Павел Клушанцев
К другим планетам
Павел Клушанцев К другим планетам |
  |
Вы еще не знаете физики и математики и не всё понимаете в тех книгах, в которых рассказывается о ракетах, спутниках Земли, о межпланетных перелетах. А между тем вы мечтаете о полетах на другие планеты и хотите знать всё, что для этого необходимо, не правда ли? Книга П. В. Клушанцева ответит на ваши вопросы понятно и просто.
Уже сейчас, в наши дни, отправляются в дальние просторы космоса верные помощники человека — ракеты-автоматы. Недалеко время, когда полетит и человек, сперва к Луне, потом к Марсу, Венере.
Может быть, межпланетный корабль или внеземная станция будут не совсем такими, как в книге, да и люди в скафандрах, может быть, будут выглядеть немного иначе, — сейчас еще трудно предсказать точно.
Но все главное, все необходимое вы поймете и узнаете и в конце книги вместе с автором отправитесь в межпланетное путешествие.
Счастливого пути!
Совсем недавно, ребята, про полеты на другие планеты писали только в сказках и в фантастических рассказах. Не было никакой возможности долететь до них на самом деле.
А сегодня советские космические ракеты, самые настоящие, не выдуманные, уже успешно долетели до Луны. Правда пока — без людей. Но все равно, межпланетные перелеты уже перестали быть фантазией. Теперь не скажешь про них — «Так не бывает».
Сегодня ракета полетела с автоматами, завтра полетит с животными, послезавтра — с человеком.
Уже ясно, что межпланетные путешествия людей не за горами. Способ как лететь найден и проверен.
А это главное.
Межпланетные перелеты — совершенно новое для нас дело.
На чем ездят по земле, плавают по воде, летают по воздуху, все вы отлично знаете. Тысячи раз вы видели автомобили и паровозы, лодки и пароходы. Видели, как летают в небе самолеты и вертолеты.
А вот как полететь «выше неба»? Как добраться до других планет?
Об этом мы и решили рассказать вам.
Ведь не знать, как устроен межпланетный корабль, скоро будет так же стыдно, как сейчас не знать устройство автомобиля или парохода.
Планеты — это огромные шары. Они не висят на месте, а мчатся в пространстве вокруг далекого Солнца. У некоторых планет есть спутники. Они меньше планет и летят, кружась вокруг них. У Земли спутник — Луна. В семье Солнца 9 планет. Все они разные. Одни больше, другие меньше. Одни движутся ближе к Солнцу, другие — дальше от него. Ближе всех к Солнцу планета Меркурий. За ним — Венера. Потом наша Земля с Луной. Дальше движется Марс с двумя крохотными спутниками Фобосом и Деймосом. За Марсом — Юпитер, Сатурн и другие планеты. |
В этой книжке мы будем говорить только про Луну и про самые близкие к нам планеты — Марс и Венеру. На рисунке видно, что Венера по размеру почти такая же, как Земля, Марс меньше Земли, а Луна совсем маленькая. Поперечник ее меньше земного почти в четыре раза. На Луне в бинокль можно различить горы. А в сильный телескоп на ней видны даже маленькие горушки и холмики. Марс и Венеру так подробно рассмотреть пока не удается, — уж очень они далеко. Даже в бинокль они кажутся всего лишь яркими звездами. В телескоп Венера выглядит как белый шар, словно сделанный из ваты. Это потому, что она всегда закрыта облаками. На Марсе в телескоп видны светлые красноватые и более темные, синеватые пятна. Ученые думают, что это пустыни и места, покрытые растительностью. На полюсах Марса видны яркие белые шапки, — по-видимому, снег. Чтó на самом деле происходит на этих планетах? Действительно ли на Марсе есть растения? Какие они? А может быть, там есть и животные? Что скрыто под облаками Венеры? Чем покрыты пустынные равнины Луны? Тысячи загадок таят в себе наши «соседи». И никакие телескопы не помогут нам разгадать их. Нужно выяснить все на месте. Обязательно нужно.  |
|
Воздух находится только у Земли. Он обволакивает Землю тонким слоем. Этот слой называют атмосферой. И если лететь к Луне или к планетам, то только самое начало нашего пути будет в атмосфере. Дальше придется лететь в «безвоздушном пространстве». Его называют иногда «межпланетным пространством» или «космическим пространством». Мы для простоты будем называть его «космосом».
Весь наш путь к Луне, Марсу или Венере можно разделить на два участка.
Совсем маленький участок — в атмосфере.
Очень большой участок — в космосе.
Давайте теперь и познакомимся по очереди с этими двумя участками нашего пути.
