Воздухоплавание и авиация не способны решить проблему межпланетного полёта, так как ни аэростат, ни самолёт не могут вылететь за пределы атмосферы. Высота же атмосферы ничтожно мала даже по сравнению с расстоянием до ближайшего к нам небесного тела — Луны, отдалённой от нас в среднем на 384 400 километров (рис. 8). В связи с этим не лишне вспомнить, что воздушные змеи поднимаются на высоту до 9 километров, самолёты — свыше 18, стратостаты — до 22, шары-зонды — до 43 километров, а реактивные снаряды «Фау-2» при вертикальном запуске — почти до 200 километров (рис. 9)¹).

¹) На рис. 9 изображена ракета в полёте, не достигшая ещё своего потолка. Потолок других летательных аппаратов отмечен их верхним краем.

Лет триста тому назад французы Мерсенн и Пти выстрелили из пушки прямо вверх, чтобы проверить, упадёт ли при этом снаряд обратно на Землю. Но все снаряды, которые были вылущены, бесследно исчезли. Наивные артиллеристы решили, что их снаряды улетели прямо в космическое пространство. Даже Декарт считал этот «факт» совершенно естественным.

В действительности дело обстояло гораздо проще. Пушка Мерсенна и Пти не стояла строго вертикально, самый ствол её не был точно центрирован, и к тому же между снарядом и стенками ствола, как и у всех пушек того времени, был изрядный зазор. Из-за всего этого снаряды отклонялись от вертикального направления и, описав в воздухе крутую дугу, падали далеко в стороне от недостаточно наблюдательных экспериментаторов. (В связи с этим заметим, что даже при строго вертикальной стрельбе из современных орудий снаряд не может упасть обратно в точку выстрела, так как его движение отклоняется от строго вертикального вследствие вращения Земли.)

Рис. 8. Если бы летчику удалось добраться до границ атмосферы, то этим он приблизился бы к Луне настольно же, насколько человек, поднявшись на цыпочки, стал бы ближе к вершине Эйфелевой башни (высота 300 метров).

Конечно, маломощная пушка XVII века не могла выбросить снаряд с космической скоростью. Но, может быть, это могут сделать современные мощные пушки? Если же нет, то можно ли всё-таки построить такую гигантскую пушку, которая выбросила бы снаряд за пределы поля земного тяготения?

Оказывается, при современном уровне техники это абсолютно невозможно по следующим причинам. В пороховых пушках сгорание заряда приводит к образованию в короткий промежуток времени большого количества газов, которые и выбрасывают снаряд. Очевидно, что при отсутствии снаряда истечение газов из дула происходило бы со скоростью, большей скорости снаряда. Другими словами, скорость снаряда не может быть больше, чем скорость частиц газов, производящих выстрел. Между тем, ни у одного из известных взрывчатых веществ продукты сгорания не достигают и - при любых усовершенствованиях — не могут достигнуть даже той скорости, которая необходима для превращения снаряда в спутника Земли (около 8 километров в секунду). Даже в пустоте самый мощный поток газов не мог бы подняться на высоту, большую 300—900 километров (⁵/₁₀₀ — ¹⁵/₁₀₀ радиуса Земли); потолок же снаряда был бы, очевидно, ещё ниже (рис. 10).

Допустим, однако, что со временем будет найдено взрывчатое вещество нужной мощности. Тогда возникнет новая непреодолимая трудность: найти соответствующий материал для постройки пушки. В самом деле, температура движущихся газов, при их громадной скорости, будет так высока, что любой из известных материалов превратится в пар.

Рис. 9. Максимальные высоты, достигнутые при помощи разных аппаратов.

Рис. 10. Даже в пустоте самый мощный поток газов не мог бы подняться на высоту, большую 300—900 километров (0,05—0,15 радиуса Земли). Потолок снаряда был бы ещё ниже.

Несколько по-иному обстоит дело с электромагнитной пушкой: ведь она стреляет без пороха!

