Говоря о Вселенной, следует различать космос и небо. Космос – это обширное пространство вне нашего мира, которое живет по своим законам; оно объективно существовало до нас и будет существовать после нас. Небо – это наше представление о космосе, которое меняется с течением времени в зависимости от знаний, которыми мы располагаем, и от игры воображения. Наши предки почти ничего не знали о космосе, однако имели неплохие представления о небе. Для них верхний мир был вместилищем ярчайших светил, местом обитания богов и сверхъестественных существ. На небо мог попасть и простой человек, но только сказочным образом: например, взобравшись по очень высокому дереву или посредством внезапной бури. Там он находил райские кущи – без страданий и голода, без боли и смерти.

Античные философы утверждали, что небо устроено рационально, словно отлаженный механизм. Из их умозаключений выросла геоцентрическая космология, в которую логично укладывались наблюдаемые явления. Например, в IV веке до н. э. Аристотель говорил: опыт показывает, что все тела притягиваются к центру шарообразной Земли; если бы в космосе существовало еще одно такое же тело, то мы наблюдали бы отклонение от вертикали при падении предмета с высоты, но этого нет – разумно предположить, что существует всего один мир в центре Вселенной, а планеты и звезды эфемерны.

Но не все были согласны с Аристотелем. Римский философ Плутарх, живший на рубеже I и II веков, полагал, что Луна подобна Земле и что на ней есть селениты, которые отличаются от людей, поскольку выросли в иных природных условиях. Через сорок лет после смерти Плутарха греческий сатирик Лукиан Самосатский написал историю о космическом путешествии, названную «Икароменипп, или Заоблачный полет» (Icaromenippus, 161). В ней рассказывалось о том, как дерзкий изобретатель Менипп решил превзойти подвиг Дедала, построив аппарат для межпланетных перелетов и добравшись до Луны. Позднее в «Правдивой истории» (Vera Historia, 170) Лукиан Самосатский отправил на Луну целый корабль с моряками.

К сожалению, идеи Плутарха и фантастика Лукиана были надолго забыты. В европейской науке утвердилась геоцентрическая космология. Ее переосмысление началось только под давлением географических открытий, которые показывали, что мир шире и многообразнее, чем принято думать. Разумеется, истории, рассказываемые путешественниками, на поверку оказывались преувеличением или чистым вымыслом, но они подтачивали убежденность христианских теологов в том, что догматы религии, касающиеся устройства мироздания, непоколебимы. Рубежным стал 1277 год, когда Этьен Тампье, епископ Парижский, провозгласил, что отрицание множественности миров является ересью, потому что всемогущество Бога подразумевает возможность сотворить сколько угодно миров помимо Земли.

Церковь не захотела сразу признать, что Вселенная устроена сложнее, чем утверждал Аристотель. Хорошо известна печальная участь Джордано Бруно: хотя список прегрешений, за которые он был сожжен инквизицией 17 февраля 1600 года на площади Цветов в Риме, не сводился к отрицанию геоцентризма, его казнь напомнила прогрессивным ученым XVII века, что борьба будет жесткой. В нее ввязался и знаменитый Галилео Галилей: увы, даже его авторитет и телескопические открытия, подтверждающие новую гелиоцентрическую космологию Николая Коперника, не смогли уберечь ученого от официального осуждения.

Тем не менее семена сомнения дали всходы. Английские теологи, астрономы и литераторы составили оппозицию католическому догматизму. В 1638 году вышло сочинение епископа Фрэнсиса Годвина под названием «Человек на Луне, или Необыкновенное путешествие, совершенное Домиником Гонсалесом, испанским искателем приключений, или Воздушным послом» (The Man in the Moon, or a Discourse of a Voyage thither by Domingo Gonsales, the speedy Messenger). В нем Годвин высказывал очень современные соображения о том, что всякая планета притягивает к себе тела подобно магниту; что при равномерном движении между планетами царит невесомость; что Земля со стороны выглядит глобусом, подернутым дымкой; что Луна может быть обитаемой.

В том же году появилось сочинение «Открытие лунного мира» (The Discovery of a World in the Moon), написанное другим английским епископом – Джоном Уилкинсом. В нем впервые обсуждалась космонавтика как практическая деятельность. Уилкинс верил, что недалек тот день, когда человечество изобретет способ воздухоплавания и наиболее отважные путешественники отправятся в космос. Поскольку атмосфера на высоте очень разрежена, а полет на Луну будет долгим, епископ предлагал им взять с собой запасы воздуха и провианта. Подытоживая, он пророчески заявлял, что изобретение межпланетного корабля прославит не только изобретателя, но и его век.

Однако настоящую революцию совершил великий Исаак Ньютон, выпустивший в 1687 году трехтомный труд «Математические начала натуральной философии» (Philosophiae naturalis principia mathematica), в котором сформулировал глобальные законы, в том числе закон всемирного тяготения. Благодаря Ньютону и открытиям астрономов, подтверждавшим его теоретические выкладки, стало ясно, что придется отказаться и от геоцентрической, и от гелиоцентрической космологий, ведь звезды – тоже солнца, разделенные колоссальными расстояниями, поэтому сказать, где находится центр беспредельной Вселенной, не представляется возможным. Именно в «Математических началах…» Ньютон показал, что при достижении определенной скорости движения снаряда, выпущенного из пушки, он не упадет, а выйдет на круговую орбиту, превратившись в искусственный спутник Земли. Позднее эту скорость назовут «первой космической».

В XVIII веке европейская наука последовательно отходила и от антропоцентризма. Ученые отказывались признать человечество единственным разумным видом во Вселенной; они населяли небо сонмами причудливых существ, многие из которых превосходили землян по физической красоте и нравственным качествам. Можно сказать, что воображаемые инопланетяне той эпохи были развитием канонического образа ангелов.

Русская наука заметно отставала от европейской и только после реформ Петра I начала преодолевать разрыв. Например, ученый-энциклопедист Михаил Васильевич Ломоносов обогатил астрономию открытием атмосферы Венеры (6 июня 1761 года) и вполне в духе европейских коллег приходил к выводу, что оно подтверждает гипотезу о существовании разумной жизни на этой планете.

Однако усилий ученых и просветителей было явно недостаточно, чтобы вывести страну в научно-технические лидеры: и в XIX веке Россия была на «обочине» прогресса, и казалось, что о космических полетах здесь не стоит даже мечтать. И все же такие мечтатели нашлись. Среди них нужно назвать Николая Федоровича Федорова, которого называют отцом русского космизма.

Историки любят упоминать, что Федоров был внебрачным сыном князя Павла Ивановича Гагарина, видя в том некий высший знак, однако на самом деле тут нельзя говорить даже о совпадении, ведь фамилии князей Гагариных и крестьянских предков первого космонавта планеты происходят от корней, разных по смыслу. Так или иначе, Николай Федоров вошел в историю прежде всего как неординарный мыслитель, автор учения о супраморализме – глобальной нравственности, взывающей к исполнению долга воскрешения всех людей, которые когда-либо жили на Земле.

С 1854 по 1869 году Николай Федоров преподавал в разных училищах, пока не устроился в Чертковскую библиотеку (ныне Российская государственная библиотека). Именно здесь он организовал воскресный дискуссионный клуб, который посещали многие выдающиеся современники, в том числе писатель Лев Толстой и философ Владимир Соловьев.

Вслед за предшественниками Федоров полагал, что средневековая трактовка Священного Писания, связанная с геоцентризмом, устарела, однако в отличие от них не считал бесконечную Вселенную обитаемой: она сотворена исключительно для человека, а сам человек является инструментом «одухотворения» мира, его морализации и рационализации. Благодаря интеллектуальному расцвету человечество победит болезни и смерть, а также откроет сокровенные тайны материи, главное же – научится воссоздавать умерших из праха, используя «лучистый образ», который сохраняется на атомном уровне даже после смерти. Поскольку технологии позволят изменить не только внешнюю природу, но и внутреннюю, каждый человек обретет поистине божественное могущество: «Будет способен жить во всех средах, принимать всякие формы и быть в гостях… во всех мирах, как самых отдаленных, так и самых близких». В конечном итоге будущее человечество вместе с бесчисленными поколениями воскрешенных заселит Землю, планеты Солнечной системы, а затем – и все миры Вселенной.

В своей «Философии общего дела» Николай Федоров предлагал последователям неорелигию, отталкивающуюся от христианской эсхатологии, но описывающую новый утопический вариант будущего, который выглядел одинаково привлекательным для всех.

Супраморализм долгое время упоминался в СССР только в одной связи – как учение, повлиявшее на формирование мировоззрения Константина Эдуардовича Циолковского. В действительности степень влияния была сильно преувеличена. Федоров и юный Циолковский, занимавшийся самообразованием в Москве с 1873 по 1876 годы, познакомились, конечно же, в Чертковской библиотеке. Однако много лет спустя Константин Эдуардович не смог даже вспомнить фамилию философа и хоть каких-то подробностей бесед с ним. Вероятно, все взаимодействие свелось к тому, что библиотекарь предлагал молодому человеку различные книги и спрашивал его мнение о прочитанном. Поэтому космизм Циолковского довольно заметно отличается от космизма Федорова; общей была только убежденность обоих в неизбежности выхода человечества за пределы Земли и Солнечной системы.

Сегодня Константин Эдуардович Циолковский известен во всем мире как основоположник теоретической космонавтики, но столь широкое признание пришло к нему не сразу. Он был выходцем из бедной семьи польских дворян. В возрасте девяти лет переболел скарлатиной и потерял слух, что сказалось на развитии ребенка. Константина отчислили из гимназии за неуспеваемость, однако живой ум не давал замкнуться в себе – Циолковский начал осваивать науки самостоятельно и через много лет, в 1880 году, сам стал преподавателем. Еще в юности он увлекся воздухоплаванием, и это предопределило главный предмет научных интересов – создание более совершенных аэростатов, дирижаблей и летательных машин.

Долгое время космонавтика оставалась для Циолковского на втором плане, но однажды он прочитал фантастический роман Жюля Верна «С Земли на Луну прямым путем за 97 часов 20 минут» (De la Terre à la Lune. Trajet Direct en 97 Heures 20 Minutes, 1865), в котором описывался проект огромной пушки, выстреливающей космическим снарядом с пассажирами внутри. Циолковский сразу понял, что проект француза нереален, и задумался о том, какое транспортное средство способно развить космические скорости. Идею использования реактивного движения в «безопорной» среде он впервые упомянул в неопубликованной статье «Свободное пространство» (1883): «Положим, что дана бочка, наполненная сильно сжатым газом. Если отвернуть один из ее тончайших кранов, то газ непрерывной струей устремится из бочки, причем упругость газа, отталкивающая его частицы в пространство, будет также непрерывно отталкивать и бочку. Результатом этого будет непрерывное изменение движения бочки».

Весной 1896 года Циолковский выписал брошюру «Новый способ воздухоплавания, исключающий воздух как опорную среду». В ней изобретатель Александр Петрович Федоров (еще один Федоров в жизни Циолковского) излагал принцип действия придуманного им «ракетолета», имеющего несколько двигателей: одни служили для подъема, другие – для движения в горизонтальном направлении, третьи выполняли роль реактивных рулей. Каждый двигатель состоял из генератора газа и «трубы». Газ под давлением поступал в «трубу» и вырывался наружу, создавая реактивную тягу и толкая «ракетолет» в противоположную сторону. Идея Федорова вдохновила Циолковского, позднее он признался: «Она толкнула меня к серьезным работам, как упавшее яблоко – к открытию Ньютоном тяготения».

Федоров обошелся без расчетов, и Циолковский проделал их самостоятельно. 10 мая 1897 года Константин Эдуардович вывел формулу, которая сегодня по праву носит его имя. Она устанавливает связь между четырьмя параметрами: скоростью ракеты в любой момент времени, скоростью истечения продуктов сгорания из сопла, массой ракеты, массой взрывных веществ. Предположим, что необходимо запустить спутник на околоземную орбиту; значит, скорость ракеты после исчерпания топлива должна равняться первой космической скорости. Скорость истечения для каждого вещества индивидуальна. Располагая этими двумя величинами, можно перебирать соотношения масс топлива и ракеты, добиваясь оптимального значения. Формула сразу дала Циолковскому доказательство того, что полеты к другим планетам посредством ракет возможны. Кроме того, благодаря этой формуле стало ясно, что космос могут покорить только ракеты на жидком топливе.

На основе своих расчетов Циолковский написал статью «Исследование мировых пространств реактивными приборами». Ее первая часть была опубликована в майском номере журнала «Научное обозрение» за 1903 год. Статья осталась не замеченной широкой публикой: в глазах современников Циолковский остался чудаковатым изобретателем. Поэтому вторая часть статьи увидела свет только в 1911 году на страницах журнала «Вестник воздухоплавания». Здесь Циолковский привел результаты своих вычислений по преодолению силы земного тяготения и выдвинул идею автономной системы жизнеобеспечения для космических кораблей. Текст статьи Константин Эдуардович завершил фразой, которая ныне считается девизом космонавтики: «Планета есть колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели».

Теоретическая возможность полетов в космос давала богатую пищу для философских обобщений. Циолковский тоже задумывался о лучшем устройстве общества, но при этом отвергал религиозную традицию в пользу «материалистического» взгляда. В итоге возникла версия космизма, которую сегодня называют панпсихизмом. Циолковский полагал, что во Вселенной одухотворен каждый атом, причем он может испытывать как удовольствие, так и страдание в зависимости от тела, в котором оказывается. Поэтому высшей целью разума является преобразование материи до такой степени, когда все атомы будут испытывать удовольствие. В космосе есть множество цивилизаций, ушедших по ступени прогресса и эволюции гораздо дальше человечества. В какой-то момент своей истории инопланетяне отказались от телесных оболочек, перейдя в «лучистую форму» и обретя через это изумительное совершенство и бессмертие. Существуя на безграничных просторах космоса, они ищут и находят миры, где обретаются неразвитые общества вроде нашего, и пытаются поднять их до своего уровня. В случае неудачи более высокоразвитая цивилизация имеет право уничтожить менее развитую, прекратив бесконечные «страдания» последней. Циолковский указывал, что такая же кошмарная участь неизбежно ожидает и Землю – если только мы не одумаемся и не начнем преобразовывать мир по космическим стандартам.

Теоретические изыскания и космизм Циолковского долгое время оставались невостребованными. Однако нашелся человек, который сделал развитие практической космонавтики смыслом своей жизни. Рижский инженер Фридрих Артурович Цандер увлекся проблематикой межпланетных полетов в ранней юности. Позднее он вспоминал, что на его выбор повлияли два текста: роман Жюля Верна «С Земли на Луну» и статья Циолковского «Исследование мировых пространств…», фрагменты из которой зачитал классу школьный учитель. Цандер верил, что Марс обитаем и, добравшись туда, земляне встретят высокоразвитую цивилизацию.

Внимание Цандера привлекали вопросы конструирования космических аппаратов, выбора движущей силы и создания замкнутой системы жизнеобеспечения. 29 декабря 1921 года на Губернской конференции изобретателей, проходившей в Москве, молодой инженер представил оригинальный проект корабля-аэроплана для путешествия на Марс. В пределах атмосферы корабль должен был летать с помощью поршневых двигателей высокого давления; на границе космоса большие крылья втягивались внутрь фюзеляжа и расплавлялись, служа дополнительным топливом для ракетных двигателей; малые крылья были необходимы для планирования в атмосфере Марса. Однако для реализации любого космического проекта не хватало главного – ракетного двигателя, работающего на жидком топливе.

Принцип действия такого двигателя кажется простым. Из одной емкости в камеру сгорания поступает горючее (жидкий водород, бензин, спирт), из другой – окислитель (жидкий кислород), обеспечивающий горение. Смесь в камере поджигается, продукты сгорания вылетают через сопло, толкая ракету вперед. Но реализовать этот принцип – сложнейшая задача. Камера сгорания работает в условиях высоких температур, давлений и скоростей. Подобная среда не встречается ни в природе, ни в промышленных установках, поэтому к моменту появления идеи наука не изучала столь сложные процессы. В то же время, чтобы изучить их, нужно иметь хотя бы один работающий двигатель, а его не было. Замкнутый круг!

Фридрих Цандер решил пойти методом проб и ошибок. Прототипом стала обычная паяльная лампа. Переделав ее, Цандер создал двигатель ОР-1 (Первый опытный реактивный), работающий на бензине и воздухе, и в период с 1930 по 1932 годы провел большое количество испытаний. Инженер хотел убедиться, сможет ли ОР-1 устойчиво работать на аэроплане. В поисках подходящего летательного аппарата он свел знакомство с авиаконструкторами, среди которых оказался молодой планерист Сергей Павлович Королев, выпускник Московского высшего технического училища (МВТУ).

Когда именно состоялась первая встреча двух инженеров, доподлинно неизвестно. Но, скорее всего, произошло это во второй половине сентября 1931 года в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ). Обсудив достижения Цандера, Королев пригласил нового знакомца на летные испытания бесхвостого планера БИЧ-8 конструкции Бориса Ивановича Черановского, и 5 октября энтузиаст космонавтики приехал на аэродром. Еще через два дня Сергей Королев и Борис Черановский присутствовали при тридцать втором по счету стендовом запуске двигателя ОР-1.

Раньше Королев не задумывался о космонавтике и ничего не слышал о Циолковском. Однако стремление летать выше и дальше, присущее всем авиаторам, побуждало искать новые пути. В майском номере журнала «Самолет» за 1931 год была опубликована подборка материалов об удачных опытах с ракетными двигателями в США и Германии. Приведенных сведений оказалось достаточно для того, чтобы молодой инженер обратил внимание на передовое изобретение. Идея объединить проекты Цандера и Черановского показалась Королеву удачной, и он с энтузиазмом взялся за ее реализацию.

23 сентября 1931 года Цандер учредил ГИРД – Группу изучения реактивного движения при Осоавиахиме (Обществе содействия обороне и авиационно-химическому строительству СССР). Основной целью сотрудников ГИРД на первом этапе было создание ракетоплана РП-1 – самолета с жидкостным ракетным двигателем (планера БИЧ-8 с двигателем ОР-2). 14 июля 1932 года ГИРД была преобразована из сугубо общественной группы в научно-исследовательскую и опытно-конструкторскую организацию по разработке ракет и двигателей. Тогда же Сергей Королев стал ее начальником.

Ракетопланом удалось заинтересовать военных. «Красный» маршал Михаил Николаевич Тухачевский, занимавший в то время пост начальника вооружений Красной Армии, распорядился финансировать ГИРД за счет Управления военных изобретений. Дело закипело, но, к сожалению, начались проблемы. Отправившись в санаторий на отдых, Цандер подхватил по дороге сыпной тиф и 28 марта 1933 года скончался. Не удавалось довести до кондиции и его новый двигатель ОР-2. Чтобы не затягивать процесс, было решено начать безмоторные полеты ракетоплана с целью проверки его качеств. Пилотировал планер сам Сергей Королев. Испытания 26 июля 1933 года едва не закончились катастрофой – машина оторвалась от земли лишь при третьей попытке и на большой скорости ударилась о землю. Хотя Королев уцелел, планер пришел в полную негодность.

Наиболее удачными разработками группы стали проекты небольших баллистических ракет ГИРД-09 и ГИРД-Х. Первую из них удалось запустить на Нахабинском полигоне 17 августа 1933 года. Ракета взлетела, достигнув высоты около 400 метров. Полет продолжался 18 секунд и был признан успешным. ГИРД-Х, разработанную под руководством Цандера, запустили позднее – 25 ноября.

С момента прихода в ракетостроение Сергей Королев «продавливал» идею создания соответствующего института. Путь к нему виделся через объединение различных групп, занимавшихся ракетами в Москве и Ленинграде. Производственную базу должен был обеспечить Народный комиссариат тяжелой промышленности. В качестве первой важной задачи, которой должен был заняться институт, рассматривалось создание ракеты с радиусом действия от 100 до 1000 километров «с несением не только боевой, но и живой нагрузки». Получается, что еще в 1933 году советские ракетчики собирались осуществить запуск пилотируемой ракеты за пределы атмосферы.

Королев рассчитывал на должность главы института. В его активе был опыт работ в передовой области техники; ему доверяли, выделяя крупные ассигнования. Однако когда приказом по Реввоенсовету от 21 сентября 1933 года был организован Реактивный научно-исследовательский институт (РНИИ), начальником стал кадровый офицер Иван Терентьевич Клейменов.

Несмотря на то, что положение Королева не соответствовало его амбициям, он последовательно продолжал идти к намеченной цели. В 1934 году Сергей Павлович опубликовал книгу «Ракетный полет в стратосфере», а в стенах РНИИ взялся за проектирование серии боевых крылатых ракет и высотного пилотируемого ракетоплана РП-1.

Завершить работу Королев не успел. В ночь с 11 на 12 июня 1937 года маршал Тухачевский и ряд других военачальников были приговорены к высшей мере наказания и расстреляны за участие в «военно-фашистском заговоре». Вслед за этим начались «чистки» организаций, связанных с расстрелянными. 3 ноября были арестованы директор института Иван Клейменов и его заместитель Георгий Лангемак. Черед Королева пришел несколько позже – он отправился в Бутырскую тюрьму 27 июня 1938 года.

Сначала конструктор отказывался признать себя виновным в «антисоветской деятельности», но после того, как следователь НКВД пригрозил, что аналогичные обвинения будут выдвинуты против жены Королева, а его дочь отправится в детский дом, согласился подписать соответствующее заявление наркому. Вероятно, Сергей Павлович, как и многие другие «враги народа» до него, рассчитывал оправдаться на суде. Он и представить себе не мог, что приговор подготавливался заранее. 28 сентября, за два дня до суда, члены правительства, среди которых был Иосиф Сталин, утвердили расстрельный список «Москва-центр» на 74 человека, среди которых под № 29 числился и Королев. Однако ракетчику повезло: в последний момент расстрел был заменен на десять лет лишения свободы с пятилетним поражением в правах. Королев оказался в лагерном пункте золотодобывающего прииска Мальдяк на Колыме. Там он провел пять месяцев, которые едва не стали для него последними: конструктор-планерист, мечтавший о ракетных полетах, был направлен на тяжелые землеройные работы, где подорвал здоровье и фактически умирал от цинги. Зиму 1939 года он, скорее всего, не пережил бы, но, к счастью, за него вступились летчики-герои Михаил Громов и Валентина Гризодубова.

В начале 1940 года Королева вернули по этапу в Москву, и до ноября 1942 года он трудился в Особом техническом бюро под руководством знаменитого авиаконструктора Андрея Николаевича Туполева. При этом Королев не забыл своего увлечения ракетами: после перевода в Казань, где на авиамоторном заводе № 16 создавался четырехкамерный двигатель РД-1, Сергей Павлович сразу же предложил поставить его на самолет Пе-2, получив реактивный перехватчик РП. Позднее эта работа принесла конструктору орден «Знак Почета».

Просуммировав довоенный опыт РНИИ и объединив его с результатами боевого применения реактивных минометов БМ-13 («Катюша»), Королев сконструировал две ракеты на твердом топливе: Д-1 и Д-2. Для реализации нового проекта Сергей Павлович предлагал создать Специальное бюро. В записке от 30 июня 1945 года, составленной конструктором, встречается один пункт, который совпал с планами правительства: «Ознакомить ведущих работников Спецбюро с трофейной ракетной техникой».

Вскоре Королев отправился в оккупированную Германию, где возглавил группу «Выстрел», занимавшуюся изучением вопросов предстартовой подготовки и пуска немецких баллистических ракет А-4 (V-2), которыми гитлеровцы обстреливали Лондон и Антверпен. Чтобы как-то скоординировать деятельность многочисленных специалистов, работавших на европейской территории, в марте 1946 года было принято решение о создании института «Нордхаузен», расположившегося в городе Бляйхероде: поблизости находился огромный подземный завод, в цехах которого узники концентрационного лагеря Дора собирали «чудо-оружие» Третьего рейха – самолеты-снаряды V-1 и ракеты V-2. Королев получил в этом институте должность главного инженера.

Советский Союз вступал в противостояние с США. В правительстве понимали, что если начнется новая мировая война, то вестись она будет с использованием видов вооружений, каких еще не видел свет: атомных бомб, сверхзвуковых реактивных самолетов, баллистических и крылатых ракет. 13 мая 1946 года было принято постановление Совета министров СССР № 1017-419 «Вопросы реактивного вооружения». В соответствии с ним был создан Специальный комитет по реактивной технике. В постановлении упомянут «завод № 88» – предприятие, расположившееся неподалеку от подмосковного поселка Подлипки и выпускавшее различные орудия. 30 декабря 1945 года на заводе было образовано конструкторское бюро ракетной техники, позднее – НИИ-88. В августе 1946 года Сергей Павлович Королев был назначен главным конструктором баллистической ракеты дальнего действия Р-1.

Р-1 – это точная копия немецкой А-4 (V-2), но изготовленная из отечественных материалов. Советское руководство здраво полагало, что пренебрегать немецким опытом нельзя: ракетчики должны сначала доказать, что справятся с задачей не хуже западных коллег. Было ясно, что для дальнейшего развития собственного ракетостроения потребуется и полигон. Рекогносцировочная группа за короткое время обследовала семь перспективных районов на юге от Сталинграда. В конце концов под полигон было выбрано место рядом с поселком Капустин Яр в Астраханской области. Первые офицеры приехали туда 20 августа 1947 года. Разбили палатки, организовали кухню и госпиталь. На третий день началось строительство бетонного стенда для огневых испытаний двигателей. За полтора месяца работ, к началу октября 1947 года, кроме испытательного стенда были построены стартовая площадка с бункером, временная техническая позиция, монтажный корпус и мост. Жилье не возводили: личный состав полигона ютился в палатках, дощатых времянках и крестьянских избах.

Первая Р-1 была запущена на полигоне 17 сентября 1948 года. Сразу после старта она перешла в горизонтальный полет, свалилась в пике и упала на землю. Из девяти ракет первой серии лишь одна попала в цель. Главной причиной аварий была низкая культура производства: советской промышленности не хватало сплавов, инструментов, специалистов. Королев болезненно переживал неудачи – он понимал, что срыв программы поставит крест на его карьере. Однако законы природы не обманешь: НИИ-88 понадобился еще год на то, чтобы довести производство ракет до ума. На втором этапе испытаний из двадцати новых Р-1 семнадцать достигли цели.

Поскольку немецкая V-2 сама имела массу технических недостатков, бюро Королева предложило проект ракеты Р-2, которая позволяла вдвое увеличить дальность полета. Ее корпус получался длиннее, и расчеты показывали, что при входе в атмосферу Р-2 может развалиться на части. Королев предложил решение: боеголовка должна отделяться от корпуса и падать на цель самостоятельно. Тогда же родилась идея разместить в отделяемом блоке научную аппаратуру. Пока конструкторы проектировали Р-2, оригинальную идею применили к проверенной ракете Р-1. В результате появилась Р-1А, которую прозвали «Аннушкой». В июле 1951 года на одной из этих ракет в космос поднялись два пса: Дезик и Цыган. Оба успешно пережили суборбитальный полет.

Ракеты, созданные по немецкой схеме, в принципе не могли добраться до территории США. 13 февраля 1953 года Иосиф Виссарионович Сталин подписал секретное постановление, в котором задавалась тема «Т-1» – «Теоретические и экспериментальные исследования по созданию двухступенчатой баллистической ракеты с дальностью полета 7000–8000 км». После обсуждения различных вариантов конструкторы остановились на так называемой пакетной схеме, подразумевавшей соединение нескольких однотипных ракет в одну для увеличения суммарной тяги.

Межконтинентальная ракета, получившая обозначение Р-7, состояла из двух ступеней: центрального блока А, похожего на гигантское веретено, и четырех конических боковых блоков Б, В, Г и Д. Двигатели всех пяти блоков начинали работать одновременно. При разделении ступеней боковые двигатели выключались, а центральная часть продолжала полет. Основными компонентами топлива были выбраны керосин и жидкий кислород. Центральный блок оснащался восьмикамерным двигателем РД-108; каждый из боковых – шестикамерным двигателем РД-107.

Новая ракета требовала нового полигона. В 1954 году была создана специальная комиссия для выбора места под него. В конечном итоге правительство постановило строить полигон в Казахской ССР – в районе, расположенном неподалеку от железнодорожной станции Тюра-Там. Строительство началось 12 января 1955 года. Его напряжение и темпы были велики. К станции Тюра-Там подходили эшелоны со всевозможными грузами – бывало, что за день этот маленький разъезд принимал до тысячи вагонов. Над грунтовыми дорогами стояла сплошная стена мелкой пыли – машины двигались в солнечный день с зажженными фарами.

В июне 1955 года на основе утвержденного проекта началось возведение «объекта 135» – первого стартового комплекса. Не обошлось без проблем: буквально за несколько дней до начала строительства место старта по требованию «маскировщиков» из Генерального штаба было перенесено с возвышения в низину. Позднее выяснилось, что данные геологоразведки не могут быть применены к новому положению старта: вместо песка обнаружились глины, а под ними – подземное озеро. Неожиданные препятствия могли сорвать жесткий график строительства, поэтому проект старта пришлось дорабатывать на ходу, приспосабливая к новым условиям.

Рядом с полигоном вырастал город, 5 мая 1955 года состоялась закладка первого здания. Он долгое время не имел названия. Сами жители говорили, что живут в поселке Заря, но 29 января 1958 года ему было присвоено официальное название – Ленинский. Сегодня мы знаем его под именем Байконур. По первоначальному проекту город закладывали для пяти тысяч человек постоянного персонала. Проектанты ошиблись, не подозревая, что очень скоро численность жителей на порядок превысит расчетную.

Первый испытательный пуск Р-7 состоялся 15 мая 1957 года. Во время полета нарушилась герметичность магистрали горючего – была дана команда аварийного выключения двигателей. Следующий пуск провели 12 июля. Он также оказался неудачным – ракета разрушилась на активном участке траектории. Военные начали проявлять нетерпение, проект наткнулся на резкую критику.

Королев настоял еще на одной попытке, и на этот раз его ждала удача: 21 августа весовой макет боеголовки, преодолев расстояние 5600 километров, долетел до района условной цели на Камчатском полигоне. Теперь он мог поднять перед советским правительством вопрос о запуске искусственного спутника.

Идею искусственного спутника Земли обсуждали еще основоположники космонавтики, ведь она напрямую вырастала из книги Исаака Ньютона «Математические начала натуральной философии». Константин Циолковский предлагал запустить на круговую орбиту ракету с экипажем для того, чтобы сразу начать освоение космоса человеком. Немецкий ученый Герман Оберт считал, что рациональнее собрать из ступеней ракет-носителей большую орбитальную станцию, которая могла бы решать задачи военной разведки, морской навигации и трансляции сообщений. Советский теоретик Ари Штернфельд утверждал, что искусственный спутник будет использоваться прежде всего как перевалочная база для кораблей, летящих к Луне, Марсу и Венере.

Обсуждение более реальных проектов началось после того, как в октябре 1951 года Международный совет научных союзов при ЮНЕСКО принял решение об организации Международного геофизического года. Год приурочили к периоду максимума солнечной активности – он должен был начаться 1 июля 1957 года и закончиться 31 декабря 1958 года. О своем намерении отправить спутник на орбиту заявили американцы. Позднее к ним присоединились советские ученые.

Ракета Р-7 давала Сергею Павловичу Королеву возможность выводить рукотворные объекты в космическое пространство. И он собирался опередить американцев. Главный конструктор обратился за поддержкой к знакомым ученым. Академия наук с удовольствием включилась в обсуждение проекта. Так появился «Объект Д» – тяжелый спутник-лаборатория. Однако ученые никак не успевали разработать достаточно компактную и легкую аппаратуру. И Королев принял решение запустить вместо сложного спутника простейший.

ПС-1 (Простейший спутник первый) был сделан из алюминия и имел форму шара. Масса со всей аппаратурой составляла всего 84 килограмма. Четыре антенны монтировались на передней полуоболочке. Внутри гермоконтейнера находились два радиопередатчика, блок питания из трех батарей, дистанционный переключатель и другое вспомогательное оборудование.

Сергей Королев поторапливал создателей ПС-1. Он предвидел, что его запуск произведет впечатление на весь мир. Старт назначили на 6 октября 1957 года, но Королев потребовал произвести его на двое суток раньше. Причиной тому стал листок экспресс-информации, в котором утверждалось, что на совещании по координации запусков ракет и спутников, которое проходило в Вашингтоне, на 6 октября намечен американский доклад «Спутник над планетой». Королев очень встревожился: неужели это будет констатация факта?

Американцы действительно могли попытаться опередить Советский Союз. В то же самое время в рамках проекта Farside осуществлялись запуски на космическую высоту связок твердотопливных ракет, стартующих с большого стратостата. Если в конце разгона ракету Farside направить горизонтально, то теоретически она могла стать искусственным спутником Земли. Однако американцам не повезло: команда Королева успела раньше.

4 октября 1957 года ракета-носитель Р-7, получившая название «Спутник-1», стартовала с полигона Тюра-Там. Наблюдения показали, что ПС-1 вышел на орбиту, а его радиопередатчики работают, отправляя в эфир звонкие сигналы: «Бип-бип-бип». Восторгу ракетчиков не было предела. Они понимали, что тем самым открывают новую эру в истории человечества – космическую.

На Западе официальное сообщение о запуске спутника произвело эффект разорвавшейся бомбы. Если успешный полет межконтинентальной ракеты были способны оценить только военные специалисты – теперь смысл происходящего дошел до всех. Вера в техническое превосходство США пошатнулась даже у рядовых американцев. Блестящий шарик, созданный руками советских инженеров, летел над планетой, и с этим ничего нельзя было поделать.

9 октября президент Дуайт Эйзенхауэр выступил на пресс-конференции в Белом доме с поздравлениями в адрес советских ученых. В своей речи он пообещал, что американский спутник будет выведен на орбиту до истечения года. Обещание осталось невыполненным: Explorer добрался до орбиты только 1 февраля 1958 года. Вырваться в лидеры можно было лишь одним способом – запустив в космос человека. Но советские инженеры уже готовили заокеанским конкурентам новый сюрприз.

Пилотируемый космический корабль «Восток» («Объект ОД-2») в конструкторском бюро Сергея Королева разрабатывался с апреля 1957 года. Изначально корабль предполагали делать в виде планера. Быстро выяснилось, что построить его будет непросто из-за теплозащиты, необходимой при входе в атмосферу. Тогда инженеры решили, что для первого корабля идеальной будет шарообразная форма, ведь она хорошо изучена аэродинамиками. Изготовить весь корабль в виде шара не позволяли габариты Р-7, поэтому его скомпоновали из двух частей: сферического спускаемого аппарата (СА) и приборного отсека (ПО). Чтобы не усложнять конструкцию корабля системой мягкой посадки, было предложено катапультировать пилота из спускаемого аппарата на высоте 7–8 километров – так, чтобы он мог приземлиться отдельно под собственным парашютом. Оригинальная схема давала дополнительный плюс: катапультирование можно было использовать при аварии ракеты на начальном участке выведения.

К концу 1958 года предварительное проектирование завершилось. Для проверки новой техники постановили делать три корабля серии «Восток»: простейший 1КП, экспериментальный беспилотный 1К и пилотируемый 3К (индекс 2К был зарезервирован за спутником-фоторазведчиком «Зенит-2»). Варианты довольно сильно отличались по внутренней компоновке и используемым системам, но при этом сохранялась общая схема выхода на орбиту и спуска с нее. Каждый корабль выводился в космос трехступенчатым носителем, созданным на основе Р-7; затем по сигналу программно-временного устройства «Гранит-5В» или по команде с Земли он выдавал газовую струю из двигателя ТДУ-1 по направлению своего движения, за счет чего тормозился, сходил с орбиты, разделяясь на две части; при этом приборный отсек сгорал в атмосфере, а спускаемый аппарат, падая по баллистической кривой и выпустив парашюты, приземлялся на территории СССР.

Все это хорошо выглядело в теории, но, когда начались реальные испытания, конструкторам пришлось преодолеть множество трудностей. Корабль 1КП стартовал 15 мая 1960 года. Через четыре дня его попытались свести с орбиты, однако из-за сбоя системы ориентации он поднялся выше и оставался в космосе до 1965 года. По причине дефицита времени следующим постановили сразу запускать корабль 1КП с подопытными собаками Лисичкой и Чайкой на борту. 28 июля ракета-носитель с этим кораблем взорвалась и упала неподалеку от стартового комплекса, собаки погибли.

19 августа на орбиту отправился корабль 1К с собаками Белкой и Стрелкой. Он пробыл в космосе больше суток, совершил семнадцать витков вокруг Земли и приземлился в заданном районе. Собаки быстро реабилитировались после полета, доказав тем самым, что живое существо может достаточно долго находиться в состоянии невесомости без видимого вреда для здоровья. Врачей только беспокоило, что самочувствие Белки после четвертого витка ухудшилось, поэтому во избежание возможных эксцессов было решено ограничить полет первого космонавта одним витком.

1 декабря в космос отправился третий 1К с собаками Пчелкой и Мушкой. Их полет тоже проходил нормально, однако при спуске корабль был уничтожен системой аварийного подрыва, установленной по требованию военных. Позднее выяснили, что траектория спускаемого аппарата оказалась слишком пологой, поэтому он мог попасть на территорию «враждебного» государства.

Запуск четвертого 1К с собаками Жемчужной и Жулькой состоялся 22 декабря и тоже завершился бесславно: ракета не смогла вывести его на орбиту. Зато сработала система аварийного спасения, и спускаемый аппарат приземлился в тайге, в районе реки Нижняя Тунгуска. Его удалось отыскать, а собак – вызволить и увезти в Москву. Много позже по мотивам этой истории был снят художественный фильм «Корабль пришельцев» (1985).

Корабли 3КА, представлявшие собой упрощенную модифицированную версию пилотируемого «Востока», стартовали 9 и 25 марта 1961 года. Хотя на орбиту в них отправлялись только собаки и человекоподобный манекен, прозванный Иваном Ивановичем, фактически эти полеты были «генеральной репетицией» полета космонавта. Испытания прошли в целом успешно, но с одной общей проблемой: спускаемые аппараты приземлились с перелетом заданного района посадки на сотни километров. Быстро выяснить причину не представлялось возможным, и тогда Сергей Королев пошел на осознанный риск, предложив следующий корабль пускать с человеком на борту.

