В связи с оживлением интереса к ракета, вызванным последними опытами применения ее в качестве реактивного двигателя. /авто-ракета Ф.Опеля, авио-ракета инж. Бизай, установка ракеты на планере в Германии и пр./ в иностранной периодической литературе уделяется параллельно за последнее время довольно много внимания проблеме междупланетного полета, возможность осуществления которого усматривается пока единственно, в применения того же принципа ракеты.
Для разрешения этой проблемы, от снаряда Жюль Верна до современных научных проектов междупланетной ракеты Циолковского, Цандера, Оберта и др., выдвигалось несколько принципов, обзору которых и посвящена помещаемая ниже статья.
Хотя эта задача и выводит ее несколько за те рамки, которые очерчены для "Хроники Воздушного Дела" задачами последней, как конспективного обозрения периодической литературы, мы тем не менее нашли уместный ее поместить, отдавая дань оживлению интереса к этой проблеме, с тем, чтобы в популярном очерке оттенить те границы соприкосновения в этой проблеме между наукой и фантастикой, которые могут ускользать от непосвященного в ее тайны читателя и которого обходить мы не считаем себя вправе.
Редакция.
Как большинство изобретателей, создающих эпоху в развитии техники идея междупланетного полета впервые зародилась и развилась как утопическая фантазия. Пионерами на этом поприще явились гениальные романисты Жюль Верн, Уэлльс и другие, строившие свои знаменитые романы с большей или меньшей степенью научного обоснования на различных научных гипотезах и законах. От отвлеченной утопии в ХХ веке вопрос уже переходит в стадию научной проблемы, облекаясь постепенно в конкретную форму научно разработанных проектов с талантливой руки русского ученого Циолковского, обратившего внимание на возможность использования для междупланетного полета силы реакции ракеты. Вот общий критический обзор всем выдвигавшимся в той или иной форме принципам междупланетного полета.
ВЫСТРЕЛ СНАРЯДОМ ИЗ ПУШКИ. - С точки зрения теории, способ посылки снаряда в междупланетное пространство выстрелом из орудия по фантастическому проекту Ж.Верна, принципиально вполне осуществим. Снаряд, пущенный горизонтально, будет совершать путь по некоторой траектории, одним концом упирающейся в землю. При возрастании горизонтальной скорости, точка падения снаряда будет постепенно удаляться. Это произойдет вследствии того, что, двигаясь по кривой, снаряд при большой скорости будет подвергаться и большей центробежной силе; иначе говоря центробежное ускорение снаряда будет постепенно приближаться по своей величине к величине ускорения силы тяжести /9,8/. Наконец, можно достигнуть такого момента, когда эти два ускорения будут равны и, след. снаряд начнет обращаться вокруг Земли на подобие спутника. Увеличивая скорость снаряда еще больше, мы заставим его вместо круга описывать элипсы все большего эксцентрисицета, пока, наконец, он не начнет двигаться по незамкнутой параболе, бесконечно удаляясь от земли. Это наступит при V=11км/сек. В небесной механике доказывается, что аналогичные рассуждения пригодны к снаряду, пущенному по вертикали.
Германские орудия, во время мировой войны обстреливавшие Париж сообщали своим снарядам начальные скорости до 1 км/сек. Американская электромагнитная пушка дает скорость в 3 км./сек*. След., оказывается что наши наилучшие достижения в области артиллерии пришлось бы более, чем утроить, чтобы получить желаемый результат. Но допустив даже, что в ближайшем будущем такие скорости будут достигнуты, приходится задуматься над следующим обстоятельством:
*За правильность этих цифр на в коем случае нельзя ручаться, т.к. они, повидимому являются больше результатом догадок или предположений, чем достоверными данными, считающимися военным секретом. Ред.
При стрельбе из орудия наибольшая скорость снаряда достигается в момент вылета; след., на протяжении своего движения внутри канала ствола орудия, снаряд должен получить наращение скорости от 0 до 11 км/сек. Если построить как у Жюль Верна, пушку в 210 м. длиной, то путь в канале ствола снаряд должен будет совершить в течение 1/25 сек., что дает ускорение равное 28.000g . Однако, максимальное ускорение, которое выдерживает человеческое тело - 5g; след., ясно, что никакой живой организм не вынес бы такого толчка. Но допустим, что путешественникам удалось остаться живыми в продолжении полета внутри пушки /напр., благодаря погружению в соляной раствор/; непреодолимое препятствие ждет их у выхода из нее. Воздушная пробка у выхода из орудия для движущегося с такой скоростью снаряда оказала бы сопротивление твердого тела; последовало бы мгновенное уменьшение скорости и пассажиры были бы сплюснуты о потолок ядра.
Другим возражением против этого способа путешествия является то соображение, что снаряд выпущенный из пушки не имел бы никакой надежды когда либо вернуться на землю и вообще оказался бы совершенно беспомощным в пространстве, будучи предоставленным действию всех случайностей /встрече с небесными телами, отклонениям под действием их притяжения и пр./, не говоря уже о практической возможности отлить на земле такую гигантскую пушку. Для междупланетного путешествия необходимо обладать управляемым кораблем.