 Сколько воздуха у нас над головой? Где он кончается? Когда альпинисты поднимаются на высокие горы, им становится все труднее дышать. Не хватает воздуха С высотой он редеет. Говоря научным языком, становится «все более разреженным». На высоте 5 километров воздух разрежен в два раза по сравнению с тем воздухом, который находится внизу. На высоте 12 километров воздух разрежен уже в пять раз. 12 километров — это наибольшая высота, до которой поднимаются облака. Птицы на такую высоту, конечно, не залетают. Разреженный воздух не держит их. Самолеты оказались сильнее птиц. Они на высоте 12 километров летают довольно легко. Но выше самолету приходится все труднее. Крылья проваливаются, не находя под собой достаточно плотной опоры. На высоте 25 километров самолет уже летит с трудом. Там воздух разрежен в сорок раз. На высоте 80 километров от Земли он разрежен уже в 50 000 раз! Для самолета это уже все равно что пустота. А вот для метеоритов это непробиваемая стена. Метеориты — это большие и маленькие камушки, которые носятся в космосе быстрее пули. Встречая Землю, они с разгона врезаются в атмосферу. И оказывается, что они не в состоянии пробить даже атмосферу, разреженную в 50 000 раз. Они вязнут в ней, раскаляются, а самые маленькие сгорают совсем. По ночам их видно. Это «падающие звезды». В северных странах в ясные ночи иногда видно красивое свечение воздуха. Его называют «полярным сиянием». Оказалось, что верхний его край поднимается до 1000 километров! Значит, даже на этих высотах еще есть какие-то следы атмосферы. Правда, там воздух разрежен уже в миллиарды раз.  Поэтому никак нельзя сказать, где вообще кончается воздух. Он постепенно «сходит на нет». Ученые условно разделили атмосферу на слои: Нижние, плотные слои до высоты примерно 12 километров; Средние, разреженные — от 12 до 80 километров. Верхние, самые разреженные слои атмосферы, — от восьмидесяти километров и выше. Земля наша очень большая. Поэтому по сравнению с Землей плотные слои атмосферы выглядят еле заметной пленочкой. И только в толще этой пленочки летают самолеты. Внизу, около самой Земли, воздух густой, плотный. Пока он неподвижен, мы этого не ощущаем. Но когда воздух передвигается с места на место, он давит на все встречные предметы. И из-за того, что он такой густой, плотный, он давит очень сильно. Вы видели, с какой силищей он гнет деревья, надувает паруса, поднимает волны в море? Передвижение воздуха — это ветер. Но «ветер» может быть и в самый тихий день. Это бывает, когда мы сами быстро движемся. Смотрите, один и тот же флаг. Но в одном случае флаг стоит, а воздух движется. А в другом — воздух стоит, а флаг движется. В обоих случаях воздух так давит на него, так рвет его, что вот-вот сломает древко. При сильном урагане воздух мчится вдоль поверхности Земли, пролетая по 35 метров за каждую секунду. Примерно с такой же скоростью мчится и гонщик-мотоциклист сквозь неподвижный воздух. Поэтому и результат одинаковый. Но скорость 35 метров в секунду — это совсем не такая уж большая скорость. Самолет «ТУ-104» мчится со скоростью 250 метров в секунду! А вообще самолеты развивают скорости и свыше 700 метров в секунду! Представьте же себе, какой «сумасшедший ураганище» они преодолевают, когда мчатся сквозь воздух. Если «простой ураган» валит человека с ног и выворачивает с корнем большие деревья, то «ураганище», который испытывает в полете самолет «ТУ-104», в состоянии свалить кирпичную стену, согнуть железный рельс, оторвать руку, высунутую в окошко. Нужно, чтобы «ураганище» не смог ни за что зацепиться. Поэтому и приходится на самолетах убирать все выступающие части. Даже свои колеса самолет убирает на время полета. Воздух нисколько не мешает нам двигаться медленно. Он же не мешает нам ходить, — правда? Однако он яростно сопротивляется, если мы начинаем двигаться быстро. Поэтому, если мы хотим двигаться быстро, плотная атмосфера — наш страшнейший враг. |
Итак, воздух постепенно «сошел на нет». Начинается космос. Начинается «безвоздушное пространство». В нем, правда, попадаются частички воздуха и пылинки, улетевшие с Земли или с других планет. Но их здесь так мало, что для нас это пустота.
В этой пустоте нам ничто не будет мешать. Там ведь не может быть никакого встречного ветра.
Это хорошо!
Но зато в пустоте не полетишь на крыльях. Ведь даже в разреженном воздухе самолеты не могут держаться. А здесь они и подавно провалятся.
Это плохо!
Мы сейчас сказали слово «провалится». Что это значит?
Как что? «Провалится» — значит «начнет падать вниз».
Куда?
Вниз!
А что такое «низ»? И что такое «верх»?
Вы, наверное, сейчас думаете: «Ну за кого они нас принимают? Чудаки! Ведь каждый человек знает, что «низ» — внизу, где земля. А «верх» — наверху, где небо».
Но мы не зря спрашиваем. Ведь когда мы покинем Землю и окажемся где-нибудь на полпути между Землей и Луной, то небо окажется кругом нас. Что же тогда получится? Кругом верх? А низа совсем не будет?
Значит, здесь что-то не то.
Поэтому нам и придется в главе о космосе поговорить о том, что такое «низ» и что такое «верх».
Вот на земном шаре стоят трое ребят. И всех троих мы спросили: где низ и где верх?
Все трое покажут на Землю и скажут — «низ», а потом покажут на небо и скажут — «верх». Выходит какая-то путаница. У одних низ внизу, у других сбоку, у третьих — вверху.
А если взять сейчас да перевернуть Землю, то окажется, что для американских ребят низ стал «правильным», зато у русских стал наверху.
В чем дело?
Низом мы называем всегда то направление, куда падает камень, куда тянет подвешенный на шнурке грузик.
Грузик всегда висит к Земле.
Но Земля-то ведь шар!
В этом все дело. Значит, низ для каждого свой. Низ — это направление к центру Земли.
Почему же предметы падают на Землю?
Земля притягивает их к себе.
Вообще притягивают друг друга все предметы, но очень слабо. Только огромные предметы могут притягивать сколько-нибудь заметно. Невозможно уловить, как притягивают друг друга даже два громадных парохода.
А вот как притягивает к себе огромная планета Земля, очень легко заметить.
