Карл Гильзин - В небе завтрашнего дня
За первую минуту после старта гонки мы проедем на своем «тихоходе» (вспомните, что он движется равноускоренно, так что его скорость возрастает каждую секунду на 1 миллиметр в секунду) всего 1,8 метра, тогда как «Волга» умчится почти на километр. Обескураживающее начало… Правда, путь, пройденный за каждую следующую минуту, будет возрастать на 3,6 метра, но ведь впереди-то 109 километров — такова протяженность московского окружного автомобильного «проспекта».
Однако мы условились запастись терпением. Через час наше расстояние от места старта составит примерно 6,5 километра, «Волга» же пройдет половину всего пути, даже если ее скорость будет равна всего 55 километрам в час. И все же наша средняя скорость за этот первый час оказалась уже намного больше, чем у улитки, она примерно равна скорости пешехода. Все-таки прогресс.
Ободренные подобным оборотом дела, продолжим гонку, учитывая, что каждый следующий час мы будем проезжать на 13 километров больше, чем за предыдущий, — таков закон нашего равноускоренного движения. После четырех часов непрерывной езды мы закончим дистанцию и прибудем к месту старта. Если соревнующаяся с нами «Волга» не прекратит гонки после финиша, то второй раз она финиширует одновременно с нами, пройдя вместо одного — два круга.
И все же продолжительность поездки оказалась неожиданно не такой большой — вместо предполагавшихся нескольких месяцев всего 4 часа. Во всяком случае, запасы продовольствия пока остались неприкосновенными. Медленнее, конечно, чем «Волга», но… терпимо — средняя скорость нашего движения равнялась примерно 26 километрам в час.
А что, если продолжить проигранную на первых этапах гонку? Двинемся-ка дальше, не теряя надежды, хотя у наших соперников целый круг фору. И действительно, на девятом часу гонки мы наконец нагоним соперников. А с этого момента наше превосходство будет становиться все более подавляющим: ведь они проезжают каждый час все те же 55 километров, а мы непрерывно увеличиваем скорость своего движения. К исходу первых суток длительной гонки мы финишируем в 34-й раз, тогда как соперники сумеют сделать это только 12 раз. Разгром!
«Московская кругосветка» — гонка «тихохода» с «Волгой».
Интересно, что к этому моменту непрерывно возрастающая скорость нашего движения превысит 300 километров в час. Куда там «Волга»! В действительности, вероятно, с подобной скоростью по кольцевой дороге нам ездить не разрешат, она лишь иллюстрирует замечательные возможности равноускоренного движения, даже если величина ускорения очень мала.
Помните древнюю легенду о мудреце, который изобрел игру в шахматы, и радже, предложившем ему за это любую награду? Раджа был очень удивлен, когда мудрец попросил всего лишь горстку пшеничных зерен: одно зерно на первую клетку шахматной доски, два — на вторую, четыре — на третью, и т. д., все время удваивая количество зерен, пока не будет заполнена последняя, 64-я клетка. Но уплатить обещанное раджа не смог — нужного количества зерен нельзя было бы собрать во всем его государстве. Таково коварное свойство геометрической прогрессии, использованное мудрецом.
Не таит ли в себе и наш «уличный тихоход» нечто от этого свойства? Ведь переход от ничтожной скорости в начале до огромной — в конце гонки оказался неожиданно быстрым.
Естественна мысль о возможности использования равноускоренного движения в космических полетах. Конечно, межпланетная ракета — не «Волга», ведь уже достигнуты космические скорости порядка 40 000 километров в час. Так что скорость, которую приобрел наш «тихоход» после суточной гонки, все еще во много раз меньше необходимой. Разгон «тихохода» до космической скорости должен длиться гораздо дольше, примерно 130 суток. Не многовато ли?
А пожалуй, и нет. Правда, космическая ракета набирает нужную скорость всего за несколько минут с того мгновения, как она отрывается от пускового стола. Но ведь затем она летит с неработающими двигателями многие часы, дни, а иногда и месяцы подряд. Времени в космосе, как видно, много, дело не за ним. Пожалуй, и не скажешь, что же лучше — сразу разогнать ракету до нужной космической скорости или же разгонять ее постепенно, используя «космический тихоход»..
