Меня одно время удивлял такой момент в полёте "Сатурна-5": я не мог понять, что же произошло с первой ступенью ракеты-носителя через 2 минуты после старта. 1-я ступень должна полностью отработать и отделиться примерно через 2 мин 40 секунд, на за минуту до отделения с ней стали происходить непонятные пиротехнические явления, свойственные только миссиям "Аполлон". Вырывающийся из двигателей ракеты жёлто-оранжевый поток горящих газов вдруг стал исчезать, обволакиваясь белым дымом.
Хоть это видео и обозначено на Ю-Тубе как "Старт Аполлона-11", на самом деле мы видим запуск "Аполлона-8":
Для нас сейчас не важно, какой именно "Аполлон" находится в кадре, ракета-носитель всё равно одна и та же - "Сатурн-5". И поведение всех "Сатурнов" было примерно одинаковым.
Фактически наблюдать за полётом "Сатурна-5" можно было лишь первые 3 минуты полёта. К этому моменту (согласно отчётам НАСА) он должен удалиться от космодрома в сторону океана на 95 км и подняться на высоту 66 км.
До него по прямой будет примерно 115 км, и с такого расстояния для наблюдателя он должен превратиться не просто в еле различимую точку, а слиться с ярким небом. Запуск был утром, в 9-30 по местному времени, на восток, а солнце в этот момент было на юго-восточной части неба.
На самом деле ракета не улетела так далеко. Даже на любительском 16-мм видео можно проследить весь её путь вплоть до отделения первой ступени. Вся траектория полёта видна в ролике А.Северского, который снят 16 мм кинокамерой.
Вот ракета, поднимаясь вверх, пронзает облака, и через полминуты мы видим образование инверсионного следа, он остаётся висеть в атмосфере.
Однако дальше светящийся огонек двигателей начинает опускаться вниз.
Составим панораму из нескольких кадров. Это не сложно сделать - границы облаков в кадре хорошо читаются. И тогда траектория ракеты становится понятнее:
Обратите внимание, в конце этой траектории от круглого пятнышка начинает вытягиваться небольшой светлый шлейф. Сначала он очень узкий. Но потом станет очень широким. Это и есть тот белый дым, который мы видели на профессиональном виде.
Ближе к концу ролика Северского мы замечаем, как по кадру тянется светлая вертикальная полоса. Блик диафрагмы возник снова, а это означает, что оператор вернулся вниз на то же самое место, где он удерживал ракету при подъёме.
Тот факт, что светлый шлейф стал шире, говорит о том, что летящая первая ступень стала ближе к нам. Она ещё не отделилась от второй ступени и продолжает движение в сцепке. «Сатурн-5» летит вниз, приближается, и поэтому увеличивается в размерах шлейф дыма за ним.
В целом траектория полёта выглядит в виде параболы. Сначала по мере подъёма ракеты её угловой размер уменьшается, а потом, после прохождения тропопаузы, угловой размер начинает увеличиваться – ракета падает вниз и приближается к наблюдателю.
Кинолюбители снимали общим планом, а вот в распоряжении профессионалов были кинотеодолиты. И там можно рассмотреть всё гораздо детальнее. Кинотеодолит, по сути дела - это версия небольшого телескопа с кинокамерой и с приспособлениями для записи и последующего анализа данных: углов с учетом высоты по азимуту и времени съемки каждого кадра.
Возьмём видео с кинотеодолита, которое на Ю-Тубе именуется как APOLLO 11 - Lunar EVA Training, Launch and Mission Control.
Мы видим, как ракета стартует, и через некоторое время (примерно через 145 секунд) за ракетой возникает инверсионный след.
Потом летящую ракеты показывают с другой камеры. Мы видим мощный поток горящих газов жёлто-оранжевого цвета. Но постепенно этот оранжевый цвет становится всё бледнее, его снаружи заволакивает белым дымом. Откуда взялся этот белый дым?
Вот это видео:
Ситуация проясняется, когда мы внимательно приглядимся к кадрам летящей ракеты с другого ракурса. Оказывается, через 2 минуты после старта начинают прогорать стенки 1-й ступени ракеты-носителя и через технологические отверстия горящие газы вырываются наружу. Горение постепенно распространяется вверх до середины первой ступени. Это не случайность, а специально продуманная конструктивная особенность «Сатурна-5».
