Помоги проекту - поделись книгой:
Рис. 13. Как направлена сила тяжести, действующая на снаряд в воображаемом опыте Ньютона
Человеческой гордости должно льстить сознание, что мы имеем возможность – правда, лишь теоретическую – подарить Земле маленького, но все же настоящего спутника. Пылкий герой Жюль-Вернова «Путешествия на Луну», артиллерист Мастон, не без основания воскликнул, что в создании пушечного ядра человек проявил высшую степень могущества: «Создав пушечное ядро, человек сотворил подобие несущихся в пространстве небесных светил, которые в сущности те же ядра». Еще справедливее это сравнение с небесными светилами для того снаряда, который отсылается в мировое пространство. Это новое небесное тело, при своей миниатюрности, будет не хуже всех остальных подчиняться трем законам Кеплера, управляющим небесными движениями. Нужды нет, что пушечный снаряд – предмет «земной»: приобретя космическую скорость, он превращается в настоящее небесное тело.
Рис. 14. Судьба ядер, выброшенных пушкой с весьма большими скоростями
Итак, сообщив пушечному снаряду начальную скорость 8 км/с, мы превращаем его в маленькое небесное тело, которое, победив земное притяжение, уже не возвращается на Землю. Что же будет, если сообщить снаряду еще большую начальную скорость? В небесной механике доказывается, что при начальной секундной скорости в 8, 9, 10 км/с, снаряд, выброшенный пушкой, будет описывать около Земли не окружность, а эллипс – тем более вытянутый, чем значительнее начальная скорость; центр Земли занимает один из фокусов этого эллипса.
Рис. 15. Какие пути должны описывать в пустом пространстве тела, брошенные с Земли горизонтально со скоростью 8 км/с и более
Когда же мы доведем начальную скорость приблизительно до 11 км/с, эллипс превратится уже в незамкнутую кривую – в параболу (рис. 15). Точнее говоря, он должен был бы превратиться в параболу, если бы Земля была единственным телом, притяжение которого влияет на путь нашего снаряда. Могучее притяжение Солнца также действует на снаряд и мешает ему удалиться в бесконечность. Брошенный с указанной скоростью в направлении годового движения Земли снаряд избегнет падения на Солнце и будет вечно обращаться вокруг него, подобно земному шару и другим планетам. В астрономическом смысле он повысится в ранге: из спутника Земли превратится в спутника Солнца, в самостоятельную планету. Человеческая техника подарит солнечной системе нового миниатюрного члена.
Ради простоты мы начали с рассмотрения тела, брошенного горизонтально. В небесной механике доказывается, однако, что те же выводы справедливы и для тела, брошенного под любым углом к горизонту, даже отвесно, как ядро в романе Жюля Верна. Во всех случаях при достаточной скорости снаряд покидает Землю навсегда и уносится в мировое пространство.
Вот какие чудесные возможности открывает перед нами теория. Что же говорит ее несговорчивая сестра – практика? В состоянии ли современная артиллерия осуществить эти возможности?
Величайшая пушка, действительно сооруженная, – это то знаменитое сверхдальнобойное орудие, которым немцы в 1918 г. обстреливали Париж с расстояния 120 км. В следующей табличке сопоставлены данные об обеих пушках – германской [15] и Жюль-Верновой:
Сравнивая оба исполина – реальный и фантастический, – мы видим, что германские артиллеристы создали орудие, которое по линейным размерам всего в 7–8 раз было меньше Жюль-Верновой колумбиады и выбрасывало снаряд со скоростью 2 км/с. Эта рекордная начальная скорость в 5,5 раз меньше того, что необходимо для переброски снаряда с Земли на Луну. Переход от 2 к 11 как будто не так уже значителен. Техника в победном шествии своем преодолела гораздо большую дистанцию, когда заменила древние катапульты мощными орудиями современной артиллерии. Римские легионеры назвали бы безумцем всякого, кто сказал бы, что их потомки будут перебрасывать снаряды в тонну весом на расстояние 40 и более километров. Энергия, выбрасывающая снаряд из крупного орудия, в десятки миллионов раз превышает энергию человека, невооруженной рукой бросающего камень. Если мы могли так головокружительно далеко превзойти силу первобытного дикаря, то не опрометчиво ли ставить какие-нибудь границы дальнейшему росту могущества артиллерийской техники?
Досадно, конечно, что земная тяжесть так значительна. На Луне напряжение тяжести вшестеро слабее, чем на Земле, и совершенно отсутствует атмосфера, служащая серьезным препятствием полету снаряда; поэтому там для превращения снаряда в спутник почти достаточна была бы одна из тех дальнобойных пушек, которыми наша техника уже располагает в данный момент (нужна начальная скорость 2,3 км/с). А на спутнике Марса – крошечном Фобосе – можно просто бросить камень рукой, чтобы он никогда уже на упал обратно.
Однако мы живем не на Фобосе и не на Луне, а на Земле. Нам необходимо поэтому добиваться секундной скорости около 13–17 км, чтобы иметь возможность перекидывать пушечные снаряды на иные планеты. Достигнем ли мы этого когда-нибудь?
Глава 7. Из пушки на луну. Практика
Итак, можно ли надеяться, что артиллерия когда-нибудь осуществит смелый замысел членов Пушечного клуба, подсказанный им фантазией Жюля Верна?
Нет, – и вот почему.
Нетрудно сообразить, что газы, образующиеся при взрыве орудийного заряда, могут сообщить выталкиваемому снаряду скорость не большую той, какою они обладают сами. С того момента, как скорость снаряда сделается равной скорости молекул пороховых газов, последние перестанут на него напирать, и дальнейшее нарастание скорости прекратится. Энергию же движения газы эти черпают из запаса химической энергии заряда. Зная это, можно вычислить ту предельную скорость, какую данное взрывчатое вещество способно сообщить артиллерийскому снаряду. Черный порох, например, выделяет при сгорании 685 больших калорий на килограмм своей массы. В единицах механической энергии это соответствует – считая по 427 кгм на калорию – 290 000 кгм. Так как живая сила килограмма вещества, движущегося со скоростью v, равна
откуда
Из всех известных нам взрывчатых веществ наибольший запас энергии заключает нитроглицерин: 1580 больших калорий на килограмм (пироксилин, отправивший на Луну героев Жюля Верна, развивает при взрыве всего 1100 калорий). В переводе на механическую энергию получим 670 000 кгм, а из уравнения
узнаем соответствующую предельную скорость снаряда: 3660 м/с.
Как видите, это еще далеко от тех 11–17 км/с, какие нужны для выстрела в мировое пространство.
Если для сообщения артиллерийскому снаряду космической скорости не годятся современные взрывчатые вещества, то нельзя ли надеяться на то, что химия снабдит нас когда-нибудь более мощными взрывчатыми составами? Однако химики дают на этот счет мало обнадеживающие сведения. «Нельзя ждать значительного успеха в изобретении сильных взрывчатых веществ. Наши взрывчатые вещества и без того дают очень много тепла и приводят к очень высоким температурам… Трудно надеяться, чтобы химическими способами можно было выйти далеко за пределы этих температур. Таким образом, нельзя рассчитывать изобрести взрывчатые вещества, которые давали бы много больше работы, чем современные» (Е. Шилов «Пределы силы взрывчатых веществ»).
Как видим, пушка, заряжаемая взрывчатыми составами, совершенно недостаточна для обстрела мирового пространства и навсегда останется такой. Но, быть может, это будет осуществлено когда-нибудь пушками электромагнитными, слухи об изобретении которых проникали в печать? Здесь мы вступаем в область неизвестного.
Будем оптимистами и станем надеяться, что это неизвестное сулит успех и поможет людям со временем перебросить снаряд на Луну.
Если бы вопрос состоял только в этом, если бы мы искали способа установить между планетами своего рода небесную почту, если бы мы стремились лишь отправлять в далекие миры посылки для неведомых адресатов, то задача решалась бы электромагнитной пушкой вполне удовлетворительно.