ИЗОЛЯЦИЯ ОТ СИЛЫ ТЯГОТЕНИЯ. - Исходя из гипотезы, что земное тяготение представляет собой вид излучения, Уэлльс развивает теорию вещества непрозрачного для таких лучей. Герои его романа "Первые, люди на луне" строят стекляный шар, защищенный снаружи стальной оболочкой. Эта оболочка состоит из ряда ячеек, затягивающихся как-бы шторами; на них наносится непроницаемое вещество "кэворит". Когда пассажиры заперлись внутри шара все шторы закрываются, а шар, став невесомым вместе со всем своим содержимым выбрасывается вверх, чему способствует также центробежная сила вращения земли. Затем, открывая шторы в направлении различных небесных тел и подвергаясь притяжению последних, можно достигнуть управляемости такого шара.
В отношении этой идеи нужно указать прежде всего, что сила тяготения между двумя телами изменяется прямо пропорционально произведению их масс и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Если шар Уэлльса притягивался бы солнцем, то скорость его в первые часы не превысила бы 1 см/сек, а для луны от была бы всего в неск. сотых долей милиметра, след., путешествие оказалось бы крайне медленным. Но и помимо вопроса времени есть принципиальное затруднение. Изолировать шар от действия поля тяготения все ровно, что перенести его в место, где этого действия не наблюдается. Будет ли это место бесконечно удалено или находиться тут же рядом - безразлично, т.к. затраченная работа зависит от потенциалов в конечных точках пути, а не от длины пути. По вычислениям она будет равна 6.000.000 кгр/мтр на каждый килограмм массы, что эквивалентно работе, необходимой, чтобы поднять паровоз на крышу десятиэтажного дома. След., именно такую работу и пришлось бы затратить, чтобы закрыть последнюю заслонку шара Уэлльса.
С другой стороны, остается большим вопросом, возможно ли вообще такое вещество, которое обладало бы свойствами "кэворита", особенно, если рассматривать тяготение с точки зрения теории относительности, согласно которой сила тяготения существует не сама по себе, а есть лишь функция кривизны пространства.
ПРОТИВОПОСТАНОВЛЕНИЕ СИЛЕ ТЯГОТЕНИЯ - ЦЕНТРОБЕЖНОЙ СИЛЫ. - Тело находящееся на экваторе весит на 1/290 часть своего веса меньше, чем на полюсе. Это происходит вследствие отсутствия на полюсе центробежной силы обуславливаемой вращением земли. Центробежная сила возрастает, пропорционально квадрату скорости вращения; след., увеличив скорость вращения земли в √¯290=17 раз, получим центробежную силу уравновешивающую силу тяжести. Тогда самого небольшого усилия было бы достаточно, чтоб покинуть землю. Теоретически такое сокращение продолжительности суток вполне возможно. Если создать по всей земле перемещение грузов /движение поездов, пароходов и пр./ с востока на запад, то земля получит некоторый импульс с запада на восток и ускорит свое вращение. К сожалению масса земли так велика, а массы и скорости, которыми мы располагаем, по сравнению с ней, так незначительны, что потребовались бы целые геологические периоды для достижения цели этим методом.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАВЛЕНИЯ СВЕТА - Русскому физику Лебедеву принадлежит честь экспериментального доказательства существования давления света. Давление это на освещенную часть земли равно ок. 70.000 тонн /солнце притягивает землю с силой в 6 квинтильонов тонн/; давление света на один кв. метр = 0,4 мгм. Очевидно, что сила эта ничтожна по сравнению с весом предметов. Но при изменении размеров тела это отношение меняется; так уменьшая радиус шара, мы получим уменьшение сотового давление пропорционально поверхности, т.е. квадрату радиуса, а уменьшение веса будет происходить пропорцианольно массе или кубу радиуса. Вследствие этого уменьшение веса будет происходить быстрее и наступит момент, когда оно сравняется с световым давлением. Такой предмет будет просто сметен световыми лучами. Так, напр., капля воды становится невесомой при диаметре в 0.0000025 мм. Чтобы воспользоваться силой давления света, нужно было бы сделать зеркало очень большой поверхности и малого веса, квадратный метр которого весил бы не больше 2 гр. Если это будет серебро, то толщина его должна быть 0,0001 м.м. Осуществление такого зеркала при известных нам в настоящее время материалах, представляется технически невозможным.
РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ. - Все обычные способы передвижения основаны на том, чтобы отталкиваться от чего-либо. Отличительной чертой междупланетного пространства является полное отсутствие какой-либо среда. Поэтому движение междупланетного корабля должно быть основано на совершенно новом принципе, не требующем никакой точки опоры вне самого корабля. Такая возможность существует и проистекает она из Ньютонова закона равенства действия и противодействия. На основании его происходит откат орудия или отдача ружья, а такие полет ракеты. Происходит при этом следующее: если произвести взрыв в герметически закупоренной камере, то газ, по закону Паскаля, будет давить на все ее стенки с одинаковой силой. След., давление на любой участок будет уравновешиваться равным ему давлением на участок диаметрально противоположный. Но если в каком-нибудь месте дать газам выход, то давление на противоположный участок уже ничем не будет уравновешиваемо и внутри ракеты будет действовать сила в направлении, обратном направлению выхода газов. Этот принцип и положен в основании передвижения во всех последних проектах междупланетных кораблей. Являясь научно вполне обоснованным и принципиально осуществимым, он положил собой начало компромисса в идее междупланетного полета между фантастикой и наукой.