Земля притягивает к себе одинаково со всех сторон. И если с деревьев упадут все три мальчика, то все они полетят к Земле: на нашем рисунке один — вниз, другой — влево, третий — вверх.
Притягивает к себе не только Земля, но и Луна, и любое другое небесное тело.
Если мы представим себе трех мальчиков, стоящих на Земле и Луне, то каждый из них будет видеть других в самых невероятных положениях.
И каждый будет считать, что только он стоит правильно, а остальные «дурака валяют» и что скоро у них «голова закружится».
Но мы-то теперь знаем, что все они стоят нормально, как полагается.
|
Вначале все пойдет так же. Внизу под нами окажется Земля. Над головой — Луна.
Чем выше мы станем забираться, тем легче будет становиться чемодан. Но теперь уже не только потому, что его все слабее притягивает Земля, но и потому, что его все сильнее начинает тянуть вверх Луна. Она будет все больше помогать нам держать в руках чемодан.
Наконец мы доберемся до такого места на лестнице, где притяжение Луны сравняется с притяжением Земли.
Конечно, это место находится ближе к Луне, чем к Земле. Потому что Луна меньше Земли и силенок у нее меньше. В этом месте Луна и Земля будут тянуть чемодан в противоположные стороны с одинаковой силой. Ну и, конечно, чемодан здесь можно просто выпустить из рук. Он не будет никуда падать. Он ничего не будет весить.
И мы сами тут можем не держаться за лестницу, а висеть рядом с ней в пустоте. Ведь мы тоже ничего не будем весить, будем невесомы.
Если нас в этот момент спросить, где верх и где низ, то мы не сможем ответить, потому что мы будем чувствовать, что нас ничто никуда не притягивает.
Если же мы теперь начнем продвигаться по лестнице дальше к Луне, то притяжение Луны пересилит притяжение Земли и чемодан начнет тянуться к Луне.
Да и мы сами почувствуем что-то неладное. Кровь прильет к голове. Мы почувствуем, что висим головой вниз, почувствуем, что находимся уже не под Луной, а над Луной.
Придется перевернуться. И нам покажется, что перевернулся весь мир.
Луна была над головой, теперь стала под ногами. Зато Земля стала над головой.
Продолжая лезть по лестнице все в ту же сторону, мы будем теперь уже не «подниматься на Луну», а «опускаться на Луну». И, конечно, на вопрос, где низ, мы теперь, не колеблясь, ответили бы: низ — это Луна, она у нас под ногами!
Так вот что такое «низ» и «верх» в космосе?
«Низ» и «верх» могут довольно быстро поменяться местами. Все зависит от того, какое небесное тело нас сильнее притягивает. А мы, почувствовав, куда нас тянет, по привычке сейчас же повернемся в эту сторону ногами и скажем, — там низ.
Итак, мы знаем, куда падают предметы в космосе.
Теперь посмотрим, как они падают.
Вернемся к нашей первой лестнице, которая шла не к Луне, а в другую сторону, просто в космическое пространство. Поднимемся по ней примерно на такую же высоту, на какой движется Луна.
Остановимся и. . . выпустим чемодан из рук.
Луны близко нет, она сейчас находится по ту сторону Земли, и ее притяжение здесь незаметно. Зато притяжение Земли хоть и очень слабое, все же чувствуется. Чемодан медленно, точно нехотя, двинулся в сторону Земли. Словно мы положили его на воду в тихую речку с еле заметным течением, и он медленно поплыл от нас.
Как всякий падающий предмет, чемодан начнет постепенно разгоняться. За минуту он уже успеет «провалиться» на несколько метров и будет опускаться к Земле со скоростью человека, идущего вниз по лестнице. Для космоса с его просторами это все равно что стоять на месте.
Но вот прошел час, а скорость чемодана достигла всего лишь скорости едущего автомобиля! Он пролетел только 25 километров. Это из 380 000!
Все еще ничтожно мало.
Через двое суток падения чемодан разгонится до скорости артиллерийского снаряда, и все же будет пройдена только четвертая часть пути!
А чемодан летит все быстрее и быстрее. Он летит уже пятые сутки! И все время наращивает скорость!
И вот, наконец, Земля близко. До ее поверхности осталось всего несколько сот километров.
Знаете, какая скорость теперь у чемодана?
Вы не поверите — 11 километров в секунду!
И вот с такой колоссальной скоростью наш чемодан приближается к Земле. Что же теперь будет? Вдруг он попадет в город, в дом? Покалечит людей!
Не бойтесь. Над нами надежная крыша — атмосфера. Она не позволяет предметам быстро двигаться.
Наш чемодан врезается в атмосферу, как метеорит.
Он начинает вязнуть. . . тормозится. . .
Вспомните, как вы, купаясь, забегаете с берега в воду. Чем глубже, тем труднее бежать.
На вид воздух так прозрачен, а пробить его нет сил. И чемодан, точно ударившись о невидимое препятствие, разваливается и сгорает. На месте чемодана остается тающее дымовое облачко.
Видите, как интересно падают предметы в космосе?
Падают по нескольку дней. Падают медленнее перышка и быстрее артиллерийского снаряда. Падают и разбиваются... о воздух.
Все это надо знать, если мы хотим выбраться в космос.
Вот об этом мы теперь и поговорим.
Ведь никакой лестницы в космос на самом деле нет и никогда не будет. И воздуха там нет, чтобы держаться на крыльях.
Как же выбраться в космос и удержаться там?
|
|
Пока из самых больших пушек, построенных человеком, снаряды вылетают со скоростью не больше 1 -2 километров в секунду. А здесь нужно 8!