Но мы заботились пока только о снаряде, о том, чтобы он полетел достаточно быстро и достиг своей цели. Подумаем теперь и о том, что будет происходить внутри снаряда. Ведь перед нами не простой артиллерийский снаряд; это своего рода вагон, в котором находятся живые существа. Какая участь ожидает их при полете?
Здесь, а не в самой мысли перекинуть снаряд на Луну, кроется слабое место заманчивого проекта Жюля Верна.
Небывалое путешествие должно было пройти для пассажиров Жюль-Вернова снаряда далеко не так благополучно, как описано в романе. Не думайте, впрочем, что опасность грозит им во время путешествия от Земли до Луны. Ничуть! Если бы пассажирам удалось остаться живыми к моменту, когда они покинут канал пушки, то в дальнейшем путешествии им нечего было бы уже опасаться. В океане Вселенной нет ни бурь, ни волн, ни качки. Встреча с метеором весьма маловероятна; тот «второй спутник Земли», который едва не преградил путь снаряду Жюля Верна, в действительности не существует. А огромная скорость, с которой пассажиры летели бы в мировом пространстве вместе с их вагоном, была бы столь же безвредна для них, как безвредна для нас, обитателей Земли, та секундная скорость в 30 км, с какой мы мчимся вокруг Солнца.
Опасный момент для Жюль-Верновых путешественников представляют те сотые доли секунды, в течение которых снаряд-вагон движется в канале ствола самой пушки. В этот ничтожно малый промежуток времени скорость движения пассажиров должна неимоверно возрасти: от нуля до 16 км/с [16] . Герои романа были вполне правы, утверждая, что момент, когда снаряд полетит, будет столь же опасен для них, как если бы они находились не внутри снаряда, а прямо перед ним. Действительно, в момент выстрела нижняя площадка (пол) каюты должна ударить пассажиров с такой же силой, с какой обрушился бы снаряд на любое тело, находящееся впереди него. Напрасно пассажиры воображали, что отделаются лишь сильными приливами крови к голове.
Дело неизмеримо серьезнее. Произведем несложный расчет. В канале ствола пушки снаряд движется ускоренно – скорость его увеличивается под постоянным напором газов, образующихся при взрыве; в течение ничтожной доли секунды она возрастает от нуля до 16 км. Как же велико «ускорение» этого движения, т. е. на какую величину нарастает здесь скорость в течение полной секунды? Нужды нет, что движение длится лишь малую долю секунды: расчет можно вести на целые секунды. Оказывается, что секундное «ускорение» ядра, скользящего в канале ствола орудия, выражается огромным числом – 640 км/с (см. Приложение 6). Для сравнения напомню, что секундное ускорение трогающегося курьерского поезда – не более 1 м/с.
Все значение этого числа – 640 км/с за секунду – мы постигнем лишь тогда, когда сравним его с ускорением падающего тела на земной поверхности, ускорением, составляющим всего около 10 м/с за секунду, т. е. в 64 000 раз меньше. Это значит, что в момент выстрела каждый предмет внутри снаряда придавливался бы ко дну снаряда с силой, которая в 64 000 раз более веса самого предмета. Пассажиры почувствовали бы, что внезапно сделались в десятки тысяч раз тяжелее. Цилиндр мистера Барбикена один весил бы десятки тонн. Правда, это длилось бы всего 40-ю долю секунды, но можно не сомневаться, что под действием такой колоссальной тяжести люди были бы буквально расплющены. Бессильны все меры, принятые героями Жюля Верна для ослабления силы удара: пружинные буфера и двойное дно с водой. Продолжительность удара от этого, правда, растягивается, и, следовательно, быстрота нарастания скорости уменьшается. Но при тех огромных величинах, с которыми приходится иметь здесь дело, выгода получается ничтожная: сила, придавливающая пассажиров к полу, уменьшается на какую-нибудь сотую долю, не более.
Нет ли средств избегнуть при взрыве роковой быстроты нарастания скорости? [17]
Этого можно было бы достигнуть весьма значительным удлинением канала пушки. Легко убедиться вычислением (см. Приложение), что если, например, мы хотим иметь «искусственную» тяжесть внутри ядра в момент выстрела равною обыкновенной тяжести на земном шаре, то нам нужно изготовить пушку длиною – ни много ни мало – в 6000 км. Жюль-Вернова колумбиада должна была бы простираться в глубь земного шара почти до самого центра, чтобы пассажиры были избавлены от этих неприятностей: они почувствовали бы, что стали только вдвое тяжелее.
Надо заметить, что человеческий организм в течение весьма краткого промежутка времени без вреда переносит увеличение собственной тяжести в несколько раз. Когда мы скатываемся с ледяной горы вниз и здесь быстро меняем направление своего движения, то в этот краткий миг вес наш увеличивается раз в 10 (т. е. тело наше в десятки раз сильнее обычного прижимается к салазкам)… Если даже допустить, что человек может безвредно переносить в течение короткого времени 20-кратное увеличение своего веса, то для отправления людей на Луну достаточно будет отлить пушку в 200 км длиною. Однако и это малоутешительно, потому что подобное сооружение лежит за пределами технической достижимости [18] . Не говорю уже о том, что извергающая сила такой непомерно длинной пушки должна значительно уменьшиться вследствие трения ядра в 300-километровом канале орудия.
Рис. 16. При скатывании с ледяной горы вес нашего тела увеличивается в несколько раз
Физика указывает и на другое средство ослабить силу удара. Самую хрупкую вещь можно уберечь от поломки при сотрясении, погрузив ее в жидкость равного удельного веса. Так, если заключить хрупкий предмет в сосуд с жидкостью такой же плотности и герметически закупорить его, то подобный сосуд можно ронять с высоты и вообще подвергать сильнейшим сотрясениям, при условии, разумеется, что сосуд остается цел, – и хрупкий предмет от толчков почти не страдает. Мысль эта впервые высказана К.Э. Циолковским:
«Известно, – пишет он, – что все слабое, нежно устроенное – зародыши – природа помещает в жидкости или окружает ими… Возьмите стакан с водою, куриное яйцо и соль. Яйцо положите в воду, а соль подсыпайте в стакан до тех пор, пока яйцо не начнет подниматься со дна к поверхности воды. Тогда прибавьте немного воды, чтобы яйцо находилось в равновесии во всяком месте сосуда, т. е. чтобы оно, будучи на средней высоте, не поднималось кверху и не опускалось на дно. Теперь ударьте смело стаканом о стол настолько сильно, насколько позволяет крепость стекла, – и от этого яйцо в стакане не шелохнется. Без воды яйцо, конечно, и при самых слабых ударах моментально раскалывается. Опыты эти описаны мною в трудах Московского общества любителей естествознания за 1891 г.».
Не следует думать, однако, что мы могли бы поэтому осуществить смелую затею Жюль-Верновых артиллеристов, если бы наполнили внутренность снаряда соленой водой средней плотности человеческого тела и в эту среду погрузили пассажиров, одетых в водолазные костюмы, с запасом воздуха; после же выстрела, когда нарастание скорости прекратится и пассажиры приобретут скорость снаряда, они могли бы уже выпустить воду и устроиться в каюте, не опасаясь неприятных неожиданностей. Такая мысль ошибочна, потому что тела живых существ имеют неоднородное строение: они состоят из частей различного удельного веса (кости, мускулы и т. п.), а окружить каждую отдельную часть жидкостью соответствующей плотности невозможно.
В частности, невозможно оградить от сотрясения мозг, заключенный в черепной коробке. Между тем, как показали опыты, именно этот орган всего более чувствителен к резким изменениям скорости (мозг сильно придавливается тогда к внутренним стенкам черепа).
Итак, вот какие затруднения нужно было бы преодолеть, чтобы осуществить в действительности заманчивый проект Жюля Верна:
1) Придумать способ метать снаряды со скоростью, всемерно большей, чем начальная скорость быстрейших современных снарядов.
