В течение многих лет разрабатывал наш замечательный ученый, изобретатель Константин Эдуардович Циолковский захватывающую идею о странствовании за пределами атмосферы, о полетах в бескрайних просторах космического океана.
В принципе эта труднейшая задача, задача создания авиации без потолка, была Циолковским успешно разрешена еще в 1903 году. Он придумал ракетный корабль «звездолет», способный совершать межпланетные рейсы. Только для этого надо наделить его значительной скоростью — 11 километров в секунду. Все затруднение и заключалось в том, чтобы найти технически осуществимый способ сообщать звездолету столь огромную начальную скорость.
Зачем, однако, нужна для межпланетного полета такая чудовищная скорость? На первый взгляд она представляется совершенно излишней. В самом деле: земное притяжение уменьшает скорость свободного взлета всего лишь на 10 метров в секунду. Казалось бы, поэтому, достаточно снабдить звездолет скоростью немного большею 10 метров в секунду — и ракетный корабль беспрепятственно поднимется над Землей, чтобы покинуть ее навсегда. Цепи земного тяготения будут разорваны.
Такая мысль возникает у многих, и поэтому здесь уместно будет вскрыть заключающуюся в ней ошибку. Да, в первую секунду звездолет, брошенный ввысь, теряет из своей секундной скорости всего лишь 10 метров. Мы подчеркиваем — только в первую секунду. Но надо помнить, что во вторую секунду полета он потеряет еще 10 метров, в третью —новые 10 метров и так далее. Если бы звездолет отправился в путь, имея даже начальную скорость артиллерийского снаряда — круглым числом тысячу метров в секунду, — то уже спустя 100 секунд скорость эта была бы без остатка израсходована на борьбу с силой тяжести. Это значит, что менее чем через две минуты от начала полета ракетный корабль начал бы неудержимо, с возрастающей скоростью падать обратно на Землю. Кто знаком с начатками механики, тому нетрудно будет рассчитать, что даже при полном отсутствии помехи со стороны воздуха такой звездолет поднялся бы только до высоты 50 километров и оттуда рухнул бы на Землю.
Как видим, для космического рейса совершенно не достаточна секундная скорость даже в целый километр. Полет в мировое пространство должен начаться с гораздо большей скоростью. Она должна быть не меньше 11 километров в секунду. При такой стремительности взлета ракета уже достигнет высот, на которых начинает заметно сказываться ослабление земного притяжения. Поэтому секундное убывание скорости звездолета становится все меньше и меньше. Ракетный корабль успешно борется с замедляющим действием земного притяжения. И если он, например, летит к Луне, то в какой-то момент он достигает того рубежа, за которым притяжение Луны берет верх над земным. Дальнейший полет будет уже не чем иным, как падением на Луну.
*
И так, для отправления в космический полет ракетный корабль должен покинуть Землю со скоростью, не меньшею 11 километров в секунду. Это было ясно не только Циолковскому, но и еще раньше — французскому романисту Жюль Верну, автору фантастического сочинения «Из пушки на Луну» (1870 год). Жюль Верн ошибался, предполагая, что необходимую скорость можно придать межпланетному снаряду, выстрелив им из гигантской пушки. Ни при каком количестве пороха в заряде пушка не сможет сообщить снаряду скорости в 11 километров в секунду. Самое большее — это было бы около четырех километров в секунду (см. книгу Я. Перельмана «Межпланетные путешествия»).
Циолковский доказал математически, что его ракетный корабль способен приобрести требуемую скорость при том условии, если будет сожжен достаточный запас горючего. Но вот тут и возникает вся трудность: количество топлива, которое должно быть для этого сожжено в ракете, составляет огромную долю массы всего ракетного корабля. Расчет показывает, что из каждой тонны корабля, отправившегося в космический рейс, возвратится на Землю меньше 5 килограмма; все остальное приходится на долю топлива, которое должно быть сожжено.
Устроить корабль, в котором на долю запаса горючего приходилось бы более 0,999 всей массы и только 0,001 составляла бы масса его стенок, пилота, снаряжения и тому подобное, конечно, немыслимо никакими техническими ухищрениями. Вспомним, что в цистерне с керосином масса содержимого превышает массу самой цистерны всего только в 13 раз. Искуснейшие строители — пчелы — устраивают ячейки, в которых мед в 60 раз тяжелее его восковой оболочки. Звездолет же должен представлять собой как бы цистерну, содержимое которой тяжелее стенок в 1000 и более раз!
Циолковский ясно сознавал возникающую в этом пункте трудность и не переставал настойчиво искать путей к ее преодолению. И вот на самом закате жизни в его уме блеснул радостный луч надежды. Желанное решение задачи, казавшейся неодолимой, наконец, найдено. В декабре 1934 года Константин Эдуардович прислал мне письмо, приподнятый тон которого красноречиво говорил о взволнованном настроении изобретателя. Письмо было написано под свежим впечатлением сделанного открытия. Привожу это письмо полностью:
«Сорок лет я работал над реактивным полетом, в результате чего дал — по общему признанию, первый в мире — теорию реактивного движения и схему реактивного корабля. Через несколько сотен лет, — думал я, — такие приборы залетят за атмосферу и будут уже космическими кораблями. Непрерывно вычисляя и размышляя над скорейшим осуществлением этого дела, вчера, 15 декабря 1934 года, после шести часов вечера, я натолкнулся на новую мысль относительно достижения космических скоростей.
Последствием этого открытия явилась уверенность, что такие скорости гораздо легче получить, чем я предполагал. Возможно, что их достигнут через несколько десятков лет, и может быть, современное поколение будет свидетелем межпланетных путешествий.
Таким образом, идея 15 декабря приблизила реализацию космической ракеты, заменив в моем воображении сотни лет (как я писал в 1903 году) только десятками их».
На полях письма сбоку — приписка:
«Секрет. Хотел Вас порадовать. Когда опубликую — не знаю».
Циолковский не спешил с оглаской своего открытия потому, вероятно, что желал со свойственной ему добросовестностью еще тщательно обдумать и проверить свою мысль.
Прошло несколько месяцев, и в мае 1935 года я получил от Константина Эдуардовича отрывок из его последней большой рукописи, оставшейся еще и сейчас неопубликованной. Это была
выдержка из восьмой главы. К ней — немногословная приписка:
«Вот то открытие, о котором я Вам писал».
*
Вообразим ради простоты, что в нашем распоряжении имеется пассажирская ракета весом без топлива в одну тонну. Подобный корабль, объем которого достигает десятка кубометров, способен вместить 5 тонн топлива. Построение такого ракетного корабля не представило бы особых технических трудностей: в нем на долю топлива приходится не 99,9 процента, а только 83 процента массы всего корабля (в керосиновой цистерне содержимое составляет, как мы уже знаем, 93 процента полной массы всей цистерны).
Итак, у нас имеется ракетный корабль, сооружение которого посильно для техники. Ничего фантастического, ничего несбыточного в этом нет. Предположим теперь, что этот ракетный корабль сжигает запас своего топлива полностью. Расчет, сделанный при весьма скромных допущениях, показывает, что по окончании горения топлива корабль должен получить скорость в 3 тысячи метров в секунду. Если же будет израсходована только половина всего запаса, то корабль приобретет скорость в 900 метров в секунду.
Эти расчеты и навели Циолковского на следующую блестящую мысль. Пусть в космический полет отправляется не одна ракета, а целая эскадрилья таких ракет. Когда каждая из составляющих ее ракет сожжет половину своего заряда, эскадрилья будет нестись правильным строем со скоростью 900 метров в секунду. В этот момент горение прерывается, и одна половина ракет на лету переливает свое неизрасходованное топливо в полуопорожненные вместилища другой половины эскадрильи (передача горючего в полете возможна). Те ракеты, которые после переливания совершенно лишаются топлива, выбывают из строя: их пустые оболочки опускаются на землю.
Наша ракетная эскадрилья наполовину уменьшила теперь свой численный состав; зато каждая ракета вновь несет с собой полный 5-тонный запас топлива. Если теперь эскадрилья сожжет его целиком, она приобретет скорость 900 + 3000, то есть 3900 метров в секунду. Но, по мысли Циолковского, как раз не нужно, чтобы ракеты сжигали топливо полностью. Опять сжигается только половина топливного запаса. Поэтому к прежней 900-метровой скорости прибавляется не 3000, а только еще раз 900 метров. Общая скорость эскадрильи составляет теперь 1800 метров в секунду.
Снова выполняем уже проделанный ранее маневр: переливаем топливо одной половины ракет в другую и отбрасываем бесполезные опорожненные ракеты. Численность эскадрильи понижается уже до четверти первоначального состава, но каждая ракета полна топлива, и вся эскадрилья несется со скоростью 1800 метров в секунду.
Вслед за вторичным переливанием возобновляется горение, и когда каждая ракета израсходует половину своего топлива, скорость эскадрильи окажется равной 1800 + 900, то есть 2700 метров в секунду.
Легко видеть, что каждое следующее выполнение маневра уменьшает вдвое численный состав эскадрильи, но зато увеличивает каждый раз на 900 метров ее скорость. Повторив маневр определенное число раз, можно, очевидно, получить для последних ракет огромную скорость. Нужно лишь, чтобы первоначальный состав ракетной эскадрильи был достаточно многочислен.
Чтобы долететь до орбиты Луны, ракетный корабль должен приобрести скорость не менее 11 тысяч метров в секунду. Для этого нужно будет произвести операцию переливания топлива 9 раз. Первые 8 переливаний дадут секундную скорость в 900 + (8 × 900), то есть 8100 метров. После девятого переливания топливо сжигается без остатка, и к имеющейся скорости (8100 метров в секунду) прибавляется на этот раз уже не 900, а 3000 тысячи метров. Следовательно, окончательная скорость будет равна 8100 + 3000, то есть 11100 метров в секунду.
Состав же эскадрильи уменьшится в 2⁹, то есть в 512 раз. Если в космический рейс отправилось 512 ракет, то Луны достигнет из них только одна.
*
Поясним эти расчеты следующей наглядной табличкой:
Как видим, эскадрилья из 512 ракет, пользуясь маневром переливания топлива, может довести скорость одной из своих ракет до той величины, какая нужна для перелета с Земли на Луну. При этом будет израсходовано около 2500 тонн топлива (точнее, 5 × 512 = 2560), но не понадобится вмещать столь значительное количество горючего в одну ракету с ничтожной собственной массой. Главная трудность, стоящая на пути к достижению космической скорости, таким образом отпадает.
Остановимся еще на некоторых соображениях, высказанных Циолковским в последней его работе. Вот что он писал в присланной мне рукописи:
«Возможно ли переливании или передача элементов взрыва из одного реактивного прибора в другой? Для аэропланов это было уже осуществлено. Передача предметов удается даже между летящим аэропланом и неподвижной землей, что гораздо труднее вследствие большой разницы скоростей. Разность скоростей двух летящих реактивных снарядов путем регулирования взрывания может быть сделана близкой к нулю.
Потребное число ракет значительно бы сократилось при усовершенствовании их, то есть при увеличении запаса и скорости вырывающихся продуктов взрыва. И то и другое, возможно и позволит нам получать даже при небольшом числе ракет самые высокие космические скорости.
Я хотел показать один из способов увеличить скорость реактивной машины с помощью других таких же машин. Этот прием может дать нам новые достижения».
*
От себя прибавлю, что возможен следующий вариант технического осуществления замечательной идеи Циолковского. Пятьсот разрозненных ракет можно соединить в одно целое. Все перечисленные ранее преимущества проекта сохраняются, но переливание топлива при этом значительно упрощается, а главное — легко может быть автоматизировано. Отбрасывание опорожненных ракет тоже может быть сделано автоматическим. Это составит огромную экономию в летном персонале: таким ракетным агрегатом смогут управлять 1—2 пилота, между тем не связанные ракеты потребуют столько же пилотов, сколько всего ракет, то есть несколько сот.
Последняя работа Циолковского, как видим, ведет к новой идее составной ракеты, особенности которой придают ей чрезвычайно ценные преимущества и продвигают проблему межпланетных путешествий далеко вперед.
Комментариев нет:
Отправить комментарий