Когда проектирование корабля «Восток» входило в завершающую стадию, остро встал вопрос о том, кого послать на нем в космос. Предлагались самые разные варианты. Медики утверждали, что нужно послать коллегу – специалиста по авиационной медицине. Инженеры настаивали на включении в экипаж конструктора космической техники. Можно было, ориентируясь на опыт американцев, пригласить в программу летчиков-испытателей… Кто из них лучше подойдет для полета в неведомое? Кто выдержит перегрузки и невесомость?.. Сергей Королев остановил свой выбор на летчиках истребительной авиации, полагая, что только они обладают достаточной физической подготовкой и при этом имеют разностороннее образование: летчик может быть пилотом и штурманом, инженером и радистом.

Летом 1959 года во многих авиационных частях появились офицеры медицинской службы из Москвы. Они прибывали по двое, внимательно изучали личные дела молодых пилотов, а потом приглашали на собеседование. Вопросы задавались странные. К примеру, спрашивали: «Желаете ли вы летать на более современных типах самолетов, на новой технике?» Как правило, на этот вопрос все летчики отвечали положительно. Тогда следовал новый, еще более странный вопрос: «Хотели бы вы полететь на ракетах вокруг Земли?» Тут возникали сомнения. Гости уезжали восвояси, и, казалось, на этом все закончится. Однако осенью тех, кто согласился «полететь на ракетах», начали вызывать в Москву.

Группами по 30–40 человек кандидаты в космонавты прибывали в Центральный научно-исследовательский авиационный госпиталь для прохождения углубленного обследования. Всего туда поступило 154 человека. По итогам обследования 25 февраля 1960 года двадцать офицеров были отобраны в отряд. В начале марта они вместе с семьями начали переезжать в Москву, сразу включаясь в подготовку.

Слушателей отряда ждало множество испытаний. Не располагая реальным опытом космических полетов, медики не могли сказать, какой из факторов окажется определяющим, и зачастую придумывали тренажеры, которые позднее были исключены из программы подготовки. Кандидаты должны были пройти «отсидку» в сурдокамере и термокамере, выдержать перегрузку в центрифуге и встряску на вибростенде. Кроме того, их ждали парашютные прыжки, двухместный «МиГ-15УТИ», переоборудованный под имитатор невесомости, и катапультирование с наземного стенда.

Не всем удалось дойти до космического старта, но в целом группа держалась, и вскоре в ней выделились три лидера: Юрий Алексеевич Гагарин, Герман Степанович Титов и Григорий Григорьевич Нелюбов. Каждый из троих был готов стать первым космонавтом, однако многие отдавали предпочтение Гагарину. Он не был лучшим из лучших, но казался наиболее подходящей кандидатурой на полет, потому что обладал уникальным набором положительных психологических качеств: открытостью, коммуникабельностью, высокой эмпатией, любознательностью и чувством юмора. Гагарин умел находить слова для того, чтобы разрядить обстановку в стрессовой ситуации, активно помогал сослуживцам справиться с трудностями, быстро учился и при необходимости брал на себя командирские функции. В качестве главной кандидатуры на первый полет его определили 18 января 1961 года, после сдачи экзаменов на звание космонавта, а 10 апреля об этом было официально объявлено на полигоне Тюра-Там в присутствии представителей советской прессы.

Несмотря на все усилия инженеров, к апрелю 1961 года «Восток» оставался «сырым» кораблем. В нем хватало недоделок: в частности, серьезной доработки требовало оборудование системы жизнеобеспечения. Сами космонавты из-за задержек с изготовлением скафандров СК-1 и носимого аварийного запаса (НАЗ) не смогли пройти полный курс по действиям при посадке в нерасчетном районе. Однако время поджимало, и старт был назначен на период с 10 по 20 апреля.

Хотя «Восток» для Юрия Гагарина специалисты готовили с особым тщанием, впоследствии на полигоне обнаружили и устранили свыше семидесяти мелких неисправностей. Например, контрольное взвешивание корабля с космонавтом в скафандре выявило перевес на 14 килограммов. Сразу возникла идея поменять космонавта, ведь дублер Герман Титов был легче Гагарина, но Сергей Королев распорядился облегчить сам корабль, сняв с него часть контролирующей аппаратуры. В срочном порядке инженеры всю ночь срезали «лишние» кабели и снимали оборудование, предназначенное для беспилотных полетов. В результате пострадали датчики давления и температуры – и, если бы корабль «застрял» на орбите, такое самоуправство могло закончиться печально.

12 апреля 1961 года, в 9:07 по московскому времени, ракета-носитель оторвалась от стартового комплекса полигона Тюра-Там и под задорный возглас Юрия Гагарина «Поехали!» устремилась в небо. Корабль «Восток» вышел на орбиту высотой в перигее 181 километр и в апогее 327 километров. Высота апогея стала первой серьезной проблемой полета, оказавшись выше расчетной на 80 км. Однако апогей выбирался с тем прицелом, что если тормозной двигатель ТДУ-1 внезапно откажет, то «Восток» в силу естественного торможения в высших слоях атмосферы сам сойдет с орбиты в течение пяти-семи суток. Под этот срок готовились и запасы системы жизнеобеспечения. Сход с реальной орбиты занял бы не меньше двух недель с печальным итогом для космонавта.

Юрий Гагарин об этом не знал. В ходе полета он поддерживал связь с научно-измерительными пунктами. Попробовал космическую еду и консервированную воду, тем самым опровергнув мнение о том, что питание в невесомости будет затруднено. Наблюдал Землю, звезды и космическое пространство, регистрировал показания приборов, надиктовывая их на бортовой магнитофон и записывая в бортжурнал.

Когда корабль вышел из тени Земли, в 10:25 прошло включение ТДУ-1. Двигатель должен был отработать 41 секунду, но выключился чуть раньше. В результате магистрали наддува остались открытыми и в них под большим давлением начал поступать азот. Это привело к закрутке корабля со скоростью 30°/с. Досрочное отключение тормозной установки нарушило штатную схему, и команда на разделение отсеков оказалась не выполнена. Ситуация сложилась уникальная, и Гагарин не мог оценить, насколько велика опасность развития событий. Однако он не запаниковал, а засек время по часам, продолжая с любопытством следить за происходящим. В 10:36 отсеки корабля все-таки разделились по сигналу от внешних термодатчиков. По мере движения в атмосфере вращение «Востока» стало замедляться, а перегрузки – плавно нарастать. Кабина озарилась ярко-багровым светом, который проникал даже сквозь опущенные шторки. В воздухе ощущался легкий запах гари. Тут о мелких неприятностях пришлось забыть, потому что из-за крутой траектории спуска перегрузки возросли до 12 g: в глазах у космонавта «посерело».

В 10:42 на высоте семи километров прошел отстрел крышки люка, и кресло с космонавтом катапультировалось из спускаемого аппарата. Через полсекунды вышел тормозной парашют, затем был введен в действие основной парашют, который буквально сдернул космонавта с кресла. Одновременно отделился контейнер с носимым аварийным запасом – он должен был повиснуть на пятнадцатиметровом фале, но оторвался и упал вниз. Как следствие, не заработал радиомаяк космонавта, а сам Гагарин лишился запаса продуктов, аптечки, радиостанции, пеленгатора и надувной лодки, которая могла бы пригодиться при посадке на воду.

На высоте трех километров раскрылся запасной парашют – хотя космонавты еще до полета были против его автоматического введения, командование решило, что с запасным будет надежнее. Управлять двумя куполами космонавт не мог и почти до самой земли летел спиной вперед. Лишь на высоте 30 метров его развернуло лицом по сносу – в положение, благоприятное для приземления.

В 10:53 ноги Юрия Гагарина коснулись земли. Весь космический рейс продолжался 106 минут, а не 108, как из-за ошибки утверждалось затем полвека. Вопреки прогнозам, спускаемый аппарат приземлился не с перелетом, а с недолетом на 180 километров – у деревни Смеловка Энгельсского района Саратовской области, на вспаханном поле колхоза «Ленинский путь». Никто не бежал Гагарину навстречу, поэтому ему пришлось самостоятельно погасить купола парашютов, освободиться от привязной системы и двинуться на поиски людей.

На следующий день, 13 апреля, Юрий Гагарин выступил перед Государственной комиссией с подробным докладом о полете и замеченных проблемах. Его рассказ помог конструкторам не только доработать системы «Востока» для последующих орбитальных рейсов, но и внести технические предложения по проекту корабля «Север», который известен сегодня под названием «Союз».

После полета Гагарина, доказавшего, что человек сохраняет работоспособность при невесомости, между специалистами вновь вспыхнули споры, каким должен стать следующий космический эксперимент. На основании наблюдений за Белкой высказывалось мнение, что после четвертого витка на орбите могут начаться физиологические изменения, из-за которых самочувствие космонавта резко ухудшится. Поэтому специалисты по космической медицине настаивали на трех витках. Однако инженеры во главе с Сергеем Королевым утверждали, что реализовать три витка сложнее технически, чем суточный полет. Дело в том, что за счет особенностей орбитального движения после трех витков посадка возможна только в западных густонаселенных районах СССР, что затруднит эвакуацию космонавта и спускаемого аппарата. Их аргументы возымели действие, и стороны согласились, что полет следует назначать суточным, однако космонавт при этом должен быть готов к его досрочному прекращению, для чего испытает ручную систему управления кораблем.

В полет был назначен Герман Степанович Титов – самый молодой член отряда космонавтов, на тот момент ему было всего двадцать пять лет. Дублером стал Андриян Григорьевич Николаев.

«Восток-2» стартовал 6 августа 1961 года. Титов шел на новый рекорд, и многое ему пришлось сделать впервые. Он дважды вручную ориентировал корабль, снимал Землю через иллюминатор кинокамерой «Конвас», вел радиопереговоры, ел, пил и выполнял физические упражнения. Титов первым воспользовался ассенизационным устройством, ему же первому удалось поспать в полете. В то же время космонавта беспокоило расстройство вестибулярного аппарата (кинетоз): оно мешало ему работать и отдыхать.

На семнадцатом витке был выдан тормозной импульс, и корабль пошел вниз. При этом повторилась ситуация, которая уже была отмечена при полетах собак, – отсеки «Востока-2» разделились с большим опозданием, из-за чего спускаемый аппарат вновь приземлился в нерасчетном районе – на гороховое поле сельхозартели «40 лет Октября», в 13 километрах от поселка Красный Кут Саратовской области. Позднее специалисты провели тщательное расследование и наконец-то установили причину сбоя – ошибку при монтаже электроцепей, обеспечивающих разделение. В следующих кораблях серии «Восток» она была устранена.

На заседании Госкомиссии, состоявшемся 8 августа, Титов честно доложил о своих ощущениях, в том числе о тошноте и головокружении. На основании его показаний врачи впоследствии разработали дополнительную методику тренировки вестибулярного аппарата, которая продемонстрировала хорошие результаты.

В середине 1950-х годов мало кто сомневался, что США будут лидерами в освоении внеземного пространства. Поэтому запуск «Спутника-1» прогремел мировой сенсацией. Но Штаты приняли вызов. Адекватным ответом на научно-технические победы СССР мог стать полет человека на орбиту.

31 января 1958 года командование научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ВВС США предписало подчиненным структурам немедленно заняться подготовкой пилотируемого полета на орбиту. Тогда же на авиабазе Райт-Паттерсон состоялась закрытая конференция, на которой рассматривались предложения авиационных компаний по космическому кораблю. Однако, несмотря на обилие проектов, все они выглядели слишком сложными для быстрой реализации, и через десять дней на новой конференции в Отделении баллистических ракет ВВС обсуждался только один проект, предложенный инженером-аэродинамиком Максимом (Максом) Фаже: он придумал простую коническую капсулу со сферическим днищем, которая могла находиться на орбите до двух суток.

Фаже руководствовался тем, что американские ракеты в тот период значительно уступали советским по грузоподъемности (1,5 тонны против 5 тонн), поэтому приходилось прибегать к различным техническим ухищрениям для снижения массы корабля. Прежде всего, у конической капсулы при правильном снижении в атмосфере значительно нагревается только днище: теплозащиту можно наносить там, остальную конструкцию изготавливая из обычных жаропрочных материалов. Коническая форма хорошо вписывается в аэродинамику ракеты, и можно обойтись без головного обтекателя. Но самое главное – все управление кораблем американские конструкторы, в отличие от советских коллег, решили доверить пилоту. Важным отличием стала и схема посадки – поскольку американский корабль не приземлялся, как «Восток», а приводнялся, можно было отказаться от изощренной технологии эвакуации: пилот возвращался на Землю в капсуле, в которой стартовал. А вот высоту орбиты американцы выбирали из тех же соображений, что и подчиненные Сергея Королева: если бы связка твердотопливных тормозных двигателей по каким-то причинам не сработала, то корабль через сутки сам «зарылся» бы в атмосферу и совершил посадку, хотя и в непредсказуемом месте.

Корабль должны были разрабатывать конструкторы ВВС, однако в марте 1958 года президент Эйзенхауэр внес в Конгресс законопроект о создании гражданского Национального управления по аэронавтике и космосу (НАСА, NASA). И в октябре корабль был передан этой новой организации, став, по сути, ее первым серьезным проектом.

Изначально проект назывался «Астронавт» (Astronaut), однако в конце концов это название отвергли, сочтя, что в нем слишком силен «акцент на личности пилота корабля». Руководитель космического директората НАСА Эйб Сильверстайн предложил дать проекту имя греческого бога торговли Меркурия (Mercury) – из всего олимпийского пантеона этот бог был наиболее популярен у американцев, часто фигурировал в рекламе. К тому же Меркурий с его крылатыми сандалиями и шлемом становился хорошим символом летательного аппарата. 17 декабря 1958 года, ровно через 55 лет после знаменитого полета братьев Райт на «Флайере-1», название было официально закреплено и опубликовано.

Ближе к зиме был объявлен конкурс на фирму-изготовителя, победителем которого стала компания McDonnell Aircraft. 6 февраля 1959 года она получила заказ на изготовление двадцати космических кораблей (стоимостью 1,65 миллионов долларов каждый), «способных выдержать любую комбинацию ускорения, нагрева и нагрузок, которая может иметь место во время запуска или входа в атмосферу».

НАСА предстояло разработать не только корабль, но и носитель к нему. И если в Советском Союзе ракета Р-7 была единственной, способной выводить груз на орбиту, то в американской космической программе использовалось три ракеты: «Литтл Джо» (Little Joe), «Редстоун» (Redstone) и «Атлас» (Atlas).

Небольшую недорогую ракету «Литтл Джо» разработали американские конструкторы Уильям Бленд и Рональд Коленкевич. Она представляла собой связку из восьми твердотопливных двигателей и предназначалась исключительно для тестовых запусков капсулы корабля и испытаний системы аварийного спасения.

«Редстоун» создавалась под руководством немецкого конструктора Вернера фон Брауна, который к тому времени получил американское гражданство. После того как фон Брауну удалось быстро запустить спутник Explorer-1, руководство космической программы закрыло глаза на его нацистское прошлое, и вскоре от чисто военных разработок конструктор перешел к космическим. «Редстоун» разрабатывалась с 1948 года в интересах армии США и была, по сути, развитием ракет А-4 (V-2), которыми гитлеровцы обстреливали Лондон и Антверпен. Хотя новая ракета была намного мощнее и конструктивно совершеннее «Фау-2», в наследство от предшественниц ей достались устаревшие компоненты топлива: жидкий кислород и спирт. На этом топливе развить первую космическую скорость проблематично, поэтому «Редстоун» решено было использовать для суборбитальных полетов. Если бы удалось запустить пилота в такой ракетный «прыжок» раньше Советского Союза, приоритет в освоении космоса достался бы США.

«Атлас» проектировался американскими конструкторами компании Convair (Consolidated Vultee Aircraft) как межконтинентальная баллистическая ракета, способная доставить ядерный заряд до Москвы. Изначально по своей форме «Атлас» был похож на советскую Р-7, однако «пакетная» схема показалась конструкторам громоздкой, и вместо отделения боковых ступеней у «Атласа» в полете отделяются только четыре боковых двигателя. В этом смысле американская ракета уникальна: сбрасывая всего лишь 5 % конструкции, она тем не менее способна развить космическую скорость.

Первый запуск «Атласа» состоялся 11 июня 1957 года на полигоне мыса Канаверал – менее чем через месяц после первого полета Р-7. Первый космический старт ракеты «Атлас-Б» (Atlas-B) был произведен в декабре 1958 года, а в сентябре 1959 года модификация «Атлас-Д» (Atlas-D) встала на боевое дежурство. Именно последняя с небольшими доработками использовалась в проекте «Меркурий» для осуществления орбитального полета, который должен был закрепить успехи американцев в космонавтике.

С самого начала реализации проекта было ясно, что выбранные ракеты, и прежде всего «Атлас», потребуют множества испытаний. Поскольку даже самая мощная из них уступала по грузоподъемности советской Р-7, американским конструкторам пришлось попотеть, придумывая технические решения, которые дополнительно снижали массу корабля с пилотом. Из-за малого объема герметичный отсек в буквальном смысле забили оборудованием; места для пилота почти не оставалось. Поэтому в ходу была шутка, что астронавт не садится в корабль, а «надевает» его на себя, как костюм. «Меркурий» имел два люка: боковой, используемый для посадки в корабль, и аварийный верхний, устроенный не самым лучшим образом: чтобы выйти через него, надо было выпихнуть запасной парашют и протиснуться через цилиндрический отсек.

Что касается скафандра, то его вид и устройство определились летом 1959 года – основой стал высотный костюм Mark IV, выпускаемый для летчиков Военно-морских сил. Скафандр проекта «Меркурий» не был предназначен для выходов в открытый космос, а, подобно советскому СК-1, служил дополнительной защитой на случай разгерметизации корабля.

Отбор будущих астронавтов начался в ноябре 1958 года – раньше, чем в СССР. В качестве кандидатов рассматривались мужчины возрастом от 25 до 40 лет, ростом не выше 180 сантиметров. Первоначально профессиональная принадлежность не имела значения – в кандидаты мог, например, записаться физик с опытом работы в лаборатории не менее трех лет. Но президент Эйзенхауэр своим решением постановил, что астронавтов следует искать среди военных летчиков-испытателей. В итоге были отобраны 110 человек. После медико-психологического обследования и «стресс-испытаний» в группе осталось 18 пилотов, а утверждены были всего семеро «финалистов». Пресса тут же окрестила их «великолепной семеркой», и это оправдано: все они были опытными летчиками с феноменальной выносливостью. Однако прежде людей в космос должны были отправиться животные.

Если в Советском Союзе в качестве «космонавтов» для испытательных полетов выбрали беспородных собак, то американские ученые остановились на обезьянах – в конце 1940-х годов их уже запускали на ракетах V-2, вывезенных из Германии. Первый полет макаки-резуса в макете «Меркурия» на высоту 85 километров состоялся 4 декабря 1959 года. Звали эту обезьянку Сэм, что представляет собой аббревиатуру Школы авиационной медицины (SAM, School of Aviation Medicine). Во время полета по суборбитальной баллистической траектории макака три минуты находилась в состоянии невесомости. Сразу после приземления Сэма отправили обратно в лабораторию, где в течение нескольких дней врачи внимательно отслеживали изменения в состоянии его здоровья. Вывод был однозначным: полет не оказал негативного воздействия на организм животного.

Напряжение росло. Публикации в советской прессе о запуске тяжелого корабля-спутника ясно указывали: СССР готовится к запуску своего пилота на орбиту. Еще в марте 1959 года НАСА составило план летных испытаний, включавший восемь суборбитальных запусков ракет «Редстоун», один суборбитальный и восемь орбитальных запусков ракет «Атлас». При этом первый пилотируемый «прыжок» был назначен на 26 апреля 1960 года, а первый орбитальный – на 1 сентября 1960 года. Американцы предполагали опередить Советский Союз на год!

Однако человек предполагает, а техника располагает. Если испытания макетов на ракете «Литтл Джо» проходили в целом успешно, то с ракетами «Редстоун» и «Атлас» не заладилось. Первый «Атлас» удалось запустить с мыса Канаверал только 29 июля 1960 года, но запуск прошел неудачно, а корабль «Меркурий» разбился. Та же участь постигла ракету и корабль при запуске 8 ноября. Ракета «Редстоун» должна была взлететь 21 ноября, но не смогла оторваться от стартового стола. Повторный запуск состоялся 19 декабря 1960 года, и на этот раз он прошел успешно.

Теоретически сразу после него агентство НАСА могло бы попытаться запустить в космос человека, опередив команду Сергея Королева. Но предшествующая череда неудач заставила проявить осторожность. 31 января 1961 года в суборбитальный полет отправился самец шимпанзе Хэм (HAM, Holloman Aerospace Medical Center). Согласно программе испытаний, «Меркурий» должен был достичь высоты 185 километров и скорости 546 м/с. Однако из-за сбоя в работе двигателей высота составила 253 км, а скорость – 744 м/с. В результате резко увеличился угол входа корабля в плотные слои атмосферы – с него сорвало теплозащитный экран, из-за чего температура внутри поднялась до 47 ºС. Кроме того, отклонение от расчетной точки приводнения составило 212 километров! «Меркурий» с сорванным защитным экраном опрокинулся, потерял герметичность и начал тонуть. К счастью, через два часа его обнаружил вертолет ВМС США. Он поднял корабль на борт эскадренного миноносца, где героического Хэма лично поприветствовал капитан, вручив ему яблоки и половину апельсина.

У американцев все еще оставался шанс обойти советских коллег. К примеру, на пилотируемом пуске настаивал руководитель Целевой космической группы Роберт Гилрут. Но резко против выступил конструктор «Редстоуна» Вернер фон Браун, обеспокоенный тем, что полет Хэма по факту завершился аварийно. Ракету вновь значительно доработали, и нужен был еще один беспилотный запуск, чтобы подтвердить правильность принятых технических решений. Он состоялся 24 марта 1961 года; до триумфа Юрия Гагарина оставалось меньше трех недель.

Корабль «Меркурий» № 7 и ракета «Редстоун» № 7 были доставлены на мыс Канаверал и в первых числах апреля установлены на стартовом комплексе. Узнав, что его корабль имеет такой порядковый номер, астронавт Алан Шепард дал ему собственное имя «Свобода 7» (Freedom 7). Началась подготовка к запуску. Шепард вместе со своим дублером Джоном Гленном отрабатывал «посадку» в корабль и процедуры, которые необходимо совершить в полете. Там их и застало известие о запуске советского корабля «Восток» с Гагариным на борту. Пришлось смириться с тем, что лидерство опять упущено.

Все же американцы упорно шли к цели. Первую попытку к запуску предприняли 2 мая, но старт отложили из-за грозы. Через трое суток, 5 мая 1961 года, Алан Шепард наконец-то занял свое место в корабле. Стартовая команда хором прокричала: «Счастливой посадки, коммандер!» Спустя 50 минут люк задраили, однако астронавту пришлось прождать больше трех часов, пока технические службы не устранили мелкие неисправности. Старт состоялся в 9:34 по местному времени. За ним наблюдала почти вся Америка, около 70 миллионов телезрителей. Полет «Свободы 7» продолжался 15 минут, корабль поднялся на высоту 188 километров, и за это время Шепард успел опробовать систему ручного управления, сделав это первым в мире (Гагарину прибегать к ручному управлению не пришлось). После приводнения «Свободу-7» и астронавта доставили на палубу авианосца Lake Champlain. Ступив на нее, Шепард воскликнул: «Что за великолепный день, что за прогулка!» И в самом деле: суборбитальный прыжок больше напоминал кратковременную прогулку, чем космический полет. К настоящему полету по орбите американские ракетчики пока не были готовы.

Второй суборбитальный запуск состоялся 21 июля 1961 года. На корабле «Колокол свободы 7» (Liberty Bell 7) Вирджил Гриссом поднялся на высоту 190,3 километра и через 15 минут приводнился в Атлантический океан. При этом корабль затонул, а астронавта удалось вытащить в последнюю минуту, когда он практически скрылся под водой. «Колокол свободы 7» удалось разыскать и поднять со дна только летом 1999 года. Позднее Вирджил Гриссом участвовал в программе «Джемини» и, наверное, стал бы первым человеком на Луне, если бы не сгорел заживо вместе со своим экипажем в командном модуле корабля «Аполлон-1».

После прыжка-полета Гриссома оставалось еще три ракеты «Редстоун», и к полету начал готовиться Джон Гленн, дублер Шепарда и Гриссома. Будучи тщеславным человеком, он не хотел войти в историю третьим американцем, совершившим суборбитальный прыжок, поэтому всячески выступал за нормальный полет. Его мечтам было суждено сбыться: после «космических суток» Германа Титова руководству НАСА стало ясно, что перегнать СССР не получится даже формально, по числу запусков. 18 августа 1961 года было официально объявлено, что новые «прыжки» отменяются.

И вновь вперед отправилась обезьяна. Шимпанзе Энос (на иврите слово «энош» означает «человек») стартовал на ракете «Атлас» 29 ноября 1961 года. Во время полета Эносу предстояло выполнять определенные операции, получая либо вознаграждение, либо удары электрическим током. На первом витке Энос вел себя спокойно, однако когда «Меркурий» пошел на второй виток, что-то случилось с автоматикой, и Энос стал получать электроразряды, даже когда тянул за правильный рычаг. Кроме того, его костюм начал перегреваться. Было решено прекратить полет досрочно, и вскоре корабль приводнился в Тихом океане.

Как и предыдущие, полет Джона Гленна неоднократно переносился. Первую попытку предприняли 27 января 1962 года. Пилот пять часов просидел в корабле, названном «Дружба 7» (Friendship 7), но из-за погоды остался на Земле. Следующей возможности пришлось ждать почти месяц. Наконец 20 февраля Гленн занял свое место в герметичной кабине на вершине ракеты «Атлас». При закрытии люка техники обнаружили, что один из 70 болтов сломан. Пришлось открывать люк и снова закрывать. Только на это потратили 40 минут, а вообще Гленн провел в нервном ожидании 2 часа 17 минут.

В 9:00 по местному времени началась прямая трансляция с мыса Канаверал, и миллионы американцев прильнули к телевизорам, чтобы еще через 47 минут увидеть, как на огненном столбе взлетает в небо первый «орбитальный» астронавт США. «We are on the way!» («Мы в пути!») – воскликнул Джон Гленн при старте, вспомнив, очевидно, гагаринское «Поехали!».

Через триста секунд «Меркурий» вышел на орбиту высотой 256 километров в апогее. Потом автоматика развернула корабль хвостом вперед, и Гленн успел увидеть кувыркающуюся рядом ракету, о чем доложил на Землю. Затем, пролетая над Африкой, он сообщил о том, что наблюдает пылевую бурю в Сахаре. Через 25 минут после старта астронавт взял управление кораблем на себя. На 55-й минуте Гленн сказал, что видит огни Перта: жители этого австралийского города высыпали на улицы, включили все осветительные приборы и застелили газоны белыми простынями, чтобы таким образом поприветствовать астронавта. Еще через 18 минут Гленн решил перекусить яблочным муссом. Никаких проблем с глотанием у него при этом не возникло. Тут корабль вышел на солнечную сторону, и потрясенный Джон сообщил, что «Дружбу 7» окружают тысячи «светящихся частичек» – так выглядели льдинки, образовавшиеся при разложении перекиси водорода в двигателях ориентации.

На 96-й минуте полета в Центр управления полетами по каналу телеметрических данных пришел тревожный сигнал: теплозащитный экран не закреплен. Если датчик не врет, то при входе в атмосферу теплозащиту «сдует», обшивка корабля прогорит, а он сам развалится. Получалось, что Джон Гленн обречен!

Инженеры НАСА тут же придумали решение: не сбрасывать тормозную двигательную установку после срабатывания, а позволить ей отвалиться под воздействием нагрева в атмосфере – тогда ее ленты удержат экран, а позднее слететь ему помешает скоростной напор. Спешно была выработана инструкция, которую передали по радио Гленну. При этом сообщить причину столь странного изменения в схеме посадки никто не решился, и о том, что ему угрожала смертельная опасность, астронавт узнал лишь на Земле.

После третьего витка началось торможение, и «Меркурий» полетел по баллистической траектории вниз. И тут Гленну пришлось понервничать. Тормозные ракеты начали разрушаться от нагрева – их раскаленные куски пролетали мимо иллюминатора, а пилот решил, что горит теплозащита. К счастью, все обошлось. Корабль приводнился с недолетом на 65 километров, но неподалеку от эсминца Noa, который и подобрал его. Общая длительность полета составила 4 часа 55 минут. Хотя на фоне рекорда Германа Титова это достижение выглядело скромно, американцы доказали, что могут летать на орбиту.

После Джона Гленна состоялось еще три запуска кораблей «Меркурий». 24 мая в космос отправился Скотт Карпентер на борту «Авроры 7» (Aurora 7), 3 октября – Уолтер Ширра на борту «Сигмы 7» (Sigma 7), а 15 мая 1963 года – Гордон Купер на борту «Веры 7» (Faith 7). Рекорд по продолжительности полета для американской астронавтики установил последний астронавт из перечисленных: он пробыл в тесной кабине больше тридцати четырех часов.

Хотя в целом орбитальные миссии программы «Меркурий» завершились успешно, астронавтам периодически приходилось прибегать к различным уловкам, чтобы предотвратить развитие аварийной ситуации. В итоговом отчете НАСА было указано, что если бы в четырех орбитальных полетах на борту не было пилота, то лишь капсула Уолтера Ширры «Сигма 7» слетала бы нормально, корабль Джона Гленна «Дружба 7» приводнился бы досрочно, а «Вера 7» Гордона Купера потерпела бы катастрофу.

Советское руководство видело, что американцы потихоньку «нагоняют» в космонавтике, поэтому требовало от специалистов новых рекордов. Глава государства Никита Сергеевич Хрущев высказался по этому поводу однозначно: «Мы должны утереть нос американцам. Доказать всему миру, что они от нас безнадежно отстали». Такая позиция вполне устраивала Сергея Павловича Королева, и он предложил реализовать групповой полет кораблей, что должно было стать первым, пока еще робким шагом к созданию орбитальных станций.

Сведение в космосе двух кораблей-спутников без двигателей маневрирования – сложнейшая задача. Вся тяжесть выполнения этой ювелирной операции ложится на наземные службы. Именно они должны были точно рассчитать и осуществить запуск таким образом, чтобы корабли сошлись в космосе на расстояние прямой видимости. Сначала Королев собирался отправить на орбиту сразу три корабля, однако военные требовали как можно скорее испытать фоторазведчик «Зенит-2», унифицированный с «Востоком», и планы пришлось пересмотреть.

Запуск ракеты с фоторазведчиком должен был состояться 1 июня 1962 года. Через две секунды после старта двигатель одного из боковых блоков внезапно отключился, блок оторвался от ракеты и упал на старт. Взрыв сильно повредил комплекс. На ремонт ушло два месяца, и первым с полигона ушел в космос опять же «Зенит-2».

Запланированный групповой полет начался 11 августа 1962 года стартом корабля «Восток-3» с Андрияном Григорьевичем Николаевым. После выхода на орбиту космонавт отвязался от катапультируемого кресла, впервые опробовав «плавание» в невесомости. Мнение ряда медиков, утверждавших после полета Титова, что пилоты космических кораблей не смогут справиться с кинетозом, было опровергнуто. Николаев чувствовал себя прекрасно, легко перемещался по кабине, выполняя сложные манипуляции. 12 августа стартовал «Восток-4» с Павлом Романовичем Поповичем. Точность выведения оказалась столь велика, что после выхода на орбиту второго корабля космонавты сразу увидели друг друга – их разделяло всего 6 километров. Они тут же обменялись приветствиями.

В течение полета космонавты активно работали, ели, пили, спали, занимались физкультурой. Николаев пробыл на орбите четверо суток, Попович – трое. Их совместный полет, помимо установления новых рекордов, дал специалистам еще одно подтверждение: человек может жить и работать на орбите.

Следующий космический рейс в точности воспроизводил предыдущий, но с очень важной особенностью – на втором корабле должна была лететь женщина. Идея отправить на орбиту женщину появилась в августе 1961 года, а в декабре правительство разрешило набрать в отряд пять кандидаток. Медикам не терпелось увидеть, способен ли женский организм выдержать космический полет; а пропагандисты получали козырь в идеологических спорах с западным миром: полет советской гражданки в космос доказывал, что в СССР существует реальное, а не показное равенство. И только Сергей Королев был резко против участия женщин-пилотов в космической программе на начальном этапе – он полагал, что ни к чему хорошему это не приведет.

Женский отряд космонавтов был сформирован и проходил обучение в 1962 году. Лучшие результаты демонстрировала Валентина Леонидовна Пономарева, но Хрущев выступил за кандидатуру Валентины Владимировны Терешковой – ярославской ткачихи и активной общественницы.

14 июня 1963 года на орбиту отправился корабль «Восток-5» с космонавтом Валерием Федоровичем Быковским на борту. Через двое суток, 16 июня, следом за ним стартовал «Восток-6» с Терешковой. Если у Быковского было все нормально и он успешно следовал программе полета, то Терешкова не смогла выполнить запланированные эксперименты и отвечала на вопросы уклончиво. Потом у нее начались боли в голени и плечах. Хотя она не жаловалась на самочувствие, полет решили прекратить досрочно: из-за солнечной вспышки «разбухла» земная атмосфера, корабли стали быстрее тормозиться, и возникла угроза неконтролируемого схода с орбиты. В результате Быковский пробыл в космосе пятеро суток вместо восьми, а Терешкова – трое суток. Перед спуском у Терешковой никак не получалось сориентировать корабль, и для нее пришлось разрабатывать специальную инструкцию. После приземления женщина-космонавт подбросила ученым еще один сюрприз: пока поисковая команда определяла место ее посадки, она раздала местным жителям тюбики с космической едой, а сама с удовольствием пообедала предложенными продуктами. Медики были рассержены, а Королев пришел в бешенство, запретив обсуждать новые проекты с участием женщин. Только через девятнадцать лет Светлана Евгеньевна Савицкая сумела сломить предубеждение.

В начале 1964 года Сергей Королев с соратниками оказался перед серьезной проблемой. Корабли-спутники «Восток» исчерпали свой потенциал, и советское руководство утратило к ним интерес. Их должны были принять на вооружение армии, но военных больше устраивал фоторазведчик «Зенит 2». Конструкторские бюро, работавшие на космос, впервые столкнулись с дефицитом финансирования. Требовался новый триумфальный прорыв, и тогда Королев предложил сконструировать на основе «Востока» трехместный корабль для установления нового рекорда. Сначала проектанты взбунтовались, отказавшись от реализации «дикой затеи». Королев пошел на хитрость: он пообещал, что одно место в новом корабле будет зарезервировано за ведущим конструктором корабля. Соблазн стать одним из первых космонавтов был столь велик, что Константин Петрович Феоктистов, возглавлявший в то время проектирование пилотируемых кораблей, взялся превратить одноместный «Восток» в трехместный «Восход».

Космический корабль 3КВ («Восход-1») отличался от исходного 3КА по целому ряду параметров. Прежде всего пострадала безопасность. Чтобы разместить трех космонавтов в тесной кабине, пришлось отказаться не только от катапультирования на этапе спуска, но и от скафандров. Теперь они должны были лететь в спортивных костюмах, лежа в очень неудобных позах – на спине с подогнутыми к груди коленями. Для смягчения удара о землю кресла «Эльбрус» снабжались дополнительными амортизаторами. Кроме того, была разработана система мягкой посадки, включающая два основных парашюта и пороховые двигатели. На спускаемом аппарате также установили дублирующий тормозной двигатель.

Сергей Королев выполнил свое обещание. В рискованный полет на «Восходе-1» отправились не военные пилоты, а специалисты: инженер-полковник Владимир Михайлович Комаров, врач Борис Борисович Егоров и конструктор Константин Петрович Феоктистов. Создатели корабля волновались перед стартом, ведь 3КВ проектировался на скорую руку, а перед отправкой космонавтов состоялся всего лишь один беспилотный полет нового корабля с тремя манекенами. Если что-то пойдет не так, обшивка разгерметизируется или не раскроется один из парашютов, то космонавты погибнут, а это поставит крест на репутации бюро в глазах правительства. Оставалось уповать на профессионализм Феоктистова, который знал «Восход» лучше всех и мог, казалось, справиться с любой технической проблемой.

Запуск состоялся 12 октября 1964 года. Космонавты пробыли на орбите сутки и успешно вернулись на Землю. Полет вызвал огромный резонанс в мире. Поскольку подробности об устройстве ракеты и корабля оставались засекреченными, западные эксперты сочли, что «Восход-1» является летательным аппаратом нового типа: его называли «космическим линкором». Впрочем, Хрущев не смог насладиться очередным триумфом: еще до приземления экипажа «Восхода» в стране произошел государственный переворот, и Никиту Сергеевича сместили с должности.

Следующий «Восход» готовили к принципиально другому орбитальному рейсу. На сей раз летели два космонавта, но один из них должен был выйти в открытое космическое пространство. Корабль 3КД («Восход-2») отличался от 3КВ прежде всего наличием мягкой шлюзовой камеры «Волга», которая крепилась снаружи на спускаемом аппарате и надувалась по команде с пульта. Для космонавтов создали специальные скафандры «Беркут», позволяющие работать до четырех часов в разгерметизированном корабле и до сорока пяти минут в открытом космосе. Однако ресурсов не хватало, поэтому удалось изготовить только два корабля 3КД, и первый из них, запущенный в беспилотном варианте, взорвался при сходе с орбиты.

