Вилли Лей - Ракеты и полеты в космос
Большинство этих проектов никогда не было осуществлено на практике. В этом смысле гораздо более интересным было предложение, высказанное в знаменитых «Хрониках» Фруассара (умер в 1410 году) и сводящееся к тому, что для придания ракетам нужного направления их следует запускать из труб. Дальнейшее экспериментирование с ракетами привело к появлению многих весьма оригинальных проектов. Так, в неопубликованном манускрипте Рейнгарта фон Зольмса, относящемся к началу XVI века, описываются ракеты с парашютами. Несколько позже граф Нассау предложил ракету, которая могла нырять и взрываться под водой (рис. 7).
Рис. 7. Рисунок «подводной ракеты» из манускрипта графа Нассау
Спустя некоторое время архитектор Иосиф Фуртенбах из Ульма написал две интересные книги о применении ракет в военно-морском деле. Как утверждал Фуртенбах, ракеты могли использоваться на море не только для сигнализации, но и в качестве зажигательного средства, рассчитанного на поджог просмоленного такелажа кораблей противника. Фуртенбах отмечал, что пираты уже пользуются этим средством, и предлагал применять его для борьбы с пиратами. К этому времени в сухопутных войсках ракеты уже вышли из употребления, о чем свидетельствует в своей книге (1557 год) главный оружейник города Франкфурта-на-Майне Леонгарт Фроншпергер. Его книга, большая часть которой посвящена огнестрельному оружию, имеет большое значение для историков артиллерии. Здесь же содержится много данных о фейерверках для развлечения публики и о «рогете», как называл ракету Фроншпергер. Он писал, что «рогет» есть простейший фейерверк, изготавливаемый из пороха (смесь селитры, серы и древесного угля), плотно запрессованного в бумагу. «Рогет» должен высоко взлетать в воздух, давать красивый огонь, полностью сгорать в воздухе и исчезать без вреда. Запас энергии у «рогета» невелик, и работает он не долго, но из него можно сделать много прекрасных фейерверков, если соединить их по нескольку в «шары» и «колеса» или запустить из мортир. «Рогеты» могут служить и двигателями для других фейерверков, ибо они поднимаются в воздух «за счет собственного огня, без стрельбы».
Тот факт, что Фроншпергер не дал более подробного описания устройства ракеты, возможно, объясняется его нежеланием выдавать секреты изготовителей фейерверков.Но через 34 года (в 1591 году) некий Иоганн Шмидлап опубликовал первую книгу, посвященную исключительно устройству невоенных фейерверков, где рассказал обо всем весьма подробно. Процесс изготовления ракет для фейерверков стал к тому времени обычным делом, и с тех пор его технология почти не изменялась.
Сырьем для изготовления ракеты был «ленивый» артиллерийский порох, то есть такой порох, скорость горения которого уменьшалась за счет добавления дополнительного количества древесного угля. Это уже было новшеством, так как, скажем, до 1500 года порох вообще был очень слабым и мог применяться в ракетах без модификации. Корпус ракеты делался из картона. Основными инструментами изготовителя фейерверков были цилиндры, выточенные из твердого дерева, и деревянный молоток.
Прежде всего необходимо было склеить бумажную (картонную) пороховую трубку, для формовки которой и был нужен цилиндр из твердого дерева. Затем, пока склеиваемая масса была еще влажной, в трубке делалась «горловина». Поеле этого в том месте, где сходились вместе два закругленных деревянных цилиндра, на влажную трубку накидывалась намыленная бечева, загягивая которую можно было уменьшить трубку до двух третей полного диаметра. Когда все это было сделано, трубка хорошенько высушивалась.
Высохшая трубка наполнялась порохом, который плотно набивался внутрь, слой за слоем, до самого верха. Суженный конец трубы образовывал нижнюю часть ракеты, а запал вводился внутрь через «горловину» (сопло). Характерно, что порох набивался вокруг «шипа» (рис. 8) так, что в середине порохового заряда имелась пустота, обычно коническая по форме, тянувшаяся почти вдоль всего заряда. Задачей этой пустоты в центре заряда (о которой впервые упомянул Конрад Кайзер) было обеспечение большей поверхности горения пороха для получения максимального количества газов.
