Циолковский. Жизнь и технические идеи

Перельман Яков Исидорович

Но наибольшие трудности для ракеты, предназначенной к полетам в межпланетное пространство, связаны с неимоверно огромным запасом топлива, которое должен унести на себе ракетный корабль, чтобы сжиганием горючего довести свою скорость до требуемой величины. Речь идет здесь не об абсолютном количестве топлива, а о том, что масса его должна составлять весьма крупную долю массы всей ракеты. Таково требование теории. Технически немыслимо построить летательный аппарат, 99,9 % массы которого приходилось бы на горючее и окислитель; а именно о таких примерно пропорциях и идет здесь речь. Циолковский трезво оценивал значение этих трудностей. Приходилось возлагать надежды на могущество техники далекого будущего и, следовательно, отодвигать осуществление космического полета на неопределенный срок. В этом одна из причин того, что звездоплавательные планы Циолковского еще и в наши дни не встречают полного сочувствия со стороны некоторых авторитетных знатоков техники.

Академик

А. Н. Крылов, например, высказался недавно о лунном перелете в ракете, как о предприятии совершенно несбыточном: «При современных источниках энергии полет даже на Луну недостижим. Если когда-нибудь сумеют использовать внутриатомную энергию [28] или превращать материю в энергию, только тогда станут возможными столь далекие полеты».

Выход из тупика Циолковский и зарубежные теоретики звездоплавания видели в так наз. составных, или ступенчатых, ракетах [29] . Ракетные аппараты подобного типа состоят из нескольких ракет, соединенных так, что отработавшая ракета автоматически отбрасывается и не обременяет корабля своим мертвым грузом. В значительной мере это смягчает остроту затруднительного положения, но все же не устраняет трудностей полностью.

28

Об использовании энергии атомного распада задумывался и Циолковский. Он рассматривает этот вопрос в своей работе 1926 г.

29

Этой проблеме посвящена работа Циолковского «Космические ракетные поезда» (1929 г.).

Новый путь к преодолению сейчас указанного основного затруднения предложен был основоположником звездоплавания лишь в последний год жизни.

Последние мысли о ракете

В самом конце 1934 г., под свежим впечатлением сделанного открытия, Циолковский прислал мне следующие взволнованные строки:

«Сорок лет я работал над реактивным полетом, в результате чего дал, по общему признанию, первый в мире, теорию реактивного движения и схему реактивного корабля. Через несколько сотен лет, думал я, такие приборы залетят за атмосферу и будут уже космическими кораблями.

Непрерывно вычисляя и размышляя над скорейшим осуществлением этого дела, вчера, 15 декабря 1934 года, после шести часов вечера я натолкнулся на новую мысль относительно достижения космических скоростей.

Последствием этого открытия явилась уверенность, что такие скорости гораздо легче получить, чем я предполагал. Возможно, что их достигнут через несколько десятков лет и, может быть, современное поколение будет свидетелем межпланетных путешествий.

Таким образом идея 15 декабря приблизила реализацию космической ракеты, заменив в моем воображении сотни лет (как я писал в 1903 г.) только десятками их».

Сбоку письма, на полях, сделана приписка: «Секрет. Хотел Вас порадовать. Когда опубликую — не знаю».

Очевидно, Циолковский желал еще тщательно обдумать свою мысль, прежде чем опубликовать. А спустя несколько месяцев, в мае 1935 г., он прислал мне извлечение из 8-й главы своей последней, неопубликованной рукописи с припиской: «Вот то открытие, о котором я Вам писал». Одновременно изложение сущности работы было послано им в газету «Техника».

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 1/4 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+8x900, 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.

^{Схема к проекту Циолковского для 16 ракет}

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 (5x512), 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.