Хотя «Восход-2» оставался очень «сырым», он стартовал 18 марта 1965 года. Космонавты Павел Иванович Беляев и Алексей Архипович Леонов тоже пробыли на орбите сутки, но этот полет превратился для них в череду опасных приключений. Во время выхода в открытый космос Леонов обнаружил, что его скафандр сильно раздулся от внутреннего давления. Чтобы пролезть обратно в шлюзовую камеру, ему пришлось сбросить давление. Такая процедура могла привести к кессонной болезни, но космонавту повезло. В камеру Леонов вошел головой вперед, что считалось очень рискованной операцией, ведь в наземных условиях у него ни разу не получалось ее выполнить. И, к счастью, опять все получилось. Когда космонавты расположились в креслах и загерметизировали корабль, то обнаружили, что внутренняя атмосфера быстро насыщается кислородом. По совету с Земли они попытались снизить температуру и влажность воздуха в кабине, однако заметного эффекта это не произвело. Причину странного явления никто не может назвать по сей день. В качестве рабочей версии фигурирует предположение, что из-за разницы температур на внешнем корпусе корабля он слегка деформировался и образовалась тончайшая щель на срезе выходного люка – через нее утекал воздух, а система жизнеобеспечения воспринимала процесс как аварийный и упорно нагнетала кислород в кабину. Только через семь часов полета сработал аварийный клапан перепуска, вибрационным толчком корабль тряхнуло, и крышка люка плотно села на свое место, закрыв щель.

При возвращении на Землю не сработала автоматическая система ориентации корабля – Павлу Беляеву пришлось вспоминать тренировки и ориентировать его вручную. При этом космонавты поднялись из кресел, что сыграло негативную роль: во время работы тормозного двигателя возник нерасчетный эксцентриситет, и корабль перелетел «точку прицеливания» на 165 километров. Спускаемый аппарат приземлился в глухой тайге, где ночью температура опускалась до -25 °C. Место приземления поисковые группы обнаружили только через четыре часа, и с того момента над ним посменно барражировали самолеты. Космонавтам сбрасывали теплую одежду, продукты и коньяк. На рассвете следующего дня спасатели нашли подходящую для вертолета площадку, высадились там и вскоре на лыжах добрались до «Восхода-2».

Главный конструктор Сергей Павлович Королев собирался установить еще несколько космических рекордов, переделывая «Востоки» в специализированные корабли. В ноябре 1965 года на «Восходе-3» должны были отправиться два космонавта в полет продолжительностью пятнадцать суток; при этом предполагалось, что они проведут эксперимент по созданию искусственной силы тяжести за счет раскручивания корабля и третьей ступени ракеты-носителя вокруг центра масс. В начале 1966 года на «Восходе-4» один космонавт установил бы рекорд пребывания на орбите, оставаясь там двадцать пять суток. В ходе длительных полетов «Восхода-5» и «Восхода-6», запланированных на май-июнь 1966 года, предполагалось совершить выходы в открытый космос и даже испытать реактивный аппарат для индивидуального перемещения космонавта.

Однако из-за задержек в производстве кораблей планы были сдвинуты, а неожиданная смерть Королева во время рядовой хирургической операции поставила крест на всей программе «Восход». В результате стартовал только еще один корабль серии 3КВ под названием «Космос-110»: 22 февраля 1966 года в нем на орбиту отправились подопытные собаки Уголек и Ветерок; продолжительность полета, проведенного в интересах космической медицины, составила двадцать два дня.

На этом завершился первый этап в освоении внеземного пространства, в ходе которого советская ракетно-космическая отрасль демонстрировала уверенное превосходство за счет более мощных ракет. 1966 год стал рубежным: американские конкуренты не только догнали, но и перегнали советских специалистов, поставив своей целью достижение Луны.

Успешные запуски первых спутников, первых межпланетных аппаратов и космических кораблей, проведенные советскими ракетчиками, больно ударили по самолюбию американцев. 25 мая 1961 года, через шесть недель после триумфального полета Юрия Гагарина, президент Джон Ф. Кеннеди выступил с речью, в которой пообещал, что до конца десятилетия американец высадится на Луне. Потеряв значимые исторические приоритеты на начальном этапе космической «гонки», США вознамерились вернуть себе лидерство на следующем.

Надо сказать, что главной причиной отставания на тот момент была недооценка значения тяжелых баллистических ракет. Конечно, американские специалисты изучили опыт немецких инженеров, построивших во время войны ракеты А-4 (V-2), но не придали им серьезного развития, полагая, что в условиях глобальной войны достаточно будет стратегических бомбардировщиков. Конечно, команда Вернера фон Брауна, вывезенная из Германии, продолжала создавать баллистические ракеты в интересах армии, но их характеристик не хватало для осуществления космических полетов. Когда ракету «Редстоун», построенную на основе немецких V-2, приспособили для запуска корабля «Меркурий», она смогла поднять его только на суборбитальную высоту.

В то же время расчеты показывали, что для полета на Луну нужен корабль массой 180 тонн. Ракета-носитель на жидком топливе для доставки подобного корабля на околоземную орбиту получалась такой огромной, что проблематично было бы ее компоновать и обслуживать. Спасительной оказалась идея орбитальной станции: если корабль нельзя доставить на орбиту целиком, его можно разделить на два модуля поменьше, запустить их по отдельности, а затем состыковать и отправить к Луне. Но в таком случае для одной экспедиции нужно две большие ракеты с грузоподъемностью свыше 100 тонн. Их построить, безусловно, легче, но придется готовить к запуску две ракеты практически одновременно, обеспечивать маневрирование тяжелых блоков в космосе и молиться, чтобы все прошло без сбоев, ведь надежность выполнения миссии при такой схеме заметно снижается. Сторонники прямого полета и оппоненты, стоявшие за сборку корабля на околоземной орбите, долго не могли прийти к согласию. Победила третья и весьма оригинальная концепция, которую придумал молодой инженер Джон Хуболт и которая летом 1962 года была принята в качестве основы при реализации программы «Аполлон» (Apollo). Инженер предложил отправлять корабль к Луне целиком и разделять его на селеноцентрической орбите. При этом лунный модуль (Lunar Module, LM) с двумя астронавтами совершал посадку, а командно-служебный (Command Service Module, CSM) с одним астронавтом оставался на орбите, дожидаясь возвращения лунного. Новая схема тоже казалась технически сложной, но за ее счет вдвое снижалась требуемая грузоподъемность ракеты, позволяя осуществить экспедицию за один запуск.

Понятно, что сама по себе схема Хуболта не столько решала технические проблемы, сколько добавляла их. Как обеспечить маневрирование на окололунной орбите? Как реализовать расстыковку, посадку, взлет лунного модуля и стыковку? Справятся ли астронавты с этими манипуляциями без поддержки наземных командных пунктов? Возможна ли в принципе посадка на Луну, или модуль провалится в пыль, как предсказывают некоторые теоретики? Никто в 1962 году не мог ответить на эти важнейшие вопросы. Предстояла тяжелая работа.

Разумеется, перед отправкой экспедиций требовалось провести колоссальную работу по изучению Луны. Космические аппараты серии «Рейнджер» (Ranger) сделали тысячи детальных снимков лунной поверхности на траектории спуска – этим они доказали принципиальную возможность ориентации корабля при грядущих высадках. Аппараты серии «Лунар Орбитер» (Lunar Orbiter) провели подробное картографирование ближайшего небесного тела: с их помощью удалось наметить и изучить подходящие места для высадок. Аппараты серии «Сервейор» (Surveyor) совершили мягкие прилунения и передали прекрасные изображения окружающей местности.

Параллельно с накоплением научной информации отрабатывались технические средства обеспечения лунных экспедиций и накапливался опыт космической деятельности. На базе межконтинентальной баллистической ракеты «Титан» (Titan), созданной американской фирмой The Martin Company, была сконструирована и пошла в серию ракета-носитель «Титан-2» (Titan II). В качестве топлива использовались высококипящие компоненты, имевшие серьезные преимущества перед парой керосин-кислород: более высокая тяга и возможность длительного хранения ракеты в заправленном состоянии. Грузоподъемность ракеты «Титан-2» составляла 3,81 тонны, что было все еще заметно меньше грузоподъемности Р-7, но позволяло запускать на орбиту корабль с двумя астронавтами. Такой корабль, названный «Джемини» (Gemini, «Близнецы»), был вскоре построен: разные его модификации весили от 3187 до 3798 килограммов.

Серия полетов «Джемини» началась беспилотными запусками прототипов 8 апреля 1963 года и 19 января 1964 года. Хотя испытания прошли успешно, корабль требовал доработки, и первый пилотируемый полет был осуществлен на «Джемини-3» лишь через год – 23 марта 1965 года. В первом же рейсе на орбиту астронавты Вирджил Гриссом и Джон Янг сумели оценить маневренные свойства корабля, вручную меняя орбитальную скорость (увеличение на 3 м/с) и наклонение орбиты (на 0,02º). Человеку со стороны результаты полета «Джемини-3» могут показаться скромными, ведь в то же самое время Советский Союз отмечал очередное достижение: 18 марта 1965 года Алексей Леонов вышел из корабля «Восход-2» в открытый космос и находился в свободном полете двенадцать минут. Но не нужно забывать, что «Восход» был все тем же «Востоком» (то есть кораблем-спутником первого поколения), переделанным специально для установления рекорда, что с технической точки зрения для 1965 года было серьезным отставанием от корабля второго поколения «Джемини», способного маневрировать и стыковаться на орбите.

Выход в открытый космос, зафиксированный Леоновым как исторический приоритет, американцы освоили в следующей миссии – на «Джемини-4», когда 3 июня 1965 года астронавт Эдвард Уайт на двадцать минут вышел в открытый космос, полетал вокруг корабля с использованием ручного реактивного устройства и вернулся назад, причем он и его напарник Джеймс Мак-Дивитт пробыли в условиях вакуума больше часа. И еще один немаловажный факт: если экипаж «Восхода-2» вернулся на Землю через сутки, то экипаж «Джемини-4» провел на орбите четверо суток, испытав, в частности, режимы ориентации корабля в интересах программы «Аполлон». Так в июне 1965 года американскими пилотами был сделан первый маленький шаг в сторону Луны.

В дальнейшем полеты пошли один за другим. На «Джемини-5», стартовавшем 21 августа 1965 года, были испытаны электрохимические генераторы, созданные для кораблей Apollo, и радиолокатор, предназначенный для сближения модулей и стыковки. Кроме того, экипаж в составе Гордона Купера и Чарльза Конрада установил рекорд по продолжительности пребывания в космосе – почти восемь суток. Достижение американцев советские космонавты сумели побить только в июне 1970 года. Кстати, по итогам полета «Джемини-5» американцы впервые столкнулись с последствиями длительного влияния невесомости, выразившимися в ослаблении костно-мышечной системы, поэтому в дальнейшем выработали меры по предотвращению негативных эффектов: специальную диету, лекарственную терапию и серию физических упражнений.

«Джемини-7», на борту которого находились Фрэнк Борман и Джеймс Ловелл, вышел на орбиту 4 декабря 1965 года и провел в космосе больше тринадцати суток – то есть время, которое заняла бы, согласно существующим планам, полноценная лунная экспедиция. Важно было доказать, что такое длительное пребывание в космосе не окажет губительного влияния на экипаж.

15 декабря на ту же орбиту стартовал «Джемини-6» с экипажем в составе Уолтера Ширры и Томаса Стаффорда. При этом корабли разделяло расстояние в 2000 километров. За счет умелого маневрирования они сблизились до 36 метров и продолжили совместный полет, в ходе которого «Джемини-6» подходил к «Джемини-7» на расстояние до трех метров. Астронавты могли не только переговариваться по радио, но и махать друг другу через иллюминаторы. Американская пресса с облегчением писала, что наконец-то США продемонстрировали явное лидерство в области пилотируемой космонавтики: ничего похожего в то время Советский Союз предложить попросту не мог.

Впрочем, не нужно думать, что все проходило гладко. В ходе отработки кораблей «Джемини» хватало аварийных ситуаций и на Земле, и в космосе. Однако реальные проблемы начались, когда пришло время отрабатывать процедуру стыковки. В качестве модели командно-служебного модуля, с которым надо было состыковаться при возвращении с Луны, использовалась ступень-мишень «Аджена-Д» (Agena D). «Джемини-8» стартовал к ней 16 марта 1966 года (командиром корабля был Нил Армстронг, а пилотом – Дэвид Скотт) и сумел без проблем пристыковаться, однако после совершения процедуры корабль в связке с мишенью начал вращаться, раскручиваясь все быстрее. Лишь мастерство астронавтов спасло миссию от краха.

3 июня 1966 года «Джемини-9» с экипажем из Томаса Стаффорда и Юджина Сернана должен был состыковаться с легкой орбитальной мишенью ATDA (Augmented Target Docking Adapter), но у той при старте не отделился головной обтекатель, и осталось довольствоваться отработкой сложных маневров, которые могли понадобиться при полете к Луне и вокруг нее. Не удалось испытать и ракетное кресло – выход в открытый космос Юджина Сернана завершился безрезультатно.

18 июля 1966 года стартовал «Джемини-10», на его борту находились Джон Янг и Майкл Коллинз. Полет тоже не обошелся без приключений, однако на этот раз удалось не только состыковаться с новой «Адженой», но и сблизиться со старой (той, которая подвела Нила Армстронга). Выйдя в открытый космос, Майк Коллинз перелетел с корабля на мишень и снял с нее научное оборудование, которое четыре месяца находилось в космосе, – грандиозное достижение по тем временам!

Рекордным стал и полет «Джемини-11» в сентябре 1966 года. В ходе миссии отрабатывалась процедура аварийной эвакуации астронавтов с Луны. Поэтому корабль должен был взлететь так, чтобы на первом витке сблизиться с мишенью и с ходу пристыковаться к ней. Астронавты Чарльз Конрад и Ричард Гордон все это с блеском проделали. После серии стыковок-расстыковок с мишенью они изменили орбиту корабля так, что апогей поднялся на высоту до 1369 километров. Понятно, что при этом он вошел в радиационный пояс, влияние которого необходимо было изучить перед началом полетов на Луну. Надо сказать, что ни советские, ни современные российские космонавты никогда не поднимались так высоко над Землей: экипаж «Джемини-11» установил рекорд, который сумели побить только астронавты кораблей «Аполлон».

И еще одна уникальная операция была реализована в том полете: соединенные тросом корабль и мишень «Аджена» раскрутили вокруг общего центра масс, благодаря чему удалось добиться возникновения небольшой искусственной силы тяжести – 0,00078 g. Сами астронавты никаких изменений не заметили: лишь некоторые легкие предметы под воздействием центробежной силы осели на условный «пол» корабля, – но зато воплотилась в жизнь одна из самых ярких идей основоположников теоретической космонавтики, предлагавших использовать раскрутку космических кораблей для создания «искусственной гравитации». У подчиненных Сергея Королева не получилось воспроизвести подобную операцию, хотя изначально они собирались это сделать.

Полет «Джемини-12» с экипажем из Джеймса Ловелла и Эдвина (Базза) Олдрина в ноябре 1966 года должен был закрепить опыт манипуляций в открытом космосе, точно определив, какие физические нагрузки потребуются на их выполнение. Для этого ученые разработали программу двухминутных упражнений и разместили на внешней поверхности корабля набор всевозможных поручней, колец и фиксаторов. Новая миссия завершилась более чем успешно. Путь к Луне был открыт.

Стратегия космической экспансии, которой придерживался Сергей Королев, предусматривала полеты к Луне как промежуточный этап на пути к соседним планетам. Однако для достижения ближайшего небесного тела требовалась ракета, способная развить вторую космическую скорость, и корабль, способный маневрировать, а не только двигаться по орбите, как «Восток».

Вторую космическую скорость удалось развить с помощью ракеты «Мечта» (или «Лунник»), построенной на основе Р-7 с добавлением третьей ступени – блока Е, который был разработан всего за девять месяцев коллективом под руководством Семена Ариевича Косберга. 2 января 1959 года ракета вывела в межпланетное пространство космический аппарат Е-1, названный позднее «Луной-1». Он должен был попасть в Луну, но из-за ошибки промахнулся и вышел на гелиоцентрическую орбиту, став первой «искусственной планетой». Более успешным оказался запуск аппарата Е-1А, вошедшего в историю как «Луна-2» и врезавшегося в Луну 14 сентября 1959 года.

Начало освоения межпланетного пространства было положено, и весной того же года инженеры бюро Королева приступили к разработке проекта «Север» – трехместного корабля для облета Луны. Несмотря на то, что запуски первых «Востоков» помогли получить научно-технический задел для строительства будущих кораблей, сам проект «Север» развивался медленно. Нужно было менять концепцию, и в 1962 году в ответ на американскую лунную программу отдел Михаила Клавдиевича Тихонравова предложил космический комплекс, состоявший из кораблей 7К, 9К и 11К. Сначала на околоземную орбиту должен был выводиться корабль 9К (разгонный блок), затем к нему последовательно пристыковывались три или четыре корабля 11К (танкер) с горючим и окислителем. После заправки должен был стартовать 7К с экипажем, который, состыковавшись с разгонным блоком, превращался в корабль для облета Луны. Если все пять (или шесть) запусков проходили успешно, то пилотируемый корабль (массой 23 тонны) с помощью двигателя разгонного блока 9К переводился бы на межпланетную траекторию. Весь космический рейс не должен был занять больше семи-восьми суток.

Для того времени схема выглядела невероятно сложной, ведь на орбиту не летал еще ни один корабль с экипажем, не была отработана система стыковки, без которой осуществить проект попросту невозможно. Поэтому как предварительный этап была задумана программа 7K-Л1, получившая название «Союз». Космический корабль, разрабатываемый в рамках этой программы, предназначался для пилотируемого полета без выхода на селеноцентрическую орбиту – его предполагалось фактически «забросить» за Луну, подняв апогей на соответствующую высоту.

7 марта 1963 года Сергей Королев представил черновой проект нового ракетно-космического комплекса «Союз», который, в частности, включал в себя очередную модификацию ракеты-носителя Р-7 под названием «Союз» и космический корабль «Союз-A», предназначенный для рейсов на орбиту и облета Луны. Корабль планировалось оснастить системами сближения, стыковки и дозаправки во время полета.

В то же самое время у Королева появился серьезный конкурент – главный конструктор Владимир Николаевич Челомей, пользовавшийся поддержкой Никиты Сергеевича Хрущева. Он предлагал свой проект облета Луны по петлеобразной траектории одноместным кораблем ЛК конусовидной формы. Причем корабль должен был выводиться на околоземную орбиту и переводиться на траекторию трехступенчатой ракетой УР-500К («Протон-К») и специальным разгонным блоком, разработанными под руководством все того же Челомея.

В 1964 году, после сообщения об успешном запуске американской тяжелой ракеты «Сатурн-1» («Saturn I»), руководство Советского Союза почувствовало, что лидерство в области космонавтики ускользает, и впервые всерьез рассмотрело вопрос об экспедиции на Луну. В принятом постановлении № 655–268 «О работах по исследованию Луны и космического пространства» от 3 августа 1964 года главной задачей была заявлена высадка советского космонавта на поверхность Луны в 1967–1968 годах, к 50-летию Великой Октябрьской революции. При этом осуществление программы облета Луны было поручено Владимиру Челомею, а проект 7К-9К-11К поддержки не получил.

В ситуации неопределенности Сергей Королев приложил немалые усилия для того, чтобы сохранить накопленный задел. Он добился у правительства разрешения использовать корабль 7К для отработки системы стыковки на околоземной орбите, которая в любом случае понадобилась бы при строительстве долгоживущих военных станций: в августе 1965 года лунный корабль превратился в орбитальный 7К-ОК, унаследовавший от предыдущего проекта звучное название «Союз». Стремясь поддержать многообещающий проект, группа летавших космонавтов обратилась к новому главе государства Леониду Ильичу Брежневу с письмом, в котором приводились доводы в пользу расширения программы. В верхах прошло несколько значимых совещаний по поводу будущего космонавтики.

Однако, пожалуй, самым сильным аргументом в спорах стал успешный совместный полет кораблей «Джемини-6» и «Джемини-7», состоявшийся в декабре 1965 года. Как и предсказывали космонавты в своем письме Брежневу, одиночный рейс «Восхода-2» совсем потерялся на фоне американских «Джемини», которые маневрировали и выполняли сложные операции на орбите. Руководящие товарищи тут же начали обмениваться гневными письмами с требованием вернуть утраченное лидерство и наконец-то дали «зеленый свет» орбитальному варианту «Союза».

Согласно выпущенному проекту, корабль 7К-ОК предназначался для полета на околоземной орбите с экипажем в составе от одного до трех человек. Сам космический аппарат выполнялся в активном (А) и пассивном (П) вариантах, которые обеспечивали взаимный поиск, сближение и стыковку (механическое соединение) двух пилотируемых кораблей. Второй задачей, которую предстояло решить, была отработка перехода экипажа из одного корабля в другой через открытый космос.

Отличительной чертой «Союза» стала компоновка – он состоял из трех отсеков: бытового (БО), приборно-агрегатного (ПАО) и спускаемого аппарата (СА). Дело в том, что спускаемые аппараты «Востоков» и «Восходов» содержали системы, нужные не только для спуска, но и для орбитального полета в течение 10–14 суток. Вынеся эти системы в другие отсеки, не имеющие тяжелой теплозащиты, проектанты смогли заметно уменьшить массу спускаемого аппарата и значительно увеличить общий обитаемый объем без резкого роста массы корабля в целом. При этом сферический спускаемый аппарат на «Союзе» превратился в «фару». Теперь им можно было управлять за счет формы, ведь по сравнению с баллистическим спуском, нормальным для «Востока», она позволяла более чем на порядок повысить точность приземления (с 300–400 км до 5–10 км) и вдвое-втрое (с 8–10 до 3–5 g) снизить перегрузки при спуске, делая посадку гораздо более комфортной.

28 ноября 1966 года с полигона Тюра-Там (после полета Гагарина он официально назывался космодромом Байконур) стартовал «активный» корабль 7К-ОК(А), получивший обозначение «Космос-133». На следующий день планировался запуск «пассивного» корабля 7К-ОК(П). Но из-за монтажной ошибки, нарушившей логику управления, первый корабль израсходовал все топливо, и старт второго был отменен. Специалисты попытались свести неисправный корабль с орбиты, однако он пошел по нерасчетной траектории и был уничтожен системой автоматического подрыва.

Из-за выявленных проблем программа испытаний была изменена. Следующий «Союз» был срочно переоборудован из пилотируемого в беспилотный. Запуск 7К-ОК(П) под обозначением «Космос-140» состоялся 7 февраля 1967 года. В ходе двухсуточного полета тестировались системы корабля и двигатели, причем были обнаружены сбои в работе солнечно-звездной ориентации, а спускаемый аппарат приземлился в нерасчетном районе – на лед Аральского моря. Там он затонул, и его пришлось извлекать с помощью водолазов. При осмотре выяснилось, что днище спускаемого аппарата в центральной части прогорело и произошла разгерметизация – в пилотируемом варианте такое разрушение привело бы к гибели экипажа.

Результаты беспилотных запусков показали, что корабль «Союз» еще очень «сырой». Его следовало дорабатывать и проводить новые беспилотные запуски. И тут случилось невероятное – большинство руководителей программы высказались за переход к пилотируемым полетам! Очевидно, сыграл свою роль политический фактор: партийное руководство требовало в преддверии 50-летия Великой Октябрьской революции возобновить полеты космонавтов, ведь их не производили два года (если считать с «Восхода-2»). А это стало негативно влиять на репутацию СССР как ведущей космической державы. Идею поддержали и члены отряда космонавтов, которым нестерпимо хотелось летать.

К тому времени были окончательно сформированы два экипажа для выполнения первого полета на «Союзах». Основной экипаж возглавил Владимир Комаров, дублирующий – Юрий Гагарин. В феврале-марте 1967 года они прошли интенсивную подготовку. Комаров и Гагарин осваивали навыки сближения и стыковки кораблей на специальном тренажере, а члены экипажей отрабатывали свои действия по переходу из корабля в корабль в термобарокамере и на борту самолета Ту-104, способного имитировать кратковременную невесомость.

23 апреля 1967 года стартовал пилотируемый корабль 7К-ОК(А), получивший название «Союз-1», с Владимиром Комаровым на борту. На следующий день должен был состояться запуск корабля 7К-ОК(П) с тремя космонавтами. Однако сразу после выведения «Союза-1» на орбиту начались проблемы. Не раскрылась левая панель солнечных батарей. Не работала солнечно-звездная ориентация, поэтому не прошла автоматическая закрутка корабля, что, в свою очередь, привело к разрядке аккумуляторов. Комаров несколько раз пытался выполнить закрутку вручную, но безуспешно. Государственная комиссия, проанализировав ситуацию, приняла решение отменить запуск второго корабля и посадить «Союз-1» досрочно. После разделения отсеков и торможения спускаемого аппарата в высших слоях атмосферы отстрелилась крышка люка контейнера основного парашюта, тормозной парашют раскрылся, но вытянуть большой купол из контейнера не смог. Согласно логике работы в действие был введен запасной парашют, но и он не раскрылся, попав в аэродинамическую «тень» тормозного парашюта. В результате спускаемый аппарат на огромной скорости врезался в землю, разбился и загорелся. Летчик-космонавт Владимир Михайлович Комаров погиб.

Позднее был проведен натурный эксперимент с парашютной системой второго корабля, и выяснилось, что если бы его запуск состоялся в срок, то неизбежно погибли бы еще трое космонавтов. Сотрудники ракетно-космической отрасли получили жестокий урок: космос не прощает ошибок и суеты.

В то же время американцы активно готовились к лунной экспедиции. Параллельно с подготовкой миссий «Джемини» шло конструирование корабля «Аполлон» и трех вариантов ракеты-носителя: «Сатурн-1» (Saturn I), «Сатурн-1Б» (Saturn I-B) и «Сатурн-5» (Saturn V).

Местом старта лунных экспедиций был выбран район мыса Канаверал во Флориде, где уже работал ракетный полигон ВВС США. Побережье к северу от него и часть острова Меррит занял созданный в июле 1962 года Центр стартовых операций НАСА (в ноябре 1963 года его переименовали в Космический центр имени Кеннеди). В мае 1963 года на острове Меррит заложили фундамент гигантского монтажно-испытательного корпуса – здания вертикальной сборки высотой 165 метров. В пяти километрах от него на берегу океана были выстроены два стартовых комплекса LC-39A и LC-39В для ракет «Сатурн-5».

Главным элементом и главной «изюминкой» ракет «Сатурн» были двигатели F-1, работавшие на компонентах кислород-керосин и развивавшие поистине фантастическую тягу – 680 тонн (для сравнения: один такой двигатель почти вдвое превышал суммарную тягу современной ракетно-космической системы «Союз»). Инженеры американской компании Rocketdyne начали его разработку еще в 1955 году, то есть фактически тогда же, когда советские ракетчики вплотную приступили к проекту межконтинентальной ракеты Р-7. Первое огневое испытание полностью собранного двигателя F-1 на стенде состоялось в марте 1959 года, задолго до полета Юрия Гагарина на «Востоке» и Джона Гленна на «Меркурии». Тем не менее двигатель не использовали на начальном этапе космической программы, поскольку испытания показали, что он еще не готов к серийной эксплуатации. Кроме того, под него не было ракеты: «Редстоун» не годилась под такой «агрегат».

Разработка самой мощной ракеты-носителя в истории человечества шла не один год. Сначала на основе армейского задела была построена двухступенчатая ракета «Сатурн-1» с двигателями меньшей мощности Н-1 и RL-10. Она начала летать в виде первой ступени с водяным баком-балластом вместо второй и при старте 27 октября 1961 года по тяге превзошла советскую Р-7. Ракету продолжали запускать и в дальнейшем для утверждения принимаемых технических решений. Двигатели RL-10, работавшие на компонентах кислород-водород, начали испытывать в 1963 году, принципиально доказав возможность использования нового и куда более перспективного вида топлива. Советские конструкторы в то время о водородно-кислородных двигателях могли только мечтать, а промышленного производства жидкого водорода в СССР попросту не было.

Затем команда Вернера фон Брауна построила «промежуточную» ракету «Сатурн-1Б», в первой ступени которой использовалась связка из восьми двигателей Н-1, а во второй – водородно-кислородный двигатель большой мощности J-2. Эта ракета с грузоподъемностью 25 тонн начала летать в феврале 1966 года и позволяла выводить на околоземную орбиту командно-служебный модуль «Аполлона». Предполагалось, что эта же ракета выведет в космос и первый корабль «Аполлон-1», однако 27 января 1967 года экипаж корабля погиб в пожаре на стартовом комплексе, и многие планы НАСА пришлось пересмотреть.

В ноябре 1967 года начались испытания трехступенчатой ракеты-носителя «Сатурн-5»: на ее первой ступени стояли пять полноразмерных двигателей F-1, на второй – пять J-2, на третьей – один J-2. Отрываясь от земли, ракета одномоментно развивала тягу, эквивалентную тяге шести сотен турбореактивных двигателей истребителей того времени!

Интересен подход, который возобладал в НАСА в период осуществления лунной программы. От поэтапной отработки технологических решений, которой придерживалась команда Вернера фон Брауна, американцы перешли к позаимствованному у ВВС «комплексному» методу, когда система проектировалась и испытывалась как единое целое. Выбранный путь позволил заметно сократить время, решая проблемы по мере их поступления. Поэтому в свой первый полет 9 ноября 1967 года ракета «Сатурн-5» отправилась не с имитатором, а сразу с беспилотным командно-служебным модулем Apollo-4 и габаритно-весовым макетом лунного модуля. Запуск прошел блестяще. Корабль общим весом 126 тонн совершил два витка по орбите, затем сманеврировал, поднимая скорость до второй космической, после чего командный модуль успешно приводнился.

22 января 1968 года в рамках миссии «Аполлон-5» был запущен лунный модуль – удалось получить опыт включения его двигателей в безвоздушной среде и управляемости орбитального полета. 4 апреля при взлете отказал двигатель второй ступени, но «Сатурн-5» все равно вытянул беспилотный «Аполлон-6» на орбиту, продемонстрировав удивительную живучесть, – ставка на комплексные испытания себя оправдала.

11 октября ракетой «Сатурн-1Б» был запущен Apollo-7 (точнее, его командно-служебный модуль). На борту находились Уолтер Ширра, Донн Эйзел и Уолтер Каннингэм. В течение десяти суток – недостижимая для советской космонавтики того периода продолжительность полета! – астронавты испытывали корабль, проводя довольно сложные маневры. Теоретически «Аполлон» был готов к экспедиции, однако лунный модуль все еще оставался очень «сырым». И тогда была придумана миссия, которая изначально вообще не планировалась, – полет вокруг Луны.

Публикации в открытой печати и данные разведки указывали, что советские ракетчики готовят такую экспедицию. И хотя еще в 1962 году директор НАСА Джеймс Вебб говорил, что приоритет пилотируемого полета вокруг Луны, скорее всего, «придется отдать русским», к концу десятилетия ситуация радикально поменялась. Теперь американцы ждали зримых доказательств превосходства, на завоевание которого были потрачены семь лет и десятки миллиардов долларов. 21 декабря 1968 года корабль «Аполлон-8» без лунного модуля, но с экипажем из Фрэнка Бормана, Джеймса Ловелла и Уильяма Андерса отправился к соседнему небесному телу. Шестисуточный полет прошел сравнительно гладко, однако перед исторической высадкой на Луну понадобились еще два запуска. В марте 1969 года на «Аполлоне-9» (экипаж – Джеймс Мак-Дивитт, Дэвид Скотт, Расселл Швейкарт) была отработана процедура расстыковки и стыковки модулей корабля на околоземной орбите. Затем то же самое проделали астронавты «Аполлона-10» (экипаж – Томас Стаффорд, Джон Янг, Юджин Сернан), но уже рядом с Луной.

13 и 16 июля 1969 года один за другим к Луне стартовали два космических аппарата: советская грунтозаборная автоматическая станция «Луна-15» и американский пилотируемый корабль «Аполлон-11». Прилунение планировалось на один и тот же день – на 20 июля. Приближался «момент истины», последняя возможность для советских ракетчиков спасти престиж своей страны в космической сфере, а для американских – установить новый отсчет первенства в космосе. В полет отправились астронавты Нил Армстронг, Майкл Коллинз и Эдвин Олдрин.

Через 12 минут после запуска ракеты «Аполлон-11» вышел на околоземную орбиту, затем стартовал к Луне. Через 75 часов и 50 минут командно-служебный модуль «Колумбия» (Columbia) включил двигатель на торможение, и корабль вышел на начальную орбиту, а затем перешел на почти круговую окололунную орбиту высотой 122 километра. 20 июля от командного модуля отделился посадочный модуль «Орел» (Eagle); Майкл Коллинз остался на орбите. Все шло по отработанной схеме. Через полвитка Нил Армстронг включил двигатель и понизил высоту до 14,4 километров.

«Орел» шел иллюминаторами вниз, и Армстронг узнавал знакомые «вехи» на трассе спуска. Наконец Земля дала разрешение на посадку. Поперек трассы лежали три кратера. «Орел» летел в направлении левого из них – потом ему дадут название Западный. Поверхность выглядела очень неровной. Когда «Орел» снизился до 200 метров, Луна заняла иллюминатор, и на Армстронга угрожающе надвигался кратер. Программируемое устройство, осуществлявшее управление снижением, явно «нацелилось» сесть на его северо-восточном склоне, усеянном обломками, поэтому на высоте 150 метров астронавт взял управление на себя, повернул модуль вертикально и начал искать «пятачок», свободный от камней и рытвин. На высоте 20 метров Армстронг высмотрел наконец чистое место. Медленно «наехал» на него, гася поступательное движение. Еще секунда – и все замерло. С момента запуска «Аполлона-11» прошло 3 суток 6 часов 45 минут и 40 секунд. Было 20 июля, 20:17:40 по времени Гринвича.

После трех с половиной часов пребывания на Луне экипаж начал готовиться к выходу на поверхность. Астронавты надевали снаряжение, тщательно сверяясь с инструкцией. Затем Олдрин через клапан сбросил давление в кабине. Еще на Земле активно обсуждался вопрос: кто выйдет на Луну первым? Изначально считалось, что пилот лунного модуля, то есть Олдрин. Оказалось, что из тесного модуля первым легче выбраться командиру. Олдрин пытался возражать, но неудачно: и логика, и старшинство в отряде были за более опытным Армстронгом. Нил опустился на колени спиной к люку, выдвинул наружу ноги, а потом все тело. Выбравшись на наружную площадку у люка, Армстронг дернул за кольцо, освобождая замок забортного модульного отсека хранения оборудования. Через минуту включилась черно-белая телекамера, началась трансляция выхода на Луну. Держась руками за поручни трапа, астронавт осторожно спустился вниз, встал обеими ногами на тарельчатую опору. Через некоторое время он сообщил: «Я собираюсь сойти». Попробовал левой ногой мягкий грунт и ступил на него, после чего произнес фразу, которая стала исторической: «Этот один маленький шаг для человека – гигантский прыжок для человечества». Впервые в истории землянин стоял на лунной поверхности!

Советский аппарат «Луна-15», остававшийся в космосе, пошел на посадку еще до того, как взлетная ступень «Орла» покинула поверхность. Но касание произошло не через 6 минут, как было запланировано, а через 4 минуты – аппарат буквально врезался в Луну. Дело в том, что советские баллистики тогда еще точно не знали рельеф предполагаемого района посадки, а там оказалась достаточно высокая гора – в нее и угодила станция. Смягчить сильнейший удар по репутации СССР как ведущей космической державы не получилось: американцы праздновали честную, убедительную победу.

После «Аполлона-11» были запланированы еще девять лунных экспедиций, но из-за различных проблем и сокращения финансирования состоялись только шесть из них.

«Аполлон-12» (экипаж – Чарльз Конрад, Ричард Гордон, Алан Бин) отправился в полет 14 ноября 1969 года. Миссия планировалась как первая серьезная экспедиция с двумя выходами на поверхность и установкой полноценного комплекта приборов ALSEP № 1 (Apollo Lunar Surface Experiments Package). 19 ноября Конрад и Бин прилунились поблизости от американского аппарата «Сервейор-3», доказав, что можно совершать высадки с ювелирной точностью. Миссия прошла безупречно, и через десять суток экипаж «Аполлона-12» вернулся на Землю.

Полет «Аполлона-13» (экипаж – Джеймс Ловелл, Джон Свайгерт, Фред Хейз) начался 11 апреля 1970 года, но едва не закончился гибелью корабля и экипажа. Через два дня, на пути к Луне, взорвался кислородный бак в командно-служебном модуле. Специалистам НАСА пришлось приложить изрядные усилия и хитроумие для того, чтобы вернуть астронавтов на Землю.

Целью миссии «Аполлона-14» (экипаж – Алан Шепард, Стюарт Руса, Эдгар Митчелл) была не только научная экспедиция на поверхности Луны, но и демонстрация уверенности НАСА в собственных силах, которая пошатнулась после злополучного происшествия с предыдущим кораблем. Полет начался 31 января 1971 года и привлек большое внимание мировой прессы. 5 февраля Шепард и Митчелл ступили на лунную поверхность и разместили там комплект оборудования ALSEP № 3. Через девять суток они благополучно вернулись на Землю.

Корабль «Аполлон-15» (экипаж – Дэвид Скотт, Альфред Уорден, Джеймс Ирвин) стартовал 26 июля 1971 года и доставил на Луну первый ровер LRV (Lunar Roving Vehicle). На этом космическом «автомобиле» астронавты Скотт и Ирвин совершили три поездки, собрав большое количество образцов. Через двенадцать суток они вернулись на Землю. Специалистов беспокоило физическое состояние Уордена, который пробыл в невесомости дольше остальных, но никаких серьезных изменений в его организме выявлено не было.

16 апреля 1972 года к Луне отправился «Аполлон-16» (экипаж – Джон Янг, Томас Мэттингли, Чарльз Дьюк). 21 апреля спускаемый модуль прилунился, астронавты Янг и Дьюк развернули ровер LRV-2 и по примеру предшественников предприняли на нем три вылазки за образцами. Общее время экспедиции составило одиннадцать суток.

