Станислав Славин - 100 великих тайн космонавтики
Как видите, Сирано практически первым случайно пришел к абсолютно правильному решению — принципу реактивного полета. Однако понадобилось еще 50 лет для того, чтобы Исаак Ньютон мог заявить: реактивная сила действительно существует.
Предшественники Жюля Верна
Кеплер и Сирано, впрочем, были не единственными литераторами Средневековья, которых интересовала тема межпланетных путешествий. Примерно в те же годы в Англии увидело свет еще одно произведение, посвященное путешествию на Луну. Оно называлось «Человек на Луне, или Рассказ о путешествии туда». Автором ее, как ни странно, был епископ Фрэнсис Годвин, известный литературоведам главным образом как составитель скучного биографического каталога английских епископов.
Он отверг предположение Кеплера о существовании безвоздушного пространства между Землей и Луной. По его мнению, воздух на больших высотах и на Луне исключительно нежный и приятный. Он не горячий и не холодный и обладает чудесным свойством предотвращать ощущение голода. Да и вообще Луна в описании Годвина представляет собой сущий рай. Это страна, в которой нет места нужде, беспокойству и войнам. Обитатели ее имеют человеческий облик, что они несколько крупнее, чем люди на Земле. Больший размер указывает на более высокое положение и, по-видимому, на большую мудрость.
Титульный лист еще одной книги Джона Уилкинса «Открытие мира на Луне»
Вслед за Годвином издал свой труд «Рассуждения о новом мире и о другой планете» другой английский епископ, Джон Уилкинс. У него получилось произведение, которое бы мы сегодня назвали научно-популярным. Хотя фантастических преувеличений и допущений в нем тоже было предостаточно. Так, к третьему изданию книги Уилкинс добавил главу, в которой утверждал, что можно построить «летающую колесницу», в которой могли бы разместиться несколько человек. С помощью соответствующих средств, которые, как автор надеялся, наука скоро изобретет, эти люди могли бы управлять своим кораблем и подняться на такую высоту, которая позволила бы им достичь Луны.
Самое интересное, что такая колесница и в самом деле была изобретена в 1677–1679 годах, то есть меньше чем через 50 лет после появления книги Уилкинса. Правда, изобретатель Франческо де Лана-Терци — профессор математики в университете Феррары — описал ее только на бумаге. Но излагал он свои идеи вполне логично. Прежде всего, профессор утверждал, что воздух имеет вес. Далее он заявлял, что можно выкачать воздух из какого-либо сосуда, после чего тот станет легче воздуха и… будет плавать в атмосфере и даже подниматься ввысь.
Однако он не додумался до того, что пустой шар вполне может быть раздавлен атмосферным давлением. Поэтому на практике идею профессора братья Монгольфье реализовали несколько иначе. Они наполнили свой первый воздушный шар нагретым воздухом и дымом.
Вскоре исследователи, начиная с профессора Шарля, пришли тому, чтобы заполнять баллоны аэростатов водородом, гелием и другими газами, которые легче воздуха. Таким образом мечта Уилкинса о «летающей колеснице» была претворена в жизнь. Однако, вопреки надеждам, ни один аэростат не способен долететь до Селены. Тут нужны были новые идеи.
Из пушки на Луну?
«…Раздался ужасный, неслыханный, невероятный взрыв! Невозможно передать его силу — он покрыл бы самый оглушительный гром и даже грохот извержения вулкана. Из недр земли взвился гигантский сноп огня, точно из кратера вулкана. Земля содрогнулась, и вряд ли кому из зрителей удалось в это мгновение усмотреть снаряд, победоносно прорезавший воздух в вихре дыма и огня…»
Так описал Жюль Верн выстрел гигантской «Колумбиады» в своем знаменитом романе «С Земли на Луну», увидевшем свет в 1865 году. Талантливый литератор предугадал многие особенности космического полета. Например, то, что его большая часть будет проходить в невесомости. И приводнился снаряд его пушки в том же районе Атлантики, где многие десятилетия спустя делали то же американские астронавты, возвращаясь с Селены…
И потому, наверное, с той поры изобретателей во всем мире не оставляет желание создать подобную установку на самом деле. Хотя за прошедшие двести с лишним лет с момента публикации романа идея претерпела изрядные изменения.
