Мы обитатели дна воздушного океана. Атмосфера обволакивает землю сплошным и достаточно весомым покровом, но для нас он является привычной средой обитания. То, что люди не только почувствовали, но и поняли существование воздуха и его движений, было великим открытием, но вне индивидуальных усилий исследователей.
Наблюдать движения воздуха в нижних слоях атмосферы можно, следя за облаками. А когда мореплаватели освоили практически все акватории в разные сезоны, то были собраны ценные сведения о преобладающих ветрах на обширном пространстве — почти на всей планете.
Однако оставалось совершенно неясно, что же происходит выше самых высоких горных вершин и облаков? Подъемы на обычных воздушных шарах тут помочь не могли. Об этом некоторые теоретики догадывались, но решающие эксперименты воздухоплаватели проводили на себе, рискуя жизнью.
Рекордный подъем в тропосферу осуществили на аэростате английские ученые Глешер и Коксвель в сентябре 1862 года. Утром облачность была небольшая, и они начали подъем. Однако сравнительно быстро облака сгустились, и аэронавты находились в темноте и сырости, среди сплошного слоя облаков. По мере подъема температура опустилась до нуля и продолжала снижаться. Стало трудно дышать. Высота была около 8 км.
По словам Глешера, у него ухудшилось зрение. Не удалось разглядеть показания приборов. Руки отказывались слушаться. Оцепенение сковало тело. Пропало ощущение ног. Голова бессильно упала на левое плечо, хотя мысли оставались ясными.
Он почти лежал, опираясь на стенку кабины. Понимал, что надо начинать спуск, иначе они погибнут. Но не мог пошевелиться. Увидел, что Коксвель взялся за веревку клапана. Что произошло дальше, не помнил: сначала утратил зрение, а вскоре и сознание…
Очнулся, когда почувствовал, что товарищ пытается его приподнять. Сознание и слух вернулись. Через некоторое время он уже мог говорить и двигаться.
По словам Коксвеля, он больше всего страдал от холода. Ледяная пленка покрыла веревки шара. Руки окоченели. Увидев, что Глешер в обмороке, попытался ему помочь, но не смог сдвинуться с места. Понял, что подъем продолжать нельзя. Из последних сил добрался до веревки, регулирующей клапан, чтобы открыть его. Руки отказались ему служить. Чувствуя, что силы его покидают, вцепился в веревку зубами. Клапан, наконец, открылся. Начался спуск.
Им удалось достичь рекордной высоты, на которую не поднимался ни один человек: 8838 м. Мороз достигал —16°C. Интересно, что, несмотря на сильный стресс, астронавты успешно приземлились и чувствовали себя нормально. Даже Глешер, перенесший обморок, был вполне крепок и прошел пешком две мили до ближайшего поселка.
Систематические исследования границы между тропосферой и стратосферой на воздушных шарах и шарами-зондами начали с 1893 года французы Эрмит и Безансон. Выяснилось, что температура воздуха понижается лишь до определенной высоты, а затем начинает постепенно повышаться. Впервые было отмечено увеличение в стратосфере концентрации озона.
На шаре с открытой гондолой в 1901 году немецкие ученые Берсон и Зюринг достигли высоты 10800 м, используя для дыхания специальные приборы.
В самом конце XIX века француз Тейссерен-де-Бор и немец Ассман успешно зондировали высокие слои атмосферы с помощью небольших шаров, наполненных водородом. К ним привязывали самопишущие приборы, отмечающие изменение температуры и давления. Шары поднимались до 30—35 км над уровнем моря. В разряженной среде их оболочка раздувалась и в конце концов лопалась. Приборы опускались на землю на парашюте или специальном дополнительном шаре. При таком способе изучения атмосферы приходится разыскивать спустившийся «с небес» контейнер с приборами, записями. Когда появились усовершенствованные радиопередатчики, их стали использовать для замеров параметров стратосферы в момент полета. Это уже были радиозонды.
В конце концов выяснилось, что на значительных высотах абсолютно преобладают горизонтальные перемещения очень разреженного воздуха. Там почти нет водяного пара, создающего у земной поверхности мощные вертикальные потоки благодаря затратам энергии на испарение и отдаче — при конденсации. Эту область воздушной оболочки назвали стратосферой (от греческого «стратум» — слой), нижнюю придонную, до высот 8—12 км — тропосферой (от греческого «тропос» — поворот, т.к. здесь существуют круговороты воздуха).
Но у людей всегда остается потребность самим достичь рекордных высот или глубин, побывать там, где еще не бывал ни один человек (да и шары-зонды не позволяли в те времена проводить сложные измерения, в частности, исследовать загадочные космические лучи).