«Аполлон-17» (экипаж – Юджин Сернан, Рональд Эванс, Харрисон Шмитт) стартовал 7 декабря 1972 года, а 11 декабря астронавты Сернан и Шмитт, совершив идеальную посадку, подготовили LRV-3 к путешествию. Особенностью экспедиции стало то, что Шмитт был не военным пилотом, а профессиональным геологом: на Луне появился первый настоящий ученый. К сожалению, он же стал и последним: совершив три выхода, экипаж отправился домой. Вся экспедиция заняла двенадцать с половиной суток, став наиболее насыщенной и успешной за всю историю программы. Но это не помогло: запланированные ранее миссии были отменены.

Нужно отметить, что полеты на Луну дорого обошлись американскому налогоплательщику. Общий бюджет программы «Сатурн – Аполлон» составил 24 миллиарда долларов (в пересчете на нынешние цены, с учетом инфляции и двух девальваций, можно говорить о 100 миллиардах долларов). Каждый запуск, включая обеспечение, стоил 300 миллионов долларов. И тем не менее полеты кораблей «Аполлон» доказали главное: земляне могут летать к небесным телам, жить и работать там. Героическая эпопея будет продолжена, ведь если получилось у американцев, то получится и у кого-нибудь другого.

Советские ракетчики проиграли лунную «гонку», но решили не уступать в освоении околоземной орбиты. Корабль «Союз» доработали с большим тщанием. В октябре 1967 года начались его беспилотные летно-конструкторские испытания. Корабли под обозначениями «Космос-186» и «Космос-188» вышли на орбиту, где успешно состыковались. Затем их развели, но спускаемые аппараты сошли с орбиты по нерасчетным траекториям. В апреле 1968 года испытание повторили. На этот раз «Космос-212» и «Космос-213» состыковались и приземлились безукоризненно. 28 августа состоялся еще один «зачетный» полет корабля 7К-ОК(П) под названием «Космос-238», после чего Государственная комиссия разрешила вернуться к пилотируемым запускам.

25 октября 1968 года стартовал беспилотный «пассивный» корабль «Союз-2», а через сутки вслед за ним – «активный» «Союз-3» с космонавтом Георгием Тимофеевичем Береговым на борту. Точность выведения была такова, что корабли оказались всего в 11 километрах друг от друга. Однако космонавт не сумел пристыковаться из-за того, что подошел к цели в перевернутом положении, а такой вариант почему-то не рассматривался проектантами даже в теории.

Анализ и устранение неполадок заняли еще два с лишним месяца. Наконец 16 января 1969 года пилотируемые корабли «Союз-4» и «Союз-5» успешно состыковались на орбите. Владимир Александрович Шаталов и Евгений Васильевич Хрунов, облачившись в скафандры «Ястреб», перешли через открытый космос из «Союза-5» в «Союз-4», корабли разошлись и через трое суток после старта совершили мягкую посадку. При этом вполне мог погибнуть «Союз-5» с оставшимся на нем Борисом Валентиновичем Волыновым: отсеки корабля не разделились и спускаемый аппарат едва не прогорел при входе в атмосферу. Несмотря на этот сбой, разработчики космической техники вздохнули с облегчением: основные трудности на этапе введения кораблей 7К-ОК в эксплуатацию были преодолены.

Январский полет двух «Союзов» стал знаковым еще и потому, что после стыковки они были официально названы «первой экспериментальной космической орбитальной станцией». Идея создания орбитальных станций принадлежит основоположникам космонавтики. О том, что перед полетами к другим планетам необходимо создавать такие станции, писали многие, включая Циолковского. Их последователи вполне разделяли эту идею: например, в январе 1965 года Сергей Королев в программной статье «Космические дали», опубликованной под псевдонимом в газете «Правда», прямо заявлял о том, что создание орбитальных станций является обязательным этапом в развитии космонавтики. Орбитальные станции должны были служить в качестве космических верфей, научных лабораторий, обсерваторий и заводов. Кроме того, на их борту будущие покорители Вселенной должны были осваивать быт в принципиально новых условиях существования: при невесомости, под воздействием космического излучения, в искусственной атмосфере. Успешные стыковки «Союзов» в беспилотном и пилотируемом режимах доказывали, что от теории можно переходить к практике, собирая на орбите конструкции любой степени сложности.

Прорыв к новым возможностям следовало закрепить, и в октябре 1969 года состоялся групповой полет сразу трех кораблей с участием семи космонавтов: «Союза-6», «Союза-7» и «Союза-8». Конечно, он не мог затмить высадку астронавтов «Аполлона-11» на Луну, но все равно производил сильное впечатление: корабли отработали на орбите почти пять полных суток, маневрируя друг относительно друга. Наиболее интересный эксперимент был проведен на «Союзе-6». Поскольку на нем не было стыковочного агрегата, то специалисты смогли разместить в бытовом отсеке довольно громоздкую сварочную установку «Вулкан». С ее помощью предполагалось выяснить, возможно ли осуществлять простейшие технологические операции в условиях открытого космоса. Космонавты Георгий Степанович Шонин и Валерий Николаевич Кубасов подготовили установку, перешли в спускаемый аппарат и закрыли за собой люк между отсеками. Бытовой отсек был разгерметизирован, и космонавты с пульта включили «Вулкан», работавший по ранее заложенной программе, в соответствии с которой поочередно проводились несколько видов электросварки на разных образцах металлов. Когда процесс был завершен, космонавты наддули бытовой отсек, открыли люк и были потрясены: «Вулкан» поначалу сварил несколько образцов металлов, но затем по непонятной причине прожег насквозь монтажный стол, добравшись до корпуса и оплавив внутреннее декоративное покрытие. Бортинженер Кубасов сразу оценил опасность ситуации: если алюминиевый корпус поврежден, то от внутреннего давления в любой момент он может треснуть, что приведет к «взрывной» разгерметизации всего корабля, а скафандров на «Союзе-6» не было. Прихватив необходимые вещи и сварочные образцы, экипаж быстро вернулся в спускаемый аппарат и не решался выходить из него до окончания полета.

1 июня 1970 года начался важный одиночный рейс корабля «Союз-9». Космонавты Андриян Григорьевич Николаев и Виталий Иванович Севастьянов должны были установить новый рекорд длительности пребывания на орбите. Многое они сделали впервые: во время полета они брились, играли в шахматы, наводили чистоту космическим пылесосом и т. п. Через семнадцать с половиной суток полета экипаж «Союза-9» благополучно вернулся на Землю, однако после этого начались проблемы. У космонавтов резко ухудшилось самочувствие, они не смогли передвигаться самостоятельно, к вечеру поднялась температура и участился пульс. Только через шесть дней благодаря усилиям медиков они опять начали ходить. Стало ясно, что длительное влияние невесомости все же оказывает существенное воздействие на человеческий организм: оно приводит к снижению двигательной активности, потере мускульной массы, вымыванию кальция из костей, уменьшению объема крови, снижению работоспособности и иммунитета. Тело человека вытягивается, но при этом становится дряблым и уязвимым при травмах. Сами травмы заживают медленнее. В невесомости развиваются анемия (малокровие), учащенное сердцебиение, сопровождающееся аритмией. Из-за перетока крови от ног к голове ухудшается работа мозга, что может спровоцировать психические расстройства. Перед космической медициной была поставлена задача разработать комплекс мер, компенсирующих влияние невесомости. Специалисты сразу предложили программу постоянных физических нагрузок, включавших тренировки с экспандерами, на беговой дорожке и велоэргометре. Кроме того, в пищу космонавтов начали добавлять специальные витаминно-минеральные комплексы.

Параллельно шло строительство первой настоящей орбитальной станции, получившей обозначение 17К. В январе 1970 года ее ведущим конструктором был назначен Юрий Павлович Семенов. Станция предназначалась для посменных орбитальных полетов двух-трех экипажей из трех космонавтов и проведения научно-технических экспериментов, медицинских и астрофизических исследований. Полетный ресурс станции в пилотируемом режиме составлял три месяца и ограничивался невосполнимым ресурсом системы жизнеобеспечения, рассчитанным на 270 человеко-суток, и бортовым запасом топлива. Транспортным средством должен был стать модифицированный корабль 7К-Т («Союз-Т»). От предыдущего корабля он отличался главным образом новым стыковочным агрегатом, снабженным внутренним люком-лазом, который позволял экипажу перебираться на борт станции, не выходя в открытый космос, ведь скафандры для этих экспедиций не были предусмотрены.

Чтобы ускорить реализацию проекта, правительство распорядилось передать в распоряжение Семенова четыре готовых корпуса станций «Алмаз», построенных под руководством Владимира Николаевича Челомея в интересах военных. У станции 17К был всего один стыковочный узел, а внутреннее пространство разделили на три отсека: переходной, рабочий и негерметичный агрегатный. Электроснабжение обеспечивали четыре панели солнечных батарей. Научное оборудование в основном было представлено астрономическими приборами, включая солнечный телескоп ОСТ-1, рентгеновский телескоп РТ-2, инфракрасный телескоп ИТС-К, а также большим набором устройств для медицинских исследований. В рабочем отсеке также находились спальные места космонавтов, тренажеры для поддержания физической формы (беговая дорожка и велоэргометр), холодильники с запасами продуктов питания, емкости с водой и туалет (ассенизационно-санитарное устройство, АСУ).

19 апреля 1971 года первая станция 17К под названием «Салют» отправилась в космос на ракете УР-500К («Протон-К»). 24 апреля к ней попытался пристыковаться корабль «Союз-10», но из-за поломки стыковочного агрегата процедура сорвалась, и экипаж во главе с опытным космонавтом Владимиром Александровичем Шаталовым вернулся на Землю несолоно хлебавши.

6 июня к «Салюту» прибыла следующая экспедиция. «Союз-11» пристыковался успешно, и космонавты Георгий Тимофеевич Добровольский, Владислав Николаевич Волков и Виктор Иванович Пацаев перешли на борт станции. Они провели там свыше двадцати трех суток, занимаясь разнообразными экспериментами. Тут сменные руководители полета заметили растущую психологическую напряженность между членами экипажа. Справиться с непростой ситуацией помог случай: 16 июня космонавты почувствовали резкий запах дыма. Из-за угрозы развития пожара экипажу была дана команда готовить свой корабль к эвакуации, но космонавты сумели переключить оборудование станции на второй энергоконтур и задействовать систему очистки атмосферы. Общая работа в экстремальной обстановке сплотила экипаж, и в дальнейшем он работал слаженно.

29 июня, установив новый рекорд по пребыванию на орбите, космонавты заняли свои места в «Союзе-11». Перед расстыковкой опять произошел сбой: никак не удавалось загерметизировать люк корабля. Космонавты начали нервничать. Проблему вскоре удалось решить, и спускаемый аппарат вошел в атмосферу. Он совершил мягкую посадку в расчетном районе, однако на вызовы поисково-спасательной группы космонавты не отвечали… Когда спасатели вскрыли люк, они увидели, что экипаж мертв.

Причину трагедии установили быстро: после разделения отсеков корабля, на высоте 150 километров, внезапно открылся вентиляционный клапан, предназначенный для выравнивания давления перед посадкой. В течение двух минут давление в спускаемом аппарате упало почти до нуля – космонавты ничего не успели сделать и погибли от удушья.

Экипаж «Союза-11» стал жертвой ошибочного решения, принятого в условиях космической «гонки». В кораблях «Восток» космонавты находились в скафандрах СК-1, которые обеспечивали безопасность при разгерметизации. Однако когда понадобилось в тот же объем космического корабля поместить трех космонавтов, оказалось, что места им попросту не хватает. Именно тогда проектанты пошли на риск: в «Восходе-1» космонавты уже находились без скафандров, в легких спортивных костюмах. «Союз-Т» также проектировался под экипаж без скафандров. Хуже того, с целью экономии массы из спускаемого аппарата убрали систему наддува, которая могла бы поддержать давление при разгерметизации. Борьба за полезную нагрузку привела к тому, что космонавты оказались беззащитны.

Конструкторам пришлось в срочном порядке дорабатывать корабль 7К-Т; в результате появилась его очередная модификация. Теперь космонавты находились в спускаемом аппарате в скафандрах «Сокол-К», но трое вместе с аварийной системой жизнеобеспечения в корабль не помещались. Поэтому экипажи пришлось сократить до двух человек: командира и бортинженера. 27 сентября 1973 года, то есть через два с лишним года после трагической гибели экипажа «Союза-11», на орбиту отправился модифицированный 7К-Т под названием «Союз-12». Космонавты Василий Григорьевич Лазарев и Олег Григорьевич Макаров в течение двух суток испытывали новое оборудование в космосе. Модификация корабля оказалась настолько удачной, что советские экипажи летали на ней до мая 1981 года; последним в серии стал «Союз-40».

Второй одиночный запуск модифицированного корабля 7К-Т под названием «Союз-13» состоялся 18 декабря 1973 года. Полет продолжался почти восемь суток, и все это время космонавты Петр Ильич Климук и Валентин Витальевич Лебедев проводили астрофизические исследования с помощью ультрафиолетового телескопа «Орион-2», установленного на внешней передней части бытового отсека. Им удалось получить около 10 тысяч спектрограмм звезд (с блеском более 10-й звездной величины) и Солнца в ультрафиолетовом диапазоне. Информации оказалось так много, что на ее обработку потребовалось целое десятилетие: каталог звезд, составленный по данным «Ориона-2», увидел свет только в 1984 году. Среди важнейших открытий, сделанных во время полета «Союза-13», – обнаружение алюминия и титана в составе планетарных туманностей. Таким образом было показано, что пилотируемая космонавтика вполне способна служить интересам фундаментальных наук.

Все же главное было впереди. В апреле 1973 года в космос под названием «Салют-2» была запущена военная станция «Алмаз», предназначенная исключительно для ведения разведки и даже снабженная пушкой, с помощью которой можно было бы отстреливаться от гипотетических орбитальных «киллеров». Использовать станцию не удалось – взорвалась третья ступень ракеты, «Салют-2» получил повреждения и сгорел в атмосфере.

Следующая станция, «Салют-3» («Алмаз-2»), была запущена через год, 25 июня 1974 года. Через восемь дней к ней пристыковался корабль «Союз-14» с Павлом Романовичем Поповичем и Юрием Петровичем Артюхиным на борту. Космонавты провели на станции шестнадцать дней, поочередно сменяя друг друга у разведывательных фотоаппаратов, и подготовили ее к дальнейшей эксплуатации. В августе станцию должна была посетить экспедиция на «Союзе-15», но из-за сбоя в системе автоматической стыковки полет едва не закончился столкновением. Космонавты Геннадий Васильевич Сарафанов и Лев Степанович Демин попытались осуществить ручную стыковку, но им не хватило топлива. Готовых кораблей в то время не было, поэтому станцию пришлось затопить.

Станция «Салют-4» (17К) опять была научно-исследовательской. Ее запустили 26 декабря 1974 года. Спустя две недели, 11 января 1975 года, к ней стартовал «Союз-17» с космонавтами Алексеем Александровичем Губаревым и Георгием Михайловичем Гречко. Они проработали двадцать восемь суток, выполнив обширную научную программу, которая включала биомедицинские эксперименты, астрофизические исследования, наблюдение земной поверхности. На второй день пребывания на борту «Салюта-4» экипаж задействовал установку «Оазис» – настоящий «космический огород». В ней находились семена гороха, помещенные в искусственную питательную почву. Хотя в космосе и ранее проводились эксперименты с растениями (например, на «Союзе-9» и «Союзе-12»), наука пока имела довольно смутное представление о том, как невесомость повлияет на их развитие. Выдвигались противоположные мнения: часть теоретиков полагала, что космонавтов ждут обильные урожаи, другие, наоборот, утверждали, что семена не смогут прорасти. Установка «Оазис» оказалась капризной, и экипажу пришлось с ней повозиться. Результат тоже не стал однозначным: к концу экспедиции на станцию из тридцати шести семян проросли только три. Главное – космонавты установили, что для проращивания в условиях невесомости необходимо правильно ориентировать семя: если оно расположено так, что корень «смотрит» в почву, а проросток обращен в сторону источника света, то растение будет жить. Кроме «космического огорода», экипаж работал с аппаратурой «Филин», регистрирующей источники рентгеновского излучения во Вселенной, инфракрасным телескопом-спектрометром ИТС-К и солнечным телескопом ОСТ. За неделю до завершения экспедиции космонавты провели перспективную технологическую операцию – обновили зеркальную поверхность в солнечном телескопе, что всегда вызывало большие трудности на Земле.

Вторая экспедиция началась 24 мая 1975 года. Опытные космонавты Петр Ильич Климук и Виталий Иванович Севастьянов в ручном режиме пристыковали к станции свой «Союз-18», расконсервировали ее и продолжили работу, начатую предшественниками. Изначально экспедиция была рассчитана на двадцать восемь суток, но позднее ее продолжительность увеличили: в итоге они провели на «Салюте-4» шестьдесят два дня, установив новый рекорд. «Оазис» был доработан с учетом замечаний, и на этот раз почти все семена гороха проросли. Больше того, космонавты по собственной инициативе посадили в «космическом огороде» две маленькие луковицы и вскоре порадовали ученых известием о появлении зеленых перьев. Во время астрономических наблюдений удалось заснять вспышку на Солнце и впервые – серебристые облака, что вызвало сенсацию. Завершив программу экспериментов, 26 июля Климук и Севастьянов вернулись домой. Станция находилась на орбите еще полтора года; перед окончанием эксплуатации к ней пристыковывался беспилотный «Союз-20» – его девяностосуточный полет был призван подтвердить на практике ресурсные возможности корабля 7К-Т.

В июле 1975 года состоялся космический рейс, к которому готовились три года СССР и США. На орбиту одновременно отправились «Союз-19» и «Аполлон-ASTP». Идею совместного полета кораблей предложили американцы. К началу 1970-х годов был накоплен достаточно большой опыт космических запусков для того, чтобы понять простую вещь: на пути к звездам возможны самые непредвиденные ситуации. Может случиться и так, что потребуется экстренная помощь. Решение окончательно созрело, когда в космосе едва не погиб «Аполлон-13». Но в той ситуации «Союзы» в любом случае не могли помочь терпящему бедствие американскому кораблю – прежде всего из-за проблемы технической совместимости.

Сначала специалисты НАСА предлагали провести две стыковки кораблей «Аполлон» с «Салютом», однако советская сторона отказалась от этого варианта, поскольку в то время не была готова к изготовлению орбитальной станции с двумя стыковочными узлами. Поэтому решили ограничиться строительством переходного модуля, позволяющего стыковаться с кораблями 7К-Т. В апреле 1972 года были согласованы все детали, и работа над Экспериментальным проектом «Аполлон – Союз» (ЭПАС) закипела. Конструкторам, занятым в проекте, предстояло ре- шить три проблемы совместимости: совместимость стыковочных узлов, совместимость радиоаппаратуры и совместимость атмосфер кораблей, отличающихся по давлению и насыщенности кислородом. В результате изысканий был создан специальный стыковочный модуль ДМ, который запускался вместе с кораблем «Аполлон».

Перед исторической миссией была проведена «генеральная репетиция». После двух беспилотных запусков модифицированной версии корабля 7К-ТМ состоялся полет «Союза-16». 2 декабря 1974 года обновленная ракета-носитель «Союз-У» доставила его на орбиту, где космонавты Анатолий Васильевич Филипченко и Николай Иванович Рукавишников приступили к проверке технических решений, принятых конструкторами для ЭПАС. Оказалось, что андрогинно-периферийный стыковочный узел АПАС-75, созданный в рамках проекта, имеет мелкие технические недостатки, которые пришлось устранять по ходу полета. Кроме того, экипаж испытал новейшую систему цветной телетрансляции с борта корабля, провел в интересах космической биологии несколько экспериментов с растениями и рыбками. Через шесть суток космонавты вернулись на Землю, полностью выполнив программу испытаний.

15 июля 1975 года на орбиту отправился корабль «Союз-19» (7К-ТМ) с экипажем в составе Алексея Архиповича Леонова и Валерия Николаевича Кубасова. В тот же день стартовал и «Аполлон-ASTP» с астронавтами Томасом Стаффордом, Вэнсом Брандом и Дональдом Слейтоном на борту. 17 июля 1975 года корабли успешно состыковались, а экипажи объединились, что мог через систему телетрансляции видеть в прямом эфире весь мир. Помимо политического, совместная экспедиция имела и научно-практическое значение. Например, экипажи провели эксперимент «Универсальная печь», изучая влияние невесомости на металлургические и кристаллохимические процессы, следили за ростом микроорганизмов и лучистого грибка, наблюдали искусственное солнечное затмение, созданное тенью «Аполлона». В итоге «Союз-19» пробыл на орбите почти шестеро суток, «Аполлон-ASTP» – больше девяти; в состыкованном состоянии они находились 46 часов. Следующим этапом в развитии совместной космонавтики должен был стать полет многоразового корабля «Спейс Шаттл» к советской орбитальной станции, однако в конце 1979 года отношения между странами настолько ухудшились, что всякое научно-техническое сотрудничество было разорвано. Идея была реализована только через двадцать лет после ЭПАСа – в июле 1995 года, когда на орбите находилась станция «Мир».

В июне 1976 года советская военно-космическая программа была продолжена запуском станции «Алмаз-3», названной в печати «Салютом-5». 6 июля к нему стартовал корабль «Союз-21» (7К-Т) с экипажем из Бориса Валентиновича Волынова и Виталия Михайловича Жолобова. Станция оказалась негостеприимной: однажды обесточились все системы, и космонавтам пришлось вручную восстанавливать ее работоспособность. Напряженный график работы и экстремальная ситуация сказались на самочувствии Жолобова: он испытывал апатию, слабость и боли в районе сердца. Руководители полета приняли решение прекратить полет досрочно. Космонавты возвратились на Землю, не долетав одиннадцать суток до конца шестидесятисуточной экспедиции.

Корабль «Союз-23», стартовавший 14 октября 1976 года с экипажем из Вячеслава Дмитриевича Зудова и Валерия Ильича Рождественского, пристыковаться не смог, а при возвращении спускаемый аппарат упал в озеро Тенгиз, после чего космонавты едва не задохнулись в нем, девять часов ожидая спасателей.

Усмирить «Салют-5» удалось экипажу «Союза-24» – Виктору Васильевичу Горбатко и Юрию Николаевичу Глазкову. Они прибыли на станцию 7 февраля 1977 года и на всякий случай продули ее, выпустив часть внутренней атмосферы в космос (некоторые медики полагали, что причиной недомогания Жолобова были токсичные вещества). В течение семнадцати суток экипаж выполнял фотографирование земной поверхности для военной разведки, а затем благополучно вернулся домой. Интересно, что во время этой экспедиции произошло столкновение «Салюта-5» с небольшим метеоритом – редчайший случай в реальной космонавтике! В отличие от научно-фантастических романов, в которых такие столкновения неизбежно заканчиваются катастрофами, обошлось без сюжетного драматизма.

Хотя полеты на орбитальные станции первого поколения проводились в основном в интересах пропаганды и армии, они, несомненно, способствовали и более глубокому изучению околоземного пространства, о котором наука все еще имела мало сведений. Но еще более важно, что космонавты шаг за шагом осваивали новый ареал обитания человечества, привыкая жить в условиях, которых нет на Земле.

В середине 1970-х годов, когда спутники стали выполнять функции разведки лучше людей на космических кораблях, стало ясно, что Министерство обороны постепенно свернет значительную часть своей пилотируемой космонавтики. В то же время благодаря ЭПАСу толчок к развитию получила программа «Интеркосмос», предусматривающая расширение международного сотрудничества. Советское правительство вняло доводам специалистов и поддержало идею дальнейшего проникновения в космос для решения научных и технологических задач. В мае 1974 года на базе предприятий, созданных еще при Королеве, было образовано Научно-производственное объединение «Энергия», которое возглавил один из пионеров ракетостроения Валентин Петрович Глушко. Коллектив объединения немедленно приступил к строительству станции второго поколения – ДОС-5 № 125.

29 сентября 1977 года ракетой «Протон-К» станция была выведена на орбиту под названием «Салют-6». Она отличалась от станций 17К и «Алмаз» наличием двух стыковочных узлов и дозаправляемой двигательной установки. Новшества позволили резко увеличить срок эксплуатации и удвоить количество членов экспедиции (при двух пристыкованных «Союзах-Т»). Кроме того, переходный отсек стыковочного узла можно было использовать как шлюзовую камеру для выходов в открытый космос, а снабжение станции топливом, оборудованием и ресурсами должен был обеспечить беспилотный корабль «Прогресс» (ТГК), созданный на основе «Союза».

За счет увеличения внутреннего объема проектанты улучшили быт космонавтов. Например, в рабочем отсеке была размещена кухня: откидной стол с подогревателями пищи, буфет с ежедневным рационом питания, краны с горячей и холодной водой. Внизу, на условном полу, находилась беговая дорожка, а на условном потолке – велоэргометр. По правому борту, недалеко от туалета, разместили космическую «баню». Чтобы организовать банный день, космонавты должны были с «потолка» опустить на «пол» своего рода «стакан» из полиэтиленовой пленки с застежкой-молнией. В него через распылитель подавалась горячая вода, а снизу она отсасывалась. Для досуга имелся видеомагнитофон с набором кассет. Ближе к корме на стенах крепились спальные мешки, где космонавты отдыхали, здесь же – туалет, ионизатор воздуха и две небольшие шлюзовые камеры для сброса мусора за борт. Набор научной аппаратуры рабочего отсека включал большой субмиллиметровый телескоп БСТ-1М с полутораметровым зеркалом, многозональный фотоаппарат МКФ-6М немецкого производства, плавильные печи «Сплав» и «Кристалл». В шкафу было размещено оборудование для медицинских исследований: «Полином-2М», «Реограф» и «Бета». Для выхода в открытый космос использовались новейшие автономные скафандры «Орлан-Д».

Первая основная экспедиция на «Салют-6», приуроченная к 60-летию Великой октябрьской социалистической революции, началась 9 октября 1977 года. Космонавты Владимир Васильевич Коваленок и Валерий Викторович Рюмин на корабле «Союз-25» трижды пытались пристыковаться к станции со стороны переднего узла, но потерпели неудачу. Выработав все топливо корабля, они вернулись на Землю. Причину провала установить не удалось, поэтому возобладало неофициальное мнение, что виноват экипаж. На будущее было решено, что в рейсах на орбиту всегда должен участвовать ранее летавший космонавт, что привело к «перетасовке» подготовленных групп.

Следующей экспедиции повезло больше. 11 декабря 1977 года космонавты Юрий Викторович Романенко и Георгий Михайлович Гречко на «Союзе-26» пристыковались к заднему узлу «Салюта-6», расконсервировали станцию и на десятые сутки вышли в открытый космос в скафандрах «Орлан-Д» для того, чтобы изучить передний узел в поиске неисправностей. Его обследование продолжалось полтора часа. Примечательно, что это был первый с января 1969 года и всего лишь третий в истории отечественной космонавтики случай внекорабельной деятельности. Космонавты подтвердили, что передний узел исправен, и 11 января 1978 года к нему пристыковался «Союз-27» с Владимиром Александровичем Джанибековым и Олегом Григорьевичем Макаровым на борту – первая экспедиция посещения. Вскоре такие экспедиции станут рутиной.

С того времени начинается эпоха постоянного присутствия людей в космосе, которая продолжается по сей день. Станция «Салют-6» находилась на орбите до 29 июля 1982 года (1765 суток). На ней побывали пять основных экипажей и десять экспедиций посещения. Впервые в состав экспедиций входили космонавты-иностранцы, отправленные туда в рамках программы «Интеркосмос». К станции летали семнадцать пилотируемых и два беспилотных «Союза», двенадцать автоматических грузовых кораблей «Прогресс» и один автоматический грузовой корабль ТКС («Космос-1267»). Помимо привычных кораблей 7К-Т («Союз-Т»), для доставки экипажей использовались более совершенные 7К-СТ («Союз Т»); первый из них («Союз Т-2») пристыковался к станции 5 июня 1980 года. Главным отличием нового корабля стала возможность размещения внутри трех космонавтов в скафандрах «Сокол-КВ». Кроме того, значительные усовершенствования были внесены в основные системы, что позволило на сутки увеличить время его автономного полета (с 3 до 4,2 суток) и вдвое – время полета в составе станции (с 60 до 120 суток).

На смену «Салюту-6» пришла станция «Салют-7» (ДОС-5-2) – ее запуск состоялся 19 апреля 1982 года, то есть еще до затопления предшественницы. По компоновке они почти не отличались друг от друга, но многие системы были серьезно доработаны с учетом полученного опыта. Комплекс научного оборудования пополнился такими приборами, как рентгеновский телескоп РТ-4М, установка «Кристалл» с электропечами «Магма-Ф» и «Корунд» для получения особо чистых материалов, французская фотоаппаратура «Пирамиг» для изучения внеземного пространства, биотехнологическая установка «Таврия» для получения биологически чистых веществ с помощью электрофореза, а также медицинская аппаратура функциональной диагностики «Аэлита».

Изначально планировалось, что «Салют-7» проживет на орбите пять лет и примет пять основных экспедиций, однако станция «перекрыла» свой ресурс. Первая экспедиция в составе Анатолия Николаевича Березового и Валентина Витальевича Лебедева стартовала на корабле «Союз Т-5» (7К-СТ) 13 мая 1982 года. Корабль удалось пристыковать с первой же попытки, после чего экипаж начал расконсервацию. Хотя программа научных исследований была достаточно обширной, затрагивая самые различные области науки, основной упор делался на медико-биологические исследования.

Основная экспедиция должна была оставаться в космосе 175 суток, но поскольку проходила она без серьезных проблем, руководство полетами предложило продлить ее до 209 суток для того, чтобы выполнить дополнительную программу исследований и установить очередной рекорд. Березовой и Лебедев согласились. Для профилактики негативного влияния невесомости они активно занимались физическими упражнениями и использовали нагрузочный вакуумный костюм «Чибис», нормализующий кровообращение. Проведя на орбите в общей сложности свыше 211 суток, первая основная экспедиция вернулась на Землю. Поскольку продолжительность полета к Марсу по оптимальной «низкоэнергетической» траектории составляет 210–220 суток, то рекордной экспедицией на «Салюте-7» было доказано, что человек способен перенести межпланетный рейс в одну сторону без вреда для здоровья.

Другой значимый приоритет «взяла» Светлана Евгеньевна Савицкая. Прибыв на станцию в составе четвертой экспедиции посещения на корабле «Союз Т-12», 25 июля 1984 года она стала первой в истории женщиной, совершившей выход в открытый космос. Вне станции Савицкая работала 3 часа 35 минут, выполнив серию экспериментов по резке, сварке, пайке металлических пластин и напылению покрытия.

«Салют-7» находился в космосе до февраля 1991 года (3216 суток). На нем побывало шесть основных экспедиций и пять экспедиций посещения. К станции летали одиннадцать пилотируемых кораблей «Союз Т», двенадцать автоматических грузовых кораблей «Прогресс» и автоматические грузовые корабли ТКС («Космос-1443») и ТКС-М («Космос-1686»), использовавшихся как вспомогательные модули.

В новом десятилетии научно-исследовательская работа была продолжена на станции третьего поколения – орбитальном комплексе «Мир». Главное отличие «Мира» от «Салютов» заключалось в том, что его стыковочные узлы обеспечивали не только причаливание пилотируемого корабля «Союз» и транспортного корабля «Прогресс», но и стыковку новых модулей, расширяющих рабочее и жилое пространство.

Предварительное решение о строительстве многомодульной станции 27КС (ДОС-7) на основе существующих заделов по «Салютам» и транспортного корабля ТКС было принято 23 июня 1981 года. Работы над модулями станции шли медленно, поскольку основные ресурсы советской ракетно-космической отрасли в то время поглощала программа «Энергия – Буран». Только весной 1984 года правительство постановило срочно подготовить Базовый блок станции «Мир» к запуску в преддверии XXVII съезда КПСС, который должен был открыться 25 февраля 1986 года. В отделах и цехах Научно-производственного объединения «Энергия» начался аврал, но подчиненные главного конструктора Юрия Павловича Семенова успели в срок: 20 февраля блок был выведен на орбиту ракетой-носителем «Протон-К».

Базовый блок (17КС) создавался в расчете на экспедицию из шести человек и конструктивно состоял из четырех отсеков: переходного отсека, рабочего отсека, переходной камеры и негерметичного агрегатного отсека. Быт космонавтов еще улучшился. Например, в рабочем отсеке конструкторы расположили две персональные каюты, санитарный отсек с умывальником и ассенизационным устройством, кухню с холодильником-морозильником, рабочий стол со средствами фиксации и подогрева пищи, емкость для хранения воды объемом 50 литров, медицинскую аппаратуру, тренажеры для физических упражнений (велоэргометр и беговую дорожку), устройство для измерения массы тела в невесомости.

Чтобы повысить эффективность обслуживания станции, корабль 7К-СТ был доработан до модификации 7К-СТМ («Союз ТМ») с продолжительностью полета в составе станции 180 суток. К нему пришлось дорабатывать и ракету – появилась очередная модификация «Союз-У2». Однако первая основная экспедиция отправилась к «Миру» на хорошо освоенном корабле «Союз Т-15». Опытные космонавты Леонид Денисович Кизим и Владимир Алексеевич Соловьев прибыли на Базовый блок 15 марта 1986 года и приступили к его расконсервации. В начале мая они совершили уникальную операцию – перелетели с «Мира» на «Салют-7», который находился примерно в 4000 километрах, поработали там с выходами в открытый космос, а потом, забрав двадцать приборов общей массой 400 килограммов, перелетели обратно, 26 июня вернувшись на Базовый блок. Первая основная экспедиция провела в космосе 125 суток, уступив место второй в составе Юрия Викторовича Романенко и Александра Ивановича Лавейкина на корабле нового типа «Союз ТМ-2». При этом Юрий Романенко, отправившись в космос 6 февраля 1987 года, вернулся только через 326 суток, став на тот момент абсолютным рекордсменом по продолжительности пребывания на орбите. Его достижение вскоре побили участники третьей основной экспедиции Владимир Георгиевич Титов и Муса Хираманович Манаров, находившиеся на станции ровно год.

Рекорд по непрерывному пребыванию на орбите, который является абсолютным по сей день, принадлежит врачу Валерию Владимировичу Полякову: появившись на борту «Мира» 10 января 1994 года, он возвратился домой через 437 суток и 17 часов. Опыт Полякова и других орбитальных «долгожителей» показал всем сомневающимся: землянин вполне способен, сохранив здоровье, перенести как полет к соседним планетам в одну сторону, так и двусторонний полет, например, до Марса и обратно.

Начиная с марта 1987 года комплекс «Мир» начал расти. Дополнительное оборудование прибыло на астрофизическом модуле «Квант» (37КЭ, ТКМ-Э), стартовавшем 31 марта 1987 года. Кроме служебных систем, в частности силовых гироскопов, обеспечивающих ориентацию и стабилизацию комплекса, на «Кванте» размещалось астрофизическое оборудование: ультрафиолетовый телескоп «Глазар», телескоп с теневой маской, комплекс спектрометров «Пульсар Х-1», спектрометры HEXE, Siren2 и т. п.

В дальнейшем к «Миру» были пристыкованы: модуль дооснащения «Квант-2» (77КСД, ЦМ-Д, старт 26 ноября 1989 года), стыковочно-технологический модуль «Кристалл» (77КСТ, ЦМ-Т, 31 мая 1990 года), исследовательские модули «Спектр» (77КСО, ЦМ-О, 20 мая 1995 года) и «Природа» (77КСИ, ЦМ-И, 23 апреля 1996 года). В модуле «Квант-2» установили блоки системы жизнеобеспечения (включая аппаратуру для регенерации воды и воздуха), душевую кабину, запасы продовольствия. Здесь же располагалась большая шлюзовая камера, хранились скафандры «Орлан-ДМА» и СПК – средство передвижения космонавта в открытом космосе ранцевого типа. На «Кристалле» размещалось оборудование для технологических, биологических, астрономических и прочих исследований, а также андрогинно-периферийный стыковочный узел, к которому в перспективе должен был причаливать многоразовый воздушно-космический корабль «Буран». Модуль «Природа» в основном предназначался для исследования земной поверхности, а на «Спектр» возлагалось изучение верхних слоев атмосферы. Из-за проблем с финансированием, начавшихся после развала Советского Союза, приборный состав научно-исследовательских модулей многократно менялся, причем отечественное оборудование заменялось иностранным.

За пятнадцать лет на борту «Мира» побывали сто четыре космонавта. Трижды там одновременно работали десять космонавтов. Кроме россиян, комплекс посещали представители двенадцати стран. Эксплуатация «Мира» проходила в непростой обстановке. Советский Союз ушел в прошлое. Казахстан, на территории которого находится космодром Байконур (бывший полигон Тюра-Там), стал независимым государством. Экономические трудности переходного периода привели к резкому сокращению расходов на космонавтику. В конце 1991 года возникла реальная угроза закрытия всей отечественной космической программы, включая программу исследований на комплексе «Мир». Населению, оказавшемуся на грани нищеты и голода, было очень трудно объяснить, зачем финансируются дорогостоящие орбитальные эксперименты.

В то же время американское космическое агентство NASA испытывало свои трудности. Для движения вперед необходимо было строить свою собственную орбитальную станцию. Проект станции Freedom существовал, но постоянно подвергался критике за дороговизну. Кроме того, не было внятного проекта корабля, который мог бы спасти членов экипажа станции в случае аварии. В этой ситуации идеальным выходом для обоих сторон стала международная кооперация. Руководители космических агентств вспомнили о временах программы ЭПОС, и 7 июня 1992 года между Российской Федерацией и Соединенными Штатами Америки было заключено Соглашение о сотрудничестве в области исследования космического пространства в мирных целях. Соглашение подписали Джордж Буш и Борис Николаевич Ельцин. Станция «Мир» была сохранена, а американцы получили возможность работать на ней. Она оставалась на орбите до планового затопления 23 марта 2001 года (5511 суток), троекратно перекрыв расчетный ресурс. Исследования и эксперименты были продолжены на Международной космической станции (МКС).

Многолетняя исследовательская деятельность на орбитальных станциях выявила массу проблем при взаимодействии человека и космоса, о которых даже не догадывались основоположники теоретической космонавтики. Внеземное пространство продемонстрировало свое коварство, поставив крест на ожиданиях быстрого прорыва к звездам. И все-таки та же самая деятельность выявила и пути преодоления трудностей. Чем больше людей побывает на орбите, тем больше мы будем знать о вариантах приспособляемости к новой среде обитания. И вся эта информация до последней запятой, без сомнения, будет востребована, когда человечество наконец-то всерьез займется освоением соседних планет.

