В первые десятилетия XX века нижние слои атмосферы стали осваивать с помощью летательных аппаратов, которые тяжелее воздуха — аэропланов, как их тогда называли. Однако со временем усиливался интерес к более высоким слоям, входящим в стратосферу. Огюст Пиккар, первым глубоко вторгнувшийся в ее пределы, преследовал прежде всего научно-теоретические цели, стремясь выяснить природу и свойства космических лучей.
Надо заметить, что в ту пору некоторые ученые (в нашей стране, например, А.Л. Чижевский) высказывали гипотезы о влиянии космических излучений не только на биологические процессы, но и на психику людей, вследствие чего якобы возникают войны и революции.
Но были и более реалистические причины для исследований стратосферы. Ничтожная плотность воздуха на больших высотах могла существенно облегчить полет здесь ракет и реактивных самолетов. Да и артиллерийские снаряды могут в разреженной атмосфере преодолевать значительные расстояния. Подобные проблемы стали особенно актуальны после Первой мировой войны, когда началось обновление военной техники. Естественно, что СССР не остался в стороне от подобных разработок и исследований: ведь теперь милитаризация буржуазных держав определялась не только их междоусобицами, но и враждебностью по отношению к первому рабоче-крестьянскому государству и опасностью распространения «революционной заразы». Кроме того, для СССР были существенны и соображения престижа: ведь страна с огромными усилиями развивала науку, технику и промышленность, переходя в разряд крупнейших индустриальных держав мира.
30 сентября 1933 года в воздух с московского аэродрома поднялся стратостат «СССР» с объемом оболочки 24340 куб. м (диаметр около 36 м). Вес трехслойной оболочки с принадлежностями превышал 1 т. Гондола имела форму шара диаметром в 2, 3 м с плетеным ивовым амортизатором внизу. Внутри гондолы — сиденья для экипажа, электрическое освещение, приборы.
В полет отправились командир корабля летчик Прокофьев, инженер Годунов, радист Бирнбаум. Стратостат, не вращаясь, быстро устремился вверх. С ним постоянно поддерживалась радиосвязь. Из шести наблюдательных пунктов геодезисты фиксировали положение стратостата.
За полчаса прошли тропосферу и достигли высота 17 км. Отцепляя мешки с балластом, продолжали подъем. В кабине, разогретой на солнце, температура поднималась до +31°C, тогда как за бортом стояла стужа (—65°). В 12 часов 45 минут была достигнута рекордная высота: 19 км. Еще более 2 часов пробыв на достигнутом рубеже, делая измерения, пошли на снижение. Спуск продолжался около 3 часов. Приземлились за Коломной на берегу Москвы-реки.
Исследования показали, что в низах стратосферы температура повышается оттого, что ультрафиолетовое излучение Солнца задерживается трехвалентным кислородом — озоном. Вдобавок было экспериментально доказано, что ионизация воздуха на больших высотах возрастает в сотни раз. Следовательно, озоновый слой защищает живые организмы от губительных ультрафиолетовых лучей.
Через два месяца американцы Сэттль и Форденей попытались побить рекорд советских аэронавтов, но не дошли до этого рубежа (им оставалось всего 140 м).
Советский стратостат «Осоавиахим-1» с тремя аэронавтами — П.Ф. Федосеенко, И.Д. Усыскиным, А.Б. Васенко — стартовал 30 января 1934 года из Москвы. Подъем шел быстро. В 11 часов 42 минуты была достигнута высота 20600 м и началось снижение.
Через 17 минут стратонавты сообщили, что радиосвязь будет временно прекращена для включения патронов, поглощающих углекислый газ. Больше никаких сигналов на землю не поступало. До поздней ночи судьба экипажа оставалась неизвестной. Вдруг поступила телеграмма со станции Кадошкино Казанской железной дороги о том, что найдена гондола с тремя погибшими исследователями стратосферы.
Комиссия, изучившая обстоятельства катастрофы (в частности, по сохранившемуся бортовому журналу), выяснила, что с высоты 12 км стратостат начал быстро падать. От резких неравномерных нагрузок разорвалась часть строп. Падение продолжалось, гондола оторвалась и в 16 часов 23 минуты врезалась в землю.
До последних минут экипаж не терял самообладания. Запись за 13 минут до трагического финала завершилась карандашной чертой — как бы от сильного внезапного толчка. С этого момента, по-видимому, началось стремительное падение.
На торжественных похоронах урны с прахом аэронавтов несли руководители страны (Сталин, Молотов, Ворошилов). Пиккар и его спутники по стратосферным полетам Козинс и Кипфер почтили память «трех героев, наиболее приблизившихся к солнцу». Было установлено, что предельная высота подъема составила 22 км.
Этим полетом завершилась, по сути дела, целая эпоха в аэрологии, когда осуществлялись «пассивные» подъемы людей и приборов в стратосферу на воздушных шарах. Наступала пора ракетных двигателей. Еще до Второй мировой войны предлагались проекты зондирования стратосферы с помощью ракет, оснащенных приборами. В книге советских ученых Д.О. Святского и Т.Н. Кладо «Занимательная метеорология», изданной в 1934 году было проницательно отмечено: «И если надеются со временем осуществить межпланетные перелеты на ракете, то проникнуть на ракете в стратосферу, а тем более, запустить туда ракету без пассажиров — вероятно, дело уже недалекого будущего».
Осуществлению таких проектов содействовала военная техника, достигшая необычайных успехов на фоне разрушительнейшей из всех войн в истории человечества. Реактивные самолеты и ракеты стали «бороздить» стратосферу, проникая еще выше, в ионосферу, расположенную выше 80 км над земной поверхностью. Здесь поток жестких космических лучей сдирает с одиноких атомов их электронные оболочки. Атомы превращаются в ионы. Эту область называют еще термосферой. Скажем, на высоте 200 км температура превышает 600° — согласно расчетам, ибо привычными нам приборами ее невозможно измерить.
А что находится выше ионосферы? В начале XX века некоторые ученые предполагали, что благодаря магнитному полю Земли образуется нечто подобное магнитной ловушке для частиц, излучаемых Солнцем. Позже появилось утверждение, что наша планета находится в пределах солнечной короны.
Но это — общие соображения. А советские и американские спутники обнаружили два радиационных пояса, большим и малым кольцами окружающие Землю на высотах 25—35 и 40—60 тыс. км. Однако их динамика и воздействие на область жизни изучены еще мало.