Ракеты и полеты в космос
Шрифт:
Это уже могло быть пищей для прессы. Ракета, несущая странные приборы с неизвестной целью — одно дело. Но ракета, падающая на Луну и взрывающаяся там с такой вспышкой, что ее становится видно с Земли, — это уже нечто другое. К тому же идея исходила от человека, который преподавал физику, а до этого защитил диссертацию на степень доктора физических наук и являлся офицером ВМФ США, в системе которого работал над усовершенствованием сигнальных ракет.
Идея Годдарда, вероятно, вызвала некоторое волнение в газетах, но больших дискуссий в научных кругах, кажется, не возбудила; по крайней мере, я не мог найти в журналах ни одной полемической статьи по этому вопросу. В Европе брошюра также фактически оставалась долгие годы неизвестной науке. Неброское название работы, возможно, создавало впечатление, что в брошюре просто обсуждались новые технические достижения в области метеорологии, и потому она не вызывала интереса ни у кого, кроме
В конце 1923 года издательство Ольденбурга в Мюнхене выпустило невзрачную на вид брошюру объемом менее 100 страниц под названием «Ракета как средство межпланетного полета». Автором ее был Герман Оберт. Предисловие к брошюре начиналось так:
«1. Современное состояние науки и технических знаний позволяет строить аппараты, которые могут подниматься за пределы земной атмосферы.
2. Дальнейшее усовершенствование этих аппаратов приведет к тому, что они будут развивать такие скорости, которые позволят им не падать обратно на Землю и даже преодолеть силу земного притяжения.
3. Эти аппараты можно будет строить таким образом, что они смогут нести людей.
4. В определенных условиях изготовление таких аппаратов может быть прибыльным делом.
В своей книге я хочу доказать эти четыре положения...»
Все эти положения, за исключением, может быть, последнего, были Обертом доказаны, но метод доказательства был понятен только математикам, астрономам и инженерам. Тем не менее книга Оберта по какой-то непонятной причине распространилась очень широко; первое издание было распродано в весьма короткий срок, а заказы, посылавшиеся в издательство, почти покрыли тираж второго издания еще до его появления в свет.
Так как книга Оберта стала основной базой всех позднейших идей о межпланетных полетах, нам представляется полезным дать краткое изложение ее содержания. Брошюра делится на три части. В первой излагаются более или менее общие вопросы реактивного движения и содержится много сведений, которые физикам и другим специалистам того времени должны были быть известны. Однако для многих из них было большим сюрпризом утверждение Оберта, что ракете можно придать такую скорость движения, которая превзойдет скорость истечения газов из ее сопла. Дело в том, что почти каждый в то время понимал под словом «ракета» только пиротехническую ракету, а продолжительность действия двигателя этой ракеты настолько мала, что она может развить лишь такую скорость, которая составляет весьма небольшую часть скорости истечения газов. Кроме того, в пиротехнической ракете момент прекращения горения порохового заряда почти совпадает с моментом достижения ракетой наивысшей точки траектории. Оберт указывал, что скоростная ракета в тот момент, когда прекращается горение порохового заряда, будет иметь достаточно высокую скорость, чтобы в дальнейшем вести себя как артиллерийский снаряд, выброшенный из ствола орудия. В этом случае ствол орудия как бы перемещается в тот пункт, где прекращается действие ракетного двигателя. Конечно, снаряд будет продолжать лететь от этой точки дальше по инерции. А поскольку снаряд (или ракета) скоростной, то высота, достигнутая после прекращения работы двигателя, может равняться кратному высоты, достигнутой при работающем двигателе.
Вторая часть книги Оберта включает в себя описание предполагаемой ракеты — носителя научных приборов для исследования верхних слоев атмосферы. Эта ракета была названа «моделью В». Разумеется, эта «модель» была представлена нерабочим чертежом и, вероятно, вообще не cpaботала бы, если кто-нибудь попытался бы построить ее в строгом соответствии с описанием в книге. В целом вторая часть книги является исследованием такого же типа, что и доклад Годдарда. И только в третьей части книги Оберт пошел дальше своего предшественника. Здесь Оберт изложил теорию космического летательного аппарата, названного им «моделью Е», рассмотрел некоторые аспекты космического полета и определил целый ряд возможных препятствий на пути к его осуществлению. Попутно он дал и первый набросок теории создания космической станции.
Книга Оберта содержала много интересного материала, чтобы заинтриговать сравнительно большое количество читателей. Однако критики-специалисты, люди, для которых фактически была написана книга, прочли ее весьма невнимательно. Более того, нашлось несколько авторитетных астрономов, которые просто «убили» идею Оберта утверждением, что все эти вещи очень хороши и интересны, но необоснованны, так как «каждый знает», что не существует и не может быть реактивной силы в безвоздушном пространстве. Один из критиков, по профессии врач, дошел даже до того, что признал идею пилотируемой ракеты абсурдной, потому что как только, мол, люди покинут земную атмосферу, они попадут в поле тяготения Солнца, достаточно сильное, чтобы сплющить их тела.