Экономический кризис, начавшийся в 1971 году, нанес болезненный удар по космическим планам США. Президент Ричард Никсон поручил Томасу Пейну, возглавившему НАСА после ухода Джеймса Вебба, сократить расходы агентства до трех миллиардов долларов. Пейн упорно сопротивлялся, предложив в ответ амбициозный проект: огромный крылатый корабль должен был взлетать с обычного аэродрома и выводить грузы на межпланетные трассы. Идея не нашла поддержки, и Пейн ушел в отставку. Новый директор Джеймс Флетчер сделал главным приоритетом НАСА программу исследований Солнечной системы с помощью научных аппаратов, что выглядело логичным: прежде чем расширять свое присутствие в космосе, необходимо провести разведку и расставить приоритеты. Но именно эта программа подорвала надежду на быстрое освоение Марса: аппараты «Маринер» (Mariner) и «Викинг» (Viking) доказали, что красная планета безжизненна и условия на ней неблагоприятны для колонизации.

Тем не менее НАСА уже не могло отказаться от планов, которые озвучивались десятилетиями. Одним из выходов виделось создание долговременной орбитальной станции на околоземной орбите. Проект «Орбитальная мастерская» (Orbital Workshop) числился «сопутствующим» в программе «Сатурн – Аполлон» и разрабатывался с 1965 года под руководством Вернера фон Брауна. В процессе развития проекта конфигурация станции неоднократно менялась, но из-за сокращения бюджета НАСА она «потеряла» часть модулей. В конечном варианте под названием «Скайлэб» (Skylab, Sky Laboratory) станция включала основной блок, модуль для выхода в открытый космос, стыковочный адаптер и солнечную обсерваторию. Станция выводилась на орбиту целиком и весила при этом 75 тонн – понятно, что для ее запуска требовалась ракета «Сатурн-5». Стартовала она 14 мая 1973 года, однако в процессе отделения от носителя станция получила серьезные повреждения, и три экспедиции посещения превратились в череду непрерывных приключений.

Впрочем, астронавтам, побывавшим на «Скайлэб» (три экипажа, девять человек), удалось провести серии наблюдений за Солнцем и кометой Когоутека (565 часов), осуществить разведку земных ресурсов (99 сеансов), провести медико-биологические эксперименты (922 часа). Кроме того, астронавты изучали протекание технологических процессов в условиях невесомости: сварка, смешивание, кристаллизация, сплавление – именно в это время появляются первые публикации о том, что на базе орбитальной станции в перспективе можно развернуть промышленное производство необычных сплавов, сверхчистых кристаллов и композитных материалов. Разумеется, были установлены и рекорды по длительности пребывания в космосе: третья экспедиция (SL-4 по обозначению НАСА) находилась на орбите свыше 84 суток. В июле 1979 года давно потерявшая управление станция разрушилась и сгорела в атмосфере.

Несмотря на поломки, «Скайлэб» еще можно было эксплуатировать и после окончания третьей экспедиции посещения, однако все планы, включая создание второй орбитальной станции, пришлось свернуть ради главного проекта 1970-х годов – многоразовой аэрокосмической системы «Спейс Шаттл» (Space Shuttle).

Новые корабли появились как ответ на требование сделать космонавтику коммерчески прибыльной. Еще в октябре 1968 года НАСА обратилось к ведущим компаниям, специализирующимся на космических технологиях, с предложением изучить возможность создания носителя, который можно было бы использовать многократно. Это значительно снизило бы стоимость доставки грузов на орбиту. Практически сразу возникла концепция пилотируемого крылатого корабля, взлетающего как ракета, а приземляющегося как самолет с использованием аэродинамического торможения в атмосфере. Проведенная в 1970 году экономическая оценка показала, что, если шаттлы будут летать в космос не реже тридцати раз в год, доставляя туда не только государственные, военные, но и коммерческие грузы, они вполне могут окупиться. В 1971 году стало ясно, что 10 миллиардов долларов, которые необходимы для создания полностью многоразовой системы, правительство не выделит, поэтому конструкторам пришлось вновь перекомпоновывать проект. К марту 1972 года проект «Спейс Шаттл» обрел окончательный вид: большой орбитальный корабль с тремя маршевыми двигателями, массивный топливный бак и два стартовых твердотопливных ускорителя. Причем многократно использовались только ускорители и корабль – баком пришлось пожертвовать. Зато грузовой отсек позволял разместить в корабле полноценную лабораторию, что при достаточно продолжительном рейсе превращало шаттл в некое подобие орбитальной станции. Стоимость реализации оценили в 5,15 миллиардов долларов. На этих условиях Ричард Никсон и объявил о создании новой космической системы.

Однако экономия на всем привела к принятию стратегически ошибочных решений, которые оказались минами замедленного действия. Например, планер шаттла изготавливали из алюминиевого сплава вместо жаропрочного титана (титановый обошелся бы на 80 миллионов долларов дороже для каждого корабля). В результате в качестве тепловой защиты использовали наклеиваемую кварцевую плитку, которая требовала особого ухода, что усложнило и без того непростую процедуру подготовки корабля к полету. Именно эта плитка сыграла роковую роль в истории шаттлов.

Даже при строжайшей экономии на всем НАСА не уложилось в начальный бюджет проекта – перерасход составил 29 %. Конструирование и строительство шаттлов, изменение наземной инфраструктуры под них, обязательные летно-конструкторские испытания заняли девять лет, и в марте 1981 года первый корабль, названный «Колумбия», вывезли на старт. Существует «городская легенда», будто бы американцы специально подобрали дату первого старта новой ракетно-космической системы так, чтобы она совпала с двадцатилетним юбилеем полета Юрия Гагарина, якобы с целью затмить историческое событие и еще раз уязвить гордость конкурентов. В действительности запуск шаттла был запланирован на 10 апреля, и на мысе Канаверал к этому дню собрались приглашенные гости, но его отложили на двое суток из-за рассинхронизации бортовых компьютеров. И все же корабль полетел, и астронавты Джон Янг и Роберт Криппен, побывавшие на нем в космосе, не скрывали восторга. Их можно понять – шаттл и впрямь мог произвести впечатление: огромная двухпалубная кабина (объемом 66 м³, что в шесть раз больше объема двух жилых отсеков советского корабля «Союз»), огромный грузовой отсек (длина – 18,3 метров, внутренний диаметр – 4,6 метров; туда легко поместятся два «Союза» в полной сборке и еще останется много свободного места), щадящие перегрузки на старте (максимум 3 g) и при спуске (максимум 1,5 g)… Американцы наконец-то построили то, о чем мечтали основоположники, – достаточно просторный корабль, на котором в космос могли бы летать не только специально подготовленные астронавты, но и обычные люди.

К началу эксплуатации системы было построено четыре шаттла: «Колумбия» (Columbia, OV-102), «Челленджер» (Challenger, OV-099), «Дискавери» (Discovery, OV-103) и «Атлантис» (Atlantis, OV-104). Получалось, что в реальности каждый «шаттл» мог совершить не более пяти полетов в год, а вместе – двадцать полетов. Кроме того, начальный проект предполагал, что полезная нагрузка будет весить 2950 килограммов, но в реальности удалось добиться лишь 2500 килограммов. Для длительных космических экспериментов как некий заменитель орбитальной станции шаттл тоже не годился: у него не было солнечных батарей, а собственных ресурсов хватало только на две-три недели полета. Таким образом, в конечном виде «Спейс Шаттл» не отвечал даже проектным требованиям.

Поначалу эксплуатация аэрокосмической системы шла с хорошей отдачей. Корабли один за другим стартовали, выводя спутники на орбиту, а некоторые из старых спутников даже удалось отремонтировать с борта шаттла и вернуть им работоспособность. Но все равно программа оставалась убыточной и требовала значительных бюджетных вливаний для дальнейшего развития. Чтобы поддержать к ней интерес налогоплательщиков и заказчиков, президент Ро- нальд Рейган объявил в августе 1984 года, что простые граждане США получат возможность путешествовать в космос на шаттле, и первым таким путешественником станет учитель. Был объявлен национальный конкурс, в котором победила Криста Мак-Олифф, 37-летняя школьная преподавательница английского языка и истории из провинциального городка Конкорд. Вслед за ней планировался полет журналиста, затем – представителя деловых кругов. Вместе с другими шестью членами экипажа Мак-Олифф должна была отправиться в космос на корабле «Челленджер» – это был всего лишь двадцать пятый полет в истории шаттлов.

28 сентября 1986 года корабль стартовал с мыса Канаверал. На 59-й секунде полета из правого ускорителя начало бить пламя, огонь прожег топливный бак. На высоте 14 километров бак взорвался. Кабина шаттла поднялась еще выше, но рухнула в океан. Семеро астронавтов погибли. Причину установили почти сразу. Оказалось, что о возможности развития нештатной ситуации еще перед стартом говорили инженеры, которые создавали и обслуживали многоразовые твердотопливные ускорители. Дело было в том, что незадолго до запуска через Флориду проходил холодный фронт, ударил мороз, и специалисты не могли гарантировать надежность работы ускорителей, рассчитанных на запуск при температурах не ниже +11 ºС. Руководство решило, что риск допустим. Но природа не терпит произвола – секции ускорителей оказались слегка деформированы, что и привело к их прожигу.

Гибель «Челленджера» дорого обошлась космонавтике. Прежде всего она похоронила мечту о корабле для всех: стало ясно, что астронавтов-любителей больше не будет. Также президент Рейган своим указом запретил коммерческие запуски на шаттлах, за исключением тех, на которые были заключены договоры. НАСА пришлось озаботиться созданием баллистических ракет-носителей, и вскоре многие из них вернулись в эксплуатацию в более совершенных вариантах. Два с половиной года ушло на то, чтобы модернизировать ускорители шаттлов и всю систему, введя дополнительный контроль качества работ и безопасности. Вместо «Челленджера» был построен новый шаттл «Индевор» (Endeavour, OV-105). Но уже тогда развитие многоразовых крылатых кораблей перестало быть главной стратегической линией НАСА.

В апреле 1990 года кораблем «Дискавери» (полет STS-31) был доставлен на орбиту телескоп «Хаббл» (Hubble Space Telescope), сделавший много удивительных открытий о Вселенной. Именно он стал полигоном для отработки многократного космического ремонта. На шаттлах были осуществлены четыре экспедиции по обслуживанию телескопа, что позволило заметно продлить его ресурс. Последняя экспедиция на корабле «Атлантис» состоялась в мае 2009 года.

В 1990-е годы шаттлы принимали участие в российско-американской программе «Мир – НАСА». Программа была принята, когда стало ясно, что Международная космическая станция (МКС), задуманная как проект еще в 1970-е годы, не может быть построена без участия России. В феврале 1993 года корабль «Дискавери» (полет STS-63) подошел к российской станции «Мир» на расстояние 11 метров, а уже 29 июня 1995 года корабль «Атлантис» впервые пристыковался к ней (полет STS-71). Всего было осуществлено девять стыковок шаттлов с орбитальной станцией «Мир».

В ходе эксплуатации корабли «Спейс Шаттл» неоднократно модифицировались, однако 1 февраля 2003 года безжалостный космос нанес новый удар: при возвращении на Землю корабль «Колумбия» разрушился из-за того, что была повреждена теплозащита левого крыла. Все члены экипажа погибли, включая первого космонавта Израиля – Илана Рамона.

Плитки теплозащиты отваливались от обшивки шаттлов и раньше, на это даже перестали обращать внимание, что в конечном итоге и привело к страшной катастрофе. После этого участь системы «Спейс Шаттл» была предрешена. 14 января 2004 года в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне выступил президент Джордж Буш-младший. В своей речи он провозгласил программу «Новые горизонты» (New Horizons), включающую пересмотр стратегии в пользу космических кораблей капсульного типа.

В декабре 1993 года правительства США и России утвердили планы по созданию Международной космической станции (МКС), которая в те времена называлась «Альфа». Проект был призван объединить заделы по советскому комплексу «Мир-2», американской станции «Свобода» (Freedom), европейской программе «Колумб» (Columbus) и японскому проекту JEM (Japanese Experiment Module).

Сборка МКС на орбите началась 20 ноября 1998 года с запуска российского функционально-грузового блока «Заря» массой 20 тонн. Через две недели корабль «Индевор» доставил к нему узловой модуль «Единство» (Unity, Node-1) с шестью стыковочными узлами. Экипаж шаттла, в состав которого был включен российский космонавт Сергей Константинович Крикалев, перешел на станцию и расконсервировал ее. Затем последовали новые полеты шаттлов, и МКС начала расти.

Возможности системы «Спейс Шаттл» в качестве средства обеспечения орбитальных станций были намного выше, чем у российских «Союзов» даже в их новейшей модификации «Союз ТМА-М». За один рейс шаттл доставлял готовый модуль, припасы на будущее и экипаж из семи человек. Посему программа МКС развивалась гораздо быстрее, чем любая из советских программ. В июле 2000 года к станции пристыковался российский модуль «Звезда». В феврале 2001 года корабль «Атлантис» доставил американский лабораторный модуль «Судьба» (Destiny), в июле корабль «Дискавери» – универсальную шлюзовую камеру «Квест» (Quest), а в сентябре комплект пополнился стыковочным отсеком-модулем «Пирс».

Гибель «Колумбии» заставила пересмотреть и планы по строительству МКС. Вся тяжесть обеспечения станции легла на российские «Союзы» и «Прогрессы». Несмотря на очевидные проблемы, президент Джордж Буш-младший заверил, что станция будет достроена до 2010 года, поэтому полеты оставшихся шаттлов пришлось возобновить.

В июле 2005 года корабль «Дискавери» прилетел к МКС впервые после гибели «Колумбии». Рейсы на орбиту продолжались до июля 2011 года – последним шаттлом, побывавшим там, стал «Атлантис» (полет STS-135). За эти шесть лет станция заметно выросла, в ее состав добавились: американский соединительный модуль «Гармония» (Harmony, Node-2), европейский лабораторный модуль «Колумб» (Columbus), канадский робот-манипулятор «Декстр» (Special Purpose Dexterous Manipulator), японская исследовательская лаборатория «Кибо» («Надежда»), два российских малых исследовательских модуля «Рассвет» (МИМ1) и «Поиск» (МИМ2), американский жилой модуль «Спокойствие» (Tranquility, Node-3), европейский модуль панорамного наблюдения «Купол» (Cupola) и итальянский многоцелевой модуль «Леонардо» (PMM, Permanent Multipurpose Module).

Общая масса МКС составляет на сегодня около 420 тонн, она в три с лишним раза тяжелее «Мира». Станцию предполагают активно эксплуатировать по 2024 год включительно, и уже идут разговоры о том, что работы на ней нужно продолжать и после «крайнего» срока.

Несмотря на очевидные проблемы, мировая пилотируемая космонавтика продолжает идти вперед. Если говорить о России, то большое внимание сегодня уделяется кораблю «Федерация», который должен прийти на смену «Союзам». Согласно проекту, он будет выпускаться в грузовом и пилотируемом вариантах, способен взять на борт до шести человек и полтонны груза, находиться тридцать суток в автономном полете и год – в составе орбитальной станции. Специальная модификация корабля сможет летать к Луне и обратно с экипажем из четырех человек. Летно-конструкторские испытания «Федерации» должны начаться в 2022 году. Если все пройдет хорошо, то первый рейс с экипажем на орбиту состоится не позднее 2025 года.

Для запуска кораблей «Федерация» предлагается использовать ракету среднего класса под условным обозначением «Союз-5» с грузоподъемностью 17 тонн. Главной «изюминкой» проекта, позволяющей заметно снизить его стоимость, является возможность использовать для запусков готовую инфраструктуру. Интересно, что «Союз-5» будет унифицирован с ракетой «Сункар» («Сокол»), которая создается в интересах Казахстана в рамках проекта «Байтерек» («Тополь»). Совместная российско-казахстанская инициатива позволит модернизировать стартовые комплексы на космодроме Байконур.

В то же время правительство решило ускорить создание нового носителя СТК (сверхтяжелого класса), способного выводить на орбиту 100–150 тонн груза и предназначенного для обеспечения полетов к Луне. Согласно сообщениям печати, в настоящий момент специалисты РКК «Энергия» прорабатывают два варианта модульной трехступенчатой ракеты: «Энергия-5В» и «Энергия-5ВР», причем первой ступенью будет служить вышеупомянутый «Союз-5».

Все большую роль в космонавтике начинают играть частники. Хотя космические агентства западных стран и ранее привлекали частные фирмы к выполнению заказов, им никогда не доверяли вмешиваться в общую стратегию внеземной экспансии. Ситуация изменилась с появлением компании SpaceX (Space Exploration Technologies Corporation), которую в 2002 году основал знаменитый миллиардер-визионер Илон Маск, вознамерившийся колонизировать Марс. Поначалу планы Маска воспринимали скептически, полагая, что он столкнется с тем же ворохом проблем, что и его предшественники, однако дела говорили лучше любых слов. В марте 2006 года SpaceX запустила свою первую ракету «Фалькон-1» (Falcon-1). Хотя запуск завершился аварией, Маск сумел убедить НАСА, что исправится, и получил средства на разработку более тяжелой ракеты «Фалькон-9» (Falcon-9) и корабля снабжения «Дракон» (Dragon). При этом он делал ставку на снижение стоимости полезной нагрузки за счет более короткого, чем у старых компаний, технологического цикла и многоразовости изделий.

Далеко не все шло гладко, но зато сегодня SpaceX можно уверенно назвать флагманом частной космонавтики, который составляет реальную конкуренцию государственным агентствам, принуждая их изыскивать новые возможности для удешевления своих услуг. В 2017 году компания Маска даже установила своеобразный рекорд, осуществив восемнадцать успешных запусков ракет «Фалькон-9» с разнообразными грузами: от миниатюрных спутников связи до беспилотного военного космоплана X-37B.

Добившись признания, Маск решил представить публике свой грандиозный проект колонизации Марса. Первый вариант он озвучил в сентябре 2016 года, выступая на 67-м конгрессе Международной федерации астронавтики. Центральной темой доклада стала Межпланетная транспортная система (Interplanetary Transport System, ITS), конструкция которой основывается на тех же принципах, что и у других «изделий» SpaceX: она будет многоразовой и использующей любые возможности для удешевления полезной нагрузки. Система состоит из корабля вместимостью 200 человек и огромной ракеты с двигателями Raptor, работающими на кислородно-метановом топливе. Маск высказал уверенность, что если поставить производство ITS на поток с целью доставить на Марс миллион человек в течение двадцати лет, то стоимость билета на соседнюю планету снизится с нынешних 10 миллиардов до 10 миллионов долларов.

План ожидаемо вызвал резкую критику специалистов, которых не убедили предложенные иллюстрации и которые указали на слишком вольное жонглирование цифрами. И ровно через год, на 68-м конгрессе, Илон Маск выступил с «урезанной» версией проекта. ITS превратился в ракету BFR (Big Falcon Rocket), состоящую из двух многоразовых ступеней: бустера и корабля на 100 человек. Размеры ракеты и корабля при этом изменились по сравнению с первой версией: диаметр топливных баков был уменьшен с 12 до 9 метров, а длина всей системы сократилась с 122 до 106 метров. Стартовая масса снизилась более чем вдвое – до 4400 тонн; масса полезного груза, выводимого на околоземную орбиту в составе второй ступени, оценивается в 150 тонн в многоразовом и в 250 тонн в одноразовом варианте. Корабль приобрел дельтовидное крыло, которое позволит ему планировать в атмосферах Земли и Марса. В его гермоотсеке будет размещаться груз материалов для колонии, 40 кают для пассажиров, радиационное убежище и общий зал. Схема межпланетного полета выглядит так: BFR стартует с Земли, первая ступень возвращается на космодром, а вторая выходит на орбиту, где ее заправляют топливом перед отправкой к Марсу; космическое путешествие занимает от трех до шести месяцев; корабль сначала тормозится двумя «нырками» в атмосфере, затем совершает вертикальную посадку на Марс, используя свои двигатели. Для обратного полета необходимо снова заправить баки корабля топливом, синтезированным из местных ресурсов; назад можно будет доставить 50 тонн груза – например, 30 астронавтов с образцами.

Маск сообщил, что изготовление первой BFR начнется во втором квартале 2018 года, а через пять лет пилотируемый марсианский корабль будет готов к испытаниям. В 2022 году к Марсу отправятся две грузовые ракеты с оборудованием для поиска подходящего места, где будет развернута колония; в 2024 году туда полетят два грузовых и два пассажирских корабля, после чего начнется постепенное освоение соседней планеты. Чтобы обеспечить финансирование этих миссий, SpaceX собирается использовать BFR в качестве межконтинентального суборбитального космоплана, способного доставить всех желающих в любую точку мира менее чем за час, а также в качестве корабля для туристических полетов в ближний космос и на Луну.

Подтверждая серьезность намерений, Маск познакомил участников 68-го конгресса с промежуточными результатами работ по соответствующим направлениям. Он напомнил, что на счету его компании 16 успешных реактивных посадок первой ступени ракеты «Фалькон-9», причем высокая надежность приземления обеспечивалась использованием всего одного двигателя, а если двигателей будет больше, как на BFR, то и надежность возрастет. Статические испытания прошел огромный углепластиковый криогенный бак, способный вместить 1200 тонн переохлажденного жидкого кислорода. Кроме того, за год были выполнены 42 прожига кислородно-метанового двигателя Raptor общей длительностью 1200 секунд.

Конечно, у экспертов оставались сомнения. Даты, названные миллиардером, выглядят слишком оптимистичными, ведь помимо строительства BFR его компании нужно еще освоить пилотируемые полеты, операцию стыковки на орбите, посадку на Марс и взлет с него… Нужно преодолеть поистине бесконечное количество технических проблем, перед которыми пасуют космические агентства с полувековой историей.

Маск ответил на критику необычайно эффектно: 6 февраля 2018 года его команда запустила с первого раза новую тяжелую ракету-носитель «Фалькон Хэви» (Falcon Heavy). Чтобы привлечь к событию внимание мира, вместо обычного габаритно-весового макета Маск отправил в сторону красной планеты свой личный электромобиль «Тесла» (Tesla Roadster). Старт не обошелся без досадных сбоев: центральный блок ракеты разбился о поверхность океана, разгонный блок не смог вывести электромобиль на расчетную траекторию. Но в любом случае событие запомнилось и заставило многих скептиков по-новому взглянуть на проекты SpaceX.

К сожалению, единая стратегия освоения космоса все еще не выработана. Ведь любой из возможных вариантов требует создания мощных ракет-носителей и новых космических кораблей. Какими они будут? Какой путь окажется оптимальным? Существует ли вообще оптимальный путь?

Все эти вопросы не получат ответа, пока мы не признаем, что от развития космонавтики напрямую зависит будущее человечества. Прежние причины для ухода с Земли утратили смысл: инопланетян поблизости нет, перенаселение или исчерпание ресурсов нам пока не грозят. Однако нужно помнить, что все смертно, все разрушается, в том числе и наша планета. Выживание и бессмертие нашей цивилизации обеспечивается лишь в том случае, если земляне начнут освоение галактического ареала обитания. Может быть, стоит вернуться к тем идеям, которые век назад сформулировали для нас Николай Федоров и Константин Циолковский?

Если Вселенная пуста, ее нужно населить, принеся ростки жизни и разума туда, где пока лишь мертвые камни. И в этом, вероятно, состоит смысл человеческого существования. Космос не должен быть чуждым, космос должен стать нашим.

Если вы любите смотреть на звездное небо, если вас интересуют Солнце, Луна, другие планеты и созвездия, если вам любопытно, что с ними происходит и как они взаимодействуют, значит, вы увлеклись одной из самых прекрасных наук – астрономией. Астрономия – наука о Вселенной, о мире небесных тел, среди которых есть и Земля – планета, на которой мы живем. Много ли небесных тел можно увидеть днем? К сожалению, очень мало. В безоблачные дни на небе ярко сияет наше дневное светило – Солнце, иногда утром или вечером бывает видна Луна, изредка можно заметить планету Венеру, которая выглядит как яркая звездочка. Вот и все. Другое дело – поздний безоблачный вечер или ночь. А если ночь еще и безлунная и свет фонарей и ярко освещенных окон не мешает наблюдениям, то можно увидеть звездное небо во всей его красе. Это о нем писал великий русский ученый, поэт и писатель Михаил Васильевич Ломоносов: «Открылась бездна, звезд полна; звездам числа нет, бездне – дна».

Людей, далеких от астрономии, поражают и удивляют современные гипотезы о происхождении Вселенной. Многие просто отказываются верить, что ученые способны подробно разобраться в том, что происходило примерно 15–20 миллиардов лет назад. Астрономы доказывают, что именно в то время родилась наша Вселенная. Случилось это в результате взрыва сверхгорячего и сверхплотного вещества, которое со временем стало расширяться, охлаждаться и рассеиваться в пространстве. Современные представления о процессах, происходивших после Большого взрыва, дают возможность проследить историю рождения и развития галактик, звезд и планет, ведь каждый век, а в наше время и каждое десятилетие дополняли картину мироздания новыми открытиями.

Человеку, очарованному неповторимой красотой звездного неба, кажется, что над ним – вся Вселенная. На самом деле это не так. Мы обычно видим невооруженным глазом не миллиарды и даже не миллионы звезд, а всего лишь несколько тысяч. Но и в этих звездах не так-то легко разобраться, запомнить самые яркие из них, научиться находить на небе наиболее заметные и красивые созвездия.

Давайте для начала поговорим о галактиках, точнее, о той из них, в которой находится наша Солнечная система.

В безлунные осенние вечера особенно хорошо видна серебристая туманная полоса, протянувшаяся высоко над горизонтом через все небо с северо-востока на юго-запад. Это Млечный Путь – Галактика, в которой мы живем.

Внимательно рассматривая Млечный Путь, нельзя не заметить, что в одних местах он шире, в других – уже. Местами неровная полоса Млечного Пути разделяется так называемой Великой щелью на две ветви. Лучше всего изучать Млечный Путь осенью, если, конечно, наблюдению не мешает свет фонарей и освещенных окон.

Странный, казалось бы, вопрос. Разумеется, мы видим и Млечный Путь, и другие, более близкие к нам звезды Вселенной. Но вопрос, поставленный в заглавии, на самом-то деле не так уж прост, а потому постараемся разобраться в этом.

Яркое Солнце днем, Луна и звездная россыпь на ночном небе всегда привлекали к себе внимание человека. Судя по наскальным рисункам, на которых древнейшие живописцы запечатлели фигуры наиболее приметных созвездий, уже тогда люди, по крайней мере наиболее любознательные из них, вглядывались в таинственную красоту звездного неба. И, уж конечно, проявляли интерес к восходу и заходу Солнца, к загадочным изменениям вида Луны… Вероятно, так зарождалась «примитивно-созерцательная» астрономия. Произошло это на много тысяч лет раньше, чем возникла письменность, памятники которой стали для нас уже документами, свидетельствующими о за-рождении и развитии астрономии.

Сначала небесные светила, может быть, были только предметом любопытства, потом – обожествления, но наконец стали помогать людям, выполняя роль компаса, календаря, часов. Серьезным поводом для философствования о возможном устройстве Вселенной могло стать открытие «блуждающих светил» (планет). Попытки разгадать непонятные петли, которые описывают планеты на фоне якобы неподвижных звезд, привели к построению первых астрономических картин или моделей мира. Апофеозом их по праву считается геоцентрическая система мира Клавдия Птолемея (II век н. э.). Древние астрономы пытались (в основном безуспешно) определить (но еще не доказать!), какое место Земля занимает по отношению к семи известным тогда планетам (таковыми считались Солнце, Луна, Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн). И только Николаю Копернику (1473–1543) это наконец удалось.

Птолемея называют создателем геоцентрической, а Коперника – гелиоцентрической системы мира. Но принципиально эти системы отличались только содержащимися в них представлениями о расположении Солнца и Земли по отношению к истинным планетам (Меркурию, Венере, Марсу, Юпитеру, Сатурну) и к Луне.

Коперник, по существу, открыл Землю как планету, Луна заняла подобающее ей место спутника Земли, а центром обращения всех планет оказалось Солнце. Солнце и движущиеся вокруг него шесть планет (включая Землю) – это и была Солнечная система, какой ее представляли в XVI веке.

Система, как мы теперь знаем, далеко не полная. Ведь в нее, кроме известных Копернику шести планет, входят еще Уран, Нептун, Плутон. Последний был открыт в 1930 году и оказался не только самой далекой, но и самой маленькой планетой[1]. Кроме того, в Солнечную систему входят около сотни спутников планет, два пояса астероидов (один – между орбитами Марса и Юпитера, другой, недавно открытый пояс Койпера – в области орбит Нептуна и Плутона) и множество комет с разными периодами обращения. Гипотетическое «облако комет» (что-то вроде сферы их обитания) находится, по разным оценкам, на расстоянии порядка 100–150 тысяч астрономических единиц от Солнца. Границы Солнечной системы соответственно многократно расширились.

В начале 2002 года американские ученые «пообщались» со своей автоматической межпланетной станцией «Пионер-10», которая была запущена 30 лет назад и успела улететь от Солнца на расстояние 12 млрд километров. Ответ на радиосигнал, посланный с Земли, пришел через 22 ч 06 мин (при скорости распространения радиоволн около 300 000 км/сек). Учитывая сказанное, «Пионеру-10» еще долго придется лететь до «границ» Солнечной системы (конечно, достаточно условных!). А дальше он полетит к ближайшей на его пути звезде Альдебаран (самая яркая звезда в созвездии Тельца). Туда «Пионер-10», возможно, домчится и доставит заложенные в нем послания землян только через 2 млн лет…

От Альдебарана нас отделяют не менее 70 световых лет. А расстояние до самой близкой к нам звезды (в системе α Центавра) – всего 4,75 светового года. Сегодня даже школьникам надлежит знать, что такое световой год, парсек или мегапарсек. Это уже вопросы и термины звездной астрономии, которой не только во времена Коперника, но и много позже просто не существовало.

Предполагали, что звезды – далекие светила, но природа их была неизвестна. Правда, Джордано Бруно, развивая идеи Коперника, гениально предположил, что звезды – это далекие солнца, причем, возможно, со своими планетными системами. Правильность первой части этой гипотезы стала совершенно очевидной только в XIX веке. А первые десятки планет около других звезд были открыты лишь в самые последние годы недавно закончившегося XX века. До рождения астрофизики и до применения в астрономии спектрального анализа к научной разгадке природы звезд просто невозможно было приблизиться. Вот и получалось, что звезды в прежних системах мира почти никакой роли не играли. Звездное небо было своеобразной сценой, на которой «выступали» планеты, а о природе самих звезд особо не задумывались (иногда упоминали о них, как… о «серебряных гвоздиках», воткнутых в твердь небесную). «Сфера звезд» была своеобразной границей Вселенной и в геоцентрической, и в гелиоцентрической системе мира. Вся Вселенная, естественно, считалась видимой, а то, что за ее пределами, – «царствие небесное»…

Сегодня мы знаем, что невооруженным глазом видна лишь ничтожная часть звезд. Белесоватая полоса, протянувшаяся через все небо (Млечный Путь), оказалась, как догадывались еще некоторые древние греческие философы, множеством звезд. Наиболее яркие из них Галилей (в начале XVII века) различил даже с помощью своего весьма несовершенного телескопа. По мере увеличения размеров телескопов и их совершенствования астрономы получали возможность постепенно проникать в глубь Вселенной, как бы зондируя ее. Но далеко не сразу стало понятно, что звезды, наблюдаемые в разных направлениях неба, имеют какое-то отношение к звездам Млечного Пути. Одним из первых, кому удалось это доказать, был английский астроном и оптик Уильям Гершель, поэтому с его именем связывают открытие нашей Галактики (ее иногда так и называют – Млечный Путь). Однако увидеть целиком нашу Галактику простому смертному, видимо, не дано. Конечно, достаточно заглянуть в учебник астрономии, чтобы обнаружить там ясные схемы: вид Галактики «сверху» (с отчетливой спиральной структурой, с рукавами, состоящими из звезд и газово-пылевой материи) и вид «сбоку» (в этом ракурсе наш звездный остров напоминает двояковыпуклую линзу, если не вдаваться в некоторые детали строения центральной части этой линзы). Схемы, схемы… А где же хотя бы одна фотография нашей Галактики?

Гагарин был первым из землян, кто увидел нашу планету из космического пространства. Теперь, наверное, каждый видел фотографии Земли из космоса, переданные с борта искусственных спутников Земли, с автоматических межпланетных станций. Много лет минуло со времени полета Гагарина и со дня запуска первого ИСЗ – начала космической эры. Но и поныне никто не знает, сможет ли когда-нибудь человек увидеть Галактику, выйдя за ее пределы… Для нас это вопрос из области фантастики. А потому вернемся к реальности. Но только при этом, пожалуйста, подумайте о том, что всего лишь лет сто назад нынешняя реальность могла показаться самой невероятной фантастикой.

Итак, открыты Солнечная система и наша Галактика, в которой Солнце – одна из триллионов звезд (невооруженным глазом на всей небесной сфере видно около 6000 звезд), а Млечный Путь – проекция части Галактики на небесную сферу. Но подобно тому, как в XVI веке земляне поняли, что наше Солнце – самая рядовая звезда, мы теперь знаем, что наша Галактика – одна из множества ныне открытых других галактик. Среди них, как и в мире звезд, есть гиганты и карлики, «обычные» и «необычные» галактики, относительно спокойные и чрезвычайно активные. Они находятся на громадных расстояниях от нас. Свет от самой близкой из них мчится к нам почти два миллиона триста тысяч лет. А ведь эту галактику мы видим даже невооруженным глазом, она в созвездии Андромеды. Это очень большая спиральная галактика, похожая на нашу, и поэтому ее фотографии в какой-то степени «компенсируют» отсутствие снимков нашей Галактики.

На первом конгрессе Международного астрономического союза (МАС) – это было в 1922 году – астрономы «навели порядок» на небе. Весь небосвод Северного и Южного полушарий Земли был разделен на 88 участков (созвездий) с точно указанными границами. С тех пор повсюду в мире в любом учебнике по астрономии или справочнике сообщается, что число созвездий на земном небе – 88. В астрономических энциклопедиях и календарях приводится полный список созвездий, где указаны русское и латинское название созвездия (латинские названия созвездий сейчас общеприняты в астрономической литературе) и его символическое обозначение (с ними любители астрономии постоянно встречаются при чтении книг и статей, при работе со звездными картами, атласами и компьютерными программами). Указаны также площадь, занимаемая каждым созвездием на небе (в квадратных градусах), и число звезд (ярче 6-й звездной величины, то есть видимых невооруженным глазом при отличном зрении и отличных условиях наблюдения).

Древние римляне знали лишь 48 созвездий – столько, сколько их описал в 150 году великий древнегреческий астроном Клавдий Птолемей. Названия созвездий, переведя их на латинский язык, римляне тоже позаимствовали у греков, но и греки, в свою очередь, получили большинство названий созвездий в наследство от еще более древних цивилизаций (от египтян, финикийцев, китайцев, жителей Ассиро-Вавилонии…). При этом, если предположить, что созвездия пришли к грекам, например, из Вавилона, то и это еще нельзя считать отправной точкой, потому что и вавилонская традиция выделения созвездий и их наименований – не самая древняя. По мнению историков науки, первыми здесь, скорее всего, были шумеры или аккады, а быть может, «доисторические» жители Месопотамии, у которых еще не было письменности. А она, вероятно, появилась (в Шумере) в середине третьего тысячелетия до нашей эры.

«Почему созвездия так мало похожи на те одушевленные и неодушевленные предметы, в честь которых они названы?» – часто спрашивают любознательные.

Самое широко известное созвездие – Большая Медведица – получило свое название в глубокой древности. По одной из гипотез, семизвездие ковша Большой Медведицы десятки тысяч лет назад напоминало не кастрюльку с ручкой, как сейчас, а медведя. Можно представить, что и другие созвездия соответствовали своим названиям. Собственное движение звезд смазало картину, но названия созвездий сохранились.

Вы, конечно, согласитесь, что задача найти соответствие между названием какого-либо созвездия и той картиной, которую мы видим на том или ином участке звездного неба, может иметь не одно, а несколько решений. Нелишним будет вспомнить книгу Г. Рея «Новые очертания старых созвездий». Рей стал объединять на звездной карте отдельные звезды (или группы звезд) не произвольно, как это делалось раньше, не в абстрактные фигуры, которые не имеют ничего общего с названием созвездия. Он постарался объединить звезды так, чтобы получались изображения, соответствующие названиям созвездий. Созвездие Близнецов у него выглядит как взявшиеся за руки спичечные человечки, очертание созвездия Льва действительно напоминает царя зверей, а созвездия Кита – кита и т. д. Своеобразное открытие, сделанное Реем, в значительной степени упростило многим любителям астрономии изучение расположения звезд на небесной сфере. И теперь уже во многих пособиях по астрономии, издаваемых как в нашей стране, так и за рубежом, наряду с прежними конфигурациями созвездий можно встретить и их новые варианты, взятые из книги Г. Рея.

На звездной карте неба четкими границами обозначено 88 созвездий. Так было решено на конгрессе Международного астрономического союза в 1922 году. Придумывать сейчас новые созвездия вроде бы нет никакой необходимости. То, о чем пойдет здесь речь, – всего лишь игра, и в ней, конечно, нет ни малейших претензий на то, чтобы переделать, перекроить карту звездного неба. Но эта игра заставляет внимательно всматриваться в ночное небо, помогает изучить его и свободно ориентироваться среди звезд, в какой-то мере способствует формированию нетрадиционного, нестандартного мышления. «Звездная игра» в последнее время широко распространилась во всем мире, она пользуется популярностью и у любителей астрономии, и у профессионалов.

