Книги
Циолковский. Жизнь и технические идеи
Чтобы легче понять, каким образом разрешает Циолковский поставленную задачу (задачу понизить долю массы ракеты, приходящуюся на топливо), предположим ради простоты, что в нашем распоряжении имеется пассажирский ракетный корабль весом, без горючего и без окислителя, в одну тонну. В подобный корабль, объем которого достигает десятка кубометров, можно погрузить 5 тонн топлива. Построение такой ракеты не представило бы особых трудностей: на долю топлива приходится в ней не 99,9 %, а только 83 % массы всей ракеты; это меняет дело весьма существенно.
Итак, у нас имеется ракетный корабль, постройка которого технически возможна; в таком допущении, во всяком случае, нет ничего фантастического. Пусть он сожжет полностью свое топливо, все 5 тонн. Можно вычислить, что тогда корабль должен развить, при самых скромных допущениях, скорость 3000 метров в секунду. Если же наша ракета израсходует половину топливного запаса, то приобретенная скорость будет равна, согласно расчету, только 900 метрам в секунду.
Вообразите теперь, что в полет отправилась не единичная ракета, а целая эскадрилья ракет того же типа. Когда каждая из ракет сожжет половину своего запаса, вся эскадрилья будет нестись правильным строем со скоростью 900 метров в секунду. Пусть в этот момент горение прервется, и затем одна половина ракет перельет свой неизрасходованный запас топлива в полуопорожненные вместилища другой половины эскадрильи. (Такая передача горючего во время полета возможна.) Ракеты, освобожденные от топлива, из строя выбывают; пустые оболочки их опускается на землю.
Теперь эскадрилья состоит только из половины первоначального числа ракет, но зато каждая несет полный 5-тонный запас топлива. Израсходовав его целиком, эскадрилья приобрела бы скорость в 900+3000, т. е. 3900 метров в секунду. Но эскадрилья не сжигает без остатка свой топливный запас; половину его она оставляет неизрасходованным, прибавляя к имеющейся 900-метровой секундной скорости еще такую же. Теперь все ракеты (в половинном составе) летят со скоростью 1800 метров в секунду. Перелив опять топливо из одной половины ракет в другую и отбросив бесполезные опорожненные ракеты, эскадрилья в количестве ¼ первоначального состава обладает полным запасом топлива и скоростью 1800 метров в секунду. По израсходовании каждой ракетой половины топлива, скорость эскадрильи будет доведена до 2700 метров в секунду.
Каждое последующее повторение маневра уменьшает вдвое состав эскадрильи, но увеличивает на 900 метров ее скорость. Ясно, что, повторив маневр достаточное число раз, мы можем получить для последних ракет огромную скорость. Чтобы достигнуть лунной орбиты, ракета должна отправиться в полет со скоростью не менее 11000 метров в секунду. Легко рассчитать, что операцию переливания ради получения такой скорости нужно произвести 9 раз; первые восемь переливаний дадут секундную скорость в 900+8×900, т. е. 8100 метров; после девятого переливания топливо сжигается полностью, и тогда к скорости 8100 метров прибавится уже не 900, а 3000 метров; окончательная скорость будет равна 8100+3000, т. е. 11100 метров в секунду. Зато состав эскадрильи уменьшится в 29, т. е. в 512 раз.
Для пояснения мысли Циолковского прилагаю табличку и наглядную схему.
| Период полета | Число ракет | Их скорость | |
|---|---|---|---|
| До переливаний | 512 | 900 | метров в сек. |
| После 1-го переливания | 256 | 1 800 | метров в сек. |
| После 2-го переливания | 128 | 2 700 | метров в сек. |
| После 3-го переливания | 64 | 3 600 | метров в сек. |
| После 4-го переливания | 32 | 4 500 | метров в сек. |
| После 5-го переливания | 16 | 5 400 | метров в сек. |
| После 6-го переливания | 8 | 6 300 | метров в сек. |
| После 7-го переливания | 4 | 7 200 | метров в сек. |
| После 8-го переливания | 2 | 8 100 | метров в сек. |
| После 9-го переливания | 1 | 11 100 | метров в сек. |
Итак, эскадрилья из 512 ракет, путем систематического переливания топлива, может довести скорость своей последней ракеты до той величины, какая нужна для перелета на расстояние Луны. При этом будет израсходовано около 2500 тонн топлива (5×512), но не понадобится вмещать столь значительное количество горючего в одну ракету. Отпадает главная трудность, стоящая на пути к достижению космической скорости.