Пришлось конструировать специальные воздушные шары, получившие название стратостатов. Они обладали большой подъемной силой, и в связи с этим имели огромные размеры (более 15 тыс. куб. м). Из-за разреженности атмосферы на больших высотах и низких температур подъем в открытой гондоле можно осуществлять только с использованием скафандров и обогревающих устройств.
Переход к непосредственным исследованиям стратосферы предполагал — как всякое крупное географическое открытие — сочетания нескольких факторов. «Для достижения успеха требовалось три специалиста: физик — чтобы дать идею, инженер — чтобы воплотить ее в жизнь, и пилот — чтобы поднять воздушный шар в воздух, — верно отметил швейцарский профессор Огюст Пиккар, добавив: — Я владел одновременно этими тремя профессиями. Именно мне нужно было взяться за дело. И я довел его до конца».
Эти три составляющие успеха были необходимы, но не достаточны. Требовались легкие и прочные материалы для оболочки стратостата, строп, герметичные гондолы, приспособления для регуляции состояния среды внутри кабины, а самое главное: знание природы, вера в науку (а не только знания сами по себе), личное мужество, стремление к новым горизонтам познания.
Остроумие Пиккара помогло ему не только при конструировании летательного аппарата и приборов. В качестве балласта он решил использовать свинцовую дробь, занимающую значительно меньший объем, чем обычный песок или вода (разрешенные законом виды балласта). Пиккар сделал вычисления и доказал, что свинцовая песчинка безопасна, ибо весит менее 10 миллиграмм. Ему не поверили. Он предложил опыт: сбросить на него свинцовую дробь с высокой трубы брюссельского университета, где он преподавал. Ему не позволили. «Закон есть закон!» И тогда он нашел выход: написал, что в гондоле будет находиться «свинцовый песок». Решающее определение «песок» сломило сопротивление чиновников.
Рассказывая о том, как проходил полет, мы воспользуемся материалами из книги французских публицистов Пьера де Латиля и Жана Вивуара «С небес в пучины моря».
Ранним утром 27 мая 1931 года Огюст Пиккар и его ассистент геофизик Кипфер вошли в гондолу и закрыли крышки люком. Усиливавшийся ветер грозил сорвать стратостат с места. Он стал подниматься слишком быстро.
В 3 часа 57 минут Кипфер, взглянув в иллюминатор, воскликнул: «Под нами фабричная труба!» Вдруг раздался тревожный свист: еще перед стартом разбился изолятор одного из электрических зондов, выведенных через стенку гондолы наружу, и теперь воздух стал вытекать из кабины в атмосферу, давление которой по мере набора высоты все уменьшалось.
Пиккар заранее запасся паклей и вазелином. Через несколько минут ему удалось законопатить дыру. Однако за это время успело вытечь столько воздуха, что давление в гондоле упало больше чем на одну треть. Открыв на несколько мгновений один из баллонов с кислородом, давление удалось поднять почти до нормального.
Через 28 минут после старта Кипфер заметил, что приборы показывают высоту 15500 м. Стратосфера!
«Вокруг нас только небо, — писал впоследствии Пиккар. — Красота его для нас невиданная, захватывающая. Оно темное, темно-синее или фиолетовое, почти черное»
Во время подъема баллон стал из грушевидного сферическим. Теперь он пребывал в стратосфере в устойчивом равновесии.
Пиккар сбросил 50 кг груза, чтобы подняться еще на несколько сот метров. Он намеревался выполнить измерения на высоте, где атмосферное давление составляет только одну десятую часть нормального (16000 м над уровнем моря).
Но когда он дернул за веревку, чтобы открыть маневровый клапан, то понял, что она перестала действовать! (Впоследствии было установлено, что веревка переплелась с дополнительным стартовым канатом, прикрепленным незадолго до отлета.) Чтобы спуститься на землю, не оставалось ничего другого, как ждать вечера после захода солнца, когда баллон охладится, его объем и, следовательно, подъемная сила уменьшатся.
Только теперь аэронавтам стало по-настоящему страшно. Если бы недавно им не удалось прекратить утечку воздуха, то давление в гондоле продолжало бы падать; им осталось бы только открыть люки и выброситься с парашютом. Разреженный воздух стратосферы непригоден для жизни человека.
Но злоключения стратонавтов еще не закончились. Во-первых, запаса кислорода едва хватало, чтобы дождаться захода солнца, во-вторых, стратостат дрейфовал, несомый воздушным течением неизвестно куда. Не исключено, что вечером он приводнится где-нибудь посреди Адриатического моря.