Почтенный врач приводил даже цифры, которые взял из таблиц
Другой критик, специалист в области авиации, смущенно признавался, что склонен верить Оберту, но никак не может понять, почему истекающие продукты горения должны следовать за ракетой, если скорость последней на известном участке траектории превзошла бы скорость их истечения. Ему, по-видимому, было совершенно невдомек то обстоятельство, что скорость истечения газов никогда не будет меняться, если за ними наблюдать с самой ракеты, и что вся премудрость заключается в том, относительно чего производится измерение скорости.
Еще один критик, будучи физиком по профессии, а значит, и более расположенным к точным положениям, заявлял, что скорость ракеты не может быть выше скорости истечения газов, так как в этом случае к.п.д. превысит 100%, а это, мол, невозможно. Безусловно правильно, однако, что к.п.д. ракеты, которая движется, скажем, со скоростью, в два раза большей, чем скорость истечения газов, будет значительно выше 100%, если вы будете рассматривать только тот интервал времени, когда это условие будет иметь место. Но так делать нельзя. «Невозможный» к.п.д. создастся, если можно так выразиться, за счет очень низкого к. п. д. сразу после старта, когда ракета движется очень медленно. Если взглянуть на работу двигателя на всем участке обеспеченного полета, то к.п.д. вообще никогда не приблизится к 100%.
Что может случиться, если из общей проблемы брать лишь одну из частностей, было хорошо показано другим математиком, критиковавшим Оберта. Он вычислил, что самое мощное известное взрывчатое вещество не сможет даже поднять свой собственный вес на высоту, большую 400 км, но при этом забыл, что ракета несет не столько топливо, сколько его энергию [11] . Этот великий «вычислитель» поспешил даже опубликовать свое «открытие».
Для примера он взял нитроглицерин, тогда самое мощное взрывчатое вещество. Мне неизвестно, говорил ли ему кто-либо, что простое жидкое топливо, такое как бензин, создает более высокую скорость истечения, чем любое взрывчатое вещество. Однако я убежден в том, что если бы кто-нибудь и сказал ему, этот «критик» остался бы при своем мнении.
11
Эта ошибка хорошо объясняется аналогичным примером из другой области. При стрельбе из лука мускульная энергия стрелка передается тетиве и древку лука. Она составляет около 20 кг/м на каждый кг веса лука. 20 кг/м было бы достаточно для того, чтобы поднять лук на 20 м. Исходя из этого, многие думают, что, следовательно, стрелу нельзя запустить выше, чем на 20 м (при этом неважно, как велик лук), так как вы ведь не можете передать луку больше энергии, чем 20 кг/м на 1 кг его веса. Но вы запускаете не лук, вы стреляете значительно более легким предметом — стрелой, весящей, скажем, в 10 раз меньше лука. Значит, она может подняться в 10 раз выше, чем может поднять себя лук. В ракетной системе сама ракета представляет собой стрелу, а топливо — лук, и высота не ограничивается весом (массой) истекающих газов (продуктов сгорания топлива), так как эти газы остаются позади ракеты. (Прим. авт.)
Оберт особенно подчеркивал значение жидких топлив для ракет. Как мы уже говорили, скорость ракеты можно увеличить либо путем, увеличения количества топлива, расходуемого за единицу времени, то есть путем увеличения массы топлива, участвующей в реакции, либо за счет увеличения скорости истечения продуктов горения. Известно, что даже самое обычное из жидких топлив — автомобильный бензин — дает скорость истечения в два раза большую, чем скорость истечения в ракете, работающей на дымном порохе. Этого факта оказалось достаточно для того, чтобы Оберт выбрал для ракеты жидкое топливо. Он оправдывал свой выбор еще и тем, что жидкие топлива с точки зрения хранения и обращения с ними имеют большие преимущества перед твердыми. В наши дни это соображение приобрело еще большую важность в связи с тем, что некоторые современные твердые топлива обеспечивают скорости истечения весьма близкие к скоростям истечения в жидкостных ракетных двигателях.
Оберт не мог знать этого. Он остановился на жидких топливах из-за более высоких скоростей истечения продуктов горения. Не знал Оберт и того, что еще за 20 лет до него такой же вывод был сделан Циолковским. Оберт не знал русского языка, да и все равно не смог бы найти подшивки старых русских авиационных журналов, где публиковались статьи Циолковского. Профессор Годдард, который тоже не знал русского языка, уже экспериментировал с жидкими топливами в то время, когда появилась книга Оберта, но до 1936 года скрывал результаты своей работы.