А далее наружу вырывается жидкий кислород, его остатки. Он тут же превращается в газ и белым шлейфом обволакивает снаружи оранжевое пламя перед отделением первой ступени.
У меня есть только одна версия, для чего понадобился этот пиротехнический трюк с распылением жидкого кислорода.
Дело в том, что мере подъёма ракеты вверх давление атмосферы уменьшается и вытянутое пламя, расширяясь, превращается на высоте 15-20 км в "газовую конфорку", которая по мере дальнейшего подъема становится всё шире и прозрачнее: из-за низкого давления газы моментально расширяются во все стороны. Вот как это выглядит на современных ракетах США:
И во время подъёма «Сатурна-5» мы видим также, что пламя постепенно расширяется. В кадре есть даже пояснение зелёным шрифтом (см. предыдущий рисунок): «Volume widens as the atmosphere gets thinner» - Объем увеличивается по мере разрежения атмосферы. Но поскольку на самом деле «Сатурн-5» поднялся не высоко, то с помощью выброса жидкого кислорода попытались сымитировать расширение «газовой конфорки», возникшей якобы из-за сильной разреженности атмосферы на высоте 60 км.
Выпущенный под давлением кислород визуально увеличивает шлейф за летящей ракетой, и этим шлейфом перекрывается сама ракета. В этот момент она начинает движение вниз. Вместо уменьшения угловых размеров удаляющейся ракеты мы видим увеличение: светлый шлейф от приближения к камере становится всё шире и шире. Выглядит это очень странно.
Уже легко можно рассмотреть отдельные струи белого дыма, как они завихряются, хотя расстояние до ракеты в этот момент якобы более 100 км и ракета стремительно удаляется от места съёмки, набирая всё большую скорость. Ширина шлейфа визуально должна уменьшиться, но мы видим совершенно другую картину - шлейф стал только шире. И не только шире, но ещё гуще и плотнее, чего никак не должно быть.
Перед отделением первой ступени происходит очень важное событие - в правом нижнем углу появляется лёгкое перистое облачко, и мимо него пролетает ракета. Казалось бы, что тут такого необычного? - ну пролетела ракета мимо облака и всё! Однако необычной является скорость пролёта. Облако проходит по диагонали кадра из правого нижнего угла в левый верхний за 2,5 секунды!
Перистые облака обычно располагаются на высоте 7-9 км, и для наблюдателя с земли они кажутся совсем неподвижными. Точно также и ракета на удалении 115 км от космодрома должна казаться зависшей в одной точке. Но в кадре мы наблюдаем быстрое угловое перемещение ракеты. Посмотрите, как это выглядит на видео. Это неестественно быстрый пролёт. И что самое интересное - облачко скрывается ЗА шлейфом ракеты. Вы поняли, что произошло? Ракета находится ПЕРЕД облаком, ниже облака. Другими словами, высота летящей ракеты над поверхностью земли через 3 минуты после старта - уже меньше 8 км.
Ракета стремительно падает. Другими словами говоря, отделение первой ступени произошло на высоте 7-8 км, а не в мезосфере на высоте 66 км.
Теперь мы знаем, что это шлейф образуется от остатков кислорода первой ступени: не прореагировавший жидкий кислород выбрасывается наружу и газифицируется. Из-за этого образуется "дымовая завеса". А, может быть, свой вклад сюда вносит дым, образующийся от горения стенок первой ступени?
В конце ролика А.Северского мы замечаем, что от шлейфа отошёл тонкий отросток – это и есть момент отделения первой ступени от второй. Вот так отделение первой ступени выглядит на общем плане, и оно доступно для наблюдения даже кинолюбителю!
Шлейф становится очень широким и принимает зигзагообразную форму. Это говорит о том, что шлейф разносится воздушными потоками в атмосфере. По легенде НАСА, «Сатурн-5» уже должен подняться вверх за пределы стратосферы, в мезосферу, где нет никаких воздушных течений, а вместо этого он с каждой секундой всё ближе и ближе к поверхности земли.
Вот и разгадка белого дыма, который скрывал струю горящих газов первой ступени "Сатурна-5".
И, конечно же, первая ступень упала не там, где указало НАСА, а намного ближе к космодрому.
*
С вами был кинооператор Л.Коновалов. До новых встреч!