Так, мюнхенский астроном Макс Вальер, ознакомившись с идеей Жюля Верна, решил, что людей выстреливать из пушки, наверное, не получится. А потому предложил послать на Луну лишь ядро диаметром 1,2 м, вольфрамовая оболочка которого должна быть заполнена свинцом для лучшей баллистики. Металлический ствол пушки (900 м в длину) укреплялся с наружной стороны бетонной «рубашкой». Саму пушку предлагалось разместить где-нибудь на горной вершине высотой не менее 5 км в экваториальной зоне, а для лучшего разгона ядра перед выстрелом из дула следовало выкачать весь воздух.
Одна из идей Жюля Верна о полете на Луну. Книжная иллюстрация
Похожий вариант старта с планеты предлагали и два французских автора — Ж. Фор и К. Граффиньи. Причем для разгона снаряда до возможно большей скорости они советовали использовать наряду с основным зарядом еще и дополнительные побочные, располагавшиеся в боковых камерах и взрывавшиеся последовательно по мере того, как снаряд проскакивал мимо них. Интересно, что позднее, во время Второй мировой войны, аналогичный принцип выталкивания снаряда из ствола гитлеровские конструкторы попытались использовать на практике в многокамерной пушке «Фау-3».
Впрочем, посчитав, что и при постепенном разгоне старт все-таки получится с очень большими перегрузками, в своем следующем проекте те же авторы решили использовать для посылки снаряда на Луну силы природы. И решили поместить 600-килограммовый межпланетный снаряд… в кратер вулкана, который при извержении и должен был выбросить посылку в космос.
Наконец, еще один проект пальбы космонавтами из пушки предложили американцы в 1924 году. Длина вертикально установленной пушки должна была, по их мнению, составить 5,5 км, а снаряд в стволе разгонялся до 11,2 км/с — то есть до второй космической скорости. Пассажиров же от перегрузок должна была предохранить система пружин и гидравлических цилиндров.
Впрочем, ни один из этих проектов не был осуществлен на практике. Человечество пошло другой дорогой — грузы и людей в космос стали вывозить с помощью ракет.
Однако, как известно, ракеты имеют свои недостатки. В самом деле, для того, чтобы сегодня отправить на орбиту более-менее крупный спутник, приходится сжигать огромное количество достаточно дорогого топлива. В итоге каждый запуск обходится в десятки, а то и сотни миллионов долларов.
Больше всего горючего расходует первая ступень. И потому для облегчения и удешевления взлета Артур Грэм, руководитель отдела перспективных разработок компании Babcock & Wilcox, производящей паровые котлы с 1867 года, вместе со своим коллегой, инженером Чарльзом Смитом предложил осуществлять старт ракеты с помощью… паровоза.
Нет, он вовсе не собирался запускать паровоз по рельсам с сумасшедшей скоростью, чтобы затем из следовавшего следом вагона — пусковой установки — запускать ракету. Грэм, занимавшийся разработкой высокотемпературных котлов, работающих при температуре выше 374 °C и давлении выше 220 атмосфер, предлагал использовать пар как «толкатель» первой ступени ракеты-носителя.
Расчеты показали, что при температуре в 550 °C скорость распространения звука в водяном паре составляет порядка 720 м/с, а при 1650 °C — 1030 м/с. Казалось бы, уже неплохо, если забыть, что в конечном итоге ракета для выхода на орбиту должна набрать скорость 7,9 км/с.
Тогда Грэм со Смитом в марте 1961 года подали в НАСА описание «пароводородного ускорителя для запуска космических аппаратов». И — интересное дело! — им в 1964 году был даже выдан США патент за номером 3131597 на «метод и аппарат для запуска ракет».
Инженеры решили использовать двухступенчатую схему. На первом этапе полученный пар сжимал и таким образом разогревал водород, скорость звука в котором существенно выше (при 1650 °C — более 3 км/с). А уже водород должен был производить непосредственный разгон космического аппарата.
Аппарат для запуска должен был представлять собой исполинскую суперпушку, ствол которой имел диаметр 7 м и длину 3000 м. Используя идею Жюля Вера, изобретатели предлагали разместить его внутри горы вертикально. Для доступа к «казенной части» гигантского орудия в основании горы пробивались туннели. Там же располагался завод для получения водорода из природного газа и гигантский парогенератор.
Космический аппарат предлагалось устанавливать на платформу, служившую поддоном при разгоне в стволе. Чтобы уменьшить сопротивление разгону, из ствола откачивался воздух, а дульный срез полагалось герметизировать специальной диафрагмой.
