"Техника-молодежи" 1961 г, №1, вкл, с.37

РАКЕТА

В полетах метеоров и метеоритов закономерности аэродинамики и баллистики играют сравнительно ничтожную роль. Основное значение имеют совсем другие явления и силы, которые очень важны для науки и актуальны в связи с развитием теории и практики космических полетов. Сейчас, как известно, приобрела особое значение проблема торможения в атмосфере космических кораблей, возвращающихся на Землю. Одним из наиболее известных способов является применение реактивного двигателя, действующего в направлении, противоположном направлению движения. Но для такого двигателя требуется много дополнительного топлива.

Поэтому возникает вопрос о создании тормозящего реактивного двигателя, который использовал бы кинетическую энергию самого движущегося тела. Ее как раз и следовало бы интенсивно расходовать, чтобы обеспечить эффективное торможение. Здесь-то и приходится вспомнить метеорные явления. Известно, что некоторые метеориты тормозятся необычайно интенсивно, оставляя на своем пути огромные массы светящегося раскаленного вещества. Отрицательные ускорения при этом в тысячи и даже десятки тысяч раз превосходят ускорение силы тяжести. Простые расчеты показывают, что для такого сильного торможения элементарных аэродинамических сил совершенно недостаточно.

Чтобы уяснить себе картину явлений, вызывающих резкое торможение, сделаем маятник, представляющий собой ведро, подвешенное боком на длинных тросах. Если в ведро положить большой кусок дерева и выстрелить в горизонтальном направлении из ружья или пистолета так, чтобы пуля застряла в дереве, то маятник отклонится в соответствии с теорией. По отклонению нетрудно будет определить скорость пули.

Если кусок дерева в ведре заменить влажной глиной, то при правильном подборе консистенции глины отклонение маятника можно увеличить раз в десять по сравнению со случаем стрельбы в кусок дерева. При данных условиях уже нельзя вести расчет скорости пули таким способом, какой можно было применить в предыдущем случае: мы получили бы невероятный результат. Оказалось бы, что обычная пуля движется со скоростью, превосходящей скорость искусственных спутников Земли.

Чем обусловлен этот кажущийся парадокс?

Ответ, в сущности, очень прост. При ударе пули в глину последняя на короткое время интенсивно выбрасывается навстречу направлению движения пули в виде мощной реактивной струи. Пока пуля врезается в глину, ведро с глиной становится своеобразным реактивным двигателем, который в небольшой промежуток извергает мощную струю из диспергированной глины навстречу направлению движения пули. Энергия струи получена ею от пули, но масса глиняной струи много больше массы пули. Поэтому действие струи на маятник существенно сильнее, чем действие пули.

При быстром движении метеора в разреженном воздухе отдельные молекулы воздуха выбивают из поверхностного слоя метеора множество ионов и электронов. Струя этих частиц уподобляется струе обычного реактивного двигателя и весьма сильно тормозит метеор.

Расчеты показывают, что наличие такого реактивного действия может привести к торможению, которое как раз и наблюдается в ряде случаев при метеорных исследованиях. Рассмотрим это явление с другой точки зрения. Газы, выделяемые при обгорании метеора, образуют мощную шапку, окутывающую метеор и как бы увеличивающую его размеры. Поэтому аэродинамическое сопротивление растет во столько раз, во сколько раз растет площадь поперечного сечения. Другими словами, в атмосферу Земли врезывается не просто метеорное тело, а мощный газовый поршень. Такой поршень вытесняет громадную массу воздуха и встречает в соответствии с этим большое сопротивление. Обгорание железного тела должно начаться при скорости в 3—4 км/сек, а при скорости в 25 км/сек должно привести к превосходству в десятки раз реактивных сил над обычными аэродинамическими силами, если их определять по известным формулам.

Все сказанное применимо, однако, только к телам, обладающим отличной электропроводностью, в частности к металлическим, железным и железно-никелевым метеоритам.

Если же метеорит состоит из вещества, являющегося хорошим изолятором, то описанные явления почти исчезают. Это объясняется так.

Температура раскаленного воздуха, через который летит метеор, измеряется десятками тысяч градусов. При этом газ превращается в плазму, состоящую из положительных ионов и электронов. Основную энергию нагревания передают метеору отрицательно заряженные электроны. Поверхность метеора заряжается отрицательно. Однако если его вещество обладает хорошей электропроводностью, то заряды уходят с лобовой поверхности и уносятся струей газов.

Если же вещество метеора является электрическим изолятором, отрицательный заряд накапливается на головной части и не позволяет электронам из раскаленного воздуха наносить улары по поверхности метеора.

Это приводит к предохранению поверхности метеора от разрушения и к практически полному исчезновению реактивного эффекта торможения.

Значит, электрический заряд головной части быстро летящего тела существенно изменяет интенсивность его торможения. Это выходит далеко за пределы обычных представлений аэродинамики.

Еще более поразительные явления можно наблюдать, если масса метеорита насыщена растворенным в ней газом или форма метеорита близка к шару. Тогда метеор получает, как правило, интенсивную авторотацию: начинает быстро вращаться вокруг оси, перпендикулярной направлению движения. Поверхностный слой метеорита в головной части сильно прогревается. Когда при вращении прогретая часть слоя попадает в тыльную зону, давление на нее резко падает, и вещество вскипает за счет газового давления, в результате резкой разгрузки. Происходит нечто напоминающее выстрел при открывании бутылки шампанского. Вещество поверхностного слоя с силой выбрасывается в хвостовую зону с пониженным давлением.

Таким образом, возникает система, работающая в конечном итоге как реактивный двигатель, способный не только компенсировать своей тягой сопротивление воздуха движению, но даже увеличить скорость движения метеора.

Этот необычный механизм интересен потому, что наблюдения уже давно выявили существование метеоров, которые движутся практически без потери скорости. Более того, из наблюдений известно, что существуют метеоры с аномально большими скоростями, каких они не могли бы иметь в космическом пространстве, Возможно, это и есть метеоры, самоускорившиеся описанным здесь способом.