно должны были высадиться несколько диверсионных групп, каждая из которых имела бы необходимое оборудование, позволявшее обнаружить обломки спутника и эвакуировать их вне зоны действия американских «коллег». Каждая из групп должна была действовать автономно, внутри четко означенного квадрата, не контактируя ни с местными жителями, ни с другими группами.
Правда, неясно виделись вопросы скрытой доставки групп на канадскую территорию и их последующая эвакуация с радиоактивным грузом. Каким-то образом, наверное, это можно было бы сделать. Не знаю. Но до обсуждения деталей дело не дошло – проведение операции не нашло одобрения в советском партийном и государственном руководстве, и дальнейшая ее разработка не велась.
Вероятно, это было правильное решение. Советскому правительству с лихвой хватило тех неприятностей, которые свалились на его голову после падения спутника. А теперь представьте, что было бы, если бы стало известно об операции ГРУ? Или, если бы наши разведчики попались американской или канадской полиции? Мало бы не показалось! Могли бы обвинить во вмешательстве во внутренние дела суверенной страны, а то и в агрессии. Тем более, что в 1979 году на повестке дня уже стоял Афганистан, куда советские войска вошли в конце года. Поэтому лишних неприятностей не хотели и решили обломки «Космоса-954» «подарить» американцам.
После аварии «Космоса-954» Советский Союз на несколько лет приостановил запуски «ядерных» спутников. Потом их возобновили. Затем была новая авария зимой 1983 года и новый перерыв в стартах. После 1989 года космические аппараты с ядерной энергетической установкой в нашей стране не запускают.
Но 29 реакторов, которые вывели в космос за годы эксплуатации системы, до сих пор находятся на орбитах «захоронения» и, может быть, ждут своего часа, чтобы вернуться на землю.
Аварии спутников с ядерными энергетическими установками на борту
21 апреля 1964 г. – неудачей завершилась попытка запуска американского навигационного спутник «Транзит-5В» с ядерной энергетической установкой SNAP-9A на борту. Находившиеся в ней 950 граммов плутония-238 рассеялись в земной атмосфере, вызвав повышение естественного радиоактивного фона на всей нашей планете в 15 (!) раз.
18 мая 1968 г. – на участке выведения потерпела катастрофу американская ракета-носитель «Тор-Аджена-Д», которая должна была вывести на орбиту метеорологический спутник «Нимбус-В» с ядерной энергетической установкой SNAP-19B2 на борту. К счастью, конструкция аппарата оказалась весьма прочной, он выдержал все перипетии полета и не разрушился. Его потом выловил американский военно-морской флот. Радиоактивного заражения мирового океана не произошло.
25 апреля 1973 г. – неудачей завершился запуск очередного советского разведывательного спутника с ядерной энергетической установкой на борту – вследствие выхода из строя двигателя доразгона, аппарат не был выведен на расчетную орбиту и ядерная энергетическая установка с глубоко подкритичным реактором упала в Тихий океан.
12 декабря 1975 г. – сразу после выхода на орбиту вышла из строя система ориентации советского разведывательного спутника «Космос-785» с ядерной энергетической установкой на борту. Началось хаотичное вращение аппарата, что грозило его падением на Землю. Активная зона реактора была срочно отделена и переведена на орбиту «захоронения», где и находится в настоящее время.
24 января 1978 г. – в северо-западных районах Канады упал советский разведывательный спутник «Космос-954» с ядерной энергетической установкой на борту. При прохождении плотных слоев земной атмосферы произошло разрушение спутника и поверхности Земли достигли лишь его фрагменты. Произошло незначительное радиоактивное загрязнение поверхности.
28 апреля 1981 г. – на советском разведывательном спутнике «Космос-1266» с ядерной энергетической установкой на борту зафиксирован выход из строя бортового оборудования. В экстренном порядке было произведено отделение реакторного отсека, после чего его «забросили» на орбиту «захоронения».
7 февраля 1983 г. – в пустынных районах Южной Атлантики упал советский разведывательный спутник «Космос-1402» с ядерной энергетической установкой на борту. Конструктивные доработки после предыдущей аварии позволили отделить активную зону от термостойкого корпуса реактора и предотвратить компактное падение обломков. Тем не менее, было зафиксировано незначительное повышение естественного радиационного фона.
Апрель 1988 г. – вышел из под контроля советский разведывательный спутник «Космос-1900» с ядерной энергетической установкой на борту. Космический аппарат медленно терял высоту, постепенно приближаясь к Земле. К контролю за положением спутника были привлечены службы контроля космического пространства США. Только 30 сентября, за несколько дней до входа в плотные слои атмосферы, включилась защитная система и «Космос-1900» был уведён на безопасную стационарную орбиту.
(«Секретные материалы», № 19(146), сентябрь 2004 г., сс. 14-15).

Susanna Kazaryan 17934 4 года назад Сусанна Казарян, США, Физик

Космические объекты на входе в атмосферу (Линия Кармана, высота около 100 км) обладают скоростью более 10 км/сек. Скорость звука на этих высотах атмосферы немногим ниже 300 м/сек. Поэтому сразу же перед объектом формируется гиперзвуковая ударная волна, на фронте которой образуется огромный скачок давления и температуры. Формулы для расчётов параметров фронта волны весьма громоздки. Поэтому оценим температуру на фронте ударной волны из упрощённых рассуждений.

Объект, сталкиваясь с гиперзвуковой скоростью с молекулами в составе воздуха, передаёт им свою скорость (> 10 км/сек), что соответствует температурам более 100000 °C для молекул азота в составе переднего фронта ударной волны. Колоссальная температура и высокое детонационное давление на фронте ударной волны, несмотря на очень тонкий слой (<< 1 мм) переднего фронта, достаточен для плавления и даже испарения поверхностного слоя (металл и минералы) космического объекта (метеориты). Малая часть этой энергии идёт на яркий световой шлейф под восторг восхищённых зрителей на земле. Для инопланетных кораблей на входе в атмосферу советую поставить дорожный знак: ⚠️ Осторожно. Атмосфера. Сбавь ход, всяк сюда входящий.

Но это не значит, что камень падающий на Землю с высоты 100 км загорится в плотных слоях атмосферы. Нет. Он, будучи очень горячим, с терминальной скоростью ~ 60 м/сек с шумом и свистом грохнется о землю. Так падают отработанные ступени ракетных носителей.

Запуск же ракет в космос начинается с вертикальной нулевой скоростью в плотных слоях атмосферы (на уровне моря). Основное ускорение до орбитальной скорости они получают на выходе из атмосферы асимптотически приближаясь к требуемой орбите.