2) Соорудить пушку длиною километров в 300.
3) Поместить пушку так, чтобы жерло ее выступало за пределы земной атмосферы, избегнув этим сопротивления воздуха.
А в результате – отправиться в небесное странствование без малейшей надежды вернуться не только живым, но даже и мертвым: ведь только счастливая случайность помогла героям романа возвратиться на Землю. Жюль-Верново ядро – снаряд неуправляемый; чтобы дать ему новое направление, надо зарядить им пушку. А где взять пушку в мировом пространстве или на другой планете?
Невольно вспоминается глубокое изречение Паскаля: «Никто не странствовал бы по свету, если бы не надеялся когда-нибудь рассказать другим о том, что видел»… Но именно этой надежды пушка Жюля Верна нам не оставляет.Глава 8. К звездам на ракете
После ряда разочарований мы подходим наконец, к единственному действительно осуществимому проекту межпланетных путешествий. Путь этот указан был впервые нашим ученым К.Э. Циолковским (в 1903 г.) и стоит в стороне от всех фантастических замыслов, рассмотренных ранее. Здесь перед нами уже не фантазия романиста, не просто любопытная задача из области небесной механики, а глубоко продуманный механический принцип, реальный путь к осуществлению заатмосферных полетов в управляемом снаряде – звездолете.
Ничто не может быть проще той мысли, которая положена в основу этого проекта, – двигаться, управляясь в пустом пространстве без опоры. На первых уроках физики знакомимся мы с законом «действия и противодействия», иначе называемым «третьим законом Ньютона»: каждая сила всегда вызывает равную ей силу противодействия. Эта-то последняя сила и поможет нам умчаться в бездны мироздания. Сила противодействия проявляется на каждом шагу, – быть может, именно потому мы и не отдаем себе ясного отчета в ее существовании; нужны особые обстоятельства, чтобы заставить мысль остановиться на ней.
Когда вы стреляете из ружья, вы чувствуете его «отдачу»: давление взрывных газов отбрасывает пулю в одну сторону и с равною силою отталкивает ружье в обратную сторону. Если бы ружье весило столько же, сколько и пуля, приклад ударял бы стреляющего с такою же скоростью, с какою ударяет пуля, выпущенная в упор; каждый стрелок был бы тогда самоубийцей. Но ружье значительно тяжелее пули, и во столько же раз ослабляется действие его возвратного удара. Надо всегда помнить, что вообще действие силы на тело зависит от массы этого тела: одна и та же сила сообщает грузному телу меньшую скорость, чем легкому (соответственно обратному отношению их масс). Закон «равенства действия и противодействия» не следует понимать буквально: само действие почти никогда не равно противодействию, равны лишь действующие при этом силы, могущие вызвать весьма различные результаты.
Наблюдая падение яблока на Землю, не думайте, что земной шар остается неподвижен, нарушая закон противодействия. Притяжение и здесь взаимное; сила действия Земли на яблоко вызывает точно такую же силу противодействия. Яблоко и Земля буквально падают друг на друга , влекомые равными силами; но так как масса земного шара неизмеримо больше массы яблока, то скорость падения Земли неизмеримо меньше скорости падения яблока. Пока яблоко падает с дерева на Землю, наша планета перемещается навстречу яблоку едва на одну стотриллионную долю сантиметра. Практически Земля остается неподвижной и замечается лишь движение яблока.
Этот-то закон, впервые провозглашенный великим Ньютоном, открывает перед нами возможность свободно двигаться, ни на что не опираясь. Перемещаться, ни от чего не отталкиваясь, одними лишь внутренними силами – не звучит ли это так, как поднятие самого себя за волосы по анекдотическому способу барона Мюнхгаузена? Но сходство – чисто внешнее. По существу разница здесь огромная, и насколько бесполезно поднимать себя за волосы, настолько действителен способ движения по принципу отдачи. Природа давно уже осуществила такое перемещение для многих живых существ. Каракатица набирает воду в жаберную полость и затем энергично выбрасывает струю воды через особую воронку впереди тела; вода устремляется вперед, а тело каракатицы получает обратный толчок, отбрасывающий ее назад; направляя трубку воронки вбок или вниз, животное может таким своеобразным способом двигаться в любом направлении. Подобным же образом перемещают свое тело медузы, сальпы, личинки стрекоз и многие другие обитатели вод. Пользуется этим приемом и человеческая техника: вращение водяных и так называемых реакционных паровых турбин тоже основано на законе противодействия.
Нигде, однако, интересующий нас способ перемещения не проявляется так наглядно, как при полете обыкновенной ракеты. Сколько раз любовались вы ее эффектным взлетом, – но приходило ли вам в голову, что вы видите перед собою уменьшенное подобие будущего межзвездного дирижабля? А между тем еще гениальный Гаусс предрекал ракете в будущем великое значение, более важное, чем открытие Америки…
Отчего ракета взлетает вверх при горении наполняющего ее пороха? Даже среди людей науки приходится нередко слышать, будто ракета летит вверх потому, что газами, которые вытекают из нее при горении пороха, она «отталкивается от воздуха». На самом же деле воздух не только не обусловливает движение ракеты, но даже мешает ей: в безвоздушном пространстве ракета должна лететь быстрее, чем в атмосфере. Истинная причина движения ракеты состоит в том, что когда пороховые газы стремительно вытекают из нее вниз, сама трубка ракеты, по закону противодействия, отталкивается вверх. Весьма наглядно объяснены механические условия такого полета в предсмертной записке известного революционера-первомартовца Кибальчича, о котором у нас еще будет речь. Он писал:
«Представьте себе, что мы имеем из листового железа цилиндр, закрытый герметически со всех сторон и только в нижнем дне своем имеющий отверстие. Расположим по оси этого цилиндра кусок прессованного пороха и зажжем его. При горении образуются газы, которые будут давить на всю внутреннюю поверхность цилиндра. Но давления на боковую поверхность цилиндра будут взаимно уравновешиваться, и только давление газов на закрытое дно цилиндра не будет уравновешено противоположным давлением, так как с противоположной стороны газы имеют свободный выход через отверстие [19] . Если цилиндр поставлен закрытым дном кверху, то при известном давлении газов цилиндр должен подняться вверх». – Прилагаемые чертежи поясняют сказанное.
При горении пороха ракеты происходит, в сущности, то же, что и при выстреле из пушки. Снаряд летит вперед, пушка отталкивается назад.
Рис. 17. Увеселительная ракета с цветными звездками (шарики состава бенгальского огня в головной части ракеты)
Если бы пушка висела в воздухе, ни на что не опираясь, она после выстрела устремилась бы назад со скоростью, которая во столько раз меньше скорости снаряда, во сколько раз он легче пушки. Ракета – нечто как раз противоположное пушке; в пушке назначение взрыва – выбросить снаряд, почти не сдвигая ствола пушки; в ракете же взрывные газы предназначаются именно для перемещения самого тела ракеты. Скорость и масса этих газов так значительны, что «отдача» заставляет тело ракеты быстро взлетать вверх. Все время, пока происходит горение пороха, скорость ракеты возрастает; к прежней скорости непрерывно, каждую секунду, прибавляется новая [20] , да и сама ракета, теряя свои горючие запасы, уменьшает свою массу и потому заметнее поддается действию силы.
Опишу несложный прибор, действие которого объясняется тем же принципом. Прибор нетрудно устроить самому. Он наглядно убеждает в существовании силы, которая должна увлекать ракету в сторону, противоположную истечению газов. Стеклянный сосуд (рис. 19) подвешен к подставке на нитях. В сосуд наливают воды и подставляют под него горелку. Когда вода закипит, пар будет струйкой выбиваться из сосуда, сам же сосуд при этом откачнется в обратную сторону. Но, очутившись вне пламени, реторта скоро охладится; вода перестанет кипеть, пар больше выбиваться не будет, и сосуд вернется в прежнее положение. Опять начнется кипение, опять реторта откачнется, и т. д. Сосуд будет качаться, как маятник («тепловой маятник» Цельнера). Ньютон, говорят, проектировал устройство самодвижущегося экипажа, устроенного подобным же образом, т. е. в сущности, то, что выполнено теперь строителями ракетного автомобиля.