«Возможно ли переливание или передача элементов взрыва из одного реактивного прибора в другой? — пишет Циолковский в своей последней работе (цитирую по рукописи). — Для аэропланов это было уже осуществлено. Передача предметов удается даже между летящим аэропланом и неподвижной землей, что гораздо труднее вследствие большой разности скоростей. Разность скоростей двух летящих реактивных снарядов путем регулирования взрывания может быть сделана близкой к нулю.
Потребное число ракет значительно бы сократилось при усовершенствовании их, т. е. при увеличении запаса и скорости вырывающихся продуктов взрыва. То и другое возможно и позволит нам получать и при небольшом числе ракет самые высокие космические скорости.
Я хотел показать один из способов увеличить скорость реактивной машины с помощью других таких же машин. Этот прием может дать нам новые достижения».
Возможен, прибавлю от себя, следующий вариант технического осуществления этой счастливой идеи. Разрозненные 512 ракет можно конструктивно соединить в один агрегат. Преимущества проекта сохраняются в полной мере, но процедура переливания топлива значительно упрощается и легко может быть автоматизована; точно так же может быть сделано автоматическим и отбрасывание опорожненных ракет. Выгода соединения еще в том, что агрегат может управляться одним пилотом, между тем как для 512 не связанных ракет потребовалось бы не менее 512 согласованно действующих пилотов[30].
Ракетная проблема в наши дни
Когда свыше тридцати лет назад Циолковский выступил в журнале со своей первой статьей о теории ракеты (1903 г.) и указал на сказочные возможности, которые таит в себе это техническое средство, он был единственный в целом мире человек, научно размышлявший над подобными вопросами. Голос его прозвучал одиноко и замолк, не найдя отклика. Почти столь же незаметно прошло второе его выступление в печати (1911 г.) по вопросу ракетоплавания, хотя на этот раз Циолковский поместил свою обширную работу в специальном воздухоплавательном журнале.
Скоро, однако, о ракетной проблеме начинают думать и за рубежом. В 1912 г. известный деятель французской авиации Эно-Пельтри делает в Париже, во Французском астрономическом обществе, научный доклад о возможности полетов в мировое пространство на аппаратах, устроенных по образцу ракеты.
К концу мировой войны появляется в США замечательное исследование о ракетах американского физика, проф. Годдарда; его вычисления и опыты приводят к заключениям, вполне совпадающим с теоретическими выводами Циолковского, сделанными 15 годами раньше.
Проходит еще несколько лет, и в Германии появляется посвященная ракетным полетам в мировое пространство книга проф. Оберта (1923 г.), которая также подтверждает изыскания Циолковского.
С этого времени ракетная проблема выходит на широкую дорогу. Одна за другой появляются в разных странах книги о ракетном полете, учреждаются объединения работников этой проблемы, производятся многочисленные опыты с ракетами. Испытываются ракетные автомобили, планеры, дрезины, сани. Ставится на очередь вопрос о постройке жидкостной ракеты; появляются в Германии и Америке первые образчики таких ракет и успешно выдерживают испытание в полете, правда, на высоту всего нескольких километров
В СССР заботу о проведении в жизнь ракетоплавательных идей Циолковского взял на себя Осоавиахим. Ведется работа по проектированию и строительству жидкостных ракет с целью исследования высоких областей стратосферы, недоступных для всяких иных средств зондирования атмосферы. Советская литература по ракетному делу по количеству названий и по качеству может считаться передовой.[31]
Наш Союз располагает уже довольно многочисленными кадрами энергичных, сведущих и воодушевленных работников ракетной проблемы. И если за рубежом ракетное дело поощряется капиталистическими правительствами ради важных военных применений, то главной целью усилий советских работников является мирная, культурная служба ракеты — прежде всего, всестороннее изучение стратосферы. В 1935 г. состоялась в Москве конференция по применению ракетных аппаратов для исследования высших слоев атмосферы; конференция заслушала ряд содержательных докладов о проделанных у нас опытных и теоретических работах. Постановлено было строить стратосферную ракету более высокого подъема для научных изысканий.
Великий почин Циолковского, как видим, деятельно поддержан советской общественностью. Нетерпеливым энтузиастам межпланетных путешествий первые этапы продвижения ракетной проблемы могут, пожалуй, казаться слишком робкими. Но нельзя судить о жизненном поприще по первым шагам младенца. Вспомним, как шло развитие авиации. У многих из ныне живущих свежи еще в памяти первые полеты братьев Райт, продолжительностью в десятки секунд и тем не менее правильно оцененные современниками как многообещающее техническое достижение. Если авиация добилась замечательных успехов на протяжении одного человеческого поколения, то можно с уверенностью предсказать, что и сверхатмосферное летание на ракетных аппаратах будет победоносно развиваться от этапа к этапу, идя стремительными темпами к триумфам будущего.