Представьте себе эту скорость. Мчаться со скоростью 8 километров в секунду — это значит за три секунды пересечь из конца в конец такой город, как Ленинград, или за полторы минуты домчаться от Ленинграда до Москвы!
Это огромная скорость. И поэтому, чтобы наше «чудо» свершилось, мало большой пушки. Надо еще, чтобы не было атмосферы. Ведь с такой большой скоростью сквозь атмосферу двигаться нельзя. Наш снаряд завязнет в атмосфере и сгорит.
Поэтому нам придется представить себе, что мы установили нашу пушку где-то в верхних, самых разреженных слоях атмосферы на какой-нибудь воображаемой огромной горе высотой в несколько сот километров.
Вот теперь наш опыт удастся.
Снаряд действительно будет летать вокруг Земли с «круговой скоростью» по «круговой орбите».
Он останется в космосе и не вернется на Землю!
Неважно, что на самом деле нет ни такой горы, ни такой пушки. Они нам понадобились временно только для того, чтобы понять, как скорость может помочь удержаться в космосе.
Это самое главное в книжке!
Итак, в космосе нельзя удержаться, стоя на месте.
В космосе можно удержаться только двигаясь.
Самая маленькая скорость, с которой можно удержаться в космосе вблизи Земли, — это «круговая скорость» — 8 километров в секунду. С этой скоростью можно кружиться вокруг Земли.
Ну, а как быть, если мы хотим лететь дальше в космос, например, хотим долететь до самой Луны?
Возьмем пушку еще более сильную. Но теперь уже одну. Вверх стрелять нет смысла, если снаряд падает обратно.
Выстрелим! Скорость снаряда — 10 километров в секунду!
При такой скорости снаряду еще труднее заворачивать к Земле. Он, правда, все-таки заворачивает, но недостаточно. Снаряд «не поспевает» за изгибом поверхности Земли и поэтому отдаляется от нее.
Но, удаляясь от Земли, снаряд, как и всякий предмет, брошенный от Земли, то есть вверх, начинает лететь все медленнее. А когда полет замедляется, уже нетрудно и покруче завернуть.
Снаряд плавно поворачивает и начинает снова приближаться к Земле. Теперь, когда он летит к Земле, то есть вниз, он начинает разгоняться. Скорость его возрастает, и поворачивать становится все труднее. Поэтому «довернуть» до самой Земли снаряду так и не удается. Он проносится мимо Земли, полого огибая ее с той стороны, где стоит пушка. Интересно, что, пролетая около пушки, он снова будет иметь скорость 10 километров в секунду. Поэтому дальше он полетит опять по тому же самому пути, по той же орбите.
Орбита эта, как видите, не круговая. Она похожа на вытянутый круг. Такой вытянутый круг называется: «эллипс». А орбиту, имеющую такую форму, называют «эллиптической».
Очень важно вот что. Стоит совсем немного увеличить скорость при выстреле, так называемую «начальную скорость», и орбита вытянется очень сильно.
Смотрите, если при выстреле толкнуть снаряд чуть сильнее, он отправится в полет с начальной скоростью не 10, а 11 километров в секунду и полетит уже в несколько раз дальше, «дотянет» до половины расстояния, отделяющего нас от Луны.
Если теперь добавить самую крошечку, всего одну десятую километра, или 100 метров в секунду, то снаряд пролетит еще вдвое дальше и сможет долететь до Луны.
А при начальной скорости 11,2 километра в секунду снаряд улетит за Луну, дальше в космос. При такой скорости он уже не завернет обратно и никогда не вернется к Земле.
Поэтому скорость 11,2 километра в секунду называют «освобождающей скоростью» или «скоростью отрыва».
Брошенный с такой скоростью снаряд может стать искусственной планетой. Он будет кружиться вокруг Солнца, как Земля.
Чтобы добросить снаряд до Марса или до Венеры, нужно бросить его еще немного сильнее. Нужно, чтобы он полетел с Земли со скоростью около двенадцати километров в секунду. Но добросить — это ведь еще не значит попасть.
Предположим, что мы хотим попасть в Луну. Мы швырнули снаряд с начальной скоростью 11,1 километра в секунду.
Вылетев из пушки, снаряд летит в космос, удаляясь от Земли, как брошенный к небу мячик, все медленнее и медленнее. Приближается к Луне наш снаряд уже совсем, как говорят артиллеристы, «на излете». Скорость его уменьшилась в десятки раз, и он «плетется» не быстрее обычного самолета.
Луна же не стоит на месте и не ждет. Она сама движется вокруг Земли по своей орбите, и довольно быстро.
За час она пролетает расстояние, равное своему поперечнику. Это километр в секунду!
Вот и попробуйте попасть в нее снарядом, который летит в несколько раз медленнее. Это все равно что попасть мячом в летящую птицу.
Надо очень точно целиться, но это не так-то просто.
Снаряд, брошенный нами со скоростью 11,1 километра в секунду, будет лететь до Луны около пяти суток. За это время Луна пройдет в космосе путь, равный расстоянию от нее до Земли.
Значит, целиться надо не в Луну, а на несколько сот тысяч километров вперед, совсем в другую часть неба.
Это бы еще не так страшно. Но беда в том, что время полета снаряда очень изменчиво.
Стоит чуть-чуть увеличить или уменьшить начальную скорость, как время полета изменится на много часов.