Однако вернемся к ракете и к идее межпланетного корабля. Когда порох в ракете весь выгорит, пустая ракетная трубка, пролетев еще некоторый путь по инерции, падает обратно на землю: ее скорость недостаточна для окончательного преодоления силы тяжести. Но вообразите ракету в десятки метров длиною, снабдите ее таким запасом горючего, чтобы она успела накопить секундную скорость в 11 км (эта скорость, мы знаем, достаточна, чтобы безвозвратно покинуть Землю), – тогда цепи земного тяготения будут разорваны. Способ странствовать в мировом пространстве найден!
Вот физические соображения, приводящие к мысли об устройстве летательного аппарата, способного двигаться не только в атмосфере, но и за ее пределами. Впервые идея подобного аппарата – правда, для земных, а не для межпланетных полетов – была высказана в 1881 г. известным русским революционером-изобретателем Н.И. Кибальчичем в проекте, составленном этим замечательным человеком незадолго до казни. Проект Кибальчича был высказан лишь в форме основной идеи: «Будучи на свободе, я не имел достаточно времени, чтобы разработать свой проект в подробностях и доказать его осуществимость математическими вычислениями», писал он. Гораздо обстоятельнее разработана та же мысль недавно умершим физиком К.Э. Циолковским , создавшим идею настоящего межпланетного дирижабля-звездолета и обосновавшим его на строгом математическом расчете.
По тому же пути, независимо от русских изобретателей, пошли на Западе и другие исследователи, о которых у нас еще будет речь.
Аппарат К.Э. Циолковского – не что иное, как огромная ракета с каютой для пассажиров. «Представим себе, – писал он еще в 1903 г., – такой снаряд: металлическая продолговатая камера, снабженная светом, кислородом, поглотителями углекислоты и других животных выделений, предназначена не только для хранения разных физических приборов, но и для управляющего камерой разумного существа. Камера имеет большой запас веществ, которые при своем смешении тотчас же образуют взрывчатую массу. Вещества эти, правильно и равномерно взрываясь в определенном для этого месте, текут в виде горячих газов по расширяющимся трубам. В расширенном конце, сильно разредившись и охладившись от этого, они вырываются наружу через раструбы с громадною скоростью. Понятно, что такой снаряд, при известных условиях, должен подниматься в высоту… Люди в этом аппарате смогут при помощи особого руля направлять его в любую сторону. Это будет настоящий управляемый космический корабль, на котором можно умчаться в беспредельное мировое пространство, перелететь на Луну, к планетам… Пассажиры смогут, управляя горением, увеличивать скорость своего звездолета с необходимой постепенностью, чтобы возрастание ее было безвредно».
Мы еще вернемся к более подробному описанию проектов подобного рода, а пока отметим существенные преимущества, которыми обладает звездолет К.Э. Циолковского по сравнению с пушечным снарядом Жюля Верна. Прежде всего, сооружение его, конечно, гораздо осуществимее, нежели сооружение исполинской пушки Жюля Верна. Затем, звездолет развивает свою чудовищную скорость не сразу, как пушечное ядро, а постепенно, избавляя пассажиров от опасности быть раздавленными стремительным возрастанием их собственного веса.
Не опасно для ракетного звездолета и сопротивление воздуха: аппарат прорезает атмосферу не с космической скоростью, а с гораздо меньшею, – например, со скоростью современной пули; полную же межпланетную скорость он развивает, лишь очутившись за пределами воздушной оболочки. Там, в мировом пространстве, взрывание может быть совершенно прекращено: звездолет умчится по инерции со скоростью, которая будет убывать лишь под действием земного притяжения. Он может мчаться так, без затраты горючего вещества, миллионы километров, и лишь для перемены направления полета, для изменения скорости или для ослабления удара при высадке на планету понадобится снова пустить в действие взрывной механизм.
Но самое главное преимущество ракетного звездолета состоит в том, что он даст будущим морякам Вселенной возможность, обогнув Луну или посетив какую-нибудь малую планету, в желаемый момент снова возвратиться на родную Землю. Нужно лишь обильно запастись взрывчатыми веществами, как полярные мореплаватели запасаются топливом.
Некоторую опасность представляет разве что встреча с крупным метеоритом – с одним из тех космических камней, которые стремительно прорезают во всех направлениях пустыни межпланетного пространства. Расчет показывает, однако, что вероятность встречи с метеоритом опасных размеров крайне ничтожна (к метеорной опасности мы вернемся еще в другом месте).
Так заманчивая возможность достижения иных миров, путешествия на Луну, на астероиды, к Марсу может превратиться в реальную действительность. Воздух для дыхания нетрудно будет взять с собой (в виде сжиженного кислорода), как и аппараты для поглощения выдыхаемой углекислоты. Мыслимо также снабдить небесных путешественников запасом пищи, питья и т. п. С этой стороны не предвидится серьезных препятствий – по крайней мере, для не слишком долговременных межпланетных путешествий.
Рис. 20. Ракетный звездолет (фантастический рисунок)
Высадка на Луну, на астероид или на один из мелких спутников больших планет – если только поверхность их в таком состоянии, что делает спуск возможным, – будет лишь вопросом достаточного количества взрывчатых веществ. Надлежаще направленными взрывами можно уменьшить огромную скорость ракеты настолько, чтобы падение ее совершалось плавно и безопасно. Но надо иметь еще в запасе достаточно взрывчатого вещества, чтобы вновь покинуть это временное пристанище, преодолеть силу притяжения планеты и пуститься в обратный путь с необходимым запасом для плавного спуска на Землю.
В особых непроницаемых костюмах, вроде водолазных, будущие Колумбы Вселенной, достигнув планеты, смогут рискнуть выйти из небесного корабля. С запасом кислорода в металлическом ранце за плечами будут они бродить по почве неведомого мира, делать научные наблюдения, изучать его природу, мертвую и – если такая имеется – живую, собирать коллекцию… Стать на почву астероидов, поднять камень с Луны, наблюдать Марс на расстоянии нескольких десятков километров, высадиться на его спутник или даже на самую его поверхность, – что, по-видимому, может быть фантастичнее? Однако только с момента применения ракетных приборов начнется новая великая эра в астрономии: эпоха более пристального изучения неба» (Циолковский).
К.Э. Циолковский не дал конструктивного проекта своего звездолета, считая необходимой предварительную, более детальную разработку его идеи с принципиальной стороны. Но в виде наглядного примера одной из возможных форм осуществления основного принципа прилагаю схематический чертеж, выполненный с наброска, который сделан был К.Э. Циолковским по моей просьбе еще в 1914 г. (рис. 21). Вот краткое, составленное им же, пояснение:
«Снаряд имеет снаружи вид бескрылой птицы, легко рассекающей воздух. Большая часть внутренности занята двумя веществами в жидком состоянии: водородом и кислородом. Они разделены перегородкой и соединяются между собой только мало-помалу. Остальная часть камеры, меньшей вместимости, назначена для помещения наблюдателя и разного рода аппаратов, необходимых для сохранения его жизни, для научных наблюдений и для управления. Водород и кислород, смешиваясь в узкой части постепенно расширяющейся трубы, соединяются химически и образуют водяной пар при весьма высокой температуре. Он имеет огромную упругость и вырывается из широкого отверстия трубы или продольной оси камеры. Направление давления пара и направление полета снаряда прямо противоположны».
Рис. 21. Схема внутреннего устройства ракетного корабля по идее Циолковского
Подробнее о звездоплавательных планах К.Э. Циолковского у нас будет речь в особой главе.