Как же действует электромагнитная пушка?

Известно, что если по какому-нибудь проводнику, изогнутому в виде спирали, (так называемый соленоид), пустить электрический ток, то внутри спирали возникнет магнитное поле. Соленоид, как и всякий магнит, притягивает стальные предметы, втягивает их в себя. Теперь представим себе длинный канал, стенки которого представляют собой сплошной ряд соленоидов. Это и будет электромагнитная пушка.

Снаряд из магнитной стали втягивается в ствол такой пушки первым, крайним, соленоидом. Войдя в ствол, снаряд пролетает некоторое расстояние и, нажимая на специальный контакт, автоматически включает ток во втором соленоиде. Второй соленоид тянет снаряд дальше, сообщая ему дополнительную скорость. Двигаясь таким образом внутри ствола и включая один соленоид за другим, снаряд набирает всё большую и большую скорость и, наконец, вылетает наружу.

Очевидно, что здесь нет никакого предела для увеличения скорости. Нужно только располагать достаточным количеством соленоидов, и тогда снаряду можно сообщить любую скорость вылета.

Но если скорость космического снаряда будет очень быстро и резко возрастать, то что произойдёт с людьми, которые в нём находятся? В жюльверновской пушке, где космическая скорость сообщается в течение ничтожной доли секунды (0,04 секунды), следовательно, возникает громадное ускорение, путешественников ожидает неминуемая смерть, так как чудовищная перегрузка придавит их к полу снаряда, как мощный пресс.

Правда, можно уменьшить ускорение путём удлинения ствола. Уже Жюль Верн предложил ствол чрезвычайной длины: около 300 метров. Но даже и при длине ствола в 3000 метров толчок, который испытали бы пассажиры при выстреле, был бы ещё слишком силён и слишком длителен для того, чтобы человек мог его безвредно перенести.

Какова же должна быть длина горизонтального туннеля-соленоида, чтобы снаряд при вылете из него имел скорость 8 километров в секунду, достаточную для превращения его в спутника Земли?

Мы видели, что ускорение, которое способен перенести человек в течение нескольких минут без вреда для здоровья, примерно в 4 раза больше земного ускорения на уровне моря. В таком случае простой расчёт показывает, что длина электромагнитной пушки должна быть не меньше 823 километров. Даже в том случае, если бы человек мог перенести без опасности для жизни перегрузку, равную 15, то и тогда длина электромагнитной пушки должна была бы составлять около 213 километров. Не следует забывать, что речь идёт о наименьшей из космических скоростей, достаточной только для превращения снаряда в спутника Земли. Для полёта же на Луну длину туннеля пришлось бы почти удвоить.

При осуществлении космических пушек пришлось бы столкнуться и с другими затруднениями. При движении снаряда внутри описанного выше туннеля, вообще говоря, можно было бы избежать потерь на сопротивление воздуха, удалив воздух из туннеля и закрыв выход лёгкой крышкой, которая не препятствовала бы вылету снаряда. Однако в момент вылета из пушки снаряд, летящий с чудовищной скоростью, испытал бы необычайной силы удар о воздух. Избежать удара можно в том случае, если конец туннеля будет выходить в верхние, разрежённые слои атмосферы. Но даже если бы наш 213-километровый туннель заканчивался где-нибудь на вершине Эвереста, на высоте 9 километров над уровнем моря, то это уменьшило бы сокрушительный воздушный удар всего лишь в два раза. Много проще избежать резкого замедления снаряда в воздухе и связанной с этим опасной для организма перегрузки, если сделать снаряд чрезвычайно длинным и тяжёлым (рис. 11). Тогда даже у поверхности моря удар не получится губительным. Наконец, недостатком электромагнитной пушки является её громоздкость, требующая стационарной установки, а следовательно, и применения в заранее определённом месте.