При начальной скорости 11,1 километра в секунду снаряд«подползет» к орбите Луны на пятые сутки. А при начальной скорости 11,2 километра в секунду он домчится до Луны всего за двое суток, потому что около лунной орбиты его скорость будет все еще свыше 2 километров в секунду.
Ошибешься в начальной скорости только на одну сотую — и снаряд прибудет на место встречи с Луной с ошибкой в несколько суток! А стоять и ждать друг друга в космосе они же не станут. Поэтому попасть в Луну очень трудно.
Еще труднее попасть в Марс или Венеру, которые гораздо дальше Луны.
Итак, для самого короткого космического путешествия, для полета на Луну нам нужно покинуть Землю со скоростью не менее 11,1 километра в секунду.
В прошлом веке знаменитый писатель Жюль Верн — наверно, некоторые из вас уже знают и любят его книги — написал фантастический роман «От Земли до Луны».
Герои его книги построили колоссальную пушку.
Они вырыли в земле огромный колодец и прямо в него лили расплавленный металл. Получилась как бы зарытая в землю, обращенная жерлом к небу пушка. Она была таких размеров, что снаряд для нее был величиной с теперешний автобус. В снаряде оборудовали каюту на трех человек.
Жюль Верн послал своих героев на Луну, выстрелив их в снаряде из этой пушки.
А можно ли на самом деле использовать пушку для полета людей на Луну?]
Построить пушку такого размера, как у Жюля Верна, конечно, стоило бы огромных денег. Но в конце концов это возможно.
Предположим, что пушка есть. И снаряд есть.
Может ли вообще настоящая пушка толкнуть снаряд с космической скоростью в одиннадцать с лишним километров в секунду?
Снаряд вылетает из ствола пушки потому, что его толкают газы. Порох сгорел, образовалось много газов; им тесно, они стараются расшириться, ищут выход и поэтому гонят перед собой снаряд, как пробку, загораживающую выход.
Но оказывается, что газы, которые получились из сгоревшего пороха, сами не могут двигаться быстрее 5 километров в секунду. Поэтому все, что они в состоянии сделать, — это разогнать снаряд до своей собственной скорости. Они никак не могут разогнать снаряд до скорости в 11 километров в секунду. Ведь не можете вы катить перед собой тележку быстрее, чем вы сами бежите. Правда?
Вот и выходит, что мы нашли первую ошибку в проекте Жюля Верна. Никакая пушка, стреляющая порохом, какая бы она большая ни была, не может дать снаряду космической скорости.
Однако предположим, что как-то удалось выбросить снаряд с нужной скоростью.
Как будут чувствовать себя пассажиры в снаряде после выстрела?
Никак не будут чувствовать. Потому, что их уже не будет в живых. Они при выстреле будут мгновенно убиты. Выстрел — это сильнейший удар по донышку снаряда. Ничто живое не в состоянии выдержать такой толчок.
Это вторая ошибка в проекте Жюля Верна.
Но предположим, что нам как-то удалось смягчить удар и люди остались живы.
Снаряд вылетел из жерла пушки и должен теперь, чтобы вырваться в космос, пробить атмосферу. При скорости 11 километров в секунду снаряд вязнет в воздухе, нагревается. Воздух не успевает расступаться перед ним и стоит на его пути, как стена. И если снаряд в конце концов с огромным трудом, раскалившись добела, и пробьет атмосферу насквозь, то потеряет при этом почти всю свою скорость, «выдохнется».
Медленно поднимется он в космос на несколько сот километров и в изнеможении рухнет обратно на Землю.
Вот вам и третья ошибка.
Предположим опять, что снаряду каким-то образом все же удалось пробиться сквозь атмосферу. Вот он летит в космосе, с живыми пассажирами, со скоростью одиннадцать с лишним километров в секунду, все как задумано.
Мы уже знаем, что мало долететь до лунной орбиты. Надо еще попасть в Луну!
А вдруг произошла маленькая ошибка и скорость снаряда чуть больше или чуть меньше расчетной?
Вдруг путешественники уже в полете увидели, что им грозит промах?
Они не в состоянии исправить положение. Они не имеют никакой возможности управлять полетом снаряда.
Куда он их понесет, туда они и должны лететь.
А разве можно так путешествовать? Разве можно рисковать лететь на корабле без руля?
То, что снарядом, вылетевшим из пушки, нельзя в полете управлять, — это четвертый недостаток артиллерийского способа полета на Луну.
Но допустим, что снаряд летел совершенно точно и приближается прямо к Луне. Что теперь будет со снарядом? Ведь у путешественников нет никакой возможности плавно сесть на поверхность Луны так, как садится самолет на аэродром.
Ведь снаряд врежется в Луну с разгона, как в мишень. Сам он, может быть, при этом и не разобьется. Он — стальной. Но что будет с путешественниками?
То, что артиллерийский снаряд никак не может опуститься на Луну без удара, — пятый недостаток артиллерийского способа.
Наконец, на Луне нет второй пушки, чтобы выстрелить снаряд обратно на Землю. И путешественники никак не смогут вернуться обратно.
Это шестой недостаток.
А если путешественники и смогли бы взлететь с Луны, то у них все равно нет возможности плавно сесть на Землю.
Выходит, что артиллерийским способом на Луну лететь невозможно.
Семь недостатков! Каждого в отдельности достаточно, чтобы отказаться от этого проекта. А их целых семь!
В конце прошлого века читатели не особенно разбирались в этих делах, и тогда для фантастической повести пушка Жюля Верна годилась.
А сейчас нас уже не обманешь. Правда?
Но если не с помощью пушки, то как же иначе получить космическую скорость?
