Машина-двигательОт водяного колеса до атомного двигателя
Шрифт:
И мысли, высказанные замечательным ученым, были настолько правильными, что даже пятьдесят лет спустя, в реактивных двигателях наших дней, многие из этих мыслей нашли практическое воплощение.
Двигатель, сам себя съедающий
Для каких целей, где может найти себе применение реактивный двигатель?
В первых же своих работах Циолковский показал, что никакой другой двигатель не сможет осуществить давнишнюю мечту человечества — перенести человека с Земли на другую планету. Еще в средние века такая мысль будоражила ум человека. Французский поэт, литератор и физик Сирано де Бержерак (1619–1655) в
Однако и сам Сирано де Бержерак и многие другие после него полагали, что можно отправить межпланетный корабль и другими способами.
Помните, например, как Жюль Верн отправлял своих героев на Луну? Он делал это с помощью огромной пушки, которая с невероятной силой и скоростью выбрасывала снаряд в межпланетное пространство.
Циолковский подсчитал, что если бы даже удалось построить пушку со стволом в 300 метров высоты (то есть в три раза выше Исаакиевского собора в Ленинграде) и обеспечить такое кратковременное давление газов, которое могло бы выбросить снаряд за пределы атмосферы, то оказалось бы, что, при огромной скорости вылета снаряда и огромной силе толчка, ни один прибор бы не остался цел, не говоря о человеке. Да и безопасный спуск такого снаряда на землю тоже оказался бы невозможным.
С другой стороны, как показал далее Циолковский, ракетный снаряд лишен этих недостатков. Он может сравнительно плавно подняться; его скорость может регулироваться, постепенно увеличиваясь.
В ракете могут безопасно размещаться приборы и даже люди. Возможна и обратная надежная посадка ракеты на Землю.
Кроме того, — об этом мы уже знаем — ракета может пролететь большие расстояния и развить большие скорости, а на больших скоростях ракетный тепловой двигатель окажется особенно экономичным, — до 85 % выделяемого топливом тепла сможет быть использовано на полезную работу толкания снаряда.
Вспомним, что лучшие паровые турбины используют только 35 % выделяемого топливом тепла, а лучшие двигатели внутреннего сгорания — дизели — используют только 45 %.
…Много прошло времени — половина века — с тех пор, как вышла первая работа Константина Эдуардовича Циолковского о жидкостном реактивном двигателе. Еще больше — три века прошло со времени Сирано де Бержерака. Мечта человека о межпланетном полете сейчас уже становится реальностью. И нашей родине принадлежит заслуга активного научного участия в решении этой задачи. Академия наук СССР установила в 1954 году специальную премию за лучшие работы в области межпланетных сообщений. Президент Академии наук Несмеянов на сессии Всемирного Совета Мира 27 ноября 1953 года сказал: «Наука достигла такого состояния, когда реальна посылка стратоплана на Луну…»
Наши советские инженеры, продолжая развивать идеи Циолковского, много и плодотворно работают над разрешением наиболее сложных технических вопросов, связанных с постройкой «космического корабля».
Интересуясь двигателями, мы не можем не обратить внимания на любопытное предложение ученика и помощника Циолковского — инженера Цандера.
Цандер, исследуя вопрос о возможности применения в ракетном двигателе наиболее высококалорийных топлив, предложил в качестве горючего использовать… некоторые металлы.
Оказывается, сгорая в кислороде, такие металлы, как алюминий или магний, могли бы выделять еще больше тепла, чем жидкое топливо, и ракетный двигатель оказался бы более мощным. Цандер показал, что это имеет большое значение для космического корабля, так как в таком случае можно было бы постепенно сжигать становящиеся ненужными металлические части самой ракеты.
При этом ракета делалась бы всё легче, а скорость ее всё возрастала бы.
Вот тогда-то и получился бы двигатель, который частично сам себя съедал!
Однако техника пока еще не нашла удачного решения такой задачи. Продолжаются упорные исследования, ученые и инженеры ищут наилучшие способы сжигания и управления горением таких металлических топлив.
Отпадающие двигатели
Еще Циолковский подсчитал: для того, чтобы ракета смогла преодолеть земное притяжение и улететь в мировое пространство, она должна подняться с Земли со скоростью не менее чем 11,2 километра в секунду. Значит, для межпланетного корабля должен быть построен такой двигатель, который способен был бы разогнать ракету вскоре после взлета до такой огромной скорости. Правда, если взлет ракеты в мировое пространство производить не с Земли, а с какого-то промежуточного спутника Земли, то двигатель сможет развивать меньшие мощности, а ракета полетит с меньшей начальной скоростью.
Сейчас ученые работают и над созданием межпланетных ракет, поднимающихся с Земли, и над созданием искусственных спутников Земли.
Оказывается, что для того, чтобы ракета могла подняться с Земли с нужной скоростью, пролететь далее по заданному маршруту и вновь вернуться на Землю, она должна запастись огромным количеством топлива. Так, для полета на Луну требуется, чтобы вес заправленной топливом ракеты был почти в 40 раз больше веса незаправленной ракеты.
Пока не удалось найти такого топлива, чтобы можно было развивать нужную мощность двигателя при малом потреблении этого топлива и снизить соотношение между нужными запасами горючего и весом ракеты.
Обычные современные виды топлива выделяют при сгорании сравнительно мало тепла, отчего приходится сжигать большие количества топлива.
Мы уже знаем, что Цандер предложил двигатель, сам себя съедающий, то есть облегчающийся по мере полета, использующий для топлива металлические конструкции.
Аналогичную цель преследует и способ создания «составных ракет», предложенный еще Циолковским. Представьте себе поставленные столбиком два или три ракетных двигателя. Они связаны между собой. При подъеме с Земли запускается нижний двигатель. Выработав свое горючее и развив известную скорость полета, этот первый двигатель выключается и отпадает, отделяется от ракеты. Ракета стала легче. Она уже успела подняться на значительную высоту и набрать какую-то скорость. Тут ее подхватывает и разгоняет с еще большей скоростью второй двигатель, и так далее.
Считается, что более трех двигателей нецелесообразно связывать в одну ракету.
Для межпланетных полетов составные ракеты не очень удобны. Было бы, вероятно, удобнее использовать другое предложение Циолковского — создавать искусственны спутники Земли — своеобразные летающие вокзалы для отправления межпланетных снарядов.
Подготовка к созданию таких «вокзалов» уже приняла практический характер. В 1957 году, как объявили американцы, ими с Земли запускается первый искусственный спутник. Это пока будет небольшой шар весом в 10 килограммов, с диаметром около 60 сантиметров. Половина его веса придется на металлическую оболочку, а вторая половина — на приборы, которые будут регистрировать данные о верхних слоях атмосферы. Все результаты измерений будут поступать на Землю в виде радиосигналов.