А что значит — лучше? Спросите любого автомобилиста, он вам ответит, что лучше та машина, которая расходует меньше топлива на километр пути. То же скажет и летчик о самолете. Расходом топлива определяют в этих случаях экономичность, совершенство машины. Чем лучше экономичность, тем дальше с тем же запасом топлива уедет автомобиль, улетит самолет. Если нужно увеличить дальность, придется вместо полезного груза брать с собой в путь лишнее топливо. Так обстоит дело на Земле.
А в космосе? Разумеется, и здесь расход топлива играет важную роль, пожалуй, решающую. И не потому, что космическое ракетное топливо гораздо дороже обычного или что общая затрата его на совершение полета велика, отчего каждый процент экономии становится весьма весомым.
Главное в другом. Если во всех видах земного транспорта нехватку топлива обычно можно восполнить заправкой в пути, то для космического полета это пока еще только мечта. Правда, идея Циолковского о космических «заправочных колонках», мчащихся вокруг Земли по орбитам искусственных спутников и служащих для пополнения опустевших баков космических кораблей, стартующих с Земли, несомненно будет осуществлена. Мало того, ее осуществление не за горами. Уже не только исследуются многочисленные связанные с ней проблемы, но и готовятся различные эксперименты в космосе (например, в США — опыты с двухместными кораблями-спутниками «Джеминай», в ходе которых предполагается произвести стыковку двух выведенных на орбиту космических аппаратов).
Но все же пока таких космических заправочных станций нет. Да и если они будут созданы, то это только несколько облегчит задачу, но не решит ее до конца. Ибо даже в случае, когда межпланетный корабль стартует с орбитальной станции, заполнив на ней свои топливные баки, потребное количество топлива на борту корабля все же оказывается чрезмерно большим. Что поделаешь, так велика затрата энергии на разрыв цепей тяготения, оттого-то энергия — ключ к космосу. И, кстати сказать, особенно возрастает затрата топлива, когда полет должен длиться меньше времени, — курьерские сообщения в космосе достанутся дорогой ценой.
Поэтому-то расход топлива в космосе играет решающую роль. Величина потребного запаса топлива на борту обычно сразу показывает, можно ли вообще осуществить данный полет, и если можно, то каким может быть полезный груз на корабле, то есть какова практическая целесообразность полета. Легко видеть, какое значение имеет даже небольшое уменьшение потребного запаса топлива, — ведь сейчас вес полезного груза на корабле в несколько десятков, а то и в сотни раз меньше веса топлива. Значит, уменьшение запаса топлива всего на 1 % может удвоить вес полезного груза! На Земле ничего подобного не бывает.
Так что же, в конце концов, выгоднее с точки зрения затраты топлива- обычная современная ракета или «космический тихоход»?
Наша гонка вокруг Москвы не дает ответа на этот вопрос, хотя бы потому, что взлет космической ракеты осуществляется, как известно, вертикально вверх. Поэтому соревнование «тихохода» с такой ракетой должно представлять собой уже гонку по вертикали, что вносит существенные поправки.
Чтобы ракета оторвалась от пускового стола и взлетела, на нее должна действовать вверх сила, превосходящая собственный вес ракеты. Такой силой является реактивная тяга двигателя — сила реакции вытекающей из него струи газов. Если эта сила будет в точности равна весу ракеты, то ракета не взлетит или же, взлетев, повиснет неподвижно в воздухе, подобно вертолету. Чуть возрастет сила — и ракета станет подниматься. Если сила постоянна, то и ускорение ракеты будет постоянным (если не учитывать изменения массы ракеты из-за расходования топлива, а также влияния сопротивления воздуха), то есть ракета будет двигаться равноускоренно. Но ведь именно таков закон движения «тихохода». Разве ракета и есть «тихоход»?
Действительно, в самом начале взлетающая ракета движется с очень небольшой скоростью, как и наш «тихоход». Создается даже впечатление, будто она и не движется вовсе, а находится в каком-то раздумье: не то взлетать, не то нет. Но потом она летит все быстрее, и очень скоро ее след тает в небе. Это стремительное нарастание скорости объясняется тем, что обычно сила тяги значительно превосходит вес ракеты. Помните, какие огромные перегрузки действовали на наших космонавтов в кабине корабля «Восток» в момент взлета? Увеличенный в несколько раз собственный вес вжимал, вдавливал их в сиденье. Это объяснялось тем, что ускорение ракеты в несколько раз превосходило ускорение свободного падения тел, то есть то нормальное ускорение силы тяжести, с которым связано появление обычного веса каждого из нас здесь, на Земле.