Как же построить космический корабль, который не имел бы ни одного из семи недостатков артиллерийского снаряда?
Ведь если подумать, то такой корабль должен:
1) тронуться с места плавно, чтобы не убить и даже не ушибить людей, находящихся в нем;
2) медленно пройти сквозь земную атмосферу, чтобы не тратить на это много сил. Он должен как бы «медленно выйти на хорошую дорогу»;
3) уже там, в безвоздушном пространстве, по «хорошей дороге» разогнаться до космической скорости;
4) быть управляемым в полете;
5) иметь возможность плавно опуститься на Луну, Марс или Венеру;
6) иметь возможность снова взлететь;
7) совершить плавную посадку на Землю. Вот каким должен быть космический корабль!
Ничто из того, что мы применяем здесь на Земле, не подходит: ни самолет, ни вертолет, ни воздушный шар, ни артиллерийский снаряд.
Как же быть?
Для того, чтобы решить задачу, «как двигаться в космосе», давайте сперва разберемся в том, как мы вообще двигаемся.
Посмотрим, как мы двигаемся на Земле.
Вы катитесь с горы на санях. Что тянет вас вниз под горку? Притяжение Земли.
Значит, иногда мы двигаемся, пользуясь притяжением Земли.
Но так можно двигаться только сверху вниз, только к Земле, только под гору, а значит — недолго. Ведь любая гора где-то кончится. Таким способом далеко не уедешь.
Но вот другой способ двигаться.
Вы разогнали лодку и подняли весла. Лодка продолжает идти сама. Почему она идет? Она идет «по инерции».
Всякий предмет, если уж его толкнули или разогнали, словом, заставили двигаться, «не хочет» останавливаться.
По инерции едет самокат, после того как вы перестали отталкиваться ногой.
По инерции летит по воздуху прыгун, после того как он разбежался и оттолкнулся от земли.
Но, двигаясь по инерции, тоже далеко не уедешь и не улетишь. Ведь нам всегда что-то мешает двигаться.
Лодке мешает плыть вода. Чтобы двигаться вперед, лодка должна носом раздвигать перед собой воду. А вода сопротивляется. Самокату мешают катиться неровности дороги. Прыгуну не дает высоко улететь притяжение земли. Оно заставляет его вернуться на Землю.
Поэтому, двигаясь по инерции, мы всегда довольно скоро остановимся.
Остановится и лодка, и самокат. И прыгун приземлится, пролетев всего несколько метров по воздуху.
Значит, и движение «под горку», и движение «по инерции» годится только иногда, на отдельных участках пути. А во всех остальных случаях мы двигаемся как-то иначе.
Как же?
Вот мы стоим на месте.
Теперь шагом марш!
Что мы сделали! Мы оттолкнулись правой ногой от Земли. Не вверх оттолкнулись, а вперед. Уперлись подошвой в неровности пола и оттолкнулись.
Значит, когда мы идем или бежим, мы отталкиваемся от Земли, упираясь в ее неровности.
А как двигается автомобиль? Он тоже отталкивается от Земли.
Смотрите.
Автомобиль, чтобы рвануться вперед, швыряет назад своими задними колесами все, что лежит на земле, толкает назад самую землю, отталкивается от земли.
А как мы двигаемся по воде?
Опять отталкиваемся! Отталкиваемся шестом от дна или веслами от воды. Мы же веслами толкаем воду назад, — значит, сами отталкиваемся от нее вперед.
Ну, а самолет как двигается?
Вам никогда не приходилось стоять сзади самолета, который трогается с места?
Самолет своим винтом со страшной силой гонит назад воздух. Толкает его назад. Значит, самолет отталкивается от воздуха.
Выходит, что всегда, когда нельзя ехать под горку или по инерции, мы от чего-нибудь отталкиваемся. Другого способа нет!
А как человек управляет своим движением? Как он поворачивает?
Всякий движущийся предмет «не хочет» поворачивать. Это тоже инерция. Мы уже говорили, как трудно из-за этого завернуть на быстром ходу.
Что же вы все-таки делаете, если вам на бегу надо резко повернуть? Вы отталкиваетесь!
Вы упираетесь в стену, в дерево, в кочку на дороге и отталкиваетесь.
Для поворота на ходу всегда надо упереться во что-нибудь и оттолкнуться.
На лодке мы поворачиваем руль. Он упирается в воду и отводит корму в сторону. Лодка поворачивает.
На плоту мы отталкиваемся шестом от дна. .
На Земле мы поворачиваем колеса автомобиля, и они, упираясь в неровности дороги, заставляют автомобиль повернуть.
На скользкой дороге колесам не во что упереться, и поэтому автомобиль на повороте «заносит».
И для движения, и для поворота нужно, чтобы было во что упереться, чтобы было что-то около нас, рядом с нами, под нами. Чтобы были или земля, или вода, или хотя бы воздух.
Как же быть в космосе, где ничего этого нет?
Ведь и там надо обязательно иметь возможность в пути отталкиваться от чего-нибудь. Хотя бы изредка. Понадобится ли ускорить свой полет или замедлить его, или повернуть. Во всех этих случаях надо иметь что-то, во что можно было бы упереться.
Надо иметь опору.
Но какая же опора может быть в пустом, безвоздушном пространстве?
Эту задачу решил замечательный русский ученый — Константин Эдуардович Циолковский.
Константин Эдуардович был школьным учителем в Калуге.
Калуга — это большой город недалеко от Москвы. В нем Циолковский прожил почти всю свою жизнь.