Рис. 8. Механизм для изготовления пороховых ракет. Картонная трубка насаживалась на «шип», а затем пороховой заряд набивался деревянным молотком в трубку вокруг «шипа». В больших ракетах на эту трубку во время набивания пороха надевалась металлическая труба, не допускавшая случайного разрыва картонной трубки
Готовая ракета, как описывает Шмидлап, привязывалась к шесту, который должен был быть приблизительно в семь раз длиннее самой ракеты. После этого ракета уравновешивалась на пальце или на спинке лезвия ножа. смещенного чуть ниже сопла. Если имелся баланс, значит шест был выбран правильно; если же шест перевешивал, его следовало подрезать до тех пор, пока не наступало равновесие. Подобное «испытание» проводится и в настоящее время при ручном производстве ракет.
Среди разработок Шмидлапа можно найти и первые составные, или, как их теперь называют, многоступенчатые ракеты. На одном из его рисунков изображена большая ракета, несущая небольшую другую, в передней части которой находится еще меньшая ракета. Сейчас многоступенчатые ракеты служат для достижения больших высот или дальностей, однако у Шмидлапа они использовались просто с целью получения интересного зрелища.
Теперь, по моему мнению, следует объяснить, как действует ракета. Изготовляя ракету, ни китайцы, ни арабы, ни даже позднее жившие ремесленники не понимали смысла того, что делали. Они знали только, что если не сделать «горловины» и не «набивать порох деревянным молотком», то ракета не будет работать.
Не вызывало сомнений, что при сгорании пороха создается сильная струя газов. В 1540 году итальянец Ваноччо Бирингуччо объяснил довольно подробно, как создается эта струя, но его объяснение было весьма наивным и отнюдь не исчерпывающим. Прошло еще полтора столетия, прежде чем Ньютон открыл закон, объяснявший, почему происходит подъем ракеты. Но, чтобы понять суть реактивного движения, не обязательно знать Третий закон движения Ньютона. Ведь пока сосуд, содержащий сжатый газ, не имеет отверстий или утечки, ничего не произойдет. Газ будет равномерно давить на стенки этого контейнера — сосуда. Если же в стенке контейнера проделать отверстие, то картина изменится. Предположим, что это отверстие появится внезапно в дне сосуда. В этом случае газ всё еще будет давить на его стенки и верхнюю часть, но не встретит сопротивления в нижней части сосуда. В результате сила давления, направленная вверх, не будет уравновешена, и сосуд начнет подниматься (рис. 9).
Рис. 9. Предполагаемый вид паровой ракеты Перкинса
Если отклониться от хронологической последовательности в изложении материала, можно найти прекрасную иллюстрацию этого принципа в «паровых ракетах», на которые 15 мая 1824 года получил патент Джеймс Перкинс из Лондона. Ракета Перкинса состояла из металлического резервуара, частично наполненного водой. Круглое отверстие в его дне закрывалось легкоплавкой металлической пробкой. Весь резервуар устанавливался над пылающим костром. Вскоре тепло превращало воду в пар, давление которого непрерывно нарастало до тех пор, пока не расплавлялась пробка. Тогда пар начинал с огромной силой выходить наружу, и ракета взлетала в небо. Неизвестно, Для какой цели строил Перкинс свои «паровые ракеты», но можно быть благодарным ему за то, что он так просто и наглядно показал принцип реактивного движения.
Теперь можно перейти и к объяснению Третьего закона движения, который гласит, что всякое действие сопровождается равной, но противоположно направленной реакцией. Поясним это положение следующим простейшим примером: представьте себе лягушку, сидящую на куске дерева, который плавает по тихому озеру. Лягушка весит 1 унцию (28,3 г), столько же весит кусок дерева, поэтому ничего особенного не происходит до тех пор, пока лягушка ие замечает на некотором удалении от себя муху. Она сильно подпрыгивает, стремясь достать муху, но в то же время кусок дерева отходит в другом направлении, противоположном направлению прыжка лягушки. Предположим, что в данном случае отсутствует сопротивление воды, тогда дерево отойдет от первоначальной точки на такое же расстояние, что и лягушка. Если лягушка, отталкиваясь от куска дерева, пролетит по воздуху расстояние в 1,2 м , то и кусок дерева передвинется на 1,2 м, но в противоположном направлении, причем оба тела, имея равные массы, будут двигаться с одинаковой скоростью (рис. 10).
Рис. 10. Третий закон движения
В этом примере лягушка свободно заменяется ракетой, а кусок дерева — пороховыми газами. Газы при истечении из сопла ракеты отбрасывают ее в противоположном направлении, и это происходит не только в воздухе, но и в безвоздушном пространстве; это явление не имеет никакого отношения к «отталкиванию от воздуха».
