Коллектив Авторов - Земля — Луна
Лишь только прекращал свою работу стартовый двигатель, тотчас же автоматически начинал работать следующий двигатель, на этот раз уже установленный на самой ракете. Все стартовавшие автоматические ракеты были многоступенчатыми, они состояли из нескольких ступеней ракет, соединенных друг с другом. Раньше всего начинали работать двигатели самой нижней, задней ступени. На этой первой ступени устанавливались не жидкостные ракетные двигатели, как на остальных ступенях, а воздушно-реактивные. Ведь двигателю первой ступени приходилось работать на тех сравнительно небольших высотах, где летают обычные реактивные самолеты, да и скорость ракеты в это время тоже была такой же, как у самолетов. Поэтому и целесообразно было установить на первой ступени двигатель такого же типа, как на самолетах — в этих условиях они расходуют гораздо меньше топлива, чем ракетные.
Воздушно-реактивные двигатели проносили ракету сквозь нижние слои атмосферы, а после этого уступали место двигателям следующей, второй ступени. Это были уже жидкостные ракетные двигатели. После отделения второй ступени работал двигатель третьей, а иногда и четвертой ступени. Только тогда ракета, точнее говоря, ее последняя ступень, приобретала необходимую космическую скорость.
Впрочем, даже и эта ступень все же не всегда была последней. Если ракета предназначалась для посадки на Луну, нужна была еще одна ступень, двигатель которой гасил скорость при спуске на Луну.
Так стартовали автоматические ракеты. Они надежно «облетали» трассу Земля — Луна. По этой трассе сейчас полетит и корабль «Луна-1».
ТРУДНОСТИ ПОЗАДИ
25 ноября — долгожданный день нашего старта. Событие это — итог многих лет напряженного труда и творческих дерзаний, вершина, восхождение на которую было начато свыше 70 лет назад Константином Эдуардовичем Циолковским.
Оглядываешься сейчас на проделанную работу и видишь, какие небывалые трудности стояли на этом пути. Поистине нелегок прыжок в мировое пространство. Только замечательные достижения последних десятилетий в области физики, химии, астрономии, металлургии, теплотехники и других наук позволили нам преодолеть все трудности, и прежде всего самую главную из них — силу тяжести.
Чтобы победить земное притяжение и отправиться в полет на Луну или на планеты солнечной системы, межпланетному кораблю необходимо сообщить скорость отрыва, равную 11,2 километра в секунду.
Единственное средство для достижения такой огромной скорости — жидкостный ракетный двигатель.
Но и с помощью жидкостного ракетного двигателя разогнать корабль до скорости отрыва совсем не просто. И вот почему. Ведь двигатель межпланетного корабля должен быть очень мощным, следовательно, он будет потреблять много топлива. Это топливо приходится запасать в баках корабля, из-за чего взлетный вес корабля получается очень большим, что, в свою очередь, увеличивает потребную мощность двигателя, и, следовательно, снова возрастает необходимый запас топлива и вес корабля. Получается как бы заколдованный круг. За счет топлива взлетный вес корабля становится колоссальным, причем большая часть топлива нужна по существу для того, чтобы разогнать до большой скорости само же топливо Вот почему ученые и конструкторы в течение десятилетий бились над проблемой уменьшения потребного запаса топлива.
Этот запас должен быть гораздо больше, чем нужно только для достижения скорости отрыва. Возьмем, к примеру, наш корабль. Когда он будет взлетать, ему придется преодолеть сопротивление воздуха, на что необходимо затратить некоторое количество топлива. Добавочное топливо понадобится и на то, чтобы с помощью двигателя затормозить корабль, стремительно падающий на Луну. Придется расходовать топливо и при взлете с Луны и при посадке на Землю. Да и какой-то резерв тоже нужен.
Если все топливо, имеющееся на корабле, то есть предназначенное на два взлета и на две посадки, на торможение и на управление, израсходовать только на разгон корабля в безвоздушном пространстве, при отсутствии силы тяжести (это условное пространство Циолковский назвал «свободным»), то скорость корабля была бы, конечно, гораздо больше скорости отрыва — не 11,2, а примерно 23 километра в секунду. Эта скорость носит название идеальной. Она показывает, сколько топлива нужно взять для полета на Луну и обратно.