В конце прошлого века, лет 75 тому назад, когда Циолковский был еще молодым, он впервые задумался над вопросом, как путешествовать в космосе.
Он прочел книгу Жюля Верна «От Земли до Луны» и, конечно, понял, что таким способом на Луну людей не доставить. Он понимал, что корабль для полета на Луну должен мягко трогаться с места, разгоняться постепенно, быть управляемым, плавно садиться на Луну, взлетать с Луны.
  |
Как же должен быть устроен такой корабль?
Прежде всего надо найти в космосе опору, от которой отталкиваться.
Циолковский долго не мог решить эту задачу. Но в конце концов решил ее!
Циолковский рассуждал так. Если в космосе нет опоры, я возьму ее с собой. Возьму и там в космосе оттолкнусь от нее.
А что значит — «взять опору с собой»?
Сейчас поймете.
Возьмите самую легкую лодочку и сядьте в нее, взяв с собой большой камень. Но не слишком большой, а такой, который вы можете сильно бросить, метров на 10. И надо, чтобы вода была тихая и чтобы ветра не было.
Пусть лодка стоит неподвижно. Теперь бросьте камень назад, за корму, изо всей силы.
Лодка двинется и тихонько пойдет в обратную сторону, носом вперед, как будто вы от чего-то оттолкнулись.
От чего вы оттолкнулись? От воды? От берега? Конечно, нет. Вы оттолкнулись от камня, который вы швырнули.
Такой способ движения называется реактивным.
Конечно, двигаться по Земле или по воде реактивным способом обычно нет смысла. Здесь гораздо выгоднее отталкиваться прямо от земли или от воды, которые всегда есть около нас.
Но в пустоте это единственный способ.
Чтобы еще лучше понять реактивное движение, представьте себе такой пример.
Вот вы, играя на воде, толкнули своего товарища, и оба поплыли в разные стороны.
Потом вы толкнули с той же силой своего маленького брата. Вы чуть сдвинулись с места, а он отплыл далеко.
Потом вы толкнули опять с той же силой своего дядю — большого грузного мужчину. Он почти не тронулся с места, а вы поплыли далеко назад.
Кто же кого толкнул? Что все это значит?
Это значит вот что. Совершенно неважно, кто кого толкнул. Важно, кто тяжелее. Кто бы из двоих ни толкал другого, все равно всегда оба разлетятся в разные стороны. Но тот, кто тяжелее, — отлетит меньше, а тот, кто легче, — отлетит больше.
Возьмите, например, ружье. Когда ружье стреляет, то пуля и ружье разлетаются в разные стороны. Но пуля, как более легкая, летит быстрее и дальше. А ружье — более тяжелое, да еще упирающееся в ваше плечо, — совершает только рывок назад.
Мы называем это «отдачей».
При этом очень важна сила, с которой вы бросаете предмет, скорость, С которой он отлетает от вас.
Ведь бросив пулю рукой, вы никакой «отдачи» не заметите, так она будет мала. А выстрелив ту же пулю из ружья, вы ощутите сильный толчок.
Поэтому, если уж использовать «отдачу» для движения в космосе, то надо там не бросать тяжести руками, а стрелять ими. Как можно сильнее. Это выгоднее, потому что тогда можно брать с собой меньше тяжестей.
Вы спросите какие же в космосе тяжести? Ведь чемодан, который мы подняли по нашей воображаемой лестнице на высоту, равную расстоянию до Луны, стал весить не больше спичечного коробка. Пудовая чугунная гиря становится там перышком.
Это очень существенный вопрос. Но вы напрасно беспокоитесь.
Дело в том, что, когда предметы удаляются от Земли, вес их действительно уменьшается очень сильно. Но сами предметы ведь не становятся меньше и не становятся пустыми.
Количество вещества, из которого они сделаны, остается то же самое.
Говоря научным языком, «масса» предметов остается та же самая.
А для «отдачи», для реактивного движения имеет значение именно масса, именно количество вещества, а вовсе не вес.
Ведь отталкивая на воде своего товарища или брата, или дядю, вы ощущали ногами их массу, а не вес. Вы же не поднимали их вверх.
На воде они для вас были вообще как бы невесомы. Но вы ясно чувствовали, что маленького брата вам легче сдвинуть с места, а дядю труднее. Это именно потому, что брат имеет маленькую массу, а дядя — большую.
И куда бы в космос вы ни подняли своего «массивного» дядю, вам будет одинаково трудно сдвинуть его с места, хотя бы он весил там не больше мышонка, потому что масса его всюду остается одинаковой.
Какие же предметы можно использовать в космосе для «отдачи»?
Оказывается, для «отдачи» можно использовать и твердые предметы, и жидкости, и даже газы.
И здесь Константин Эдуардович Циолковский вспомнил про ракету. Обыкновенную, давно известную пороховую ракету.
Вы знаете, как устроена пороховая ракета?
Пороховая ракета — это прочная картонная трубка, с одного конца закрытая, а с другого открытая. Внутри она плотно набита смесью пороха с углем.
Если порох поджечь, он не взрывается, потому что смешан с углем и плотно утрамбован, а горит в течение нескольких секунд.
При горении пороха образуется очень много горячих газов. Им тесно. Они стремятся расшириться, ищут выход. Выход только один — через отверстие.
Если бы отверстие было заткнуто пробкой, газы выбили бы ее, выстрелили бы этой пробкой, как пулей. Но пробки нет. Газы со свистом, с огромной скоростью вылетают в отверстие.