Глава 9. Устройство пороховой ракеты
Прежде чем бросить взгляд на многообещающее будущее ракеты, на открывающиеся перед нею заманчивые дали, остановимся немного на устройстве и истории пороховой ракеты.
Начнем с обыкновенной пиротехнической ракеты, украшающей многолюдные празднества. Как она устроена? Она представляет собой картонную трубку – «гильзу», набитую порохом. С одной стороны – передней – трубка закрыта, с задней она имеет суженный просвет и раструб – «дюзу». Сквозь сужение введен запальный шнур, служащий для поджигания пороховой массы. Порох не насыпают в гильзу рыхло, а набивают в мелко размолотом виде возможно плотнее, чтобы при зажигании заряд горел только с поверхности. Для увеличения поверхности горения (примерно в четыре раза) в плотной пороховой массе сделана вдавленность вдоль оси гильзы – так называемое пролетное пространство. Наконец, чтобы придать ракете устойчивость в полете, к ней прикрепляется деревянная палка в несколько раз длиннее гильзы; этот «хвост» мешает летящей ракете перекидываться в воздухе. Таково в основных чертах несложное устройство и всякой пороховой ракеты, какое бы назначение и какие бы размеры она ни имела. Но ошибкой было бы думать, что изготовление ракет – дело простое, посильное для любителя. Прежде всего фабрикация, а также пуск ракет сопряжены с опасностью взрыва даже в руках опытного профессионала. Следует поэтому настойчиво предостеречь от любительского экспериментирования с ракетами, не раз уже кончавшегося катастрофами, с пожарами и гибелью людей. Техника изготовления ракет требует основательного знания всех деталей производства, знания, которого нельзя почерпнуть из самых подробных руководств по пиротехнике.
На некоторых деталях поучительно будет здесь остановиться.
Порох для ракет употребляется обычно черный, дымный, особого состава. Укажем состав, употреблявшийся всемирно известной германской пиротехнической лабораторией в Шпандау [21] : 76 частей селитры, 10 частей серы и 16 частей черемухового угля – состав, выработанный путем многолетних опытов и применяемый лабораторией с 1886 г. Порох разрывает ракету, если заряд недостаточно плотно впрессован в гильзу. Необходимо, чтобы горение состава происходило только с поверхности, т. е. не слишком быстро. Присутствие в заряде трещин может повлечь за собою одновременное воспламенение всей пороховой массы и взрыв ракеты. Пиротехники опасаются даже тончайших трещинок в прессуемой массе заряда. Поэтому ракеты крупного калибра (начиная с 8 см) изготовляются с помощью гидравлического пресса, под давлением 750 атм, с соблюдением тщательных предосторожностей.
Гильзы делаются для небесных ракет картонные, для более крупных – металлические, лучше всего из алюминия или из сплавов магния. Медь в качестве материала для гильз избегается не только из-за тяжеловесности и недостаточной прочности, но и ввиду ее хорошей теплопроводности: быстрое нагревание стенок ракеты легко может вызвать преждевременное воспламенение и взрыв всего заряда. Стальные гильзы также не рекомендуются, так как в случае взрыва они разлетаются градом острых осколков.
При изготовлении металлических гильз для ракет продолжительного горения прибегают к теплоизоляции стенок.
Чтобы дать представление об устройстве ракет крупного калибра, на рис. 22 показан разрез военной светящейся ракеты, употребляемой для освещения позиций противника. Вот ее описание (из курса артиллерии Нилуса и Маркевича ):
«Трехдюймовая светящаяся ракета состоит из: 1) железной гильзы
«У заднего кольца гильзы закрепляется железный поддон
«Гильза запрессовывается составом из селитры, серы и угля по длине около 5 калибров. При сплошной набивке состава поверхность горения равнялась бы поперечному сечению и была бы слишком малой: количества образующихся газов было бы недостаточно для того, чтобы преодолеть инерцию ракеты и привести ее в движение. Для увеличения поверхности горения в составе выделывают по оси цилиндрический канал, не доводя его до конца состава. При зажигании ракеты воспламеняется вся поверхность этого канала. На состав ставится медная дистанционная трубка
«Звездки готовятся из прессованного в цилиндрики состава бенгальского огня. На колпак надевается коническая крышка, которая соединяется с колпаком с помощью штыкового соединения. Свободное место в крышке над звездками закладывается войлоком. Отверстия поддона заклеиваются пластырем. Ракета весит около 16 кг».
Рис. 22. Разрез светящейся ракеты
Чем ракета крупнее, чем больше ее заряд и продолжительность горения, тем большая скорость накапливается к концу горения и, следовательно, тем выше подъем ракеты. Но это возрастание высоты взлета с увеличением калибра ракеты имеет предел, обусловленный тем, что поверхность горения пороховой массы растет пропорционально квадрату калибра, в то время как общий вес ракеты увеличивается пропорционально кубу калибра. Для крупных ракет получается поэтому невыгодное соотношение между поднимаемым грузом и количеством газов, образующихся при горении заряда. По соображениям подобного рода считалось еще недавно, что предельная высота подъема пороховых ракет равна 2—
Предел этот, однако, был недавно далеко превзойден крупнокалиберными ракетами инженера Тиллинга, а также инженера Ф. Зандера [22] , работавшего совместно с безвременно погибшим деятелем звездоплавания Максом Валье. Летом 1928 г. Зандер запускал свои пороховые ракеты до границы стратосферы, т. е. на высоту 12–13 км. При калибре 22 см ракеты Зандера поднимали грузы в 400–500 кг на высоту 4–5 км, откуда они плавно опускались на парашюте.
«Каким способом такие результаты достигнуты, об этом, по соображениям секретности, естественно, ничего сообщить нельзя», – читаем мы в книге Валье.
Испытание подобных ракет сопряжено с большою опасностью. «Опыты производились на особом полигоне, – пишет Валье, – где за пуском ракет следили через окошечки толстого сруба с помощью стереотруб, фотоаппаратов и кинематографической ленты. На первых порах почти ежедневные взрывы вдребезги разносили дорогие инструменты, а острые осколки гильз вонзались на несколько сантиметров в стены сруба.
Случалось, что тяжелые, добела раскаленные дюзы взметались на сотни метров вверх или относились в сторону; далеко откинутая часть невыгоревшего заряда едва не причинила однажды лесного пожара».
О ракетах Тиллинга будет сказано в следующей главе.Глава 10. История пороховой ракеты
История ракеты уходит далеко в глубь веков. Ракета гораздо древнее огнестрельного оружия, потому что китайцы – которые, вероятно, и являются ее изобретателями, употребляли ее для декоративных целей еще до начала нашего летосчисления. На протяжении первого тысячелетия нашей эры можно найти, впрочем лишь глухие, упоминания об употреблении ракет. Имеются, далее, сведения, что в XIII веке китайцами и арабами применялись при осаде зажигательные ракеты. Около того же времени встречаются упоминания о них в сочинении знаменитого ученого схоластика Альберта Великого и в некоторых арабских трудах по военному делу.
В Европу ракеты проникли, по-видимому, лишь в XIV веке. Любопытно, что уже в начале XV века появились проекты (де Фонтана) применения ракет в качестве двигателя для повозки, лодки, подводной торпеды и даже для воздушной торпеды в виде «ракетного голубя», т. е. зажигательной ракеты, снабженной хвостом и несущими плоскостями. Такие «ракетные голуби», надо думать, существовали не только в проекте: имеется свидетельство о пожаре в лагере осаждающих гуситов, возникшем (очевидно, вследствие противного ветра) при «пуске ракетного голубя» в осажденный город.
В течение XV и XVII веков ракеты неоднократно описываются в качестве военного оружия немецкими и польскими авторами [23] . В 1668 г. в Берлине производились опыты с весьма крупными ракетами, 50—100 фунтов весом, предназначавшимися для переброски зажигательных снарядов. В 1720 г. в сочинении лейденского физика Гравезанда (изобретателя известного нашим школьникам «шарика Гравезанда») мы находим описание паровой ракетной повозки, устроенной по мысли Ньютона.