Рис. 11. Электромагнитная пушка позволяет выбросить снаряд с ускорением, безопасным для человека, но для предупреждения вторичной перегрузки от удара о воздух при вылете из ствола пришлось бы сделать снаряд чрезвычайно тяжёлым и длинным.

Тем не менее, электромагнитной пушкой безусловно можно воспользоваться для выпуска в межпланетное пространство не только пустого снаряда, но и снаряда с пассажирами. Однако для изменения скорости и направления движения такого снаряда в мировом пространстве понадобился бы ракетный двигатель.

Проекты посылки снарядов в мировое пространство с помощью пращи и кругового туннеля имеют довольно большую популярность, так как осуществление их на первый взгляд кажется довольно лёгким.

По предложению многих изобретателей космическую пращу можно осуществить таким образом: снаряд укрепляется на ободе громадного махового колеса, которое приводится в быстрое вращение. В необходимый момент снаряд освобождают от удерживающей его связи, после чего, оторвавшись от маховика, снаряд по инерции будет продолжать путь по касательной к окружности маховика с той же скоростью, какую он имел в момент освобождения.

Этот проект был подвергнут критике рядом инженеров, которые справедливо указали на то, что колесо при очень быстром вращении неизбежно разорвётся под действием чудовищной центробежной силы (рис. 12). В самом деле, для того чтобы сделаться спутником Земли, снаряд в момент отрыва от маховика должен иметь скорость около 8 километров в секунду. Очевидно, это возможно лишь в том случае, если каждая точка на ободе маховика будет вращаться с такой же громадной скоростью. Для сравнения укажем, что у самых быстроходных современных паровых турбин окружная скорость вращения лопаток не превышает 400—600 метров в секунду. Для того чтобы маховик, даже не загруженный снарядом, не разорвался при окружной скорости в 8 километров в секунду, ему следовало бы придать невероятные формы и размеры: на ободе он должен был бы иметь толщину всего в миллиметр, а у оси... в несколько километров. Добавим, что такие размеры получаются при условии, что собственным весом маховика можно пренебречь. Эти соображения устраняют необходимость дальнейшего разбора проекта космической пращи в целом.

Вместо космической пращи другие изобретатели предлагают применить круговой туннель. Они рекомендуют построить круговой двухрельсовый путь внутри герметически закрытого туннеля диаметром до 20 километров, из которого выкачивается воздух для устранения сопротивления среды. Космический корабль устанавливается на салазках, приводимых в движение электричеством и скользящих своими полозьями по рельсам, которые густо смазаны маслом. После того как салазки, пробежав туннель несколько раз, наберут внутри него необходимую скорость, они переводятся с помощью стрелки на прямолинейную ветку, идущую под некоторым углом вверх. Пробежав эту ветку до конца, корабль унесётся в мировое пространство (рис. 13).

Эти изобретатели считают, что их круговой туннель решает вопрос о межпланетных путешествиях. Однако это совсем не так. В круговом туннеле будет действовать всё та же центробежная сила, которая вызовет перегрузку, в десятки раз превышающую допустимую для человеческого организма; эта перегрузка раздавит пассажиров космического корабля раньше, чем его переведут на прямолинейную ветку.

Проект кругового туннеля в принципе похож на проект электромагнитной пушки. И многим этот проект понравился: казалось, что замена длинного прямолинейного ствола пушки более коротким круговым каналом, в котором снаряд может сделать до вылета несколько оборотов, вполне решает поставленную задачу. Жестокое заблуждение! Согласно проделанным нами расчётам круговой туннель пришлось бы сделать, по крайней мере, в двенадцать с половиной раз длиннее, чем канал прямолинейной пушки (рис. 13). Только в этом случае, т. е. при длине кругового туннеля свыше 10 000 километров и при диаметре в 3300 километров, линейная скорость корабля нарастала бы так, что коэффициент перегрузки, связанный с вращательным движением, не превышал бы 4, следовательно, пассажирам не угрожала бы опасность быть раздавленными.