Сколько же именно? Если произвести подсчет по формуле Циолковского, то станет ясно, почему невозможны были межпланетные путешествия лет 20–25 назад. В те времена скорость истечения газов из жидкостных ракетных двигателей не превосходила трех километров в секунду. В этом случае, как показывает формула Циолковского, для достижения идеальной скорости вес топлива на корабле при взлете должен превышать вес самого корабля со всей полезной нагрузкой в… 2 150 раз! Это, конечно, немыслимо. Использование Кавказского межпланетного вокзала несколько облегчает дело, так как необходимая идеальная скорость уменьшается до 22 километров в секунду. Примерно 2/3 километра сообщается кораблю при разгоне на эстакаде и остальная треть километра — за счет вращения Земли вокруг оси. Но и при 22 километрах в секунду запас топлива должен все еще в 1900 раз превышать вес корабля.
Какие же способы решения этой главной задачи были в нашем распоряжении, какой из них мы избрали? Одним из способов, указанных еще Циолковским, было использование искусственного спутника Земли в качестве топливозаправочной станции в мировом пространстве. Другой способ — использование ракетных «поездов», то есть составных ракет. Однако эти способы, уменьшая трудности, не устраняют их целиком, когда речь идет о посылке на Луну межпланетного корабля с людьми.
Оставался третий путь: поиски более совершенного топлива, с большей скоростью истечения газов. На первых порах нас ожидало разочарование. Ракетная техника, правда, использует сейчас гораздо лучшие топлива, чем 20 лет назад. Современные ракетные самолеты летят из Москвы в Пекин всего полчаса. Скорость истечения газов у двигателей этих самолетов доходит до 4,5 километра в секунду. Но для полета на Луну и этого недостаточно, потому что в этом случае вес топлива должен в 131 раз превышать вес корабля и груза.
Помощь пришла со стороны атомной техники. Ее новые успехи позволили создать атомный ракетный двигатель со скоростью истечения 10 километров в секунду. На нашем корабле установлен именно такой двигатель. При скорости истечения 10 километров в секунду вес топлива на корабле при взлете должен превышать вес самого корабля с пассажирами и всем прочим только в 8 раз (точнее говоря, здесь имеется в виду не топливо, а рабочее вещество — вода. Об этом подробно рассказано в статье «Атомный двигатель»). Конечно, соотношение 8: 1 по сравнению с 1900: 1 — огромная удача, делающая сам полет осуществимым. Но все же не так просто построить и снарядить корабль, который был бы в 9 раз легче его содержимого (в 9, а не в 8, так как 10 % веса корабля приходится на долю полезной нагрузки). Напомню, что обыкновенное ведро весит в 7 раз меньше, чем налитая в него вода. Здесь соотношение 7: 1, а на нашем корабле 9: 1, то есть относительный вес сложного корабля со всеми механизмами, двигателями и оборудованием должен быть меньше, чем у простого ведра.
Создание такой экономичной, сверхлегкой и вместе с тем прочной конструкции было сложнейшей задачей.
«Луна-1» будет весить при взлете примерно 450 тонн. Из них около 400 тонн придется на долю топлива, главным образом для атомного двигателя (на долю воды), а также для рулевых жидкостных ракетных двигателей, установленных на концах крыльев и служащих для управления в полете. Из остальных 50 тонн 45 тонн весит корпус корабля, двигатели и баки. Всего 5 тонн — полезный груз, куда входит вес пассажирской кабины, четырех членов экипажа, пятинедельного запаса пищи — по 1 килограмму в сутки на человека (всего 140 килограммов на четверых), столько же воды, по одному литру жидкого кислорода (около 150 килограммов). Прибавьте к этому посуду, одежду, скафандры, установки отопления, охлаждения, очистки воздуха, конденсации воды, аптечку, необходимые инструменты, механизмы управления, радиостанцию и радиолокаторы, телескоп, киноаппарат и фотоаппараты со всеми необходимыми материалами, книги, карты, таблицы и справочники, приборы для физических, химических и физиологических опытов и наблюдений, генератор, который снабжает все приборы, аппараты и механизмы энергией, и вам станет ясно, с какой тщательностью мы отбирали только самое необходимое, с какой страстностью спорили, обсуждая каждую возможность даже небольшого сокращения веса. Можете представить себе, как мы изощрялись, чтобы найти возможность послать на Луну экспедицию из четырех, а не из трех человек, как вначале предполагалось.