В XVIII веке появляется уже специальный род войск, вооруженный ракетами. Индусские раджи содержали ракетные отряды численностью в несколько тысяч человек. Употреблявшиеся ими ракеты весили 3–6 кг и снабжены были хвостами до 21/2 м длины.
Между прочим, в XVII и XVIII веках ракеты находят себе применение и на охоте – для рассеивания больших стай животных, которых охотники предпочитали преследовать врассыпную.
Эпохой расцвета ракетного военного оружия надо считать начало XIX века, когда генерал английской службы Конгрев, в борьбе с индусами познакомившийся с действием зажигательных ракет, стал вводить их в английской армии. В его руках ракета превратилась в грозное оружие, способное по разрушительному действию соперничать с артиллерией. Уже первые ракеты Конгрева (в 1805 г.) имели дальность переброски около 21/2 км. При дальнейшем усовершенствовании Конгрев добивался увеличения не столько дальности действия ракет, сколько их грузоподъемности. В 1807 г. при осаде Копенгагена он засыпал город 40 тысячами зажигательных ракет весом 24 фунта, 32 фунта и даже 48 фунтов. Пример английской армии не остался без подражания, и вскоре большинство европейских государств ввело в своих войсках зажигательные ракеты. Распространению этого рода оружия способствовало появление печатного труда Конгрева, где убедительно выяснены ценные преимущества ракетного оружия в смысле дешевизны и удобства перевозки, особенно по сравнению с артиллерией.
Между прочим, Конгрев утверждает в своем сочинении, что при лабораторных опытах он изготовлял ракеты весом в 300 фунтов (130 кг) и что вполне осуществимы ракеты весом в 1000 фунтов (440 кг). Его военные ракеты обычного типа весили 32 фунта (14 кг) и перекидывали зажигательный снаряд в З1/2 кг на 2700 м, а в 12 кг на 1800 м; калибр ракеты Конгрева – от 5 до 12 см.
В эпоху наполеоновских войн ракеты нашли себе новое боевое применение: их употребляли для переброски разрывных снарядов. Ракетная артиллерия продолжала развиваться до середины прошлого века, пока не была оттеснена на второй план значительными успехами артиллерии орудийной. Каким внушительным оружием была в то время ракетная граната, можно судить по тому, что употреблялись ракеты в 20 кг весом, несшие бомбу в 60 кг и перебрасывавшие ее почти на три километра; калибр этих ракет был 12 см [24] . Следующие государства имели в составе армии специальные ракетные отряды, метательные орудия, лаборатории и т. п.: Англия, Пруссия, Польша, Россия, Голландия, Швейцария, Греция, Сардиния, Франция, Испания, Австрия, Италия, Сицилия. Во второй половине прошлого века все страны одна за другой отказались от услуг ракетной артиллерии: Австрия – в 1867 г., Германия – в 1872 г. (в франко-прусскую войну ракетные бомбы не находили себе применения).
Позже всего – до 1885 г. – удержался этот род оружия в английских колониальных войсках, действовавших в трудно доступных местах, куда невозможно было доставить тяжеловесные пушки.
Рис. 23. Применение спасательной ракеты
Ракетной артиллерией снабжалась и русская армия в эпоху завоевания Туркестана. «При походах в Туркестан пользовались ракетами, снабженными гранатой, взамен артиллерии. Своим огненным хвостом, шумом и разрывом снаряда при падении они производили очень сильное впечатление на туркестанскую кавалерию» ( Нилус и Маркевич , «Курс артиллерии»).
Особого внимания заслуживает изобретение в 1846 г. в Америке ракет, вращающихся вокруг продольной оси и тем приобретающих большую устойчивость в полете.
Вращение порождалось тем, что вытекающие газы приводили в движение небольшой пропеллер, прикрепленный к ракете. Это усовершенствование нашло себе применение в австрийской ракетной артиллерии.
С 30-х гг. XIX века крупная ракета получает и мирное применение – прежде всего в деле оказания помощи экипажу тонущего судна. Спасательная ракета, пущенная с берега, переносит на судно конец троса, посредством которого устраивается подвесная дорога для сообщения с берегом. Ракета калибром в 8 см, длиною 35 см, с зарядом в 3 кг перебрасывает на 400 м многожильный трос, весящий 16 кг.
Все страны снабжались спасательными ракетами немецкого производства (лаборатория в Шпандау).
До сих пор речь шла исключительно о ракетах, заряженных прессованным черным порохом. Но имеются предшественники и у ракеты с зарядом из жидких горючих веществ. Такова ракета перуанского изобретателя Педро Полета, работавшая на бензине с азотным ангидридом (в качестве источника кислорода). Производя опыты со своей ракетой, изобретатель не пускал ее в свободный полет, а заставлял действовать на пружинный динамометр, измеряя таким образом ее подъемную силу. К сожалению, это ценное изобретение в свое время осталось неизвестным и не дало непосредственного толчка другим работникам ракетного дела.
XX век принес ракете, между прочим, неожиданную область применения – в качестве средства защиты от града. Градорассеивающие ракеты (рис. 24) широко употребляются в Швейцарии, которая обязана им, говорят, понижением убытков от градобития. Если при выпадении первых градин пустить вверх ракету, то на площади в квадратный километр выпадают, вместо града, рыхлые снежные хлопья, которые после второй или третьей ракеты сменяются дождем. В окружающей местности в то же время идет град. Употребляемые для этого ракеты не принадлежат к крупным: их калибр всего 3–4 см, длина 25–35 см.
Рис. 24. Противоградовая ракета: слева – в разрезе, справа – установленная для пуска
Обычно это картонные гильзы, наподобие пиротехнических. Самый же механизм воздействия ракет на ход метеорологического явления до сих пор не раскрыт и представляется загадочным: слишком велико несоответствие между запасом энергии, освобождаемой при горении ракеты, и тем количеством, какое требуется для растопления града на значительном пространстве [25] .
Из других мирных применений ракет в XX веке упомянем о перекидывании шнура через труднопроходимые реки, ущелья, пропасти, для установления связи с противоположной стороной; о таком же приеме установления сношений с местностями, отрезанными от прочего мира наводнением или другими стихийными бедствиями; о перебрасывании небольшого якоря с судна через полосу бурного прибоя и т. п.
Наряду с этим, в XX веке вновь расширилось и военное применение ракет. В 1906–1908 гг. немецким инженером Маулем изобретена была для военных надобностей фотографическая ракета: фотоаппарат поднимается ракетой на высоту нескольких сотен метров, откуда автоматически снимает местность [26] . Ракета крупного калибра возносила камеру размером 20 × 25 см (при фокусном расстоянии 28 см) на высоту 800 м; с подобного возвышения открывается на ровной местности кругозор с радиусом в сотню километров. Попутно тот же изобретатель производил – по-видимому, впервые в истории ракеты – опыты подъема с помощью ракет живых существ: мышей, морских свинок и других мелких животных; четвероногие пассажиры находились в клетке, которая прикреплялась к ракете взамен фотоаппарата. Животные благополучно возвращались на Землю – факт весьма поучительный, так как ускорение при пуске пороховых ракет довольно велико, в десятки раз больше привычного нам ускорения тяжести [27] .
Опыты с фоторакетами были, однако, вскоре прекращены, так как развитие аэрофотосъемки сделало применение ракет для этой цели излишним.
Одновременно с сейчас упомянутыми работами инженера Мауля велись в Германии на полигоне Круппа опыты полковника Унге с ракетными торпедами. Имелось в виду изобретение нового военного оружия, которое сделало бы излишними тяжеловесные пушки. Унге удалось изготовить модель, которая при 60 кг общего веса несла 40-килограммовую гранату и перебрасывала ее на расстояние 5–8 км. Такая ракета пускалась с особого лафета и получала устойчивость в полете благодаря вращению около продольной оси (с помощью пропеллера, приводимого в действие вытекающей из ракеты струей газов). Однако добиться удовлетворительной меткости попадания Унге не мог, и опыты его были прекращены.
