Путешествие к далеким мирам

Гильзин Карл Александрович

Экскурсанты остановились невдалеке от башни, в которой стоял «их» корабль. Уже первая цифра, названная инженером, поразила слушателей, и они переглянулись с удивлением и восхищением. Корабль весит при взлете 940 тонн! Это во много раз больше самых тяжелых самолетов и примерно соответствует весу четырех мощных железнодорожных локомотивов. Впрочем, сказал инженер, первые корабли, стартовавшие на Луну, были еще более тяжелыми, ведь они должны были обеспечить возврат пассажиров на Землю и не могли рассчитывать на то, что им удастся заправиться топливом где-либо в пути. Зато корабли, заправляющиеся сейчас на межпланетных станциях — в частности, те, что стоят рядом, — почти вдвое легче.

— Кстати, — добавил инженер, — судите сами о том, как трудно

было осуществить полет на Луну нашим отцам. В их времена, в начале второй половины нашего века, топлива, применявшиеся в реактивной технике, были почти вдвое хуже нынешних. Но это значит, что такой же корабль, как этот, должен был весить при взлете не 940 тонн, а сотни тысяч тонн! Вот почему так долго оставалась неосуществленной мечта о межпланетном полете. Высота корабля — более 50 метров, а его диаметр в самой широкой части — 6 метров. По форме он, как видите, напоминает гигантский снаряд, снабженный спереди треугольными крыльями. При взлете из общего веса корабля 940 тонн 814 приходится на долю топлива. Это составляет более 86 процентов. Меньше 14 процентов, всего 126 тонн, весят конструкция корабля, его оборудование и пассажиры. Но значит ли это, что, когда корабль совершит посадку на Луне с опустошенными топливными баками, он будет весить 126 тонн?

Инженер выжидательно посмотрел на слушателей.

Несколько ребят наперебой закричали:

— Нет, он же составной!

— Ну, вы уже настоящие астронавты, ничего не скажешь. Да, конечно, корабль, на котором вы полетите, составной. Вот почему вы не узнаете своего корабля, когда выберетесь из него на Луне: он будет гораздо менее внушительным. До Луны доберется только самая передняя часть корабля. Да, да, с вами, конечно, не волнуйтесь… Корабль трехступенчатый. Нижняя, самая большая часть корабля — это первая ступень. Она весит 100 тонн да на ней помещается 685 тонн топлива, так что ее общий вес 785 тонн. Следующая, вторая, ступень весит в 5 раз меньше — 20 тонн, а вместе со 113 тоннами топлива — 133 тонны. Наконец, последняя, третья, крылатая ступень, на которой находится и пассажирская кабина, весит всего 4 тонны, а вместе с пассажирами, необходимым оборудованием, запасами пищи и проч. — одним словом, с полезной нагрузкой — 6 тонн. На этой ступени находится 16 тонн топлива, так что ее общий вес составляет 22 тонны. Когда корабль совершит посадку на Луну, он будет весить менее 6 тонн, [142] если будет израсходовано все топливо, или несколько больше, если, как это и полагается, в баках корабля еще останется некоторый запас топлива. Вот вам и ответ на мой вопрос. Вы видите, что от момента взлета до момента посадки вес корабля уменьшится с 940 до 6 тонн, он «похудеет» в 157 раз. Неудивительно, что Циолковскому пришлось создать новую главу механики — теорию движения тел переменной массы. Без этого нельзя было бы рассчитать полет межпланетного корабля.

142

Точнее говоря, столько он весил бы на Земле. На Луне его вес будет в 6 раз меньше.

Необходимый запас топлива на корабле определяется, конечно, точным расчетом, который производится по формуле Циолковского. Вы можете сами произвести такой расчет еще до отлета, чтобы быть уверенными, что топлива на корабле хватит на весь длинный путь. При этом вам следует иметь в виду, что в баки корабля залито новое топливо с высокой теплотворной способностью: окислителем служит жидкий озон, а горючим — один из бороводородов, то есть соединение металла бора с водородом. Скорость истечения газообразных продуктов сгорания этого топлива из двигателей корабля больше 4 километров в секунду. Запас топлива на корабле был определен исходя из того, что энергия, выделяемая этим топливом при сгорании, должна была бы сообщить кораблю при отсутствии влияния тяжести и воздушного сопротивления скорость, равную 15,6 километра в секунду…

— А какую тягу развивают двигатели корабля? — спросил кто-то из ребят.

