Земля же, как известно, неоднородна, и различные ее участки развивают разную силу притяжения, отчего земное поле тяжести становится очень сложным, как бы состоящим из множества местных полей. Его трудно начертить и, значит, рассчитать заранее силу, с которой оно действует в том или ином месте, пока оно не промерено буквально вдоль и поперек.
Вот почему, заставив искусственный спутник двигаться в поле тяготения Земли, ученые все-таки оказались не в силах предсказать абсолютно точный маршрут новой луны на все время ее жизни.
«Как же так? — спросите вы. — Ведь даже в самом первом сообщении о запуске искусственной луны было сказано: спутник вышел на заданную орбиту, — и указаны ее отличительные признаки — высота над земной поверхностью, угол наклона к Земле и так далее. Разве спутник ослушался ученых и движется не на той высоте и не под тем углом, которые были ему заданы?» Разберемся в этом подробнее.
Огромная высота и стремительная скорость, как говорилось, — важнейшие условия, делающие обычный «камень» спутником планеты. И не просто большая высота и большая скорость, а вполне определенные, рассчитанные заранее, задолго до того, как будущий спутник начал свое заоблачное путешествие.
Удивительный полет безо всякого двигателя — падение, никогда не кончающееся падением, начинается с того момента, когда наступает равновесие сил, притягивающих «камень» к Земле и стремящихся отбросить его еще дальше, в космос.
А для этого наш «камень» должен мчаться со скоростью около 8 километров в секунду. Только при этом условии он не вернется на Землю и станет круг за кругом обходить ее. Поэтому такая скорость и называется круговой, или орбитальной, так как в данном случае «камень», подобно всякому небесному телу, обретает свою орбиту.
Достичь скорости передвижения, намного превышающей все наземные, может только многоступенчатая ракета. Обычной, не делящейся на ступени ракете пришлось бы тащить с собой такой запас топлива, какой она просто была бы не в силах поднять. Освобождаясь же от одной из своих частей, ракета становится легче. И ей теперь требуется топлива гораздо меньше. Вот почему во время ожесточенной схватки с тяжестью ракета последовательно одну за другой отбрасывала свои ступени. Только это и позволило ей вывести спутник на орбиту.
Но почему в сообщении говорилось, что спутник движется вокруг нашей планеты вовсе не по кругу, а по эллипсу?
Дело в том, что скорость — 8 км/сек — дана как бы с запасом. Она не позволит «камню» упасть на Землю, даже если бы мы бросали его прямо с поверхности Земли. А так как даже наш первый спутник стал двигаться на высоте почти тысячи километров (второй и третий — еще выше), где сила тяжести уже ослаблена самим расстоянием, то он получил как бы некоторый излишек скорости. Тяжести из-за этого стало труднее искривлять его путь, и орбита спутника вытянулась, превратившись в эллипс.
Вот размеры и форму этого эллипса ученые и рассчитали заранее, зная силу земного тяготения и законы, по которым действует поле тяжести, окружающее Землю.
Центр Земли находится в одном из фокусов этого эллипса. Поэтому спутник то приближается к ней, то удаляется от ее поверхности. Наиболее далекая точка орбиты первого спутника находилась от поверхности Земли примерно в 900 километрах. Сам эллипс был вытянут лишь слегка и мало отличался от правильного круга. А его наклон к земному экватору составлял 65°.
Таково было задание, полученное автоматическим аппаратом управления ракеты на Земле. От того, насколько правильно он его выполнит, зависело — станет заложенный груз искусственным спутником или нет.
Если бы в расчетах ученых оказался хоть малейший просчет и двигатель ракеты не дотянул ее до нужной высоты или толкал бы ее в последний момент чуть медленнее или в неправильном направлении, победительницей из схватки вышла бы тяжесть, и спутник, вновь став простым камнем, вернулся бы на Землю, как возвращались на нее до этого все брошенные вверх предметы.
А что случится, если скорость забрасываемого в космос тела окажется больше 8 км/сек?
Обруч его орбиты вытянется сильнее. Второй советский спутник, например, получив скорость, несколько превысившую ту, которая была достигнута 4 октября, отошел от Земли уже на 1500 километров, проникнув в космос еще глубже.
Дальнейшее увеличение скорости будет еще сильнее растягивать орбиту спутника, пока, наконец, обе половины эллипса не разомкнутся совсем и спутник не умчится по одной из этих разогнутых кривых прочь от Земли, превратившись в искусственную планету или метеор.