Незадолго до войны подобные же опыты делались и с подводными торпедами (ракета хорошо горит под водою). Торпеды этого рода, осуществляя старинный проект де Фонтана, показали хорошую скорость, большую чем обычные торпеды, приводимые в действие сжатым воздухом. Но недостаточная меткость решила судьбу изобретения. В разразившуюся вскоре затем войну 1914–1918 гг. ракета существенной роли как боевое оружие не играла.
После войны наибольших успехов в изготовлении пороховых ракет высокого подъема достигли немецкие конструкторы – инженеры Зандер, Поггензе и Тиллинг. (Особняком стоят чрезвычайно важные экспериментальные исследования американского физика, проф. Годдарда, о которых мы будем говорить в другом месте.)
Об опытах инженера Зандера мы уже упоминали в предыдущей главе. Ракета Поггензе (1931 г.) при весе 13 кг имела в длину З1/2 м и несла с собою метеорологические приборы-самописцы, а также фотоаппарат и измеритель ускорения. Приборы были скреплены с парашютом, который при испытании ракеты автоматически раскрывался в высшей точке подъема и благополучно доставлял свой груз на Землю.
Инженер Тиллинг при своих опытах в конце 1931 г. пускал ракеты 61/2 кг весом на высоту 8 км; длина ракет 190 см, диаметр 6,5 см. Они переносились на расстояние 18 км. Он проектировал пуск ракет, снабженных гироскопическими стабилизаторами, на высоту 10–15 км для исследования стратосферы. Им же был намечен план переброски почты с материка на близлежащие острова с помощью пороховых ракет его конструкции.
Этим планам не суждено было осуществиться: в октябре 1933 г. талантливый инженер погиб при взрыве своей лаборатории.
Последней новинкой в применении пороховых ракет является использование их для почтовых надобностей. Пока это осуществлено, сколько известно, только в одном пункте Австрии, там, где гористая местность делает невозможным пользование аэропланом, а доставка почты наземным транспортом крайне медленна из-за бездорожья. Почтовую кладь (примерно из сотни отправлений) заделывают внутрь ракеты, заботясь, конечно, чтобы корреспонденция не пострадала при горении заряда. Такую почтовую ракету пускают в сторону ближайшего почтового отделения, в нескольких километрах от пункта отправления. Дело налажено так хорошо, что почта берет даже заказные и служебные письма. Размеры ракеты: 25 см в диаметре и почти в рост человека в длину. Вес 30 кг, из которых 24 кг приходятся на заряд (порох особого состава, являющегося секретом изобретателя этих ракет, инженера Шмидля). Очерк истории пороховой ракеты был бы не полон, если бы мы не остановились подробнее на проекте использования пороховой ракеты в качестве двигателя для летательного аппарата – проекте Н.И. Кибальчича, вскользь упомянутом ранее. Этот важнейший эпизод в истории развития идей ракетного летания может считаться исходным пунктом звездоплавания и потому заслуживает более подробного рассмотрения.Глава 11. Летательная машина Кибальчича
Мысль о летательной машине занимала Кибальчича еще в то время, когда он жил и работал на свободе. Воздухоплавание в то время было в жалком состоянии. Люди умели подниматься над землей на воздушных шарах, но становились в воздухе игрушкой стихии; управляемых воздушных кораблей еще не существовало, и шар несло в ту сторону, куда дул ветер. Кибальчич мечтал о полном покорении воздуха, когда человек сможет совершать свой полет в желаемом направлении.
«Какая сила должна быть употреблена, чтобы привести в движение такую машину? – размышлял Кибальчич. – Сила пара здесь непригодна… Паровая машина громоздка сама по себе и требует много угольного нагревания для приведения в действие. Какие бы приспособления ни были приделаны к паровой машине – вроде крыльев, подъемных винтов (пропеллеров) и пр., паровая машина не в состоянии будет поднять самое себя на воздух».
Напомним, что двигателей внутреннего горения, разрешивших впоследствии проблему авиации, в те годы еще не существовало. Вот почему от паровой машины мысль революционера-изобретателя обратилась сразу к электродвигателю:
«В электродвигателях гораздо большая доля переданной энергии утилизируется в виде работы, но для большого электродвигателя нужна опять-таки паровая машина. Положим, что паровая и электродвигательная машины могут быть установлены на земле, а гальванический ток может по проволокам, наподобие телеграфных, передаваться воздухоплавательному прибору, который, скользя, так сказать, особой металлической частью по проволокам, получает ту силу, которою можно привести в движение крылья или другие подобные приспособления снаряда. Подобное устройство летательного снаряда во всяком случае было бы неудобно, дорого и не представляло бы никаких преимуществ перед движением по рельсам».
Не может ли, однако, человек обойтись совсем без механических источников энергии, а летать силою своих мускулов, как ездит велосипедист? Мысль Кибальчича работала и в этом направлении. Ему было известно, что
«…многие изобретатели основывают движение воздухоплавательных снарядов на мускульной силе человека. Беря типом устройства своих проектируемых машин птицу, они думают, что можно устроить такие приспособления, которые, будучи приведены в движение собственной силой воздухоплавателя, позволят ему подниматься и летать по воздуху. Я думаю, что если и возможно устроить такого типа летательное приспособление, то оно все-таки будет иметь характер игрушки и серьезного значения иметь не может».
«Какая же сила применима к воздухоплаванию?» – снова и снова задавал себе вопрос Кибальчич и наконец, напал на мысль, которая представлялась ему единственным решением задачи. Порох! Сила взрывчатых веществ.
«Никакие другие вещества в природе не обладают способностью развивать в короткий промежуток времени столько энергии, как взрывчатые».
С действием этих веществ Кибальчич был знаком прекрасно. Еще до вступления в партию Народной воли (1879 г.) он, предвидя, что партии в ее террористической борьбе придется прибегнуть к таким веществам, как динамит, решил изучить приготовление и употребление этих веществ.
«С этой целью, – писал он в своих показаниях, – я предварительно занимался практически химией, а затем перечитал по литературе взрывчатых веществ все, что мог достать. После этого я у себя в комнате добыл небольшое количество нитроглицерина и таким образом практически доказал возможность приготовлять нитроглицерин и динамит собственными средствами». Кибальчич изобрел и сам изготовил те бомбы, которые были брошены под карету Александра II. Для этого ему «приходилось придумывать много новых, нигде не употреблявшихся приспособлений».
Принимал он деятельное участие и в подготовке подкопа на Садовой улице, где должен был проехать царь. Он рассчитал, «какое количество динамита необходимо для того, чтобы взрыв, во-первых, достиг цели, а во-вторых – не причинил вреда лицам, случившимся на тротуаре при проезде государя, а также прилежащим домам».
«Но каким образом, – спрашивал Кибальчич, – можно применить энергию газов, образующихся при воспламенении взрывчатых веществ, к какой-либо продолжительной работе? Это возможно только под тем условием, если та громадная энергия, которая образуется при горении взрывчатых веществ, будет образовываться не сразу, а в течение более или менее продолжительного промежутка времени».
При таких условиях работает прессованный порох в ракетах. Кибальчич ясно представлял себе причину полета ракеты – гораздо лучше, чем некоторые специалисты нашего времени, наивно полагающие, будто ракета струей вытекающих из нее газов отталкивается от окружающего воздуха. Он понимал, что окружающая среда только задерживает полет ракеты, движущей же силой являются газы, напирающие на ракету изнутри.