— Ну что ж, поговорим о двигателях, — сказал инженер. — Тяга двигателей корабля не может быть произвольной, она зависит главным образом от ускорения при взлете корабля, ну и, конечно, от его веса. Чем больше ускорение при взлете, тем больше должна быть тяга двигателей. Взлет с большим ускорением выгоден в отношении расхода топлива, но здесь выступает на первый план здоровье пассажиров. Вам-то еще повезло: этот корабль рассчитан на перегрузки, не превышающие трех, а ведь другие корабли и сейчас еще летают при перегрузке, равной четырем; их пассажиры чувствуют себя похуже.

Но если инерционные перегрузки равны трем, то это значит, что ускорение корабля в полете, создаваемое двигателем, втрое больше, чем ускорение земного притяжения, равное, как известно, примерно 10 метрам в секунду за каждую секунду. Следовательно, тяга двигателей увеличивает скорость корабля каждую секунду на 30 метров в секунду. Поэтому каждый из вас будет весить на корабле, пока работает двигатель, втрое больше, чем вы весите сейчас. Я вам рекомендую взвеситься до отлета, чтобы знать потом свой рекордный вес на корабле. Но, значит, и общий вес корабля при таком разгоне увеличится втрое, и при взлете, например, он будет весить не 940, а 2820 тонн. Вот такую тягу и должны были бы развивать двигатели первой ступени корабля при взлете, если бы не нужно было еще преодолевать воздушного сопротивления.

На первой ступени корабля установлено семь жидкостных ракетных двигателей, каждый из которых может развивать максимальную тягу 450 тонн. Это огромная тяга, равная тяге 20 мощных тепловозов. Когда все эти двигатели работают при взлете корабля на максимальной тяге, они расходуют каждую секунду более 7 1/2 тонн топлива, по тонне с лишним на двигатель. Турбины, приводящие в действие насосы для подачи топлива в камеры сгорания двигателей, развивают при этом мощность свыше 25 тысяч лошадиных сил — такую мощность имеют электростанции больших городов.

По мере расходования топлива общий вес корабля быстро уменьшается. Поэтому должна уменьшаться и тяга двигателей, чтобы перегрузка оставалась все время постоянной, равной трем. Для уменьшения тяги двигателей специальный автомат, связанный с прибором для измерения ускорения — акселерометром, уменьшает подачу топлива. Давление в камерах сгорания двигателей вследствие этого уменьшается, и тяга падает. К концу работы двигателей первой ступени, когда уже израсходовано все топливо, запасенное на этой ступени, все 685 тонн, вес корабля уменьшается до 255 тонн, а тяга двигателей — примерно до 800 тонн.

Вслед за этим первая ступень автоматически отделяется и опускается на Землю на специальном большом парашюте; она еще послужит не одному кораблю. Автоматически же включаются двигатели второй ступени. Перерыв в работе двигателей должен быть минимальным, так как он приведет к потере скорости, — он не должен превышать десятых долей секунды. На этом корабле такого перерыва вообще нет; для этого конструкторы корабля пошли на одну хитрость. Я вам сейчас о ней расскажу, если только вы не устали.

— Нет, нет! — послышалось со всех сторон.

— Ну, так слушайте. Стенки корабля, которые вы видите, это вовсе не его стенки. Снаружи корабля установлены кольцевые топливные баки — их поверхность вы и видите. Вон с той стороны этот бак еще не установлен, и там можно видеть настоящую стенку корабля. Когда все топливо из этих баков вырабатывается, а оно расходуется в первую очередь, баки отделяются от корабля и сбрасываются. Эта идея сбрасываемых баков заимствована из авиации; они уже давно применяются на самолетах, в частности реактивных. Так вот, когда сбрасываются баки первой ступени, они обнажают выходные сопла двигателей второй ступени, расположенных по окружности на особых кронштейнах. Это позволяет включить двигатели второй ступени еще до отделения первой, так что перерыва в работе двигателей не происходит. Понятно?