Ракеты и полеты в космос

Лей Вилли

Теперь рассмотрим проблему соотношения масс корабля при межпланетных полетах. В приведенной ниже таблице даны отношения масс для ракет, стартующих с Земли.

Эта таблица составлена с учетом сопротивления воздуха и умеренного ускорения, которое может выдержать пилот корабля. Если нужно определить, какая первоначальная масса необходима для полета на Венеру, следует выбрать скорость истечения, взять соответствующую цифру для полета на Венеру из таблицы на стр. 327 и умножить ее на цифру для той же скорости истечения из данной таблицы. Это, конечно, весьма примитивный

способ производства расчетов с точки зрения математики, но с его помощью можно быстро получить ориентировочные данные.

Полет, описанный Гоманном, протекает следующим образом: ракетный корабль стартует вертикально с Земли в произвольном направлении и удаляется от нее на 80 000 км. На этом расстоянии влияние гравитационного поля Земли столь ничтожно, что им можно пренебречь. Корабль здесь становится независимым от Земли, но все еще сохраняет ее орбитальную скорость. Стоит увеличить орбитальную скорость корабля хотя бы на 3, 2 км/сек— и он будет двигаться внутрь солнечной системы по орбите типа А. Во время подъема и выхода из сферы притяжения Земли, продолжающихся несколько дней, ракетные двигатели должны работать в общей сложности около 8 минут; для изменения орбитальной скорости корабля они включаются еще на 2 минуты. После того они не работают до тех пор, пока корабль не выйдет на орбиту Венеры. Двигаясь внутрь солнечной системы, то есть фактически «падая» по направлению к Солнцу, корабль набирает скорость; поэтому он будет двигаться даже несколько быстрее Венеры. Эта разница в скоростях должна быть урегулирована, после чего оба тела будут двигаться по одной орбите и с одинаковой скоростью. Но это будет продолжаться недолго. Гравитационное поле планеты увлечет корабль «вниз», и начнется посадочный маневр, целью которого будет погасить скорость, увеличившуюся под действием силы притяжения планеты.

Ниже приводятся все данные для шеститонного космического корабля с тремя пассажирами, каждый из которых имеет запас пищи, воды и кислорода из расчета по 10 кг на день.

Из таблицы видно, что совершить полет на Венеру легче, чем на Марс, но возвратиться легче с последнего. Конечно, цифры эти очень велики, за исключением, может быть, тех, которые соответствуют скорости истечения порядка 10 000 м/сек, но обеспечить такую скорость не может ни одно из известных сейчас химических топлив. Еще одним неприятным моментом в нашей таблице является указание на «независимость» возвращения корабля на Землю. Это означает, что топливо для обратного полета не может быть взято с собой, а должно быть получено на той планете, куда летит корабль. Здесь, сам того не сознавая, Гоманн доказал, что космический полет на химическом топливе не может быть осуществлен без космической станции.

В том случае, если корабль не будет делать посадку на планете, он превратится в ее спутника до того момента, когда возникнут необходимые условия для возвращения (см. выше). Этот период ожидания может быть использован для фотографирования и даже картографирования планеты. Необходимый стартовый вес для шеститонного корабля при этом может быть определен по следующей таблице:

Здесь снова только цифры нижней строки выглядят более или менее приемлемыми.

Последняя графа, обозначенная «специальный полет туда и обратно» нуждается в объяснении. Здесь предполагается, что корабль летит на Марс, но не делает посадки и не ждет, пока сложатся благоприятные условия для возвращения на Землю. По прошествии, скажем, нескольких недель пилот уменьшает орбитальную скорость корабля, и он начинает двигаться внутрь солнечной системы по орбите типа А. Эта орбита выводит корабль с орбиты

Марса прямо на орбиту Венеры. Естественно, что при этом орбита Земли пересекается кораблем, но в тот момент, когда Земля находится в другой точке.

Венера, однако, оказывается в точке встречи, и корабль в течение некоторого времени обращается вокруг нее. Затем орбитальная скорость корабля снова увеличивается, и он выходит на орбиту типа А, направляясь к Земле. Через полтора года после начала путешествия корабль заканчивает облет обеих планет, причем в более короткое время и с несколько меньшим расходом топлива, чем это необходимо для прямого беспосадочного полета на Марс.

С помощью этих расчетов Гоманн пытался установить относительную массу и стартовый вес корабля для каждого маневра в отдельности. Общая необходимая относительная масса для конкретного полета равна, по Гоманну, произведению различных относительных масс. Оберт же, рассчитывая полеты с Земли без космической станции, использовал другой метод. Он сначала определял величину каждого изменения скорости, необходимого для различных маневров, и получал сумму всех изменений, которую он называл «идеальной скоростью» планируемого полета. Необходимая общая относительная масса определялась далее путем расчета ее для идеальной скорости при данной скорости истечения.

Рис. 76. Межпланетное путешествие по теории Гоманна.

Хотя методы расчетов, приведенные выше, содержат некоторые допущения и не учитывают наличия космической станции, цифры, характеризующие продолжительность полёта и время ожидания, лишь немногим отличаются от цифр, полученных в последних работах, основанных на пуске корабля с космической станции. Так, например, по расчетам фон Брауна продолжительность полета на Марс составляет 260 дней, период ожидания - 449 дней, обратный полет - 260, то есть всего 969 дней.

Интересно отметить, что современная наука считает правильным, если корабль, вылетающий из района Земли в район другой планеты, не совершает на ней посадки, а выходит на орбиту спутника. Для более детального изучения планеты рекомендуется использовать специальную «посадочную ракету». Кроме того, исследование планет может осуществляться с помощью так называемых планетных зондов. Запущенный с космической станции, такой беспилотный планетный зонд может выйти на орбиту Марса или Венеры и стать их спутником. Двигаясь по достаточно низким орбитам вокруг этих планет, зонды будут передавать на Землю, а точнее, — на космическую станцию, находящуюся вблизи Земли, все собранные ими данные.

Как уже было сказано, понятие «космический корабль» стало в настоящее время очень широким. Подобно тому как все ракеты делятся на два больших класса (баллистические и крылатые ракеты), космические корабли будущего могут быть разделены на два типа. В первый войдут корабли, которым не нужно будет проникать в атмосферу планет, а во второй - корабли, преодолевающие атмосферу и производящие посадку. По внешнему виду они будут резко отличаться друг от друга. Корабли второго типа, очевидно, будут иметь крылья и обтекаемую форму; корабли первого типа будут бескрылыми и, по всей вероятности, необтекаемыми.

Теперь, когда мы в достаточной мере познакомились с теоретическими выкладками, естественно будет спросить, что же мешает нам сейчас осуществить космический полет, то есть имеются ли какие-нибудь специальные научные проблемы, которые пока еще остаются нерешенными, или же все дело упирается только в развитие науки и техники? Оказывается, что главным тормозом является все-таки необходимость дальнейшего совершенствования ракетной техники и всех примыкающих к ней областей науки. Что же касается некоторых нерешенных специальных проблем, то характер их таков, что они будут решены в ходе общего технического прогресса.