Рис. 12. Предлагалось сообщить снаряду космическую скорость, прикрепив его к ободу громадного колеса. Однако при очень быстром вращении колесо неизбежно разорвётся под действием чудовищной центробежной силы.

Таким образом, необходимо раз навсегда отказаться от осуществления проектов космической пращи и кругового туннеля для вылета за пределы Земли.

Уже давно астрономы обратили внимание на то, что хвост кометы, когда она проходит мимо Солнца, отбрасывается в сторону. Ещё Кеплер в 1619 году высказал мысль о том, что на хвост кометы давят солнечные лучи. Но только в 1901 г. знаменитый русский физик П. Н. Лебедев впервые доказал опытным путём, что световые лучи действительно оказывают давление. После этого в существовании светового давления не приходилось больше сомневаться.

Некоторые учёные указывали на теоретическую возможность использования давления солнечных лучей для перемещения космического корабля в межпланетном пространстве.

Какова же величина давления солнечных лучей? Наиболее сильное давление лучи света оказывают на поверхность, полностью их отражающую, т. е. на поверхность, представляющую собой идеальное зеркало. Расчёты показывают, что такую поверхность, помещённую на Земле, солнечные лучи отталкивают с силой, равной приблизительно 1 миллиграмму на квадратный метр. Ясно, что это — совершенно ничтожная сила.

Отсюда видно, что применение солнечного давления для космических полётов бесполезно. Так, например, для того, чтобы давление света на серебряную пластинку было больше её веса на поверхности Земли, необходимо, чтобы толщина её была меньше 0,000 000 1 миллиметра, что совершенно неосуществимо. Впрочем, из такой сверхпаутины и невозможно построить космический корабль.

Рис. 13. Казалось бы, что сделав туннель круговым, можно значительно укоротить его по сравнению с прямолинейным туннелем. Однако для того чтобы перегрузка при разгоне в круговом туннеле была такой же, как в прямолинейном туннеле, круговой туннель должен быть в 12,6 раза длиннее прямолинейного.

Можно считать, что вес космического корабля, приходящийся на один квадратный сантиметр его лобовой площади¹), будет не меньше одного грамма. Допустим, что такой корабль унесён в мировое пространство и движется по орбите Земли. Тогда, под давлением солнечных лучей, он наберёт в течение полного года такую же скорость, как при падении на Землю в течение трёх секунд. Вполне понятно, что такие корабли строить нецелесообразно.

¹) Так называется площадь проекции тела на плоскость, перпендикулярную к направлению движения.

Очевидно, что самое сложное в межпланетном путешествии — это преодолеть силу притяжения Земли. Некоторые исследователи задумывались над тем, нельзя ли уже на самой Земле как-нибудь избавиться от земного притяжения и тем самым сделать корабль сразу совершенно невесомым.

Еще в конце XVIII века астроном Лаплас высказал мысль о том, что существуют особые «лучи тяготения» — по примеру лучей световых, тепловых и т. п. В самом деле, между действием силы тяготения и света есть известное сходство. Все мы отлично знаем, что чем больше предмет удалён от источника света, тем он слабее освещён. Если лист бумаги находится на расстоянии 1 метра от лампы, а потом мы отодвинем его на расстояние 2 метров, то освещённость его уменьшится в четыре раза; на расстоянии 3 метров освещённость будет уже в девять раз меньше и т. д. Вообще, освещённость изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния предмета от источника света.

Но по такому же точно закону изменяется и действие силы тяготения. Не следует ли отсюда, что существуют особые «лучи тяготения» и нельзя ли от них заслониться, как заслоняются, например, от света непрозрачным предметом?

