Давно доказано, что время полного оборота Луны вокруг своей оси совпадает со временем обращения Луны вокруг Земли. Это значит, что Луна обращена к Земле всегда лишь одной своей стороной. Противоположная же сторона поверхности Луны с Земли полностью не видна. Временами бывают доступны наблюдениям лишь узкие зоны, непосредственно примыкающие к видимой части поверхности Луны, что происходит вследствие так называемой либрации Луны: для наблюдателя с Земли Луна кажется вращающейся вокруг своей оси неравномерно, она как бы покачивается относительно своего среднего положения.
Вследствие явлений либрации наблюдениям оказываются доступными только около 59 % поверхности Луны. Однако остающиеся 41 % поверхности всегда оказываются скрытыми от нашего взора. Кроме того, даже то, что видно земным наблюдателям, нуждается в проверке. Ряд образований на лунной поверхности, находящейся на границе видимой с Земли части Луны, кажется нам длинными и узкими, их истинная форма искажена.
Таким образом, исследование стороны Луны, недоступной для наблюдений с поверхности нашей планеты, представляет огромный научный интерес. Осуществить эту многовековую мечту человека удалось советскому народу, его ученым, конструкторам, инженерам, техникам, рабочим, создавшим и запустившим третью космическую ракету с автоматической межпланетной станцией.
Радиоэлектроника и освоение космоса
Ещё до запуска искусственных спутников и космических ракет условия радиосвязи с ними, так же как и возможные причины ее нарушений были частично выяснены с помощью высотных ракет.
Рис. 1. Прозрачность земной атмосферы для электромагнитных колебаний с различными длинами волн.
При такой радиосвязи необходимо учитывать влияние атмосферы на прохождение электромагнитных волн. Не всякое электромагнитное колебание может «пробить» себе путь сквозь толщу воздушного океана, на дне которого мы живем.
На рис. 1 показан график «прозрачности» земной атмосферы для электромагнитных колебаний различных длин волн.
Особенно сильное влияние на прохождение электромагнитных колебаний оказывают верхние ионизированные слои атмосферы. Состояние этих слоев их толщина, высота над поверхностью Земли, степень концентрации заряженных частиц зависит от времени суток и года. Соответственно различается и воздействие этих слоев на радиосвязь в различное время суток и года.
Чем выше концентрация электронов в ионосфере и чем больше длина волн, используемых для связи, тем труднее этим колебаниям пробиться сквозь слой ионосферы.
Если электромагнитные колебания с длинами волн более 50 м посылаются с Земли, то, достигнув ионосферы, они отражаются от нее и возвращаются к поверхности Земли. Последующее отражение радиоволн от поверхности Земли вызывает многократное повторение этого процесса, в результате чего радиоволны могут достигнуть пункта, находящегося в диаметрально противоположной по отношению к передающей радиостанции точке земного шара. Но именно это свойство ионосферы, позволяющее установить радиосвязь между отдаленными пунктами земной поверхности, затрудняет радиосвязь с искусственными спутниками Земли и космическими ракетами.
Для отражения длинных волн, посылаемых с Земли, достаточно той концентрации электронов, которая обнаруживается на высоте 6090 км, в так называемом ионосферном слое D. Средние волны отражаются слоем Е, расположенным на высоте 100130 км, где электронная концентрация много выше. Еще более короткие волны, беспрепятственно проходящие слои D и Е, отражаются слоем F с максимальной концентрацией электронов на высоте 250400 км. Радиоволны длиной около 40 м уже могут проходить, не отражаясь, за пределы ионосферы, однако при этом они ослабляются. Чем ближе направление радиолуча к вертикальному, тем меньше ослабление проходящих сквозь ионосферу волн. Волны короче 20 м проходят сквозь атмосферу почти беспрепятственно.
С точки зрения эффективного использования электроэнергии желательно применять направленное излучение электромагнитных волн как на искусственном небесном теле, так и на Земле. Как известно, геометрические размеры антенных систем при этом должны быть соизмеримыми с длиной волны используемого электромагнитного излучения. Поэтому с целью уменьшения размеров антенн желательно использовать ультракороткие радиоволны. Однако слишком короткие волны (длиной менее 3 см) для связи с космическими кораблями использовать нельзя, так как они поглощаются нижними слоями атмосферы, водяными парами, рассеиваются ионосферой. Особенно сильно поглощаются водяными парами и рассеиваются ионосферой радиоволны длиной менее 2 см. Однако поглощение в парах воды и кислороде воздуха, которое объясняется возникновением резонансных явлений, неодинаково в пределах диапазона миллиметровых волн. Так, в диапазоне волн 20 1 мм имеются две полосы поглощения радиоволн в парах воды с максимумами поглощения на волнах 1,8 и 14 мм. В том же диапазоне кислород воздуха имеет две полосы поглощения с максимумами на волнах 2,6 и 5 мм. Так как полосы максимального поглощения довольно узки, то в диапазоне миллиметровых волн могут быть выделены широкие области, в которых потери из-за поглощения малы.