Фигуры созвездий обычно совсем не похожи на то, что означают их названия. Более того, многие из них для нас совершенно четко ассоциируются с какими-то иными, не относящимися к названию созвездия предметами. Как мы уже говорили, Лебедь похож на крест, Лира – на слабо очерченный звездный параллелограмм, Цефей – на домик с острой крышей, как его рисуют дети, и т. д. Такие необычные ассоциации и аналогии хорошо запоминаются.

Обратимся сначала к зимнему небу. В классических, общепринятых названиях зимних созвездий немало «воинственного». Одно из красивейших созвездий – Орион, которое напоминает нам бант или огромный сноп, перевязанный посредине, на старинных звездных картах рисовали в виде человека со щитом, замахивающегося дубиной на Тельца. На поясе у Ориона висит Меч. Название одной из звезд – Беллатрикс (γ Ориона) – означает «воительница». Немного выше и левее Ориона – созвездие Близнецов. Диоскуры – Кастор и Поллукс (α и β Близнецов) – были братьями Прекрасной Елены, из-за которой разгорелась Троянская война, причем Поллукс (у греков Полидевк) слыл искуснейшим кулачным бойцом. Справа от Ориона – созвездие Персея. Мифы о воинственных подвигах храброго Персея широко известны.

Нашлись любители, которые попытались объединить зимние созвездия в едином сюжете – Арсенал старинного оружия. Вот что получилось. Если пояс Ориона мысленно соединить с ярчайшей звездой всего неба Сириусом (α Большого Пса), то вырисовывается нечто похожее на рукоятку гигантской звездной секиры. По гипотезе западногерманского археолога Э. Церена, у многих древних народов культ двойной секиры был связан с очертаниями созвездия Ориона. Критяне называли такую секиру лабрис. На зимнем звездном небе можно отыскать несколько лабрисов.

Вытянутый прямоугольник Близнецов и звезда Процион (α Малого Пса) тоже образуют лабрис. Третью двойную секиру можно увидеть в очертаниях похожего на раскрытую книгу созвездия Зайца вместе со звездой Факт (α Голубя).

В очертаниях других ярких зимних звезд также можно увидеть предметы старинного оружия. Например, четыре наиболее яркие звезды Возничего похожи на наконечник гигантского Копья, «древко» которого можно соединить со звездами Большого Ковша. Такое соединение вполне оправдано: предполагают, что Возничий получил свое название именно из-за близости к Большому Ковшу, который в древности назывался Колесницей. Почти параллельно Копью расположится Звездная Стрела (не путайте с созвездием Стрелы). Наконечником этой Звездной Стрелы будет рассеянное звездное скопление Гиады в Тельце, а ее оперением – звезда Нат (β Тельца), нижняя в Пятиугольнике Возничего, к Возничему, однако, не относящаяся. Рассеянное звездное скопление в Тельце – Плеяды и малоприметное созвездие Треугольника – можно представить как Пули и Пороховой Рог. Несколько наиболее ярких звезд Овна – Дуэльный Пистолет. А из звезд Персея получится Шлем с Султаном – может быть, тот самый шлем Аида, который сделал Персея невидимым и помог ему победить Медузу Горгону.

Кое-где мы объединили в одну фигуру звезды из разных созвездий. И это вполне допустимо. Ведь иногда и астрономы пользуются таким приемом: вспомните осенне-летний, весенний и зимний треугольники, Квадрат Пегаса или Пятиугольник Возничего.

А теперь обратимся к летним созвездиям.

Внутри осенне-летнего треугольника слабо видны созвездия Лисички (Сапог Ковбоя) и Стрела, действительно напоминающая маленькую стрелу с оперением. Левее и выше Альтаира (α Орла) – созвездие Дельфина – звездный ромб с хвостиком, а правее и ниже – Щит. Созвездие Геркулеса любители зрительных образов называют иногда Футболистом, играющим в мяч. Мячом служит α Змееносца – звезда Рас Альхаг (наиболее яркие звезды Змееносца сложены в виде вытянутого пятиугольника). Западнее Краеугольного Камня Геркулеса – созвездие Северной Короны, напоминающее подкову.

Попробуйте вместо всех этих созвездий увидеть в летнем небе Чайный Сервиз.

Высоко в южной части небосвода – Заварочный Чайник, его фигуру образуют звезды ζ, τ, σ, φ, λ, δ, γ, ε Стрельца. При этом Млечный Путь – словно пар, идущий из носика чайника. Из звезд ξ, o, π, ρ Стрельца американский астроном Д. Лови предложил «сделать» Чайную Ложку, из звезд Змееносца и Змеи – Кофейник, а из созвездия Южной Короны – Ломтик Лимона.

Этот набор можно продолжить. И мы увидим, что из созвездия Северной Короны получается неплохая Чашка (не путайте с малоприметным весенним созвездием Чаши). Из Краеугольного Камня Геркулеса – Кусок Сахара к чаю. Небольшие созвездия Дельфин и Стрела – Ложки для Ягод. А сама Ягода – звезда Альтаир – словно лежит в Вазе, образованной звездами созвездия Орла. Ну, и, наконец, созвездие Скорпиона представляется как еще один предмет сервировки чайного стола – Ладья.

Игру можно продолжать бесконечно. Всматриваясь в звездные узоры, мы стараемся увидеть в них очертания какого-то знакомого предмета по заданной теме. Получается набор предметов или целый сюжет. Это необычно, а все необычное хорошо запоминается.

Можно усложнить игру, если начать подстраиваться под какой-то, например, исторический сюжет. Поясним на примере весеннего неба, в котором многое напоминает о Древнем Египте. Созвездие Волосы Вероники было названо в честь жены египетского фараона Птолемея III Эвергета. С историей Египта связано и созвездие Льва. Свыше четырех тысяч лет назад разлив Нила начинался как раз в то время, когда Солнце вступало в это созвездие. Потому-то именно в Древнем Египте зародилась существующая и поныне традиция украшать фонтаны, затворы шлюзов, направлявших воду в каналы, фигурами львов или делать их в виде раскрытой львиной пасти. Кстати, в этой области неба находятся все представители звездного «семейства кошачьих»: Лев, Малый Лев, Рысь и упраздненное ныне созвездие Кошки. Кошка, как известно, была одним из священных животных в Египте. Пятнистая шкура леопарда, которую носили древнеегипетские жрецы, как предполагают историки, олицетворяла звездное небо. На северной стене погребальной камеры гробницы Тутанхамона есть изображение жреца в шкуре леопарда. В руках жрец держит железный предмет. Это стилизованное изображение бычьей ноги. Египтяне Большой Ковш, который находится надо Львом, называли Бычьей Ногой. А сам Лев вместе с Девой ассоциируется со сфинксом…

Фантазируя далее, в малоприметном созвездии Рака можно при желании увидеть знаменитый Трон Тутанхамона. Непременные атрибуты царской власти – Корону, Плеть и Скипетр – в очертаниях созвездий Ворона, Волос Вероники и наиболее ярких звезд Гидры. Созвездие Чаши само по себе напоминает алебастровую чашу в виде распустившегося лотоса, найденную в гробнице.

На этих примерах мы показали, какими разными могут быть способы изучения звездного неба. При этом каждый из вас, руководствуясь своими увлечениями, может придумать что-то свое. Например, американский популяризатор астрономии Г. Нелли, учитывая интересы своих слушателей в Нью-Йоркском планетарии, представлял им осеннее небо как… площадку для игры в бейсбол. Звезды и группы звезд Квадрата Пегаса, Андромеды, Южной Рыбы, Водолея, Кита, Рыб и др. были у него Игроками, Судьями, Битами… А как вам видится эта часть неба? Ее иногда именуют «мокрой областью», потому что названия многих созвездий здесь так или иначе связаны с водой. Мы уверены, что «звездная игра» доставит вам немало приятных часов и одновременно поможет изучить звездное небо.

«Давным-давно, в далекой-далекой галактике…» – этими словами обычно начинаются знаменитейшие «Звездные войны». А представляете ли вы, как велико количество таких «далеких-далеких» галактик? Например, галактик, которые мы видим как точку ярче 12^m, известно около 250. Галактик, блеск которых еще слабее – до 15^m, – около 50 000. Число тех, которые могут быть сфотографированы лишь очень мощным, например 6-метровым телескопом на пределе его возможностей, – многие миллиарды. С помощью космического телескопа их можно увидеть еще больше. Все вместе эти звездные острова и есть Вселенная – мир галактик.

Люди, живущие на Земле, поняли это далеко не сразу. Сначала им предстояло открыть собственную планету – Землю. Потом – Солнечную систему. Затем – собственный звездный остров, нашу Галактику. Мы называем ее Млечный Путь.

Еще через какое-то время астрономы обнаружили, что у нашей Галактики есть соседи, что туманность Андромеды, Большое Магелланово Облако, Малое Магелланово Облако и многие другие туманные пятнышки – это уже не наша Галактика, а другие, самостоятельные звездные острова.

Так человек заглянул за пределы своей Галактики. Постепенно выяснилось, что мир галактик не только поразительно велик, но и разнообразен. Галактики резко различаются размерами, внешним видом и числом входящих в них звезд, светимостью.

Основоположником внегалактической астрономии, которая занимается этими вопросами, по праву считают американского астронома Эдвина Хаббла (1889–1953). Он доказал, что многие «туманности» на самом деле – другие галактики, состоящие из множества звезд. Изучил более тысячи галактик, определил расстояние до некоторых из них. Среди галактик выделил три основных типа: спиральные, эллиптические и неправильные.

Теперь мы знаем, что спиральные галактики встречаются чаще других. Более половины галактик – спиральные. К их числу относятся и наш Млечный Путь, и галактика в Андромеде (М31), и галактика в Треугольнике (М33).

Спиральные галактики очень красивы. В центре – яркое ядро (большое тесное скопление звезд). Из ядра выходят спиральные, закручивающиеся вокруг него ветви. Они состоят из молодых звезд и облаков нейтрального газа, в основном водорода. Все ветви – а их может быть одна, две или несколько – лежат в плоскости, совпадающей с плоскостью вращения галактики. Поэтому галактика имеет вид сплющенного диска.

Астрономы долгое время не могли понять, почему галактические спирали, или, как их еще называют, рукава, так долго не разрушаются. По этому вопросу было много разных гипотез. Сейчас большинство исследователей галактик склоняются к мнению, что галактические спирали представляют собой волны повышенной плотности вещества. Они подобны волнам на поверхности воды. А те, как известно, при своем движении не переносят вещество.

Чтобы появились волны на спокойной поверхности воды, достаточно бросить в воду хотя бы небольшой камень. Возникновение спиральных рукавов, вероятно, тоже связано с каким-то толчком. Это могли быть перемещения в самой массе звезд, населяющих данную галактику. Не исключена связь с так называемым дифференциальным вращением и «всплесками» при звездообразовании.

Астрофизики довольно уверенно говорили о том, что именно в рукавах спиральных галактик сосредоточена основная масса недавно родившихся звезд. Но тут стали появляться сведения о том, что рождение звезд, возможно, происходит и в центральных областях галактик. Это прозвучало как сенсация. Одно из таких открытий сделано относительно недавно, когда с помощью космического телескопа имени Хаббла сфотографировали галактику NGC 4314.

Звезды бывают самые разные. Одну из них знает буквально каждый из живущих на Земле. Это Солнце, которое дарит нам свет, тепло, жизнь.

В очень далекие времена люди даже не могли себе представить, что звезды – многочисленные яркие, сверкающие точки, украшающие ночное небо, – в действительности такие же огромные горячие светила, как Солнце.

Впрочем, ведь Солнышко тоже не кажется нам очень большим. И огромный самолет, летящий высоко в небе, представляется совсем крошечным. Это потому, что нас разделяют большие расстояния: до самолета – 15–20 километров, а до Солнца – примерно 150 миллионов километров. Чтобы долететь до Солнца со скоростью самолета, потребуются годы, ракета могла бы преодолеть это расстояние за месяцы. А луч света – быстрее его нет ничего в природе – летит от Солнца до Земли всего 8 минут 20 секунд. С такого расстояния Солнце кажется нам величиной с большую тарелку.

В действительности же наше светило – огромный шар, внутри которого могли бы поместиться 1 миллион 300 тысяч таких «шариков», как Земля. Радиус Солнца примерно в 109 раз больше радиуса нашей планеты. По массе оно превосходит Землю в 330 тысяч раз.

Солнце – это раскаленный газовый шар, его температура близ поверхности около 6 тысяч градусов, а внутри – почти 15 миллионов. Далекое Солнышко нам кажется ласковым и спокойным. Но на самом-то деле там часто бушуют бури, постоянно возникают солнечные пятна, вспышки, протуберанцы, способные влиять и на околоземное космическое пространство, и на земную атмосферу, и на обитателей нашей планеты.

При всем при этом Солнце считается нормальной, спокойной звездой. Размеры Солнца и температура его поверхности в течение нескольких миллиардов лет, к счастью для нас, не меняются. А ведь среди звезд немало совсем других, в том числе гораздо более «беспокойных».

Прежде всего попытайтесь представить себе, как же далеко от нас, по сравнению с Солнцем, находятся другие звезды, если они такие же огромные, а мы их видим как крошечные точки. До Солнца по сравнению с ними рукой подать. Даже лучи света мчатся от звезд к нам не секунды, не минуты, как от Луны или Солнца, а годы, десятки, сотни, тысячи лет… Вдумайтесь в прекрасные строки стихотворения Афанасия Афанасьевича Фета:

Сегодня уже никого не удивляет, что Плутон более не называют планетой. Он причислен к так называемым карликовым планетам – как нечто более близкое к астероидам. Но что такое вовсе «планета», и чем Плутон не похож на нее?

Греческое слово «планета» означает «блуждающая». Наши далекие предки могли назвать планетой любое небесное тело, которое, в отличие от «неподвижных звезд», совершало видимое движение по небосводу. Это относилось даже к Солнцу, не говоря о Луне, а также Венере, Меркурии, Марсе, Юпитере и Сатурне. С развитием науки Солнце и Луна покинули планетный круг, а к «блуждающим» добавились еще три небесных тела – Уран, Нептун и Плутон. И вот в 2006 году последнего изгнали из этого круга. Дело в том, что именно тогда Международный астрономический союз принял новое определение термина «планета». Согласно ему, планета – это небесное тело, обращающееся вокруг Солнца и не являющееся спутником одной из планет, имеющее шарообразную форму и своей гравитацией способное «расчищать» окрестности от других, более мелких небесных тел. Плутон не удовлетворяет третьему условию. Он находится в поясе Койпера – скоплении остатков от формирования Солнечной системы.

Однако были и остаются защитники Плутона. Например, астроном Уилл Гранди из обсерватории им. Лоуэлла (США) считает, что исключение Плутона из разряда планет несправедливо. Его аргументы состоят в том, что, во-первых, телу необязательно обращаться только вокруг Солнца, чтобы быть планетой. Ведь считаем же мы планетами экзопланеты, которые обнаруживаем вокруг других звезд. И как тогда быть с планетами-одиночками, которые вокруг звезд вообще не вращаются, а летят свободно в космическом пространстве? Во-вторых, полагает астроном, аргумент, который стоил Плутону места в ряду планет Солнечной системы, не вполне корректен. Разве вокруг Земли, а тем более Марса, Юпитера или Нептуна не находится до сих пор множество астероидов, в том числе довольно крупных?

Чтобы точнее сформулировать понятие «планета», этим термином Гарди предлагает именовать любое шарообразное небесное тело, не являющееся звездой. Тогда около 110 тел Солнечной системы, в том числе Луну, можно будет назвать планетами. По мнению Гарди, физические отличия между планетами и звездами – единственный и главный критерий классификации.

Дискуссия вокруг Плутона очень выгодна всем, кто интересуется звездным небом и космосом: ведь вслед за ней возникает закономерный вопрос, что такое планета.

Мы живем сейчас в очень стройной, красивой и гармоничной Солнечной системе. Напомним, что Солнце – одна из тысячи миллиардов звезд нашей Галактики, которая называется Млечный Путь. Миллиарды лет планеты движутся вокруг Солнца в одном и том же направлении, строго соблюдая правила небесного движения. В этом же направлении вращаются вокруг своих осей почти все планеты и спутники вокруг планет. Замечательный порядок! Временами, правда, он вроде бы нарушается приближающимися к Солнцу кометами, но эти «косматые звезды», обогнув Солнце, снова уносятся к окраинам Солнечной системы. Так было, так есть и так будет еще очень-очень долго…

А с чего начинался этот небесный хоровод? Как, например, возникли планеты? Дать точный ответ на этот вопрос долгое время никто не мог. Даже сегодня астрономы считают, что им пока не удалось окончательно разобраться в том, как возникла Солнечная система, хотя над этим вопросом размышляли многие ученые, в том числе и жившие задолго до нас.

Одни считали, что планеты стали зарождаться в результате космической катастрофы, когда с Солнцем столкнулась огромная комета или вблизи него пролетела какая-то большущая звезда. Вот тогда-то часть раскаленного солнечного вещества отделилась от нашего светила и из него образовались сгустки, которые постепенно превратились сначала в горячие, а затем в холодные шары, ставшие планетами. Как будто все ясно и понятно, но в науке мало что-нибудь сказать. Надо подтвердить свои доводы математическими расчетами и, конечно, сравнить предложенную гипотезу с тем, что нам уже известно о планетах. Вот тут-то и оказывается, что правдивая на первый взгляд гипотеза на самом деле не так уж хороша.

Долгое время вполне подходящей казалась гипотеза о том, что Солнце и планеты возникли из одного и того же вращающегося раскаленного облака газа. Силы тяготения, с которыми мы и сейчас встречаемся на каждом шагу и которые удерживают планеты на их орбитах, сжимали газовое облако, постепенно оно превратилось в Солнце, а часть вещества, отделившись от облака, создала вокруг него несколько колец. Со временем из этих колец образовались планеты.

Еще по одной гипотезе планеты, скорее всего, вообще никогда не были раскаленными шарами. Похоже, что они возникли из окружающей Солнце туманности, состоящей из газа и пыли. Туманность, медленно вращаясь вокруг Солнца, постепенно сплющивалась в газово-пылевой диск, который со временем распался на отдельные части. Некоторые из этих сгущений выросли до размеров планет. Наша Земля, например, образовалась из своего «зародыша» примерно за сто миллионов лет. Падавшие на нее в то время огромные метеориты разогревали недра и оставляли на поверхности многочисленные кратеры. Появившиеся затем воздух и вода стерли с поверхности Земли большинство кратеров, а на поверхности других небесных тел, где эти жизненно необходимые компоненты так и не возникли, например на Меркурии или Марсе, они остались неприкосновенными.

Подсчитано, что масса всех планет Солнечной системы составляет лишь 0,1 % массы Солнца.

Итак, Плутон, еще недавно считавшийся самой удаленной от Солнца и самой маленькой по размеру планетой Солнечной системы, был лишен своего статуса. Теперь Плутон – не девятая планета Солнечной системы, а одна из самых крупных карликовых планет.

С 2008 года астрономы стали называть карликовые планеты, среднее расстояние которых от Солнца больше, чем у Нептуна, плутоидами. Нептун – восьмая, самая дальняя планета Солнечной системы. Это одна из четырех планет-гигантов, у нее открыто 13 спутников. Среднее расстояние Нептуна от Солнца – почти 30 астрономических единиц (а.е.). Для сравнения: Плутон обращается вокруг Солнца на среднем расстоянии около 40 а.е., делая один оборот почти за 250 лет. (Напомним, что астрономической единицей называется среднее расстояние от Земли до Солнца, составляющее 149,6 млн м.) Среди карликовых планет есть такие, которые по размеру и массе не уступают Плутону и даже превосходят его. Познакомимся с наиболее крупными объектами, которые могут быть отнесены к этому классу.

Эрида. Впервые один из самых крупных объектов за пределами орбиты Нептуна удалось сфотографировать 21 октября 2003 года в Паломарской обсерватории. Но случилось так, что на снимках его обнаружили только 5 января 2005 года. Первооткрывателями стала группа астрономов NASA во главе с профессором Калифорнийского технологического института Майклом Брауном. Эрида получила название в честь древнегреческой богини раздора. По своим размерам она оказалась несколько больше Плутона. Эта самая большая из известных карликовых планет движется вокруг Солнца по сильно вытянутой орбите. В перигелии, когда планета находится ближе всего к Солнцу, расстояние между ними составляет примерно 38 а.е., а в афелии, то есть при наибольшем удалении от Солнца, – более 97 а.е. Поверхность Эриды, вероятно, покрыта метановым снегом. У нее обнаружен спутник, получивший имя Дисномия в честь дочери Эриды. Размер Дисномии – 150 км, период обращения вокруг Эриды – 16 земных суток.

Макемаке. Плутоид, открытый 31 марта 2005 года также при участии группы Майкла Брауна, назван в честь одного из божеств острова Пасхи. По размерам этот плутоид меньше Плутона (1300–1900 км). Макемаке находится в поясе Койпера на расстоянии от Солнца 42–48 а.е., чуть дальше Плутона. С помощью космической обсерватории «Спитцер» удалось получить некоторую информацию о его поверхности: она красноватого цвета и покрыта льдом из метана.

Квавар. Открытие его также принадлежит группе астрономов во главе с Майклом Брауном. Произошло это 4 июня 2002 года в Паломарской обсерватории. Имя объекта связано с местом, где находится обсерватория, – Южной Калифорнией. В мифологии одного из здешних коренных народов кваваром зовется великая созидающая сила. Квавар по размерам сходен с Хароном. Он движется вокруг Солнца по почти круговой орбите и совершает один оборот за 286 лет, приближаясь к нашему светилу в перигелии на расстояние 42 а.е. и удаляясь от него в афелии примерно на 45 а.е.

Как и многие другие объекты пояса Койпера, Квавар состоит из каменных пород и водяного льда. В феврале 2007 года у него обнаружили спутник размером около 100 км.

Плутоид Хаумеа по размерам немного уступает Эриде и Плутону. Сутки на этом быстровращающемся объекте продолжаются всего около 4 часов, а год длится 285 лет. По форме Хаумеа напоминает мяч для регби. Расстояние от Солнца в перигелии – примерно 35 а.е., в афелии – 43 а.е. Поверхность плутоида покрыта в основном водяным льдом. Имя Хаумеа ему присвоено в честь гавайской богини плодородия и деторождения. У него два спутника: Хинака размером 350 км и вдвое меньший Намака. Они названы именами дочерей богини Хаумеа.

Плутоид Седна, открытый 14 ноября 2003 года тоже при непосредственном участии группы Майкла Брауна, интересен не столько своим размером (примерно 1500 км), сколько очень сильно вытянутой орбитой: в перигелии он приближается к Солнцу на 76 а.е., а в афелии удаляется от него примерно на 940 а.е. Скорее всего, Седну можно считать самым далеким из известных нам объектов пояса Койпера. Оборот вокруг Солнца она совершает более чем за 10 500 лет. Седна – имя эскимосской богини, повелительницы морских животных.

Как и все небесные тела Солнечной системы, карликовые планеты движутся вокруг Солнца по эллиптическим орбитам.

О том, что в нашей Солнечной системе существуют планеты-крошки, лет двести назад не знали даже астрономы. Когда появилась возможность подробно изучать звездное небо с помощью телескопов, оказалось, что малых планет, получивших название «астероиды», – сотни тысяч. Расположены они в основном в Главном поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера.

Астероидами (в переводе с греческого «подобный звезде») начиная с середины XIX века стали называть малые планеты, которые при наблюдении в телескоп выглядят, как слабые звезды, светящимися точками. Это сильно отличает их от планет, предстающих при ближайшем рассмотрении в виде дисков.

Астрономы изучили, описали и занесли в каталоги несколько тысяч астероидов. Они, как и планеты, движутся вокруг Солнца каждый по своей орбите. В Главном поясе астероидов встречаются самые разные экземпляры. Есть астероиды большие и маленькие, есть двойные и даже тройные (с одним и двумя спутниками). Шарообразная форма, характерная для планет и звезд, у астероидов скорее исключение, чем правило. Самый большой из известных астероидов – Церера, открытый еще в начале ХIХ века, похож на шар диаметром около 900 километров, большинство остальных – во много раз меньше.

В середине прошлого века астрономы открыли еще один пояс астероидов, названный поясом Койпера, который находится на окраине Солнечной системы за орбитой Нептуна. Там обнаружены астероиды, сравнимые по размерам с Плутоном, а сам Плутон, который в 2006 году астрономы решили не считать обычной планетой, теперь (с июня 2008 года) возглавляет семейство карликовых планет, получивших название «плутоиды».

В наземные телескопы разглядеть что-либо на поверхности астероидов, разумеется, невозможно. Только в конце XX века астрономы сумели увидеть астероиды с близкого расстояния. Им помогли в этом космические аппараты.

В октябре 1991 года летевшая к Юпитеру американская автоматическая межпланетная станция (для краткости – АМС) под названием «Галилео» пересекла Главный пояс астероидов и сфотографировала астероид Гаспра с поразительно малого по космическим масштабам расстояния – 10 000 километров. Этот довольно обычный астероид, названный по имени маленького городка на Южном берегу Крыма, сразу стал знаменитым. Его фотографии появились на страницах журналов, книг и учебников по астрономии. На снимках астероид выглядит как большущая картофелина (19×12×11 км) с многочисленными «ямками» (кратерами) диаметром 1–2 километра.

Космические съемки астероидов – дело очень сложное. Ведь, например, астероиды Главного пояса находятся от нас на очень больших расстояниях. Так, среднее расстояние Гаспры от Солнца более 330 миллионов километров. Сравните его со средним расстоянием Земли от Солнца – примерно 150 миллионов километров (или одна астрономическая единица – 1 а.е.). Поскольку Гаспра находится от Солнца дальше, чем Земля, время обращения этого астероида вокруг Солнца («гасприянский» год) более чем в три раза больше земного. Даже при сближении Гаспры с Землей эти небесные тела разделяют не десятки тысяч, а миллионы километров. Вот почему ученые так гордятся снимком Гаспры, полученным с расстояния всего 10 000 километров. Теперь известно, что Гаспра вращается вокруг своей оси гораздо быстрее, чем Земля, и сутки на ней длятся не 24 часа, как у нас, а примерно 7 часов. Нелегко представить себе, как будут выглядеть привычные нам астрономические явления с поверхности астероида, который так быстро вращается вокруг своей оси. Но Гаспра отнюдь не рекордсмен по скорости вращения.

Интересна история обнаружения астероида 2008 HJ. Его открыл в апреле 2008 года астроном-любитель Ричард Майлз из г. Дорсет (Великобритания). Открытие он сделал, не выходя из дома, благодаря тому что имел удаленный доступ через интернет к австралийскому, полностью автоматизированному телескопу Фолкеса. Ан- глийский образовательный проект, в рамках которого Р. Майлз наблюдал звездное небо, бесплатно предоставляет школьникам, студентам и любителям астрономии из Великобритании возможность работать на двух крупных телескопах, находящихся в Австралии и на Гавайях.

Из наблюдений периодических изменений блеска астероида, связанных с его вращением, английский любитель установил, что 2008 HJ делает один оборот вокруг своей оси менее чем за минуту (по его данным, за 42,7 секунды, что очень близко к уточненным – 42,67 секунды). До того как была определена скорость вращения астероида 2008 HJ, рекордсменом считался астероид 2000 DO8 с периодом вращения 78 секунд. Не исключено, что будут открыты и другие рекордсмены такого рода. Кандидат в их число – объект 2008 КХ2 размером около 50 метров (астероид 2008 HJ несколько меньше, его размеры – 12×24 метра), к наблюдению которого привлечено внимание профессиональных астрономов и астрономов-любителей.

За съемкой Гаспры последовало фотографирование других астероидов, уже проведен ряд совершенно фантастических экспериментов, как, например, посадка космического аппарата на поверхность астероида Эрос (февраль 2001 года) или взятие пробы грунта с астероида Итокава (сентябрь 2005 года) при подлете к нему АМС «Хаябуса». Среди многочисленных «подвигов» АМС «Галилео» – открытие в 1993 году спутника астероида Ида. Двойной астероид Ида достигает в длину почти 60 километров, а его спутник, названный Дактиль, – всего 1,5 километра.

Еще более необычен, чем Ида и другие двойные астероиды, астероид Сильвия, оказавшийся, как выяснилось впоследствии, первым тройным астероидом. Сильвию открыли в 1866 году. Он находится от Солнца на среднем расстоянии 3,5 а.е. Астероид делает оборот вокруг Солнца примерно за 6,5 лет, а оборот вокруг своей оси – за 5 часов 11 минут – такова продолжительность «сильвианских» суток. Это довольно крупный астероид (388×264×232 км), названный в честь героини римской мифологии Реи Сильвии, матери основателей Рима – Ромула и Рема. Два спутника (первый был открыт в 2001 году, второй – в 2004-м) получили имена сыновей Сильвии. (Размер Ромула – 18 километров, расстояние от Сильвии – 1360 километров, период обращения вокруг Сильвии – 87,6 часа; размер Рема – 7 километров, расстояние от Сильвии – 710 километров, период обращения – 33 часа.)

Таким образом, спутники бывают не только у планет (у Юпитера их 63, у Сатурна – 60, у Урана – 27, у Нептуна – 13, у Марса – 2, у Земли – 1), но и у некоторых астероидов. Возможно, что спутники астероидов – это осколки, образовавшиеся при их столкновении. Такие «аварии» в поясе астероидов нередки, поскольку их там очень много и соблюдать «правила движения» в плотном потоке довольно трудно.

Особый интерес представляют астероиды, ко- торые время от времени приближаются к Земле на опасное расстояние или даже могут столкнуться с ней. С этой точки зрения ученые считают опасными астероиды размером более 100–200 метров, способные приблизиться к Земле менее чем на 7,5 миллиона километров. Таких астероидов может быть несколько тысяч. К глобальной катастрофе способно привести столкновение Земли с астероидами, размеры которых не менее 1 километра. Астероиды размером в сотни метров могут представлять угрозу для целых стран, экземпляры поменьше (несколько десятков метров) не сулят ничего хорошего городам, на которые могли бы упасть.

Сближение астероидов с Землей в последние годы происходило неоднократно. Так, 29 сентября 2004 года астероид Тоутатис, названный по имени одного из богов кельтской мифологии, пролетел на расстоянии около 1,5 миллиона километров от нашей планеты. И хотя Тоутатис сближается с Землей один раз в четыре года, так близко, как в 2004 году, он снова подлетит к нам только в 2562-м. Форма этого астероида весьма необычна: он похож на огромный арахис (4,7×2,4×1,9 км), состоящий из двух глыб, на которых есть кратеры размером от 100 до 600 метров и хребты.

Каждый год под Рождество во многих планетариях мира с неизменным успехом идут программы на библейский сюжет – о Вифлеемской звезде. Той самой, что, согласно евангелисту Матфею, возвестила рождение младенца Иисуса Христа и привела к нему мудрецов с востока… И вот астрономы, «обращая вспять время», пытаются найти ответ: что же было на самом деле? Может быть, в основе легенды о Вифлеемской звезде лежит какое-то реальное астрономическое явление?

Таинственная звезда упоминается только в одном из четырех канонических Евангелий: «…Когда же Иисус родился в Вифлееме Иудейском во дни царя Ирода, пришли в Иерусалим волхвы с востока и говорят: „Где родившийся Царь Иудейский? Ибо мы видели звезду Его на востоке и пришли поклониться Ему“. Услышав это, Ирод-царь встревожился, и весь Иерусалим с ним. И, собрав всех первосвященников и книжников народных, спрашивал у них: где должно родиться Христу? Они же сказали ему: в Вифлееме Иудейском, ибо так написано чрез пророка: „И ты, Вифлеем, земля Иудина, ничем не меньше воеводств Иудиных; ибо из тебя произойдет Вождь, Который упасет народ Мой Израиля“. Тогда Ирод, тайно призвав волхвов, выведал от них время появления звезды. И, послав их в Вифлеем, сказал: пойдите, тщательно разведайте о Младенце и, когда найдете, известите меня, чтобы и мне пойти поклониться Ему. Они, выслушавши царя, пошли. И се, звезда, которую видели они на востоке, шла перед ними, как наконец пришла и остановилась над местом, где был Младенец. Увидевши же звезду, они возрадовались радостью весьма великою. И вошедши в дом, увидели Младенца с Мариею, Матерью Его, и падши поклонились Ему; и, открывши сокровища свои, принесли Ему дары: золото, ладан и смирну» (Евангелие от Матфея, 2, 1–11).

Вообразите на минуту, что представителям какой-то внеземной цивилизации показали часы, совсем неведомые им ранее, и предложили разгадать, почему движутся стрелки. Допустим, что среди этих инопланетян были маленькие дети, студенты, инженеры и ученые. Дети, вероятно, предположили бы, что внутри часов кто-то сидит и передвигает стрелки, студенты придумали бы что-нибудь похитрее, а инженеры и ученые стали бы размышлять над тем, какой механизм спрятан в футляре часов, и, порядком повозившись, наверное, докопались бы до истины. Так и людям, живущим на Земле, нелегко было понять, почему «блуждающие светила» (планеты), передвигаясь по небу, описывают на фоне созвездий какие-то замысловатые петли. Человечество, прежде чем разгадать эту загадку, прошло большой и трудный путь познания – от первых наивных представлений о строении мира до воздвигнутого гением титанов величественного здания небесной механики.

Уже древние греки пытались не просто наблюдать явления на небе, но и создать некоторую общую систему представлений о мире и из этой системы вывести наблюдаемые явления.

Так, в IV веке до нашей эры «божественный философ» Платон завещал своим ученикам «отыскать те совершенные круговые движения, комбинация которых порождает наблюдаемые загадочные блуждания планет». Впервые это попытался сделать Эвдокс из Книда, а затем его ученик Калипп. В «системе мира», составленной Эвдоксом, неподвижная Земля находилась в центре, и ее окружало 27 сфер. Аристотель довел число сфер до 56 – у каждой планеты несколько сфер. Свое завершение геоцентрическая система получила в «Альмагесте» («Великом построении») Клавдия Птолемея (II век). Воспользовавшись уже введенным до него понятием эпициклов (такое название получили круги, по которым перемещались планеты, причем центры этих кругов двигались вокруг Земли по другим кругам, деферентам), Птолемей создал весьма сложную геометрическую теорию движения планет. Эта теория, несмотря на совершенно ошибочную главную идею – центральное положение Земли, – позволяла довольно точно предсказывать местоположение планет на небе! Такое иногда случается при решении математических или физических задач, когда ученику удается получить правильный (заранее известный!) ответ, хотя все решение задачи совсем неверное…

Открытием законов Кеплера, конечно, не за- вершилась многовековая история поиска гармонии мира. Узнав, как движутся планеты, люди, естественно, захотели узнать, почему планеты движутся именно так, а не иначе. Какая сила удерживает их на орбитах, не позволяя им, отдавшись власти инерции, умчаться в бесконечность? Первые два закона Кеплера указали на то, что в любой точке орбиты сила, действующая на планету, точно направлена к Солнцу. Третий закон Кеплера показал, как должна зависеть сила, действующая на планету, от расстояния до Солнца: она обратно пропорциональна квадрату этого расстояния.

Исааку Ньютону (1643–1727), который в 26 лет уже был профессором Кембриджского университета, а еще через три года – членом Лондонского королевского общества, удалось подметить, что сила, с которой Солнце притягивает планету, есть частный случай силы, действующей между любыми телами во Вселенной. Например, сила, сообщающая телам вблизи поверхности Земли ускорение свободного падения g = 981 см/сек², изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния от центра Земли. Зная это, легко подсчитать, что тело, удаленное на расстояние, равное расстоянию от Земли до Луны (а это расстояние равно примерно 60 земным радиусам), будет испытывать ускорение:

g’ = g/60² = 0,27 см/сек².

А теперь пренебрежем эллиптичностью лунной орбиты и найдем центростремительное ускорение, которым, как мы знаем из курса физики средней школы, обладает любое движущееся по окружности тело. Это ускорение (w) можно вычислить по формуле:

где Р – период обращения Луны вокруг Земли (27,3 суток), а r – расстояние между центрами Земли и Луны (r = 60 × 6378 км). Тогда:

То, что g’ = w, как раз и означает, что ускорение свободного падения и центростремительное ускорение Луны порождены одной и той же силой. Это и есть сила тяготения.

Отступая от традиций популяризации, мы не станем рассказывать здесь историю об упавшем с дерева яблоке и об озарении, постигшем Ньютона в связи с этим падением. Скажем лишь, не боясь повториться, что открытый Ньютоном закон всемирного тяготения – одно из самых замечательных достижений человеческого разума. Согласно закону всемирного тяготения сила, действующая между двумя любыми материальными точками (так принято называть тела, размерами которых можно пренебречь по сравнению с расстоянием между ними), пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

где m₁ и m₂ – массы материальных точек, r – расстояние между ними, G – постоянная тяготения (или гравитационная постоянная).

Сила тяготения – одна из самых могущественных сил, действующих во Вселенной. На Земле мы просто привыкли к ней и не замечаем, как не замечаем воздуха, которым дышим. Именно эта сила притягивает к центру Земли все находящиеся на ней тела, она же определяет «верх» и «низ» в привычном нам мире, она же когда-то «округлила» Землю, это с ней «борются» прыгуны и штангисты, ей человек противопоставляет силу тяги могучих двигателей космических ракет. Оговоримся, что во всех приведенных примерах эта сила велика, так как одним из взаимодействующих тел здесь выступает наша достаточно массивная планета. Но если мы рассмотрим взаимодействие двух каких-нибудь тел, находящихся на Земле, хотя бы, например, двух предметов, лежащих на столе, то мы просто не заметим проявлений силы тяготения. Почему? Да потому, что сила тяготения между двумя лежащими на столе книгами очень мала по сравнению с силой трения между книгой и столом.

Только во Вселенной в полной мере проявляется действие всемирного тяготения. Тяготение удерживает планеты на орбитах вокруг Солнца, естественные и искусственные спутники – на орбитах вокруг планет. Тяготение, противодействуя силе газового давления, обеспечивает устойчивое равновесие внутри Солнца и других похожих на него звездных шаров. Миллиарды лет назад, подчиняясь силам тяготения, из роя небольших твердых частиц сформировались планеты Солнечной системы. Солнце, звезды, галактики – в их рождении тяготение играло первостепенную роль! По меткому выражению современного американского ученого К. Торна, необузданное гравитационное сжатие (коллапс) может играть во Вселенной роль и повивальной бабки, и могильщика.