При спуске шар удлинится, клапанная веревка, сильно натянувшись, автоматически откроет клапан и оставит его в таком положении. Спуск сразу же ускорится, и удар при приземлении может оказаться очень сильным. Пиккар и Кипфер решили не сбрасывать больше балласт. Оставшийся груз следовало сохранить на случай слишком быстрого приземления, чтобы несколько притормозить его. Стратонавты упаковали приборы, чтобы они не разбились при слишком жесткой посадке.
Потянулись томительные часы ожидания, разнообразие вносили только новые, непредвиденные и опасные происшествия.
Прежде всего — разорвавшаяся клапанная веревка. Это отняло последнюю надежду на маневрирование, зато исчезла опасность, что клапан останется заблокированным в открытом положении.
Затем — возобновившаяся утечка воздуха через поврежденный изолятор в стенке гондолы. К счастью, у аэронавтов оставалось достаточно пакли и вазелина, чтобы заново законопатить дыру.
Разбился один из ртутных барометров. Вылившаяся ртуть растеклась по днищу гондолы и могла быстро разъесть алюминий. Нужно было немедленно удалить ее за борт, использовав для этого разрежение внешней среды. Один конец шланга присоединили к крану, выходящему наружу, другой подвели к поверхности ртути, и ее удалось отсосать за борт.
Пронизывающий холод сменился немилосердным пеклом. Пиккар предполагал регулировать температуру внутри гондолы путем поворота ее вокруг оси. Для этого одну сторону гондолы окрасили в черный цвет, другую оставили блестящей. Лучи солнца должны были поглощаться или отражаться — в зависимости от того, какой стороной обращена к нему гондола. Но мотор, предназначенный для выполнения этого маневра, вышел из строя. И эта простая система терморегулирования не функционировала. Внутренние стенки гондолы покрылись тонким слоем инея, который выпал в снег, когда температура резко подскочила до 40° выше нуля.
Наконец, мучившая аэронавтов жажда. Они собирались взять с собой две бутылки с водой, а нашли в гондоле только одну маленькую бутылку! Пришлось утолять жажду инеем и конденсационной водой.
К четырнадцати часам стратостат медленно пошел на снижение. Мир ничего не знал о судьбе стратонавтов. Эта неопределенность постепенно перерастала в тревогу, вечерние газеты объявили даже, что Пиккар погиб. Французское правительство поспешило «посмертно» наградить этого мученика науки розеткой ордена «Почетного легиона».
С наступлением ночи стратостат, все еще освещенный лучами солнца, ослепительно сверкал на темном небе. Его видели многие люди, принимая за небесное светило, быть может, за Венеру.
Наконец спуск пошел быстрее. На высоте около 4500 метров Пиккар и Кипфер открыли люки. Ночью гондола коснулась снежного поля на высоте 2800 метров. Это было далеко не идеальное место для посадки. Сброшена часть балласта. Стратостат подскочил, перелетел через ледник и приблизился к ровной площадке. Пиккар, не колеблясь, дернул за фал разрывного полотнища, чтобы вскрыть оболочку. Шар освободился от газа, гондола покатилась вниз и остановилась у медленно оседавшей оболочки.
Пиккар и Кипфер легли спать прямо на леднике (как выяснилось на следующий день, это был ледник Гургль в австрийском Тироле). Чтобы спастись от холода, они завернулись в оболочку воздушного шара.
На заре, связавшись веревкой и на каждом шагу пробуя снег бамбуковой палкой, имеющейся в снаряжении стратостата, они стали осторожно спускаться в долину. В полдень они были замечены группой лыжников, которые проводили их в деревню — маленькое тирольское селение Гургль.
Скоро мир с облегчением узнал о благополучном приземлении исследователей. Французскому правительству, наградившему побежденного стихией розеткой «Почетного легиона» в петлицу, не оставалось ничего другого, как пожаловать победителю шейную ленту этого ордена! Так профессор Пиккар не только стал кавалером ордена «Почетного легиона», но и совершил самое быстрое восхождение по его степеням.
Это был триумф! Человек впервые вторгся в пределы стратосферы.
А Пиккар был недоволен. Для него главным был не рекорд, а научный результат, который оказался минимальным из-за неисправности приборов. Через год он превысил свое достижение. В августе 1932 г. с инженером Козинсом поднялся на 700 м выше. Шар был выкрашен в белый цвет для отражения солнечных лучей. Результат снова был неожиданным: в гондоле температура упала до —15°C. Зато удалось провести ряд научных экспериментов. Пиккар зафиксировал резкое увеличение интенсивности космических лучей. Ученый высказал предположение, что в будущем можно будет использовать космическую энергию стратосферы.