Но ведь газы, образовавшиеся при сгорании пороха, весят ровно столько же, сколько весил сам порох, набитый в ракете.
Сгорел один килограмм пороха — значит, вылетел один килограмм газов.
Значит, из ракеты вылетел назад один килограмм вещества.
Безразлично, вытолкнем ли мы из ракеты какой-нибудь сильной пружиной самый порох или в течение нескольких секунд вылетят газы, получившиеся из этого пороха. Отдача будет одинаковая.
В обоих случаях ракета полетит вперед.
Только в первом случае она получит сразу резкий толчок вперед, а во втором разгонится постепенно.
А ведь для космического корабля как раз и нужен постепенный разгон!
Кроме того, газы удобнее еще знаете почему?
Твердый предмет нужно выбрасывать чем-то. Например, какой-нибудь пружиной. Сам он не вылетит. А горячие газы вылетают сами.
Константин Эдуардович понял, что ракета — это как раз то, что нужно для космических путешествий.
  |
Он начал думать, — как же должна быть устроена огромная космическая ракета, в которой могли бы поместиться даже люди.
Пороховую ракету использовать трудно.
Во-первых, сам порох чрезвычайно неудобен. Если уж вы зажгли его, то погасить его невозможно, пока он сам весь не сгорит. Нельзя регулировать силу огня. Да и опасен порох. Вдруг взорвется?
И Циолковский подумал: зачем сжигать порох? Ведь газы образуются при сжигании любого горючего вещества, дров, угля, керосина, спирта.
Жидкие горючие вещества даже удобнее пороха, потому что их можно подавать для сгорания постепенно, по трубкам, накачивая насосами, регулируя кранами.
Так у Циолковского родилась мысль о жидкостной ракете.
Давайте попробуем сконструировать ее на бумаге сами. Прежде всего нарисуем трубку, у которой один конец был бы закрыт, а другой открыт, как в любой ракете.
В этой трубке будет сжигаться горючее. Она должна быть металлическая, чтобы выдержать жар.
Отверстие мы немного сузим, чтобы газам было теснее выходить. Тогда они будут быстрее лететь, а нам это выгодно. Помните пример с пулей? Железную трубу мы будем называть камерой сгорания, а узкое горло — соплом.
Теперь надо в этой камере сгорания нарисовать отверстие, чтобы через него по трубке могло идти «горючее», например спирт. Бак со спиртом изобразим рядом.
Чтобы спирт горел, необходим кислород — газ, находящийся в воздухе. Но воздуха в нашей камере сгорания очень мало. Он сразу весь израсходуется, и спирт погаснет. Значит, надо предусмотреть еще одно отверстие, чтобы подавать в камеру сгорания воздух. А еще лучше не воздух, а чистый кислород. Чтобы он занимал меньше места, мы его возьмем в сильно сжатом и очень охлажденном состоянии. В таком состоянии кислород — жидкий, как вода. Итак, рядом рисуем бак с жидким кислородом и трубкой соединяем его с камерой.
Спирт и кислород вместе будем называть «топливом».
Вы знаете, что дрова гораздо быстрее сгорают, если их размельчить на щепки. И нам надо, чтобы спирт как можно быстрее сгорал. Ведь нужно, чтобы газов получалось много; только тогда им будет тесно и они будут с силой вырываться из сопла.
Поэтому и мы «размельчим» наше топливо.
Для этого мы поставим на пути спирта и кислорода при входе в камеру сгорания особые приспособления — «форсунки». Они будут разбрызгивать топливо так, как пульверизатор у парикмахера разбрызгивает одеколон.
А чтобы топлива в камеру попадало побольше, мы будем накачивать его сквозь форсунки сильными насосами.
Теперь огонь будет яростно реветь в камере.
Но от такого сильного пламени камера раскалится добела и быстро прогорит насквозь. Надо ее обязательно охлаждать.
Мы нарисуем поэтому у камеры двойные стенки и горючее пустим не прямо в форсунки, а сперва между стенками камеры. Горючее станет охлаждать стенки, а само будет подогреваться. Это даже лучше. Оно попадет в камеру уже в горячем виде и еще лучше будет гореть.
Вот мы с вами и сочинили сооружение, которое называется сейчас в технике «жидкостным ракетным двигателем».
Из сопла двигателя со страшным ревом вылетают раскаленные газы. А насосы непрерывно гонят в камеру все новое и новое топливо.
Регулируя кранами или насосами подачу топлива, можно сделать пламя совсем слабым, погасить или, наоборот, пустить на полную мощь.
Выбрасывая газы, двигатель испытывает сильную «отдачу». Он стремится лететь в обратную сторону. И если газы летят назад, двигатель рвется лететь вперед. Если мы испытываем двигатель на Земле, надо его очень сильно закрепить, иначе он сорвется и улетит. Если его поставить на ракету, ракета взовьется в воздух.
Настоящий жидкостный ракетный двигатель, конечно, сложнее того, который сочинили мы с вами. Но работает он так же.
На реактивных самолетах стоят двигатели не совсем такие. Самолет летает в атмосфере, и ему незачем таскать с собой кислород, которого кругом в воздухе сколько угодно. Поэтому на самолетных реактивных двигателях нет кислородных баков, а вместо них стоят мощные насосы — «компрессоры». Они забирают наружный воздух, сжимают его и гонят в камеру сгорания.
Ракетные же двигатели работают на своем собственном, взятом с собой кислороде, потому что ракета должна летать и там, где есть воздух, и там, где его нет.
Как же устроена современная ракета?.