В тех случаях, когда ничто не препятствует силе тяготения, она становится источником энергии во много раз более эффективным, чем термоядерные превращения. Под ее действием рождаются и приходят к гибели массивные и сверхмассивные звезды, образуются такие экзотические разновидности космических объектов, как белые карлики, нейтронные звезды, черные дыры, которыми живо интересуются и специалисты, и любители астрономии.

Закон всемирного тяготения опубликован Ньютоном в его знаменитой книге «Математические начала натуральной философии» (1687). Дальнейшее изучение законов небесной механики дало бесчисленное множество подтверждений справедливости этого закона. Выяснилось, что силы тяготения обладают свойствами, отличающими их от электрических, магнитных, ядерных сил. Тяготение не знает преград в буквальном смысле этого слова, оно действует между любыми телами независимо от того, как далеко друг от друга они находятся, независимо от их химического состава, агрегатного состояния. Сила тяготения одинаково действует на различные тела, сообщая им одинаковые ускорения. И хотя природа тяготения до сих пор остается не вполне разгаданной, знание закона всемирного тяготения позволяет разобраться в очень широком круге вопросов мироздания.

Глядя на небо, невозможно определить, какая из звезд дальше, а какая ближе к нам. Кажется, что они все на одинаковом расстоянии, и трудно представить, что, например, крайняя звезда в ручке «ковша» Большой Медведицы вдвое дальше от нас, чем средняя звезда, та, что «рядом» с ней. И уж совсем никому на протяжении тысячелетий не приходило в голову, что едва заметное светлое пятнышко в созвездии Андромеды – это гигантская звездная система, которая (как теперь знают даже школьники) превосходит по размерам нашу Галактику. И что это одна из ближайших к нам галактик, а свет от нее до нас идет почти 2 миллиона 300 тысяч лет…

Лишь в XX веке человек осознал, что наше прекрасное небо с созвездиями – словно легкий занавес, образованный тысячами звезд, а за ним находятся тысячи миллиардов звезд нашей Галактики и великое множество других галактик. Можно было бы, конечно, сравнить видимую картину звездного неба с вершиной айсберга, основная часть которого погружена в воду. Но это было бы слишком слабое сравнение, потому что за роскошным занавесом созвездий от нашего взора скрыта беспредельная Вселенная. Наблюдения с помощью крупнейших оптических и радиотелескопов позволяют астрономам проникнуть на миллиарды световых лет в глубины Вселенной. Совокупность данных современной внегалактической астрономии дает возможность нарисовать грандиозную астрономическую картину мира, в которой не только наша Солнечная система, но и наша Галактика – лишь небольшой фрагмент.

Прежде всего напомним, что наша Галактика с ее спутниками (Магеллановыми Облаками и несколькими карликовыми галактиками), а так-же галактики в созвездии Андромеды и Треугольника (тоже вместе со своими спутниками – карликовыми галактиками) образуют устойчивую Местную группу галактик. Центр масс Местной группы расположен на линии, соединяющей центры нашей Галактики и галактики в Андромеде (М31) на расстоянии 2/3 от М31.

Радиоастрономы, исследовавшие южное небо, неожиданно открыли в 70-х годах протяженный водородный рукав, в который погружены Магеллановы Облака и ряд карликовых галактик. Этот рукав, получивший название Магелланов поток, тянется от созвездия Пегаса к созвездию Скульптора, проходит через Магеллановы Облака и Южный полюс нашей Галактики. Оказалось, что газ в Магеллановом потоке движется, причем скорость его непрерывно меняется. Газ в потоке разрежен, но общая суммарная масса его велика и, вероятно, в миллиард раз превосходит массу Солнца.

Существование Магелланова потока – свидетельство эволюционных процессов, происходящих в Местной группе галактик. Ученые предполагают, что Магелланов поток содержит газ, некогда потерянный Магеллановыми Облаками, причем не исключено, что часть газа уже израсходована на образование некоторых карликовых галактик Местной группы. Согласно другой гипотезе, Магелланов поток – своего рода кильватерный след, который остается в газовой короне Галактики после прохождения в ней Магеллановых Облаков и их некоторых карликовых собратьев.

Большое Магелланово Облако (оно расположено в созвездии Золотой Рыбы) находится от нас на расстоянии 52 кпк, а Малое Магелланово Облако (созвездие Тукана) – на расстоянии 71 кпк. Большое Магелланово Облако особенно удобно для наблюдения, и не только потому, что оно ближе к нам, оно еще удачно «развернуто» по отношению к земному наблюдателю. В Большом Магеллановом Облаке примерно 100 миллионов звезд ярче Солнца. К числу достопримечательностей этой Галактики относится комплекс газовых туманностей Тарантул (диаметром 600 кпк), одна из ярчайших звезд S Золотой Рыбы (абсолютная звездная величина —10^m), множество звездных скоплений, переменных звезд, десятки новых звезд и остатков сверхновых, а в 1982 году там был открыт первый пульсар…

Особенно интересные данные принесло изучение больших галактик, входящих в Местную группу. По выражению известного американского астронома Харлоу Шепли, галактика в Андромеде со своими спутниками и галактика в Треугольнике все вместе образуют «архипелаг Андромеды». Это своеобразная лаборатория внегалактической астрономии, в которой удается, например, исследовать эллиптические и неправильные галактики (напомним, что наша Галактика, а так- же галактики в Андромеде и Треугольнике относятся к числу спиральных).

Наша Местная группа галактик не одинока: примерно такие же группы галактик находятся на расстоянии в несколько мегапарсек (Мпк) от нее. До соседнего крупного скопления галактик около 20 Мпк.

Галактика Сомбреро – одна из гигантских спиральных галактик, входящих в состав скопления в созвездии Девы. В него входит не менее 200 довольно ярких галактик и, вероятно, 2–3 тысячи галактик малой светимости. Размер скопления в Деве достигает 5 Мпк (считается, что скопления галактик имеют не сферическую форму, а близки к эллипсоиду, то есть сплюснуты). Известны десятки различных скоплений, находящихся от нас на расстояниях от 130 до 5200 Мпк. Каждое из скоплений, кроме галактик и разреженного газа, вероятно, включает довольно большое количество невидимого вещества («скрытая масса»), гравитация которого обеспечивает устойчивость скопления, удерживает галактики в скоплении. Природа «скрытой массы» до сих пор во многом остается загадочной. Это могут быть и невидимые погасшие звезды, и газ, и черные дыры, и нейтрино (масса которых, возможно, отличается от нулевой), и т. д.

Большой интерес у астрономов вызывает богатое скопление галактик в созвездии Волосы Вероники, находящееся от нас на расстоянии около 140 Мпк (довольно близкое скопление).

По размеру оно напоминает скопление в Деве. В каталоги занесено более 1500 галактик, но на самом деле их, наверное, больше (просто слабые галактики не видны на таком расстоянии). Скоплениям в Деве и в Волосах Вероники посвящено так много работ, выполненных астрономами разных стран, что эти скопления во многом стали эталоном при изучении других скоплений галактик.

Сделав следующий шаг по иерархической лестнице структур нашей Вселенной, мы окажемся в мире скоплений скоплений галактик. Подобно тому как существует наша Солнечная система, наша Галактика, наша Местная группа галактик, существует, оказывается, и наше скопление скоплений галактик. Оно даже «видно» на небе! Дело в том, что на небе есть два «млечных пути». Один из них известен всем – это Млечный Путь, видимая «с ребра» часть нашей собственной Галактики. Этот Млечный Путь доступен для наблюдений каждому, и изучение его в телескоп (или хотя бы в хороший бинокль) доставляет большое удовольствие любителям астрономии. Второй – это «млечный путь» галактик (он расположен почти перпендикулярно привычному нам Млечному Пути). Так вот, «млечный путь» галактик – это видимое «с ребра» наше Локальное скопление скоплений галактик, или, как его еще называют, Локальное сверхскопление. Размеры этой системы (около 60 Мпк) превосходят возможности воображения…

Скопление в созвездии Девы, о котором мы уже говорили, – ядро Локального сверхскопления. Определить точное число галактик, больших и карликовых, входящих в эту систему, едва ли возможно. Но достаточно обоснованные оценки существуют и, согласно некоторым из них, Локальное сверхскопление содержит около 20 тысяч галактик. Распределены галактики в нашем сверхскоплении неравномерно. В этом убеждает, в частности, факт существования Местной группы галактик и других аналогичных групп. Пространственной фигурой, дающей приближенное представление о форме Локального сверхскопления, считается эллипсоид (отношение осей 1:10).

Еще в начале XX века нам казалось вполне вероятным, что наша Галактика – это и есть «вся Вселенная». Когда определили размеры нашей Галактики и расстояние до «туманностей», которые оказались другими галактиками, стало ясно, что прежние представления о размерах Вселенной ушли в историю астрономии.

Локальное сверхскопление тоже первоначально казалось единственным. Даже сам факт существования Локального сверхскопления вплоть до семидесятых годов был предметом дискуссий. Убедительным доводом в пользу реальности Локального сверхскопления считается открытие концентрации галактик в плоскости, перпендикулярной главной плоскости нашей Галактики. Иными словами, было доказано, что галактики концентрируются к своему «млечному пути».

Наша Галактика скромно покоится на окраине Локального сверхскопления. Эти данные внегалактической астрономии можно трактовать как очередной удар по извечному стремлению человека вообразить себя в центре Вселенной. Сначала таким «центром» считали Землю, потом Солнце, затем Галактику.

Но и Локальное сверхскопление сейчас уже не отождествляется со всей охваченной наблюдениями частью Вселенной (Метагалактикой). Открыто несколько десятков других сверхскоплений галактик. Некоторые из них очень отличаются от Локального сверхскопления. Например, выявлено огромное сверхскопление, которое простирается от созвездия Персея до области небесной сферы, где расположены созвездия Пегас и Рыбы. Это не эллипсоид, а скорее пить с «бусинками» (каждая «бусинка» – скопление галактик!) длиной около 400 Мпк, то есть более миллиарда световых лет. Сверхскопления, по современным представлениям, венчают собой иерархию структур нашей Вселенной: во Вселенной не существует системы более высокого ранга, чем сверхскопления галактик, нет сверхскоплений сверхскоплений («сверхсверхскоплений»).

Среди пионеров открытия и исследования сверхскопления в Персее – Пегасе были эстонские астрономы (Я. Э. Эйнасто и его коллеги). В конце семидесятых годов они обнаружили, что сверхскопление, не ограничиваясь пределами созвездия Персея, простирается в направлении к Пегасу. Кроме того, они привели убедительные доводы в пользу существования ячеистой структуры Вселенной. Суть новой идеи в том, что скопления галактик не распределены хаотично, а сосредоточены вблизи границ огромных ячеек (размером порядка 100 Мпк). Внутри ячеек галактики не видны. Группе американских астрономов во главе с Д. Пиблсом удалось наглядно продемонстрировать ячеистую структуру Вселенной. Применив особый метод обработки на ЭВМ фотографии участков звездного неба, где были запечатлены объекты до 19-й звездной величины, они удалили звезды с изображения звездного неба и оставили только галактики.

Получилась двумерная картина распределения галактик на небесной сфере, действительно напоминающая множество ячеек. Изображения ячеистой структуры были получены и другими группами специалистов – в частности, в Институте прикладной математики АН СССР.

Постепенно представление о ячеистой структуре удалось «углубить» в буквальном смысле этого слова. Был сделан переход от двухмерной картины (проекция пространственного распределения галактик на небесную сферу) к трехмерной (истинное пространственное распределение га- лактик). Чтобы сделать такой шаг, пришлось определить (по красному смещению в спектрах) расстояния до большого числа галактик.

Для этой цели группа американских астрономов в начале восьмидесятых годов проделала такую работу: нашла расстояния до всех галактик ярче определенной звездной величины (17,3^m) в трех участках неба в созвездии Волопаса (площадь каждого участка – около полутора квадратных градусов). При таком «зондировании» во Вселенной были открыты огромные пустоты, практически лишенные галактик данной яркости. В результате представление о ячеистой структуре дополнилось представлением о наличии «черных областей» во Вселенной (не путать с черными дырами – релятивистскими объектами, возникающими преимущественно на финальной стадии эволюции звезд и галактик).

В 1986 году астрономы, работающие в Астрофизическом центре Гарвардского университета, опубликовали результаты исследования более 1000 галактик, принадлежащих скоплению галактик в созвездии Волосы Вероники. И здесь были довольно четко выявлены «черные области». Это свидетельствует о том, что модель пространственной структуры Вселенной, вероятнее всего, должна напоминать пемзу или пустые пчелиные соты. Объем ячеек таких «сотов» иногда превосходит 10⁶ Мпк!³

Мы давно знаем о пустотах, которые существуют в веществе благодаря большим расстояниям, разделяющим ядра его атомов. Теперь и в астрономической картине мира видное место приходится отводить гигантским пустотам. И надо сказать, что их открытие не было неожиданностью для теоретиков, разрабатывающих возможные сценарии образования крупномасштабной структуры Вселенной (в нашей стране наибольших успехов в этих разработках достигла научная школа академика Я. Б. Зельдовича).

Итак, за призрачным занавесом созвездий скрываются громадные сверхскопления галактик, отделенные друг от друга громадными «черными областями», где галактики практически отсутствуют. Необходимо еще добавить, что вся эта захватывающая воображение картина мироздания нестатична; наша Метагалактика расширяется, и это расширение деформирует структуру стенок ячеек. Наблюдения свидетельствуют, что Локальное сверхскопление и другие сверхскопления галактик нестационарны, они расширяются (растягиваются «мосты», состоящие из отдельных галактик и соединяющие сверхскопления; из стенок ячеек как бы вытягиваются галактики и т. д.).

Здесь можно было бы и поставить пока точку. Но одно обстоятельство заставляет сказать еще несколько слов. Дело в том, что нередко чтение научно-популярной литературы порождает у лю- бителей астрономии неверное представление о легкости, с которой создается научная картина мироздания. В результате в редакциях журналов («Наука и жизнь», «Земля и Вселенная» и др.) скапливаются объемистые сочинения, авторы которых «разрабатывают» новые «системы мира», «теории Вселенной» и т. д. Одна из причин таких легко рожденных «открытий», вероятно, в том, что их авторы мало осведомлены о том титаническом труде, результатом которого становятся настоящие открытия в области астрономии, астрофизики, внегалактической астрономии и космологии. Как правило, это труд не ученых-одиночек, а коллективов высококвалифицированных специалистов. Прогресс в области наблюдательной астрономии связан прежде всего с использованием крупнейших телескопов мира, снабженных принципиально новыми светоприемниками. Только таким способом удается осуществить необходимые глубокие обзоры участков неба. Обработка наблюдений ведется, как уже упоминалось, с помощью модельных расчетов на сверхкомпьютерах. Определение расстояний до небесных объектов требует скрупулезного измерения красных смещений, которые наблюдаются в спектрах далеких галактик вследствие расширения Метагалактики. Наконец, для того чтобы осмыслить полученные результаты, требуется разработка теории (например, теории образования крупномасштабной структуры Вселенной) с использованием самых современных достижений физики элементарных частиц и космологии. Таким образом, каждый шаг на пути познания тайн Вселенной сродни научному подвигу. И мы можем гордиться тем, что наши современники совершают их, умело используя в своей работе богатейший арсенал средств и методов, которые появились в эпоху научно-технического прогресса.

Подлинный передний край науки о космосе сегодня – это, конечно, астрофизика.

Астрофизикой обычно называют раздел астрономии, изучающий космические объекты и явления физическими методами. Но можно сказать и по-другому: астрофизика – это физика за пределами земной лаборатории. По сравнению с лабораторной, экспериментальной физикой особенность астрофизики заключается в том, что с космическими объектами (кроме объектов Солнечной системы) невозможно экспериментировать. Их можно только наблюдать издалека, изучая приходящее от них электромагнитное излучение (свет, радиоволны и т. д.), и лишь в редчайших случаях ловить частицы их вещества (например космические лучи) и регистрировать возбужденные ими гравитационные волны.

Считается, что астрофизика родилась благодаря изобретению спектрального анализа и фотографии в середине XIX века. Но не будем забывать, что рождение современной физики, занявшее весь XVII век – от эпохи Галилея до эпохи Ньютона, – неразрывно связано с астрономическими наблюдениями. Основа физики – механика – рождалась как небесная механика, поскольку движение планет демонстрирует нам законы Ньютона «в чистом виде», не обремененном такими второстепенными эффектами, как трение, столкновения и проч. И лишь позже, получив развитие на основе лабораторных экспериментов, физика отдала свой долг астрономии, привнеся в нее искусство оптики и методы анализа света. Впрочем, рождению астрофизики в равной мере способствовала и химия, с которой связано изобретение фотографии, и техника, позволившая создать тонкие оптические приборы.

С середины XIX до середины XX века астрофизика развивалась как искусство анализа света. Тогда же сложился и образ астрофизика как астронома, вооруженного спектрографом. Вместе с телескопом спектрограф до сих пор остается главным инструментом астрофизиков, хотя к нему добавились и другие приборы для анализа света – поляриметры, болометры, магнитографы и т. п.

Считается, что область исследований становится наукой, когда рождается возможность неоднократно воспроизводить результаты опытов. Если один ученый заявляет, что он открыл, например, новое свойство вещества, то это открытие будет признано и станет частью науки лишь тогда, когда его много раз воспроизведут и в тех же условиях проверят другие ученые. Такую возможность дает лаборатория, где мы можем в контролируемых условиях раз за разом ставить опыты, убеждаясь, что всегда при одинаковых условиях получаем один и тот же результат. Но в космосе опыты ставит сама природа, неожиданно для нас и каждый раз по-разному, а мы лишь издалека наблюдаем за их результатом, пытаясь понять, как именно природе удалось этого добиться.

Все это затрудняет астрофизические исследования и удлиняет путь от наблюдаемого феномена к разгадке его механизмов на годы и даже на столетия. Тогда почему же физики так дорожат астрофизическими исследованиями?

Дело в том, что возможности наших земных лабораторий ограничены, а ученые стремятся исследовать вещество и поля в максимально широком диапазоне физических условий. Ведь свойства вещества очень сильно зависят от его плотности, температуры и давления, от присутствия электрического и магнитного полей. Сравните, например, воду в состоянии пара, жидкости и льда – между ними мало общего, а ведь это одно и то же вещество. Немного изменили температуру и давление, и вот уже перед нами вещество с совершенно иными свойствами. Конечно, физики стараются расширить возможности своих лабораторий, но на Земле всему есть предел. А природа на просторах космоса легко выходит за эти пределы. Вот некоторые примеры.

Многие свойства атомов можно изучать только при крайне низких плотностях, когда каждый атом «сам по себе» и не взаимодействует с соседями. В лаборатории предельно низкие плотности называют сверхвысоким вакуумом; сегодня это 10⁹ частиц в кубическом сантиметре. Действительно, это очень разреженная среда – в десятки миллиардов раз разреженнее комнатного воздуха. Но меньше никак не получается. А насколько низкие плотности достижимы в «космической лаборатории»?

Во время солнечного затмения мы видим сияющую корону Солнца; ее плотность 10⁸–10⁹ см⁻³. На Земле это сверхвысокий вакуум, а в космосе – весьма ощутимая среда. Удаляясь от Солнца, мы видим, как солнечная корона, превращаясь в поток солнечного ветра, становится все менее и менее плотной. У орбиты Земли ее плотность снижается до 10 см⁻³. Примерно такую же плотность имеют облака межзвездного газа, а между этими облаками межзвездное пространство еще разреженнее – всего лишь 1 см⁻³, а то и меньше. Это в миллиард раз меньше плотности самого высокого лабораторного вакуума. Атомы в таких условиях могут долго оставаться в одиночестве, не взаимодействуя с другими атомами. При этом проявляются их свойства, недоступные изучению в лаборатории, например, возбужденные состояния с большим временем жизни. Переходы из таких состояний в состояния с меньшей энергией «запрещены», т. е. происходят крайне редко, поэтому соответствующие линии в спектре излучения тоже называют запрещенными. В лаборатории такой возбужденный атом обязательно столкнется с соседом и передаст ему энергию без излучения. А в разреженном космосе атом долго может летать без столкновения, пока не излучит запрещенную линию. Поэтому именно в спектрах межзвездных облаков были обнаружены и изучены запрещенные переходы в атомах, что заметно продвинуло атомную физику и даже привело к некоторым забавным открытиям.

Например, в начале ХХ века в спектре солнечной короны были обнаружены яркие линии, никогда ранее не наблюдавшиеся в лабораторных спектрах. Их приписали новому, неизвестному ранее химическому элементу, назвав его, естественно, «коронием». Правда, в таблице Менделеева не удавалось найти для этого гипотетического элемента пустую клетку. Только в 1939–1941 годах было убедительно доказано, что загадочные линии «корония» принадлежат многократно ионизованным атомам железа, никеля и кальция. Эти атомы были лишены почти всех своих электронов по причине очень высокой – несколько миллионов градусов! – температуры солнечной короны, о которой раньше никто не догадывался. Признаюсь, что еще и сегодня мы не до конца понимаем, почему корона Солнца такая горячая, но рады, что эта уникальная физическая «лаборатория» доступна для изучения.

Еще более разрежен, чем в солнечной короне, газ в межзвездном пространстве. Нагретый звездами, он светится иногда так ярко, что это заметно даже для невооруженного глаза (пример – Туманность Ориона). Во второй половине ХIХ века в оптическом спектре этого газа были обнаружены никогда не наблюдавшиеся в лаборатории яркие зеленые линии, которые приписали новому химическому элементу – небулию (от лат. nebula – туманность). После развития квантовой механики, в 1927 году, эти линии были отождествлены с запрещенными линиями дважды ионизованного кислорода. В земных условиях такое излучение наблюдать невозможно, а значит, изучить атомы в этом состоянии было бы нельзя. А в космосе – пожалуйста!

Подобная история произошла и с гипотетической субстанцией под названием «мистериум», которую якобы обнаружили в космосе в 1966 году. Собственно, обнаружено было радиоизлучение с длиной волны 18 см, идущее от некоторых компактных туманностей. Необычными в нем были очень высокая яркость и крайне малая ширина радиолинии. Природные источники, как правило, излучают в широком диапазоне частот, а малой шириной диапазона отличаются искусственные источники, такие как радиостанции. У астрономов даже возникло подозрение, что на волне 18 см приходит послание от внеземной цивилизации. Но вскоре выяснилось, что источниками этого загадочного излучения служат природные мазеры на молекуле гидроксила OH. Мазеры – это довольно сложно устроенные квантовые генераторы и усилители радиоволн, изобретенные в конце 1950-х годов. Казалось, что природа без участия человека не способна создать мазер, но вот поди ж ты – в космосе возможно многое! Условия там столь разнообразны, что случайно где-то может реализоваться технически сложная конструкция.

Но межзвездная среда – это еще не предел пустоты. В скоплениях галактик, в промежутках между звездными системами, находится межгалактический газ. В основном это водород, немного гелия и совсем чуть-чуть всех прочих элементов. Этот газ имеет плотность 10⁻⁴ ¸ 10⁻² см⁻³. А в пространстве между скоплениями вещества еще меньше. Наконец, средняя концентрация атомов во Вселенной около 3∙10⁻⁷ см⁻³. Иными словами, один атом в трех кубометрах пространства. Вот это астрономы и называют сверхвысоким вакуумом: в миллион миллиардов раз лучше, чем в лаборатории!

Теперь обратимся к высоким плотностям. Изучать вещество при сильном сжатии очень важно хотя бы для того, чтобы понять, как оно ведет себя в недрах Земли. Из природных материалов высокой плотности мы знакомы со свинцом (11 г/см³), золотом (19 г/см³), осмием (23 г/см³). Максимальные плотности и давления, достигнутые в лабораториях на прессах с алмазными наковальнями, близки к тем, которые мы имеем в ядре Земли. До условий, царящих в недрах планет-гигантов, лабораторные установки еще не дотягиваются. Что уж говорить о ядре Солнца, где плазма сжата до плотности 150 г/см³, и мы имеем возможность изучать ее поведение, регистрируя приходящие оттуда частицы нейтрино. А те звезды, что постарше нашего Солнца и уже завершают свою эволюцию, оставляют после себя остывающие ядра – белые карлики. Плотность их вещества с трудом укладывается в нашей фантазии: 10⁵–10⁸ г/см³. Это же 100 тонн в наперстке! И таких объектов вокруг нас много; астрономы изучают белые карлики уже второе столетие.

Но остатки эволюции звезд более массивных, чем Солнце, еще удивительнее – это так называемые нейтронные звезды, имеющие плотность 10¹³–10¹⁴ г/см³. Тут уже наша фантазия окончательно сдается, ведь это же 100 млн тонн в наперстке! Никогда на Земле мы не получим вещество при такой плотности в макроскопических количествах. А изучать его в космосе вполне возможно. Обнаружены же тысячи нейтронных звезд, и мы можем следить за их поведением и наблюдать их поверхность. Кстати, вблизи их поверхности существуют фантастические магнитные поля с индукцией до 10¹¹ Тс, тогда как в лаборатории мы можем создавать индукцию лишь до 10⁴ Тс. Разрыв в 10 миллионов раз! Не думаю, что его удастся преодолеть в обозримом будущем. А изучать поведение вещества в магнитных полях нейтронных звезд мы можем уже сегодня. И это поведение поистине удивляет. Например, атом водорода, помещенный в такое поле, из шарика превращается в ниточку (вспоминаем силу Лоренца). А если вычислить плотность массы магнитного поля с индукцией B = 10¹¹ Тс, то получим не менее удивительный результат:

Астрономия в целом и астрофизика в частности покоятся на трех «китах»: телескоп, фотокамера, спектрограф. Эти три прибора анализируют луч света, выведывая у него космические тайны. Конечно, с каждым годом астрофизики изобретают и другие полезные приборы: поляриметры, фотометры, детекторы инфракрасного, рентгеновского и гамма-излучения, детекторы космических лучей и нейтрино, детекторы гравитационных волн, – но основой астрофизики по-прежнему остаются оптический телескоп, фотокамера и спектрограф. Телескоп создает изображение далекого светящегося объекта, спектрограф показывает, из каких цветов оно состоит, а фотокамера запоминает то и другое.

Начнем с телескопа. Любой светящийся объект можно представить как множество светящихся точек. Все космические тела очень далеки от нас, поэтому от каждой их точки к нам приходят практически параллельные лучи света, к тому же очень тусклые. Задача телескопа – собрать как можно больше этих лучей и максимально сильно сконцентрировать их, чтобы каждая точка далекого объекта отобразилась бы точкой в изображении, построенном телескопом. Эту задачу выполняет объектив телескопа, который может состоять из одной или нескольких линз, либо из одного или нескольких зеркал, либо же из комбинации зеркал и линз.

Чем больше диаметр объектива, тем больше тусклого света он может собрать и быстрее построить изображение далекого объекта. Чтобы оценить возможности телескопа, сравним, например, зрачок нашего глаза и объектив обычного фотоаппарата. Диаметр нашего зрачка около 5 мм, а диаметр объектива фотокамеры около 50 мм. То есть площадь объектива фотокамеры в 100 раз больше. Поэтому нашему глазу для фиксации изображения днем требуется экспозиция около 1/10 секунды, а фотокамере – всего около 1/1000 с. Современные крупные телескопы имеют объектив диаметром около 5000 мм (а некоторые даже больше), поэтому их светособирающая площадь в 1 млн раз больше, чем у нашего зрачка. К тому же и экспозиция при фотографировании неба телескопом составляет не доли секунды, как у глаза, а минуты, часы и порою даже сутки. Поэтому телескоп способен увидеть очень тусклые и далекие космические объекты.

Конструкции телескопов постоянно совершенствуются и усложняются, поскольку астрономы предъявляют к ним все более высокие требования. Идеальный телескоп должен одновременно видеть все небо, различая все самые мелкие детали у всех сколь угодно удаленных и тусклых объектов во всем диапазоне электромагнитного спектра. Понятно, что это фантастическое требование никогда не будет выполнено в полном объеме. Поэтому конструкции телескопов эволюционируют в каждом из этих направлений по отдельности, подобно живым существам. Одни животные хорошо плавают, другие хорошо бегают, третьи хорошо летают. Так же и телескопы: одни из них видят большие области неба, но не очень четко; другие видят четко, но лишь крохотные клочки небосвода; одни видят в оптическом диапазоне, другие – в инфракрасном, третьи – в рентгеновском, и т. д.

Специализация телескопов сейчас настолько велика, что некоторые из них уже ничем не напоминают классический телескоп с его трубой, системой наведения (монтировкой), объективом и окуляром. Особенно это касается астрофизических инструментов. Ведь разные физические процессы проявляют себя разными видами излучений и частиц: одни испускают оптические кванты, другие – рентгеновское или гамма-излучение, третьи – радиоволны. В одних процессах рождаются протоны и нейтроны, в других – электроны и нейтрино, в третьих – гравитационные волны. Телескопы всех типов важны для астрофизики, но все же наибольший объем информации о Вселенной мы до сих пор получаем от оптических телескопов. О них и продолжим разговор.

Чтобы созданное объективом телескопа изображение зарегистрировать и запомнить, нужна камера с памятью. У человека эту роль исполняют сетчатка глаза и мозг. У современной электронной фотокамеры – светочувствительная пластинка (ПЗС-матрица из фотодиодов) и компьютер с его памятью (например, на флеш-карте), а в XIX и XX веках для этой цели служила фотографическая эмульсия, которая и регистрировала изображение, и хранила его.

В наших домашних альбомах еще сохранилось множество снимков, полученных на фотоэмульсии, а развитие астрофизики вообще было бы невозможно без ее использования. Люди давно мечтали научиться фиксировать моментальное изображение объектов в оптических лучах, и впервые это удалось сделать в первой половине XIX века с использованием фотографической эмульсии, нанесенной на твердую или эластичную поверхность. В середине XIX века этот метод быстро получил широкое распространение благодаря дешевизне и простоте применения.

Фотоэмульсия состоит из микроскопических (1 мкм) кристаллов бромистого серебра с небольшой примесью йодистого серебра, взвешенных в желатиновой основе. Фотон, поглощенный кристаллом, освобождает электрон, превращающий ион серебра в атом. Для получения отдельного стабильного кристалла необходимо образование от 10 до 20 атомов серебра, подобная группа атомов формирует отдельный центр чувствительности (зерно) в скрытом изображении. Чтобы изображение стало видимым, после экспонирования фотоэмульсию нужно проявить, то есть с помощью химического процесса из бромистого серебра выделить чистое серебро. Любопытно, что катализатором этого процесса служат атомы самого серебра. Таким образом, кристаллы, имеющие центры чувствительности, проявляются быстрее (полностью превращаясь в серебро), нежели неэкспонированные кристаллы бромистого серебра. Разумеется, весь процесс проявления организуется в полной темноте, на ощупь.

Поскольку в дальнейшем с фотоэмульсией работают на свету, необходимо после проявления сделать ее нечувствительной к свету. Поэтому, смыв остатки проявителя чистой водой, фотоэмульсию фиксируют при помощи другого химического процесса, во время которого происходит растворение и удаление из эмульсии непроявленного бромистого серебра. После этого эмульсию окончательно промывают дистиллированной водой и высушивают. Полученное фотографическое изображение воспроизводит объект съемки, причем большая плотность проявленных зерен серебра соответствует большей яркости объекта. Поэтому, поскольку металлическое серебро поглощает свет, фотографическое изображение оказывается негативным. Для получения нормального (позитивного) изображения необходимо перефотографировать негатив, то есть изготовить негатив негатива. Этот процесс называют фотопечатью. Обычно в быту позитивное изображение печатают на фотобумаге, то есть бумаге, покрытой слоем фотоэмульсии. Однако для большинства астрономических применений используются непосредственно негативы, полученные на фотопластинках.

Фотографическая пластинка – это тонкая стеклянная пластинка, на которую нанесен слой фотоэмульсии. В быту вместо дорогих фотопластинок чаще использовали фотопленку, нанося тонкий слой фотоэмульсии на прозрачную целлулоидную основу. Ее делали листовой (в виде прямоугольных пластин) и рулонной (лента, накрученная на катушку). Последняя была особенно популярна и использовалась в малоформатных камерах. Иногда ее использовали и в научных экспериментах. Но для астрономических работ жесткие фотопластинки были предпочтительнее фотографических пленок на целлулоидной основе. Это особенно важно для точных астрометрических измерений, поскольку стеклянные пластинки менее подвержены деформациям и лучше хранятся. Изображение, регистрируемое на фотоэмульсии, является черно-белым. Комбинация нескольких слоев из эмульсий с различной спектральной чувствительностью дает возможность получать цветные снимки. Но астрономы предпочитают делать монохромные снимки через различные светофильтры, а затем при желании синтезировать из них цветные, точно так же, как на экране цветного телевизора из трех монохромных изображений (RGB) получается цветное.

В каждой крупной обсерватории есть специальное хранилище – стеклянная библиотека, – где тщательно сохраняются все фотопластинки, отснятые астрономами на всех телескопах этой обсерватории. Ведь каждая пластинка содержит уникальные данные, потеряв которые, их уже не восстановишь. А совокупно на фотопластинках всех обсерваторий мира зафиксирована история Вселенной более чем за 100 лет. С этими стеклянными «страницами» обращаются крайне осторожно, как с бесценными документами. Когда в конце XX века появились высококачественные сканеры, все крупные обсерватории начали сканировать свои пластинки и через интернет делать их изображения доступными для всех астрономов – профессионалов и любителей. И эта огромная работа еще не закончена.

Фотографическая эмульсия имеет низкую квантовую эффективность (0,1–1 %), что частично объясняется значительным количеством фотонов, которые должны поглотиться в отдельном кристалле, прежде чем образуется устойчивый центр чувствительности. Скорость образования центров чувствительности в некоторой степени зависит от размеров кристаллов бромистого серебра; более чувствительные эмульсии имеют больший размер кристаллов. В то же время при большем размере кристаллов разрешающая способность эмульсии снижается, поэтому необходим разумный компромисс между скоростью образования зерен (чувствительностью) и разрешением (четкостью снимка). При длинных экспозициях чувствительность фотоэмульсии существенно снижается, поскольку происходит нарушение обратно пропорциональной зависимости между потоком света и временем, необходимым для его регистрации. Выпускается ряд специальных астрономических фотоэмульсий, для которых этот эффект снижен, но не исключен полностью.

Как ни хороша была классическая фотография, ее эпоха подошла к концу. В конце XX века фотопластинку заменили электронные приемники света. Их развитие происходило постепенно, параллельно с развитием химических методов фотографии. Сначала электронные детекторы превзошли фотопластинку по чувствительности к свету, затем – по ширине спектрального диапазона (электронные приборы научились видеть инфракрасное излучение), но долго уступали по способности рисовать четкую картинку и уж совсем не умели запоминать ее. Однако с появлением фотодиодных ПЗС-матриц и компьютеров с их способностью к быстрой обработке цифровых данных и практически безграничной памятью старая добрая фотопластинка окончательно сдалась. Но астрономы продолжают относиться к ней с уважением не просто как к почетному пенсионеру, а как к хранилищу бесценных данных, поскольку далеко еще не вся информация с фотопластинок переведена в цифровую форму.

Непременной частью современного оптического телескопа служит прибор для анализа спектрального состава света. В простейшем случае это может быть один или несколько светофильтров, пропускающих определенную область спектра. С их помощью можно узнать цвет объекта, который в первом приближении говорит о температуре его поверхности (чем голубее, тем горячее), а также о наличии межзвездной пыли между объектом наблюдения и телескопом (сквозь пыль легко проходят красные лучи, а голубые поглощаются). Но гораздо более детальную информацию извлекает из света спектрограф – прибор, подробно регистрирующий распределение фотонов по их энергии (т. е. цвету). Полоска спектра – настоящий паспорт звезды или другого оптического источника, рассказывающий нам о его химическом составе, температуре, давлении, движении в пространстве, вращении, напряженности магнитного поля и т. д. У оптического спектрографа есть несколько важнейших элементов: щель для выделения узкой полоски изображения, коллиматор (объектив) для создания параллельных пучков света от каждой точки щели, призма или дифракционная решетка для разложения пучка света в спектр, камера для фотографирования спектра. Но получить спектр значительно сложнее, чем просто сфотографировать объект, поскольку, раскладывая луч света на составляющие цвета, спектроскоп сильно ослабляет яркость каждого цвета. Для спектральных исследований тусклых объектов нужны большие телескопы.

С середины XX века важным инструментом астрофизики стал радиотелескоп, оказавшийся чрезвычайно полезным для исследования процессов в межзвездной среде, в магнитосферах планет, в активных ядрах галактик. Методами радиоастрономии в 1960-е годы были сделаны важнейшие открытия: квазары, реликтовое излучение, нейтронные звезды (радиопульсары).

Земная атмосфера препятствует наблюдению с поверхности планеты далекого инфракрасного, ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучения, приходящего из космоса. Поэтому новые возможности для астрофизики дала в 1960-е и 1970-е годы космическая техника, позволившая создать на околоземных орбитах автоматические и пилотируемые обсерватории с телескопами указанных диапазонов излучения. Произошедший в те годы переход от оптической астрономии к всеволновой изменил наши представления о Вселенной.

Хотя астрофизика является частью более общей науки – астрономии, ее саму часто подразделяют на ряд дисциплин. Деление проводят либо по методам, либо по объектам исследования. В первом случае говорят о радиоастрономии, рентгеновской астрономии, гамма-астрономии, нейтринной астрономии, инфракрасной астрономии, астрономической спектроскопии, гравитационно-волновой астрономии и т. д. Во втором случае выделяют физику планет, физику Солнца, физику звезд, физику межзвездной среды, физику галактик, космологию и т. д. В каждом из этих направлений астрофизика продвинулась очень далеко. Среди профессиональных астрофизиков уже сложилась такая узкая специализация, что, например, специалист по физике Солнца с трудом представляет себе проблемы физики межзвездной среды, а радиоастроном лишь в самых общих чертах понимает методы регистрации гравитационных волн. На границе между теоретической физикой и классической астрофизикой расположилась релятивистская астрофизика, изучающая на основе общей теории относительности (теории тяготения А. Эйнштейна) свойства сверхплотных космических тел – нейтронных звезд и черных дыр. Отдельную нишу занимает космология, использующая для объяснения самых общих и фундаментальных свойств Вселенной как канонические теории (ОТО, Стандартная модель физики элементарных частиц), так и их расширенные и даже альтернативные версии для их проверки и «отбраковки». Ясно, что в одной этой главе мы не сможем объять всю астрофизику, а лишь познакомимся с некоторыми важными ее направлениями.