Размышляя в этом направлении, Кибальчич пришел к идее реактивного самолета, т. е. летательной машины, устроенной по принципу ракеты. Надо было разработать эту мысль, изложить ее в виде проекта и опубликовать. Но революционная деятельность настолько поглотила все силы Кибальчича, что для подобной ракеты у него не нашлось времени. Наступило событие 1 марта: царь убит бомбой Кибальчича, сам Кибальчич схвачен и заключен в Петропавловскоую крепость; его ожидает смертная казнь. Чем же занят революционер в последние дни своей жизни?
«Когда я явился к Кибальчичу как назначенный ему защитник, – рассказывал суду В.Н. Герард, – меня прежде всего поразило, что он был занят совершенно иным делом, ничуть не касающимся настоящего процесса. Он был погружен в изыскание, которое он делал о каком-то воздухоплавательном снаряде; он жаждал, чтобы ему дали возможность написать свои математические изыскания об этом изобретении. Он их написал и представил по начальству».
Этот замечательный документ сохранился до наших дней. Он озаглавлен автором так:
«Проект воздухоплавательного прибора бывшего студента Института инженеров путей сообщения Николая Ивановича Кибальчича, члена русской социально-революционной партии»
«Находясь в заключении, за несколько дней до своей смерти, я пишу этот проект, – такими словами начинается техническое завещание Кибальчича. – Я верю в осуществимость моей идеи, и эта вера поддерживает меня в моем ужасном положении».
«Если моя идея после тщательного обсуждения учеными-специалистами будет признана осуществимой, то я буду счастлив тем, что окажу громадную услугу родине и человечеству. Я спокойно тогда встречу смерть, зная, что моя идея не погибнет вместе со мною, а будет существовать среди человечества, для которого я готов был пожертвовать своею жизнью».
«Вот схематическое описание моего прибора. В цилиндре
«Представим теперь, что свеча
«Таким путем воздухоплавательный прибор может быть поставлен по отношению к воздушной среде в таком же положении, как неподвижно стоящее судно по отношению к воде. Каким же образом можно двинуть теперь наш аппарат в желаемом направлении? Для этого можно предложить два способа. Можно употребить второй подобный же цилиндр, установленный только горизонтально и с обращенным не вниз, а в сторону отверстием в дне. Для того же, чтобы горизонтальный цилиндр можно было устанавливать в каком угодно направлении, он должен иметь движение в горизонтальной плоскости. Для определения направления может служить компас. Но можно ограничиться и одним цилиндром, если устроить его таким образом, чтобы он мог быть наклоняем в вертикальной плоскости, а также мог бы иметь конусообразное движение. Наклонением цилиндра достигается вместе и поддерживание аппарата в воздухе и движение в горизонтальном направлении».
Рис. 25. Набросок проекта летательной машины Кибальчича, устроенной по принципу ракеты
Этот проект революционера-изобретателя постигла трагическая судьба. Кибальчич просил представить его на суд специалистов, и ему это было обещано. С нетерпением ждал приговоренный к смерти суждения о ценности его заветной мысли. Близился день казни, а ответа не было. За два дня до казни Кибальчич подал министру внутренних дел следующее прошение:
«По распоряжению вашего сиятельства мой проект воздухоплавательного аппарата передан на рассмотрение технического комитета. Не можете ли вы, ваше сиятельство, сделать распоряжение о дозволении мне иметь свидание с кем-либо из членов комитета по поводу этого проекта не позже завтрашнего утра или по крайней мере получить письменный ответ экспертизы, рассматривавшей мой проект, тоже не позже завтрашнего дня».
Ответа не последовало. Кибальчич был обманут: его проект никуда дальше департамента полиции не пошел и никем не рассматривался. Чья-то властная, но черствая рука написала на его предсмертном завещании следующую резолюцию:
«Давать это на рассмотрение ученых теперь едва ли будет своевременно и может вызвать только неуместные толки».
Чиновники поступили с проектом по-чиновничьи: запечатали в конверт, подшили к делу и похоронили в архиве. Нужды нет, что этим обрекалась на забвение замечательная техническая идея, одна из самых смелых, какие когда-либо были высказаны. 36 лет оставалась она неизвестной всему миру, пока революция 1917 года не сняла запоров с дверей полицейского архива. Только тогда дошла до нас заветная мысль Кибальчича.
Рис. 26. Межпланетный перелет на ракетной летательной машине Кибальчича (фантастический рисунок)
На языке техники наших дней изобретение Кибальчича должно быть названо не воздухоплавательным прибором, не самолетом, а звездолетом, потому что этот аппарат мог бы двигаться и в абсолютной пустоте межзвездных пространств. Кибальчич не подчеркивает этого обстоятельства, являющегося, на наш взгляд, наиболее замечательной особенностью его изобретения. Не отмечает он этого, вероятно, потому, что в его эпоху, когда люди не умели еще хорошо летать в атмосфере, несвоевременно было думать о полетах за ее пределами. Но, по существу, это был первый шаг в истории звездоплавания.
На этом заканчивается очерк истории пороховой ракеты. Прежде чем перейти к обозрению современного состояния ракетного дела, необходимо познакомить читателя с механикой ракеты, с условиями ее движения и с вытекающими из них перспективами звездоплавания.
Глава 12. Источник энергии ракеты
Ракета движется энергией, развивающейся при горении ее заряда; однако связь между энергией заряда и энергией движения в этом случае непохожа на ту, какую мы наблюдаем в тепловых машинах или в огнестрельном оружии. Вообще ракета – прибор весьма своеобразный. Механика ее разработана слишком недавно, и оттого о полете ракет существует много превратных представлений. Даже иные специалисты ракетного производства высказывают зачастую о ракетах ошибочные суждения. Несколько лет назад (в 1928 г.) директор известной ракетной лаборатории в Шпандау (Германия) поместил в научном журнале статью, где высказал, между прочим, сомнение в том, чтобы ракета могла работать в безвоздушном пространстве! Между тем еще за десять лет до того американский физик проф. Годдард на опыте рассеял все сомнения на этот счет, доказав, что ракета летит в пустоте даже лучше, чем в воздухе.
Поучительна другая ошибка того же немецкого специалиста: он утверждает, что по окончании горения своего заряда ракета не может получить скорости большей, чем отбрасываемые ею продукты горения. Это верно для огнестрельного оружия (вспомните сказанное в начале главы 7), но совершенно ошибочно для ракеты: мы увидим далее, что ракета может приобрести скорость, во много раз большую той, какую имеют продукты ее горения; в этом особенность и преимущество ракеты, и только благодаря этому ракета призвана осуществить со временем межпланетные перелеты.
Чтобы правильно разбираться в вопросах звездоплавания, необходимо вооружиться знанием существенных особенностей ракеты. Познакомимся же ближе с условиями ее полета.
Источником, из которого ракета заимствует энергию своего движения, могут быть не только вещества взрывчатые, но и горючие. Вероятно, не всем известно, чем отличаются друг от друга эти два рода веществ. Взрывчатыми называют вещества, которые содержат необходимый для горения кислород в своем составе; вещества же, называемые горючим и, черпают кислород для горения извне. Примером веществ взрывчатых может служить порох; примером горючих – нефть. Впрочем, это деление не безусловно; провести резкую границу между веществами обоего рода нельзя. Одно и то же вещество можно причислять то к взрывчатым, то к горючим, в зависимости от условий его сжигания. Бензин, например, когда он горит открыто в воздухе, – горючее; но если превратить его в газ и смешать с воздухом, он становится сильно взрывчатым веществом.
Возвращаясь к ракете, мы должны сказать, что для ее полета необходимо следующее: в ней что-то должно гореть или взрываться, а газообразные продукты горения или взрыва должны вытекать из ее трубки по одному направлению. Кто правильно представляет себе причину полета ракеты (см. главу 8), тому должно быть ясно, что ракета летит тем быстрее, чем больше скорость струи вытекающих газов. Отсюда вывод: для заряда ракеты выгодно брать такое вещество, которое, сгорая, сообщает продуктам горения возможно большую скорость.
Поделиться книгой: