Циолковский. Жизнь и технические идеи - Перельман Яков Исидорович

Скажем больше: в ракете, предназначаемой для транспорта, чрезмерная быстрота сгорания есть именно то, чего следует избегать. Ракета только тогда сможет выполнять возлагаемые на нее новые технические задачи транспортного характера, когда огромная ее окончательная скорость будет возникать не сразу, в результате мгновенного взрыва, а станет накопляться с плавной постепенностью в результате медленного сгорания. Слишком стремительный темп нарастания скорости создал бы для конструкции ракеты и находящихся внутри приборов такие напряжения, которые угрожали бы их целости, а в организме пассажиров породили бы нарушения, опасные для жизни.

Вот почему Циолковский поставил вопрос о необходимости создать новый тип ракеты, в которой порох заменен был бы жидким горючим и жидким окислителем. Ракета должна быть снабжена зарядом, горящим без взрыва и дающим при сгорании значительно больше энергии, нежели порох. Первоначально Циолковский предлагал в качестве заряда для новой ракеты сжиженный водород и сжиженный кислород; при горении водорода в кислороде развивается огромное количество теплоты, и образующийся водяной пар с весьма большой скоростью вырывается из трубы (сопла) ракеты. Впоследствии, когда выяснилось, что жидкий водород чрезвычайно легок — в 14 раз легче воды — и что, следовательно, для хранения его понадобятся чересчур объемистые вместилища, Циолковский отказался от водорода и заменил его другими, более плотными горючими жидкостями. Ракеты с жидким зарядом принято теперь называть «жидкостными».

Прежде чем перейти к дальнейшему изложению, уместно будет разъяснить один пункт, вызывающий нередко недоумение. Почему нужна для межпланетного полета огромная скорость в 11 километров в секунду? Ведь притяжение Земли уменьшает скорость взлета ежесекундно всего лишь на 10 метров в секунду. Казалось бы, достаточно поэтому сообщить звездолету скорость чуть побольше 10 метров в секунду, и ракетный корабль удалится от Земли навсегда.

Такие возражения высказывали Циолковскому иные читатели его книг, недостаточно знакомые с физикой. Мысль эта совершенно ошибочна. Верно то, что в первую секунду ракета-звездолет, брошенная ввысь, потеряет из своей секундной скорости только 10 метров. Но не надо забывать, что в течение второй секунды полета она потеряет еще 10 метров секундной скорости, в третью секунду — новые 10 метров и т. д. Если бы звездолет отправился в путь, имея даже начальную скорость в 1000 метров в секунду, то уже через 100-секунд вся эта скорость была бы без остатка израсходована на борьбу с тяжестью: менее чем через две минуты от начала полета такой звездолет начал бы неудержимо падать на Землю. Нетрудно вычислить по формулам элементарной механики, что при полном отсутствии воздушного сопротивления звездолет, покинувший Землю с указанной начальной скоростью, поднялся бы только до высоты 50 километров.

Как видим, даже скорость ружейной пули слишком недостаточна для совершения подлинно космического рейса. Звездолету нужна значительно бóльшая скорость — согласно расчету, не ниже 11 километров в секунду. Тогда он достигнет высот, где начинает заметно сказываться ослабление земного притяжения; секундное убывание скорости будет становиться все незначительнее; ракета успешнее будет бороться с замедляющим действием земного притяжения и долетит (при полете на Луну, например) до той границы, за которой притяжение Луны берет верх над земным. Дальнейшее движение звездолета будет уже не чем иным, как падением на Луну.

Звездолет

Как же представлял себе Циолковский устройство ракеты для полетов в мировом пространстве, того «звездолета» (термин позднейшего времени), который призван осуществить межпланетные путешествия? Новое энергетическое вооружение потребовало и новой конструкции ракеты. Ракета старого типа, пороховая, собственно говоря, не имела никакого механизма. Не было нужды заботиться о бесперебойном сгорании пороха: раз зажженный, он сгорал до конца, не требуя никаких забот со стороны; даже при желании трудно было бы остановить раз начавшееся горение порохового заряда. Другое дело ракета жидкостная: в ней должен быть хорошо обдуманный механизм для регулярной подачи горючего и окислителя в камеру сгорания, для вспышки и т. п. Короче говоря, жидкостная ракета ставила перед изобретателями ряд сложных задач.

В 1913 г. я обратился к Циолковскому с просьбой набросать схему того, как представляет он себе будущий ракетный корабль. В ответ он прислал мне эскизный набросок, изображенный на стр. 126.

Эскиз этот не претендует на то, чтобы изображать пространственное размещение частей корабля; он представляет лишь графическую схему, иллюстрацию логического расчленения самой идеи. (Этого не знали некоторые иностранные авторы, которые, внеся в чертеж конструктивные «улучшения», напечатали его как «проект ракетного корабля Циолковского». Из иностранной прессы «проект» перекочевал и в некоторые советские издания.) К своему наброску Циолковский присоединил следующие строки:

«Прилагаю интересующую Вас схему реактивного прибора с пояснением.

Труба (А) и камера (В) из прочного и тугоплавкого металла покрыты внутри еще более тугоплавким материалом, например, вольфрамом.

С и D — насосы, накачивающие жидкий кислород и углеводы в камеру (В) взрывания.

Е — руль из двух взаимно перпендикулярных плоскостей. Взрывающиеся разреженные и охлажденные газы, благодаря этим рулям, изменяют направление своего движения и таким образом поворачивают ракету [22].

Во время десятиминутного (или более кратковременного) взрывания люди будут находиться в таком состоянии, что на управление вручную надеяться невозможно. Необходим автоматический, заранее испытанный прибор.

Ракета еще имеет вторую наружную тугоплавкую оболочку. Между обеими оболочками (F, F, F) есть промежуток, в который устремляется испаряющийся жидкий кислород в виде очень холодного газа. Он препятствует чрезмерному нагреванию обеих оболочек при быстром движении ракеты (в земной атмосфере).

Жидкий кислород и такой же углевод разделены друг от друга непроницаемой оболочкой.

J — труба, ведущая испаренный холодный кислород в промежуток между двумя оболочками. Он выбрасывается через отверстия К» [23].

Действие аппарата описано Циолковским в одной из его работ так:

«Аппарат имеет снаружи вид бескрылой птицы, легко рассекающей воздух. Большая часть внутренности занята двумя веществами в жидком состоянии: водородом и кислородом. Они разделены перегородкой и соединяются между собой только мало-помалу. Остальная часть камеры, меньшей вместимости, назначена для помещения наблюдателя и разного рода аппаратов, необходимых для сохранения его жизни, для научных наблюдений и для управления. Водород и кислород, смешиваясь в узкой части постепенно расширяющейся трубы, соединяются химически и образуют водяной пар при весьма высокой температуре. Он имеет огромную упругость и вырывается из широкого отверстия трубы с ужасающей скоростью по направлению трубы или продольной оси камеры. Направление давления пара и направление полета снаряда прямо противоположны».