Самым крупным достижением астрофизики является создание теории внутреннего строения и эволюции звезд. Ее базой стала квантовая механика, с помощью которой удалось расшифровать звездные спектры, рассказавшие нам, что звезды в основном состоят из водорода (на три четверти по массе) и гелия (примерно на одну четверть) с небольшой примесью других химических элементов, составляющей в сумме не более 2 % массы звезды. Спектры позволили узнать и температуру поверхности звезд, которая у большинства из них лежит в пределах от 3000 до 30 000 К, причем звезд с относительно низкой температурой намного больше, чем горячих светил. Наше Солнце – вполне заурядное светило: имея температуру 5800 К, оно скорее теплое, чем горячее. Удивительное совпадение: при такой температуре поверхности основной поток энергии Солнца как раз попадает в окно прозрачности земной атмосферы. Наше светило и атмосфера нашей планеты как будто бы созданы друг для друга.

Звезды – это гигантские шары из почти полностью ионизованного газа, т. е. из плазмы. Звезды намного массивнее планет. Например, масса нашего Солнца 1 M_⊙ = 2∙10³⁰ кг, что в 333 000 раз больше массы Земли. Сила собственного тяготения стремится их сжать, но ей сопротивляется сила внутреннего давления, вызванного высокой температурой и плотностью вещества звезды. Тот факт, что большинство звезд поддерживают себя в неизменном, стационарном состоянии, позволил астрофизикам на основе хорошо известных законов гравитации и поведения газа создать стройную картину внутреннего строения звезд. В целом она хорошо описывает взаимосвязь между внешними характеристиками звезд – их массой, температурой поверхности и светимостью, т. е. мощностью излучения.

Для проверки наших представлений о внутреннем строении звезд было бы неплохо заглянуть в их недра. Но звезды непрозрачны для всех видов излучения. Однако способ заглянуть в глубины звезд все же нашелся: туда проникают и оттуда выходят на поверхность звуковые волны. Подобно тому как геофизики научились звуковыми (сейсмическими) волнами просвечивать недра Земли, анализируя колебания ее поверхности, вызванные землетрясениями или специальными взрывами, астрофизики делают это со звездами. Конечно, звуковые колебания в недрах нормальных звезд рождаются не от взрывов и «звездотрясений», а из-за постоянного бурления-кипения вещества звезды, нагреваемого снизу его горячим ядром. (Вспомните, как громко бурлит закипающий чайник.) Правда, пока этот метод надежно работает лишь в отношении Солнца, и поэтому называется он гелиосейсмологией. С его помощью астрофизики изучают внутреннее строение Солнца на основе измерения колебаний солнечной поверхности. Но постепенно встает на ноги и астросейсмология – изучение внутренней структуры звезд на основе акустических колебаний их поверхности. Заметить наземными телескопами эти колебания довольно сложно, но на помощь приходят телескопы космические, которым не мешает земная атмосфера.

Вторым важным достижением звездной астрофизики стало выяснение источников энергии звезд. Этих источников два – гравитационное сжатие и термоядерные реакции. Действуют они попеременно: в эпоху формирования звезды, а также в процессе ее смерти работает гравитационное сжатие; но на основном, длительном этапе жизни звезды ее излучение поддерживают термоядерные реакции. Они вступают в действие, когда в процессе первичного сжатия звезды в ее недрах достигаются необходимые для этого условия, прежде всего – температура в несколько миллионов градусов.

Чем массивнее звезда, тем сильнее сжимает она недра своим весом, тем выше нужны температура и давление, чтобы этому сжатию противостоять. Но с ростом температуры стремительно возрастает интенсивность термоядерных реакций превращения водорода в гелий. Эти реакции потому и называют термоядерными, что необходимые для их протекания столкновения ядер водорода – протонов – друг с другом стимулируются высокой температурой. Поэтому чем массивнее звезда, тем ярче она светит и тем горячее ее поверхность. Астроному, наблюдающему звезду со стороны, доступны две ее характеристики – мощность излучения (светимость) и температура поверхности. При массовом изучении звезд место каждой из них отмечают точкой на плоскости, где по вертикальной координате отложена светимость звезды, а по горизонтальной – температура поверхности. А поскольку температура прямо влияет на вид спектра, астрономы обычно вместо температуры используют именно его под названием «спектральный класс».

Яркие и горячие – это самые массивные звезды, в десятки раз превышающие по массе наше Солнце, а тусклые и холодные – это самые мелкие звезды, которые в несколько раз легче Солнца. На специальной диаграмме Герцшпрунга – Рассела их расположение называют «главной последовательностью», поскольку в ней сосредоточено 90 % всех наблюдаемых звезд. Их так много потому, что здесь проходит основной период их жизни, связанный с превращением водорода в гелий. А поскольку водорода в звезде изначально много, этот период занимает 90 % времени жизни звезды. Типичной звездой главной последовательности является наше Солнце.

Относительно спокойная стадия термоядерной эволюции звезды не может длиться вечно: энергия выделяется, пока водород превращается в гелий, гелий – в углерод, затем в азот, кислород… Но когда состав вещества в ядре звезды приближается к группе железа, выделение энергии прекращается. Можно сказать, что железо – это «зола» термоядерного «горения». С этого момента источником энергии звезды вновь становится ее гравитационное сжатие. Но старая звезда неоднородна: внутри у нее плотное ядро из тяжелых химических элементов (гелий, …кислород, …железо), а снаружи в основном легкий водород. Поэтому ядро сжимается быстро, при этом нагревается само и нагревает оболочку, которая от этого расширяется и частично покидает звезду.

Судьба сжимающегося звездного ядра зависит от его массы. Если масса не более полутора солнечных, то сжатие остановится на стадии белого карлика, когда взаимное отталкивание электронов, связанное с их квантовой природой, уравновесит силу гравитации. Размер белого карлика при этом окажется близок к размеру Земли. Отметим, что взаимное отталкивание электронов в плотном веществе белого карлика обусловлено отнюдь не их отрицательным электрическим зарядом (который уравновешивается положительным зарядом протонов), а квантово-механическим эффектом «вырождения» электронного газа, который при большой плотности начинает сопротивляться сжатию в силу принципа запрета Паули. Этот принцип обычно формулируют так: в пределах одной квантовой системы, в данном квантовом состоянии, может находиться только один фермион (т. е. частица с полуцелым спином), а состояние другого фермиона должно отличаться хотя бы одним квантовым числом (например, положением в пространстве или импульсом). Электроны – это фермионы, поэтому чем ближе частицы друг к другу, тем активнее они движутся, увеличивая давление вещества.

Если масса звездного ядра больше полутора солнечных, то электронам не справиться с гравитацией, и сжатие будет происходить до тех пор, пока протоны и электроны не превратятся в нейтроны, и тогда уже давление, вызванное взаимным отталкиванием нейтронов (они ведь тоже фермионы!), может остановить сжатие. Такие объекты называют нейтронными звездами, хотя в прямом смысле слова никакие они не звезды, а просто сверхплотные тела размером в несколько десятков километров, в основном состоящие из вырожденного нейтронного газа.

Но если масса звездного ядра была более трех масс Солнца, то его сжатие не остановится даже на стадии нейтронной звезды, а будет происходить до тех пор, пока объект не достигнет своего гравитационного радиуса, т. е. пока он не станет черной дырой. Из-за чрезвычайно малого размера – всего несколько километров – и отсутствия физической поверхности черные дыры пока не поддаются прямому изучению, но в их существовании астрофизики уверены. Зато белые карлики и нейтронные звезды изучаются очень активно, поскольку ярко себя проявляют и дают бесценный материал для физики. Никогда в земных лабораториях мы не сможем получить и изучить вещество с такой плотностью, как в недрах белых карликов (десятки тонн в кубическом сантиметре!) или нейтронных звезд (десятки миллионов тонн в кубическом сантиметре!!!). Только в космосе мы встречаем такое плотное вещество и, даже не касаясь его, дистанционно много можем узнать о его природе.

С вырожденными телами, т. е. с белыми карликами и нейтронными звездами, а также с черными дырами связаны самые грандиозные явления природы – взрывы новых и сверхновых, гамма-всплески и др.

Новыми называют звезды, неожиданно, всего за несколько часов увеличивающие свой блеск в тысячи и даже миллионы раз (в среднем на 12^m), а затем в течение нескольких недель тускнеющие и возвращающиеся к своему исходному блеску. Название «новая» (лат. nova) отражает старинное представление о том, что на небе в этот момент возникает не существовавшая ранее звезда. В действительности явление новой связано со звездами большого возраста, практически закончившими свою эволюцию. Это явление возникает в тесных двойных системах, где один из компонентов – белый карлик. На определенном этапе эволюции таких систем вещество второго компонента – нормальной звезды – может начать перетекать на соседнюю вырожденную звезду. Когда на поверхности белого карлика накапливается критическая масса вещества, происходит термоядерный взрыв, срывающий со звезды оболочку и увеличивающий ее светимость в тысячи раз. По мере накопления новой порции газа взрыв повторяется. Уже наблюдались неоднократные вспышки некоторых новых; их называют повторными новыми.

Сверхновыми называют звезды, блеск которых при вспышке в течение нескольких суток увеличивается на десятки звездных величин (т. е. в миллионы и даже миллиарды раз), а затем постепенно спадает в течение нескольких месяцев или лет. Первоначально все звезды, блеск которых внезапно увеличивался в сотни и более раз, называли «новыми» (nova), поскольку они появлялись в тех точках на небе, где ранее не было заметно звезд. Но когда была установлена внегалактическая природа некоторых туманностей, названных позже галактиками, стало ясно, что вспыхивающие в них звезды значительно превосходят обычные новые. Для них астрономы Фриц Цвикки (1898–1974) и Вальтер Бааде (1893–1960) предложили название «сверхновые звезды» (supernova). Обычно к сверхновым относят вспышки с мощностью оптического излучения более 10³⁴ Вт. Максимальная оптическая светимость, которой сверхновая достигает в ходе вспышки, лежит в интервале от -13^m до -22^m абсолютной звездной величины, т. е. от 10 млн до 30 млрд светимостей Солнца. Существует определенный класс сверхновых (тип Ia), имеющих в максимуме блеска почти одинаковую абсолютную звездную величину, равную -19,4^m ± 0,4^m, что позволяет использовать каждую такую вспышку как «стандартную свечу» для определения расстояния до тех галактик, где наблюдались такие вспышки.

Наиболее известные сверхновые называют по именам описавших их вспышку астрономов (сверхновая Тихо, сверхновая Кеплера), по названиям созвездий, в которых они вспыхивали (сверхновая Орла, сверхновая Кассиопеи), или по году вспышки (сверхновая 1054 года). Яркие сверхновые, естественно, вспыхивали и в нашей Галактике. Некоторые из них были видны даже без телескопа. Сохранились исторические записи об их наблюдении. Например, китайские астрономы описали вспышку сверхновой в созвездии Телец в 1054 году, а сейчас мы наблюдаем остаток этого взрыва – Крабовидную туманность. Последние вспышки сверхновых в нашей Галактике наблюдали незадолго до изобретения телескопа (Тихо Браге в 1572 году и И. Кеплер в 1604 году).

После изобретения телескопа стали обнаруживаться вспышки сверхновых и в других галактиках. Их обозначают по году вспышки: сверхновая 1954B, сверхновая 1987A, где буква в порядке латинского алфавита указывает очередность открытия сверхновой в данном году. В каталогах сверхновые обозначают буквами SN (от SuperNova), например, SN 1972C – третья сверхновая 1972 года. Первые 26 сверхновых в каждом году обозначают заглавными буквами от A до Z. Следующие обозначаются парами строчных букв: aa, ab, и т. д. Например, последняя вспышка сверхновой, зарегистрированная в 2005 году, имела обозначение SN 2005nc, указывающее, что она была 367-й по счету в том году.

До 1950 года ежегодно обнаруживали единицы вспышек сверхновых, а с 1950 по 1990 год – десятки. После середины 1990-х, когда широко стали использовать электронные приемники света и компьютеры, ежегодно обнаруживались сотни вспышек, а после 2010 года, когда вступили в строй телескопы-роботы и космические телескопы с большим полем зрения, стали открывать тысячи сверхновых в год. При этом открытия совершают не только профессиональные астрономы, но и любители. Например, было открыто около 5000 сверхновых в 2016 году и около 5700 – в 2017-м. Все эти сверхновые обнаруживаются в других галактиках, но не в нашей. В каталоги занесено уже более 25 000 вспышек, причем в некоторых галактиках их наблюдали неоднократно. Статистика показывает, что в крупной спиральной галактике (типа нашей) в среднем происходит 1–2 вспышки за столетие. Однако последняя вспышка в нашей Галактике наблюдалась в 1604 году. Правда, методами радио- и рентгеновской астрономии были обнаружены остатки вспышек, происходивших и в более позднее время, но в оптическом диапазоне спектра, т. е. визуально, они не были видны. Причина в том, что вспышки сверхновых в большинстве своем происходят в диске Галактики, и Солнце располагается в диске, где межзвездное поглощение света очень велико. Это заметно сдерживает развитие физики сверхновых.

Предпринятые в последние годы наблюдения в разных диапазонах спектра позволили выявить остатки вспышек сверхновых, не замеченные визуально. Например, ярчайший радиоисточник на небе – Кассиопея А – оказался остатком вспышки сверхновой, которая должна была наблюдаться 330 лет назад, но не была замечена. Еще более современный остаток связан с радиоисточником G1.9+0.3 в Стрельце: эту вспышку мы должны были бы увидеть 140 лет назад, если бы место взрыва не находилось в районе центра Галактики. Оттуда оптическое излучение до Земли практически не доходит.

Причиной вспышки звезды как сверхновой служит ее взрыв на заключительном этапе эволюции. В результате взрыва звезда почти полностью разрушается. Не исключено, что в некоторых случаях происходит полное разрушение, но достоверно установлено, что после взрывов некоторых сверхновых сохраняется остаток звезды, ее сильно сжавшееся ядро – нейтронная звезда или черная дыра.

В последние годы обсуждается особый тип сверхновых – гиперновые (англ. hypernova). Это наиболее грандиозный тип взрыва массивной звезды, знаменующий рождение черной дыры и ответственный за космические гамма-всплески. Существование гиперновых пока остается гипотезой, предложенной в связи с попытками объяснить явление гамма-всплесков, которые уже более полувека наблюдаются в далеких галактиках. Оптические вспышки, связанные с гамма-всплесками, выглядят значительно ярче обычных сверхновых. Поэтому либо энергия таких взрывов существенно превосходит энергию сверхновых, либо она излучается не изотропно, а направленно, в виде узкого луча, что нехарактерно для обычных сверхновых.

Открытие гамма-всплесков, природа которых до сих пор не вполне ясна, – одно из важнейших событий в астрофизике нового времени. Гамма-всплески (gamma-ray bursts, GRBs) – это кратковременные вспышки космического гамма-излучения, регулярно фиксируемые орбитальными обсерваториями. Уже более полувека и до недавних пор их не могли отождествить с какими-либо космическими объектами. Первый гамма-всплеск зарегистрировали 2 июля 1967 года американские военные спутники серии Vela, следившие за соблюдением международного договора от 1963 года о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, в космическом пространстве и под водой. Одновременная регистрация несколькими спутниками показала, что этот и последующие гамма-всплески не вызваны ядерными взрывами на Земле. Но где именно расположены их источники, долгие годы оставалось загадкой. Основная трудность в том, что гамма-детекторы имеют очень низкое угловое разрешение, т. е. крайне неточно указывают направление на источник.

Ситуация изменилась 28 февраля 1997 года, когда специализированный спутник Beppo-SAX (Италия и Голландия) зарегистрировал всплеск сначала в гамма-, а затем в рентгеновском диапазоне, где достигается более высокое угловое разрешение. Выяснилось, что за первоначальным всплеском излучения в гамма-диапазоне обычно следует долгоживущее «послесвечение», излучаемое на более длинных волнах (рентген, УФ, оптика, ИК и радио). Используя метод последовательного уточнения координат при переходе в более мягкие диапазоны спектра, с помощью наземных телескопов вскоре стали обнаруживать оптическое послесвечение гамма-всплесков, позволившее точно определить их положение на небе и отождествить с известными объектами.

Оказалось, что большинство таких вспышек происходит в очень далеких галактиках, находящихся от нас на расстояниях в миллиарды световых лет. Мощность этих взрывов невероятно велика: если при вспышке энергия излучается изотропно, то светимость источника превышает 10⁴⁵ Вт (для сравнения: светимость большинства квазаров не превышает 10⁴⁰ Вт). Поэтому большинство исследователей считает, что гамма-всплеск представляет собой узкий луч мощного излучения, испускаемого во время вспышки гиперновой, когда быстро вращающаяся массивная звезда коллапсирует, превращаясь в черную дыру. При этом за несколько секунд высвобождается столько энергии, сколько Солнце излучает за все время своей эволюции (10 млрд лет). Наши приборы замечают это событие только в том случае, если луч направлен на Землю. Скорее всего, это биполярный луч, выходящий из источника в двух диаметрально противоположных направлениях.

В каждой конкретной галактике такие события происходят редко – несколько раз за миллион лет. До сих пор все наблюдаемые гамма-всплески происходили за пределами нашей Галактики. Если такое событие произойдет в Галактике и гамма-луч попадет на Землю, то это может вызвать экологическую катастрофу.

Нужно подчеркнуть, что до сих пор даже классификация гамма-всплесков не разработана сколько-нибудь детально, а их физические механизмы во многом остаются загадочными. Но у большинства астрофизиков нет сомнений, что гамма-всплески связаны с последними мгновениями жизни массивных звезд. Невероятная мощность этого явления позволяет нам регистрировать его на огромных расстояниях от Галактики, следовательно, в далеком прошлом. Но другое астрофизическое явление уносит нас в гораздо более далекое прошлое, в ту эпоху, когда звезды еще даже не родились.

Речь идет о фоновом космическом радиоизлучении, которое образовалось на ранних стадиях развития Вселенной. Это электромагнитное излучение приходит к Земле с одинаковой интенсивностью со всех областей неба и имеет спектр, соответствующий тепловому излучению при температуре T = 2,725 ± 0,002 К. Поскольку источник реликтового излучения лежит дальше всех известных объектов, а максимум в спектре приходится на длину волны 1 мм, его называют также космическим микроволновым фоновым излучением (cosmic microwave background radiation, CMBR), или космическим микроволновым фоном, или еще короче – реликтовым излучением. Этот термин ввел советский астрофизик И. С. Шкловский (1916–1985), поэтому он чаще используется в русскоязычной литературе.

Существование теплового излучения с температурой в несколько кельвинов было предсказано в 1946 году Георгием Гамовым при разработке модели горячей Вселенной, а открыли его в 1965 году американские радиоастрономы Арно Пензиас и Роберт Вилсон. Реликтовое излучение родилось около 14 млрд лет назад, когда Вселенная в целом была значительно плотнее и горячее, чем в нынешнюю эпоху. Тогда это было оптическое излучение горячего газа с температурой в несколько тысяч кельвинов, практически однородно заполнявшего всю Вселенную. В ходе расширения Вселенной температура реликтового излучения уменьшилась примерно в тысячу раз.

Точные измерения показали, что температура реликтового излучения в разных точках неба не совсем одинакова. Заметнее всего проявляется дипольная составляющая, связанная с эффектом Доплера. Солнечная система движется так, что амплитуда дипольной составляющей температуры реликтового излучения DT = 3,35 мК; это соответствует скорости движения V = 366 км/с. Движется Солнце относительно излучения в направлении границы созвездий Лев и Чаша, к точке с экваториальными координатами α = 11^h 12^m и δ = –7,1° (эпоха J2000,0), что соответствует галактическим координатам l = 264,26° и b = 48,22°.

Учет движения самого Солнца в Галактике показывает, что относительно всех галактик Местной группы Солнце движется со скоростью 316 ± 5 км/с в направлении l = 93° и b = –4°. Поэтому движение самой Местной группы относительно реликтового излучения происходит со скоростью 635 км/с в направлении l = 269° и b = +29° (т. е. α = 10^h 40^m, δ = –25°; это центр созвездия Гидра).

Если исключить дипольную неоднородность, вызванную движением Местной группы галактик, то реликтовое излучение выглядит чрезвычайно однородным, всюду имеющим одинаковую температуру. Но именно это его свойство многие годы вызывало у астрофизиков недоумение. Реликтовое излучение стало свободно распространяться во Вселенной, когда ей исполнилось 380 тыс. лет. До этого момента заполнявшая пространство Вселенной плазма не позволяла фотонам свободно летать, а поглощала и рассеивала их. Позже плазма остыла, электроны и протоны объединились в электрически нейтральные атомы – произошла рекомбинация, – и газ стал прозрачным для света. Фотоны полетели свободно и через 13,7 млрд лет достигли нас в виде радиоволн из-за большого красного смещения, вызванного расширением Вселенной.

Регистрируя сегодня реликтовые радиоволны, мы как бы видим плазменную стену, отделявшую младенческую Вселенную от юной Вселенной. Высокая однородность пришедшего оттуда излучения говорит о том, что и плазма в ту эпоху была очень однородной. Но откуда же тогда взялась высокая неоднородность вещества в нашу эпоху? Как образовался наш мир, в котором сравнительно плотные галактики и очень плотные звезды и планеты разделены почти идеально пустым пространством?

Гравитация способна усиливать флуктуации плотности, стягивая вещество туда, где изначально его плотность была хотя бы чуть-чуть выше, чем в соседних областях. Но это «чуть-чуть» должно было существовать уже в эпоху рекомбинации и оставить свой отпечаток на реликтовом излучении, а его никак не удавалось найти. Потребовалось вывести радиотелескопы в космическое пространство, где при отсутствии атмосферных помех все же удалось заметить неоднородность реликтового излучения на уровне тысячных долей процента (ΔT/T ~ 10^-5). Они выглядят как угловые флуктуации температуры излучения довольно мелкого масштаба (1–0,1°) и очень малой амплитуды (30–80 мкК). Эти флуктуации связаны с первичными акустическими волнами, заполнявшими в целом однородную Вселенную до эпохи рекомбинации, т. е. до красного смещения z = 1400, соответствующего возрасту Вселенной 380 тыс. лет.

Но расчеты показывают, что из столь малых неоднородностей за время жизни Вселенной под действием гравитации не могли вырасти галактики и их скопления. Вселенная должна быть более плотной и заполнена средой, усиливающей гравитацию, но при этом не создающей давления, препятствующего работе гравитационных сил. На существование этой среды указывают и другие астрономические наблюдения – за движением звезд в галактиках и самих галактик в их скоплениях. Эту среду называют темной материей. До сих пор астрофизики не разгадали ее природу, хотя по общей массе ее раз в пять больше, чем знакомого нам вещества. Темная материя проявляет себя лишь тяготением, не участвуя в других взаимодействиях – электромагнитном и ядерных. Поэтому ее часто называют «скрытой массой галактик».

Одна из гипотез, пытающихся объяснить темную материю, связывает ее с так называемыми слабовзаимодействующими массивными частицами (Weakly Interacting Massive Particles, WIMP). Это гипотетическое семейство массивных элементарных частиц, участвующих только в гравитационном и слабом ядерном взаимодействиях. Их присутствие во Вселенной (в частности, в гало галактик) могло бы объяснить парадокс скрытой массы. Никто еще не наблюдал эти частицы в лаборатории; пока это чисто теоретическое предположение. Но астрофизики считают их одними из наиболее вероятных претендентов на роль темной материи и упорно ищут. Их пытаются экспериментально обнаружить в космосе и на ускорителях, но пока надежных результатов нет.

У астрофизики немало и других нерешенных проблем. Они касаются и рождения Вселенной, и происхождения галактик, и эволюции звезд и планет, и физики черных дыр. Лишь недавно астрофизики научились регистрировать приходящие из космоса потоки нейтрино и гравитационные волны. Эти новые для нас носители информации многое сумеют рассказать о процессах, происходящих во Вселенной. Не так давно, изучая движение далеких галактик, астрономы заметили наличие нового типа взаимодействия – антигравитации. Еще недавно антигравитация была темой для фантастов, а теперь физики и астрономы работают над разгадкой ее носителя, пока условно называя его темной энергией.

Может показаться, что все усилия астрофизиков сосредоточены на невидимых, неощутимых, неуловимых сущностях, таких как темная материя, темная энергия, черные дыры, но это не так. Есть немало космических объектов, давно известных ученым и легко наблюдаемых, но до сих пор таящих в себе загадки. За примерами далеко ходить не надо.

Все мы видели солнечную корону – кто на фотографиях, а кто и «живьем» во время солнечного затмения. Корона – самый верхний слой солнечной атмосферы, очень разреженный и очень горячий. Ее температура – несколько миллионов кельвинов, а температура лежащей под ней фотосферы – всего несколько тысяч кельвинов. Парадоксальная ситуация; все равно, как если бы на холодной плите закипала вода в кастрюле. Источник солнечной энергии – термоядерные реакции – находится в недрах Солнца. Выделившееся там тепло постепенно просачивается наверх, к более холодным слоям, что естественно. Минимальной температуры вещество Солнца достигает в его фотосфере, которую мы воспринимаем как видимую поверхность Солнца. Над ней лежат разреженные слои – хромосфера и корона, казалось бы, лишенные источников энергии. Но именно в них чем выше, тем горячее. Что же их греет?

На этот счет есть разные предположения. Долгое время считалось, что корону греют звуковые волны. Действительно, под фотосферой Солнца бурлят конвективные потоки, производящие много шума. Звуковые волны движутся вверх, повышая амплитуду своих колебаний. Ведь волна переносит энергию за счет колебательного движения вещества. А поскольку вверх плотность атмосферы уменьшается, амплитуда колебаний должна возрастать (закон сохранения энергии). На некоторой высоте амплитуда колебаний плотности становится такой большой, что скорость движения вещества достигает скорости звука. Возникает ударная волна, в которой частицы вещества уже не движутся согласованно, а получают «пинок» от пришедшей к ним волны, что приводит к быстрому рассеиванию ее энергии в виде тепла. Однако расчеты показали, что энергии звука недостаточно для разогрева короны.

Эту идею пытались спасти, вспомнив, что магнитное поле, как и газ, тоже обладает упругостью и вдоль него тоже может распространяться волна деформации магнитных силовых линий. Но и идея магнитозвуковых волн тоже себя не оправдала. Сейчас одной из перспективных идей об источниках разогрева солнечной короны считается гипотеза «нановспышек», постоянно происходящих в нижних слоях хромосферы. Здесь приставка «нано» указывает лишь на то, что эти вспышки намного слабее, чем легко наблюдаемые грандиозные солнечные вспышки, вызывающие полярные сияния и магнитные бури на Земле. Но в каждой из нановспышек в среднем выделяется энергия, эквивалентная примерно 240 мегатоннам тротила, что соответствует 12 000 бомб, сброшенных на Хиросиму или Нагасаки. Однако есть и другие гипотезы о причинах высокой температуры солнечной короны. Чтобы ближе познакомиться с короной Солнца, к ней в ближайшее время будут посланы космические зонды. Это должно помочь астрофизикам разрешить загадку горячей оболочки Солнца.

В то время как Солнце и другие звезды доступны прямому исследованию, процесс зарождения звезд изучен весьма поверхностно. Он происходит в холодных и относительно плотных недрах межзвездных молекулярных облаков, куда астрофизики могут заглянуть только с помощью телескопов субмиллиметрового диапазона, которые стали создаваться лишь в последние годы. Именно сейчас начинается изучение звезд в их младенческом возрасте, на стадии протозвезды.

Протозвездами мы называем обособившиеся из газово-пылевого облака в результате его гравитационной неустойчивости плотные сжимающиеся конденсации вещества, в недрах которых еще не достигнуты температуры, необходимые для начала термоядерных реакций – основного источника энергии звезд. Стадия протозвезды – это завершающий этап формирования звезды, который продолжается вплоть до момента «загорания» термоядерных реакций в ядре протозвезды, после которого ее сжатие прекращается и она становится звездой главной последовательности на диаграмме Герцшпрунга – Рассела. Переход звезды в это относительно спокойное состояние происходит непросто и сопровождается разного рода активностью. На молодую звезду продолжают падать остатки протозвездного вещества, а часть этого вещества оседает в околозвездный диск, напоминающий диск Сатурна, но гораздо более плотный, горячий и активный.

Если молодая звезда не слишком массивна и своим излучением и звездным ветром не может разрушить околозвездный диск, то в нем происходит формирование планетной системы. Хотя за последнюю четверть века астрономы обнаружили в ближайших окрестностях Галактики тысячи планетных систем (их принято называть экзопланетными), механизмы формирования планет и их спутников до сих пор не вполне ясны. Честно говоря, мы даже не можем точно восстановить историю происхождения нашей Луны, не говоря уже о планетах Солнечной системы и тем более – об экзопланетах. Разнообразие характеристик уже обнаруженных планетных систем столь велико, что пока не ясно, какие физические процессы играли в этом доминирующую роль.

Не менее разнообразен и мир галактик: в нем трудно отыскать две одинаковые звездные системы. Изучение галактик – молодое направление астрофизики. Само понятие о внешних по отношению к нашей Галактике звездных системах оформилось менее 100 лет назад. Для изучения галактик требуются весьма совершенные крупные телескопы, качественный наблюдательный материал накапливается медленно, поэтому понять, когда и как сформировались эти «звездные острова», пока не удалось.

Формированием галактик мы называем последовательность событий, в результате которых каждая галактика становится обособленной от других и приобретает свою индивидуальность – характерную массу, размер, структуру. Формирование большинства галактик произошло на стадии ранней Вселенной, после эры рекомбинации, закончившейся примерно через 380 000 лет после Большого взрыва. Небольшие пространственные флуктуации температуры реликтового излучения (ΔT/T ~ 10^-5), о которых мы уже говорили, свидетельствуют о существовании в раннюю космологическую эпоху небольших флуктуаций плотности вещества, что является необходимой предпосылкой зарождения галактик. Если бы на ранней стадии расширения Вселенной однородное вещество не смогло бы распасться на гравитационно связанные облака, то позднее, когда космос стал более разреженным, такого шанса у вещества уже не было бы.

Детали формирования галактик неизвестны, но теорий много. Уже ясно, что темная материя играет решающую роль в появлении гравитационных центров, вокруг которых обычное вещество конденсируется в галактики, но детали этого процесса зависят от температуры темной материи, а она еще неизвестна. Холодная темная материя облегчает формирование галактик, в то время как при высокой температуре темной материи формирование обособленных структур из-за быстрого движения частиц затруднено.

Основная идея теорий формирования галактик состоит в том, что первые облака, обособившиеся во время расширения Вселенной, были облаками темной материи с некоторым количеством нейтрального водорода и гелия. Когда в дальнейшем под действием собственной гравитации эти облака сжимались, темная материя и обычное вещество должны были разделиться, так как обычное вещество может терять энергию (в основном на излучение) и поэтому способно сжиматься значительно сильнее, чем темная материя, которая, по-видимому, сжимается адиабатически, т. е. без потери энергии, поскольку не сталкивается с обычным веществом и не может излучать электромагнитные кванты.

Происходит это так. В процессе гравитационного коллапса атомы водорода сближаются и начинают чаще сталкиваться. Газ разогревается и начинает сбрасывать тепло в виде инфракрасного излучения, позволяя коллапсу продолжаться. Темная материя ведет себя иначе: при сжатии она тоже разогревается, но не способна охлаждаться путем излучения. Поэтому давление в ней быстро нарастает и сжатие останавливается. Темная материя должна остаться в протяженном гало галактики, как раз там, где она и обнаружена. Из-за потери энергии в среде водорода и гелия увеличивается плотность вещества в центральной части протогалактики и образуются газовые облака. При столкновении двух облаков газ сжимается в ударном фронте, и это запускает процесс звездообразования. Как только появляется излучение первой звезды, говорят, что протогалактика стала первобытной галактикой.

Согласно одной из теорий, только что рожденные галактики были небольшими, возможно, не больше шаровых скоплений, и располагались вдоль филаментов (линейных уплотнений), пронизывающих молодую Вселенную как паутина. Двигаясь по случайным направлениям, эти молодые звездные системы могли сближаться и сливаться, объединяясь друг с другом. Многократный повтор этого процесса приводил к образованию галактик все большего и большего размера. Спустя миллиарды лет вместо филаментов (цепочек) галактик появились скопления галактик, соединенных перемычками – остатками исходных филаментов. Эта теория филаментного формирования галактик получила в 2001 году поддержку благодаря наблюдениям Очень большого телескопа (VLT), выявившим ряд плотных водородных образований в ранней Вселенной, которые светятся под действием излучения горячих молодых звезд, находящихся внутри них. Вероятно, эти образования являются филаментами, заполненными формирующимися галактиками.

До сих пор мы говорили о задачах астрофизики, решению которых способствует накопление наблюдательных фактов. Используя эти факты, астрофизики строят модели, сценарии, теории, объясняющие уже известный массив наблюдений и предсказывающий новые явления. Обычно для моментальной проверки этих прогнозов чего-то не хватает: мощности существующих телескопов, наблюдательного времени на лучших из них и т. п. Но со временем такая возможность появляется, и теоретические построения либо подтверждаются, либо отбрасываются как неверные. Но есть одна задача, над решением которой трудятся многие теоретики, но пока не видно какой-либо возможности проверить их построения. Речь идет о проблеме рождения Вселенной.

Вообще говоря, космология как наука о Вселенной в целом развивается стремительно и уже вышла на уровень точного знания, когда дискуссии идут о глобальных характеристиках нашего мира, измеренных с точностью до второго-третьего знака после запятой. Но когда речь заходит о первом мгновении существования нашего мира, то не ясно даже, было ли оно, это мгновение, вообще. Не исключено, что наблюдаемое ныне расширение Вселенной началось после предшествовавшей стадии сжатия, хотя такую точку зрения поддерживают немногие. Преобладающее мнение состоит в том, что вопрос «что было до начала расширения?» не имеет смысла, по крайней мере в рамках современной физики. Наука сегодня пытается объяснить, что было непосредственно после начала расширения и под действием каких сил окружающий мир приобрел его глобальные свойства. На эти вопросы убедительнее других отвечает сегодня теория инфляции, она же – инфляционная космология. По сути, это модификация стандартной космологической модели Большого взрыва, предполагающая, что на самом раннем этапе своей эволюции (10^-43–10^-37 с) Вселенная претерпела колоссальное расширение, которое привело к экспоненциальному росту всех масштабов. Это предположение позволяет разрешить некоторые парадоксы классической космологии: почему Вселенная плоская (т. е. ее пространство евклидово), почему в больших масштабах она однородна и изотропна, почему в ней все же были малые неоднородности, приведшие к рождению галактик, и т. п.

Причиной стремительного расширения мира был инфлатон (он же инфлантон или инфлятон) – гипотетическое скалярное поле, существование которого предполагается в теории инфляции. Подчеркнем: именно гипотетическое, никаким образом сегодня себя не проявляющее. Считается, что в первые мгновения эволюции Вселенной фазовый переход инфлатона в состояние с более низкой потенциальной энергией вызвал ускоренное «раздувание» (инфляцию) пространства, а также рождение вещества и энергии. Если такое поле с его удивительными свойствами (например антигравитацией) действительно существует или существовало в ту далекую эпоху, то с точки зрения современной физики тут все в порядке. Однако наблюдательная проверка теории инфляции пока представляется чрезвычайно сложной и выходящей за рамки нашего рассказа об астрофизике.

Константин Эдуардович Циолковский, 1920 гг.

Юрий Гагарин 12 апреля 1961 г.

Тренировочное приводнение «Меркурия»

26 апреля 1961 г. Фото НАСА

Земля с орбиты. Фото НАСА

«Джемини-12» над Землей

11 ноября 1966 г. Фото НАСА

Владимир Комаров в 1967 г.

20 июля 1969 г. Знаменитый след человека на Луне.

Фото НАСА

«Аполлон» из иллюминатора «Союза»

17-19 июля 1975 г. Фото НАСА

«Союз» из иллюминатора «Аполлона».

Фото НАСА

Шаттл «Атлантис», снимок со станции «Мир». Фото НАСА

Космическая станция «Мир». Фото НАСА

Международная космическая станция. Фото НАСА

Необычная галактика IRAS 06076-2139 в созвездии Зайца.

Снимок телескопа «Хаббл», НАСА

Ковш Большой Медведицы

Галактика Андромеды. Фото НАСА

Планеты Солнечной системы, собранные в коллаж.

Фото НАСА

Карликовые планеты. Слева направо: Церера, Макемаке,

Хаумеа, Эрида, Плутон

Астероид Ида. Фото «Галилео», НАСА

Система мира по Птолемею

Система мира по Копернику

Северное полушарие звездного неба

(по Андреа Челлариусу. 1660 год)

Созвездия Змееносец и Змея в атласе Яна Гевелия

Скопление галактик.

Снимок телескопа «Хаббл», НАСА

Ячеистая структура Вселенной

Солнечная корона во время затмения

21 августа 2017 г. Фото НАСА

Туманность Ориона, облако межзвездного газа.

Фото телескопа «Хаббл», НАСА

Крабовидная туманность. Это остаток взорвавшейся массивной звезды, в центре которого находятся ее сохранившееся ядро, нейтронная звезда. Фото НАСА

Планетарная туманность, оболочка старой звезды, сброшенная в окружающее пространство ее ядром (яркая точка в центре). Фото НАСА

Галактика M101. Фото НАСА

Остаток Сверхновой Тихо Браге 1572 г.

Фото телескопа «Чандра», НАСА