Выше тропосферы, на высотах от 11 до 50 километров находится слой атмосферы, который называется стратосферой. Воздух здесь разрежен до такой степени, что без специального скафандра (высотного костюма) человеку не выжить. Во-первых, не хватит кислорода для дыхания. А во-вторых, при таком низком давлении кровь закипает при температуре человеческого тела. Это ведет к закупорке сосудов и к практически мгновенной смерти. Поэтому люди поднялись в стратосферу только в 1930-х годах. 27 мая 1931 года швейцарцы Огюст Пикар и Пауль Кипфер поднялись на высоту 16.2 км. Для этого они использовали воздушный шар, наполненный водородом, к которому была прикреплена специальная герметичная кабина, гондола. Аппарат этот назвали стратостатом.
Не следует думать, что полет в стратосферу был веселой прогулкой. Стратостат наполняли легко воспламеняющимся газом водородом. Уже поэтому полет на этом аппарате называли «танго с пороховой бочкой». Конструкция гондолы тоже была не совершенна. Стратонавтам в ней было холодно и не хватало кислорода для дыхания. Кстати, если кто-то думает, что кислород – газ безопасный, то он ошибается. Достаточно небольших остатков смазки на вентиле – и воспламенение неизбежно. Что такое пожар в легкой гондоле на высоте 16 км объяснять не надо. Смерть неизбежная и мучительная.
О том, что полеты в стратосферу были настоящим подвигом, говорит и трагический полет советских стратонавтов. 30 января 1934 года в стратосферу поднялся советский стратостат «Осоавиахим-1» с тремя членами экипажа в гондоле. Стратостат поднялся на рекордную высоту в 22 км, но при спуске произошла катастрофа. Воздушный шар заледенел, гондола оторвалась на высоте в несколько километров. Экипаж погиб.
Так что, как видим, изучение стратосферы началось относительно недавно. Что же выяснили ученые?
Главным открытием, вероятно, следует считать открытие озонового слоя, который размещается в стратосфере на высоте от 15 – 20 (над полюсами) до 55 – 60 км (над экватором). Озон – это кислород, молекулы которого состоят не из 2, как обычно, а из 3 атомов. Озон образуется на высоте около 30 км в результате бомбардировки кислорода космическими лучами. Озоновый слой очень тонок, всего несколько миллиметров. Между тем, этой толщины достаточно для защиты земной поверхности от губительного для жизни ультрафиолетового излучения Солнца. Если бы не озоновый слой, никакой жизни на нашей планете не существовало бы.
Сумасшедшие фантасты то и дело придумывают апокалиптические сценарии. На высоту в 20 километров запускается ракета с контейнером водорода. Контейнер раскрывается, водород реагирует с озоном, образуя воду, которая тут же застывает на космическом холоде и градом осыпается вниз. А в это время внизу – уже мертвая пустыня. Все выжжено жестоким ультрафилетом. На безжизненную земную поверхность из стратосферы уже обрушивается растаявшая вода, смывая все остатки того, что мы называем (то есть, называли) жизнью.
Все, конечно, не так просто и радостно, как излагается. Озоновый слой – спасибо космическому излучению – постоянно возобновляется. Одного баллона водорода для его уничтожения не хватит. Однако, и технические возможности человечества возрастают. Так что осторожность проявлять не мешает.
В свое время ученые «подняли шум», когда обнаружили, что вещества, называемые «фреонами» и содержащие в своем составе фтор, бурно реагируют с озоном. Фреоны – газы, для человека безвредные, которые раньше широко использовались в холодильных установках и в баллончиках-распылителях. Но при производстве этих газов в промышленных масштабах и в массовых количествах их концентрация в атмосфере могло бы возрасти настолько, чтобы привела бы к уничтожению озонового слоя и инициировала тем самым всемирную катастрофу. Никому на земле не захотелось оказаться в положении цыпленка-табака на раскаленной сковородке. Поэтому фреоны, в настоящее время к использованию запрещены.
Другую опасность для озонового слоя представляют космические корабли, которые при взлете «протыкают» в нем дыры. Конечно, дыры эти очень быстро затягиваются, однако над космодромами активность ультрафиолетовых лучей гораздо выше. И ясно почему.
Стратосфера, таким образом, защищает жизнь на Земле. С другой стороны, это – дверь в открытый космос. Когда самолеты стали подниматься в стратосферу, летчики увидели и черное звездное небо днем, и отчетливую шарообразность земли.
Собственно говоря, стратосферу и начали изучать, как будущее поле военных действий. Уже во время Первой мировой войны у немцев появились чрезвычайно мощные пушки. Одну из них называли «Толстой Бертой» по имени Берты фон Крупп, жены немецкого «стального короля», на заводах которого и были созданы могучие орудия. Эти пушки позволяли обстреливать города и крепости противника очень мощными снарядами с очень большого расстояния, так сказать, из-за горизонта. Ни сама пушка, ни ее команда, тем, кого обстреливали, видна не была. Снаряды падали неизвестно откуда. В верхней части своей траектории эти снаряды уже поднимались в стратосферу, где плотность воздуха совсем другая, чем у поверхности земли. Поэтому уже имевшиеся артиллерийские таблицы для стрельбы с закрытых позиций (напоминавшие немного знаменитые таблицы Брадиса) уже не «работали», а для расчета новых таблиц следовало знать плотность воздуха на больших высотах. Так что одно из первых научных измерений, производимых стратонавтами, было измерение плотности воздуха и ее зависимость от высоты над Землей.
Присматривались к стратосфере и летчики. Идеальное место для полетов бомбардировщиков! Снаряды от зениток на такую высоту не долетают. Да и не увидать с земли столь высоко летящий самолет. Так что если кто думает, что дальние перелеты, которые практиковались в СССР в 1930-х годах, делались только ради рекордов, он ошибается. Совершались эти полеты на дальних бомбардировщиках, типа АНТ которые делало в то время конструкторское бюро А.Н.Туполева, и на рекордных по тогдашним временам высотах. В полете летчики тепло одевались и пользовались кислородными масками. Но вот опасны ли на этих высотах космические лучи, никто не знал. Поэтому первые стратонавты производили также и измерение интенсивности космического излучения.
В стратосферу стали запускать беспилотные воздушные шары-зонды. Они поднимались на высоты 40-50 километров, измеряли параметры атмосферы, после чего приборные отсеки отстреливались и спускались на землю.
Благодаря исследованиям стратосферы в середине 1950-х годов, когда стали разрабатывать космические полеты, конструкторы и ученые уже имели представление о том, в каких условиях придется летать космическим кораблям и что угрожает их пилотам.