Для каждого рода лучей есть свои непрозрачные вещества. Так, кварц отлично пропускает световые лучи, но не пропускает невидимых тепловых лучей. Если впереди и позади кварцевой пластинки, освещённой солнцем, поставить по термометру, то термометр, заслонённый пластинкой, будет показывать температуру, значительно меньшую, чем незаслонённый, хотя освещённость обоих термометров будет почти одинакова. Толстые пластинки свинца непроницаемы для рентгеновских лучей, тогда как сквозь ткани человеческого тела эти лучи легко проходят. Нельзя ли найти такую преграду, сквозь которую не проходили бы и «лучи тяготения»? Если бы такая преграда была найдена, то мы получили бы на Земле полосу особой «тени», в которой сила тяготения не ощущалась бы вовсе. Космическому кораблю, стоящему в такой «тени», достаточно было бы сообщить лишь начальный толчок для того, чтобы вывести его из состояния покоя и отправить в мировое пространство.

Но из законов механики следует, что для переноса какого-либо тела на планете в пространство, защищённое экраном от действия силы тяготения, должна быть выполнена такая же работа, какая необходима для удаления того же тела с поверхности планеты в бесконечность. Таким образом, применение экрана не даёт никакого выигрыша в смысле экономии энергии. Однако задача вылета аппарата в мировое пространство всё же была бы чрезвычайно облегчена, так как перенесение аппарата в область, защищённую экраном от сил тяготения, могло бы производиться на Земле с помощью такого механизма, в котором умеренная мощность двигателя сочеталась бы с достаточной продолжительностью всей операции. Более того, если бы удалось создать экран, хотя бы частично ослабляющий тяготение, то и это имело бы огромное практическое значение. Посмотрим, однако, что говорит опыт о возможности существования экрана тяготения.

Ряд ученых посвятил целые годы своей жизни попытке обнаружить поглощение «лучей тяготения» какой-либо преградой. И хотя они имели в своём распоряжении тончайшие приборы, все эксперименты оказались безрезультатными.

К. Майорана, например, вёл исследования более десяти лет. Между прочим, он проводил взвешивание свинцового шара весом в 1,272 килограмма сначала в воздухе, а затем в ванне с ртутью, вес которой составлял 104 килограмма. Оказалось, что истинный вес свинцового шара, окружённого ртутью, уменьшился только на 0,001 миллиграмма. В других опытах Майорана получил ещё меньшую разницу в весе.

С точки зрения теории тяготения, основанной на принципе относительности Эйнштейна, все эти попытки и не могли привести к положительному результату. В самом деле, из теории тяготения следует, что никакой экран не может ни изменить, ни тем более устранить силу тяготения. Астрономические наблюдения подтверждают этот вывод: даже такой мощный экран, каким является планета Юпитер, нисколько не ослабляет воздействия Солнца на движение спутников Юпитера.

Всё это приводит к заключению, что попытки решить проблему космического полёта путём поисков экрана тяготения заведомо обречены на неудачу. Итак, нам придётся бороться с силой тяготения другими средствами.

Мы убедились, что многие проекты межпланетных сообщений, казавшиеся на первый взгляд легко осуществимыми, на самом деле являются несбыточными. Но значит ли это, что мы никаким способом не сумеем проникнуть в мировое пространство? Нет, не значит.

Во-первых, постройка космической электромагнитной пушки хотя и является делом чрезвычайно сложным, но все-таки отнюдь не неосуществимым.

Во-вторых, существует простой аппарат, который употребляется для иллюминации в мирное время, а также для сигнализации во время войны. Это — ракета. Она взлетает в небо без всяких катапульт, пушек и прочих механических приспособлений. Во время второй мировой войны ракета нашла широкое применение и для боевых целей — в качестве боевых снарядов весьма разрушительной силы. Многочисленные теоретические соображения и расчёты показывают, что не существует никаких принципиальных препятствий к тому, чтобы использовать ракету достаточно больших размеров в качестве космического корабля. На практике, конечно, придётся иметь дело с большими трудностями, но они безусловно преодолимы. Некоторые работы в этой области уже ведутся различными исследователями, и нам кажется, что не так уже далёк тот день, когда человек впервые покинет пределы своей родной планеты и отправится в далёкие просторы вселенной.