В противоположность снаряду, ракета приобретает необходимую ей скорость постепенно, так что ускорение может легко быть доведено до величины вполне переносимой человеческим организмом. Покинув земную атмосферу и развив достаточную скорость, ракета в пространстве будет пользоваться преимуществом, никогда не достижимом на земле; в пустоте нет трения, а потому раз приобретенная скорость будет сохраняться без новых затрат энергии. К услугам двигателя прядется, след., прибегать только в случаях, когда должны быть изменены скорость или направление движения. Скорости, которыми располагает такая ракета будет порядка скоростей планет солнечной системы: она покидает землю достигнув 11 км/сек.; но земля движется вокруг солнца со скоростью 30/км/сек. След., если эти скорости сложить, то с помощью двигателя они без труда могли бы быть увеличены до 50-60 и даже до 100 км/сек. Это вполне достаточно для путешествия в пределах солнечней системы, которое займет от нескольких недель до 2-3 лет /для Нептуна и Урана/. Все же эти скорости не дают никаких надежд на достижение других солнц нашей галактической системы. Для этого Цандер предлагает воспользоваться опять энергией солнца. Не задерживаемые никакой атмосферой, лучи его, особенно на близком расстоянии, будут обладать температурой несравненно более высокой, чем на земле. Собрав с помощью вогнутых зеркал эти лучи в фокус, на взрывном канале ракеты, можно повысить температуру взрывания на несколько тысяч градусов, а вместе с ней и его двигательную силу. Скорости, которые можно при этом ожидать, будут порядка сотен и даже тысяч км/сек, что дает надежду на достижение когда-нибудь и этих отдаленных миров в срок, не превышающей человеческой жизни - впрочем и то только наиболее близких. Наиболее опасной частью путешествия будет выход из земной атмосферы. Здесь возможна и порча ракеты и необходимость пополнения запасов горючего и заболевания пассажиров под влиянием непривычного ускорения. Для разрешения этих вопросов Оберт и Цандер предлагает постройку промежуточных междупланетных станций, расположенных неподалеку от земли и вращающихся вокруг нее на подобие спутников с раз и навсегда сообщенной им скорости. Эти станции могут быть построены на земле и затем подняты с помощью реактивного двигателя, если они не велики, или же построены на месте с ракеты, если они должны иметь большие размеры. Такая постройка будет гораздо легче, чем в земных условиях, т.к. тело, движущееся с постоянной скоростью и как-бы свободно падающее в пространстве не имеет веса.
Очевидно, что жизнь на такой станции / так же, как и на ракете/ должна быть приспособлена к этим новым условиям, движение во внутренних помещениях можно будет облегчить сетью натянутых канатов, отталкиваясь и держась за которые люди смогут регулировать свои перемещения в пространстве. Выход наружу будет возможен в специальных "водолазных" костюмах, снабженных небольшими реактивными двигателями - чем нибудь вроде револьверов. Тяготение не является необходимым условием для жизни организма, но все же продолжительное пребывание в столь непривычных условиях может оказаться вредным, так что придется для отдыха устроить специальную "гравитационную" камеру, создав в ней искусственное тяготение; для этого надо заставить ее вращаться с достаточной быстротой на привязи вокруг центрального тела и тогда центробежная сила создаст внутри тяготение предметов к стенкам. /Оберт
Таким образом, принцип ракеты является вполне приемлемым для осуществления междупланетного полета, сохраняя его идею в границах вполне научного обоснования.
Однако, при современных общеупотребительных пиротехнических средствах, практически осуществить такой полет в масштабе космического передвижения, все же считается еще невозможно. При известной в настоящее время конструкции пороховой ракеты, препятствием этому является недостаточный коэффициент ее полезного действия. Так, например, в, артиллерийском орудии, стреляющем пороховыми зарядом, он равен 16%, а для пороховой ракеты всего лишь 1,7%, Следовательно, прежде всего должен быть разрешен вопрос или о конструктивном усовершенствовании ракеты или о применении наиболее выгодного взрывчатого вещества /напр., жидкая смесь водорода и кислорода/, а вернее - и о том и о другом вместе. Однако, нет основания думать, чтобы техника с этими вопросами не смогла справиться.
"ФС" 1927, №20, стр. 386 и №21, стр. 422. Краткое изложение истории вопроса: литература: рассчет ракеты; вопросы конструкции; аэродинамич. рассчет - "ЗФМ" 1928, №14, стр. 317-319: Научно-технич. анализ ракетного двигателя.