Текст книги "Путешествие к далеким мирам"
Автор книги: Карл Гильзин
сообщить о нарушении
Текущая страница: 18 (всего у книги 26 страниц)
Для посадки межпланетного корабля на Луну или другое небесное тело, не обладающее атмосферой, но имеющее собственное поле тяготения, нужно погасить скорость корабля относительно этого тела торможением с помощью двигателя.
На строго определенном, заранее рассчитанном расстоянии от поверхности небесного тела нужно включить двигатель корабля, для того чтобы сила реакции струи вытекающих из него газов постепенно снизила скорость корабля до нуля. Если торможение начнется слишком рано, на большом расстоянии от посадочной площадки, то это приведет к значительному перерасходу топлива. Теоретически было бы выгодно погасить всю скорость корабля сразу, чтобы корабль внезапно остановился у самой поверхности планеты, но это, конечно, невозможно, и поэтому при торможении также должны быть использованы максимально допустимые инерционные перегрузки.
Если планета обладает атмосферой, хотя бы даже разреженной, то значительная часть общего торможения корабля при посадке может быть осуществлена путем использования сопротивления, которое оказывает эта атмосфера летящему кораблю. Разреженность атмосферы не служит большим препятствием, ибо торможение происходит на значительных высотах, где давление все равно невелико. Так, например, атмосфера Марса намного разреженней земной, и давление у поверхности Марса соответствует земному давлению на высоте 15–16 километров. Но уже на высоте примерно 28–30 километров давления в марсианской и земной атмосферах одинаковы, а на еще больших высотах давление в атмосфере Марса становится даже больше земного. Поэтому торможение в атмосфере при посадке на Марс вполне возможно. Таким образом может быть сэкономлено значительное количество топлива, но…
Но такая посадка – это в буквальном смысле слова игра с огнем, ибо незначительная ошибка в расчете, ошибка пилота – и корабль может вспыхнуть ярким факелом, так что в лучшем случае поверхности планеты достигнут обугленные и оплавленные остатки того, что было кораблем Вселенной. Судьба метеоров, как говорят, «сгорающих» в атмосфере, то есть разрушающихся в ней под ударами молекул воздуха, встанет грозным призраком перед командиром межпланетного корабля, осмелившимся на риск подобной посадки. [118]118
Надо, конечно, иметь в виду, что скорость корабля, приближающегося к Земле, будет примерно в 5 раз меньше скорости испаряющихся метеоров и, следовательно, его воздушное сопротивление, даже при одинаковой форме, в 25 раз меньше. Кроме того, лобовое сопротивление метеоров, имеющих неправильную форму, конечно, и по этой причине во много раз больше.
[Закрыть]И все же возможность такой посадки нельзя не использовать. Точные знания науки в сочетании с безошибочным автоматическим управлением должны сделать эту посадку абсолютно безопасной.
С явлением нагрева в полете приходится считаться уже сейчас в скоростной авиации. Этот нагрев происходит в результате того, что мчащийся с большой скоростью самолет набегает на неподвижный воздух и сжимает его. Эффект получается такой же, как если бы поток воздуха с большой скоростью набегал на неподвижную поверхность и внезапно останавливался, тормозился этой поверхностью. Кинетическая энергия воздушного потока при таком торможении переходит в тепло, которое подводится к поверхности самолета, увеличивая ее температуру. При малых скоростях полета нагрев практически отсутствует – как известно, кабины самолетов приходится даже искусственно обогревать, потому что на больших высотах царит сильный мороз. По мере роста скорости аэродинамический нагрев самолета становится все бóльшим [119]119
Так как кинетическая энергия пропорциональна квадрату скорости движения, то аэродинамический нагрев также увеличивается с ростом скорости полета пропорционально ее квадрату.
[Закрыть] наконец он не только устраняет необходимость в отоплении кабины, но становится столь значительным, что приходится скорее думать о ее охлаждении.
Уже сейчас в кабинах скоростных реактивных самолетов в некоторых случаях температура поднимается до 100° и более.
Тут, очевидно, уже никакой тренировкой делу не поможешь. Проблема охлаждения кабины летчика становится очень грозной.
Нагрев самолета при полете в воздухе заставляет подумать не только о летчике, но и о самом самолете. Как известно, самолеты строятся из легких и прочных сплавов алюминия и магния. Но прочность таких сплавов очень быстро уменьшается с ростом их температуры. Применять нагруженные детали из этих сплавов можно только до сравнительно невысоких температур, не превышающих примерно 200°. Поэтому дальнейшее увеличение скорости полета с соответствующим увеличением нагрева самолета может заставить отказаться от применяющихся теперь в самолетостроении легких сплавов и перейти на другие, более жаропрочные, но, увы, и более тяжелые материалы.
Вот почему на новейших скоростных самолетах начинают все шире применяться сплавы титана, легкие и сохраняющие прочность при гораздо более высоких температурах. Не зря титан называют иногда металлом будущего в авиации. Вот почему некоторые новейшие самолеты построены из нержавеющей стали. Вот почему в кабинах некоторых из таких самолетов установлены рефрижераторные, холодильные, установки для охлаждения летчика, а заодно и важнейших частей самолета. Подобные установки мало похожи на комнатные холодильники. Их холодопроизводительность достаточна, чтобы охладить в жаркий день средних размеров театр, создав в нем приятную прохладу. [120]120
Эти установки обычно делаются турбинного типа – воздух охлаждается в них, расширяясь в специальной турбине, которая делает иной раз более 100 тысяч оборотов в минуту. Применяются и такие рефрижераторные установки, в которых воздух охлаждается, передавая тепло испаряющемуся теплоносителю, обычно фреону, как это делается и в некоторых комнатных холодильниках.
[Закрыть]
Но, конечно, такие меры не являются радикальными, ибо это не борьба с аэродинамическим нагревом самолета в полете, а приспособление к нему. Грядущее увеличение скорости полета может сделать все эти меры несостоятельными. Ведь уже сейчас в полете стратосферных ракет достигаются температуры во многие сотни градусов. Так, дальняя ракета, о которой мы говорили в главе 6, на нисходящей ветви траектории своего полета нагревается до 700°. [121]121
Кинетическая энергия ракеты весом 20 тонн, движущейся со скоростью 10 километров в секунду, равноценна теплу, выделяющемуся при сгорании 20 тонн высокосортного бензина. Тонна на тонну! Это показывает, как трудно затормозить ракету, рас сеивая выделяющееся при этом тепло.
[Закрыть]
Посадка межпланетного корабля с торможением двигателем.
Совершенно очевидным становится единственно возможный путь устранения перегрева самолета в полете – этот путь, по существу, во многом определяет направление дальнейшего развития авиации. Он заключается в увеличении высотности самолетов. Летать быстро можно только на большой высоте, и чем быстрее, тем, вообще говоря, выше. На больших высотах воздух разрежен. Это уменьшает его сопротивление и, значит, потребную мощность двигателя, которая при полетах с большой скоростью у Земли могла бы стать несоразмерно большой. Вместе с тем на больших высотах нагрев самолета уменьшается. Разреженный воздух сообщает ему меньше тепла, а излучение его самолетом в окружающее пространство увеличивается, поэтому температура поверхности самолета снижается. При космических скоростях полет должен совершаться на очень больших высотах, чтобы не было перегрева. Вероятно, полностью эта опасность будет исключена на высотах порядка 100 километров. Именно на этих высотах появляются обычно вспышки метеоров. Холодные небесные камни врываются в атмосферу со скоростью в десятки тысяч километров в час. В результате аэродинамического нагрева камни сильно раскаляются и в большинстве случаев испаряются, превращаясь в раскаленный, светящийся сгусток газов и паров, который мы и видим как «падающую звезду». Точнее говоря, светится главным образом подушка уплотненного и раскаленного воздуха, мчащаяся перед метеором. Температура в ней достигает 200 000°, давление – сотен атмосфер. Только наиболее крупные метеориты, или же обладающие меньшей скоростью, достигают поверхности Земли. Поэтому так сравнительно редки случаи падения на Землю метеоритов, в колоссальном количестве врывающихся ежедневно в земную атмосферу.
График зависимости температуры нагрева самолета от скорости полета и высоты.
Кстати сказать, если до последнего времени метеоритами интересовались только астрономы, работающие в области метеоритики, то теперь они привлекают большой интерес специалистов по ракетной технике и астронавтике. Это неудивительно, ведь метеориты – единственные пока «космические корабли», совершившие «посадку» на Землю. И нужно сказать, что в общем эта посадка происходит довольно благополучно. Как установлено специальными исследованиями, железные метеориты теряют сравнительно небольшую массу на испарение, да и прогрев их оказался неожиданно малым, всего на глубину нескольких миллиметров, хотя поверхность метеорита нагревается до нескольких тысяч градусов и оплавляется. Чем это объясняется? Может быть, секрет заключается в специфической структуре, то есть строении, железных метеоритов? Не зря этим так интересуются сейчас металлурги, которым предстоит создавать сплавы для ракет и космических кораблей.
Технику посадки корабля на Землю можно представить себе следующим образом, хотя, конечно, окончательная разработка этой проблемы может быть сделана только после получения гораздо большего опыта полета самолетов и ракет в верхних слоях атмосферы. Корабль должен приближаться к Земле под малым углом к ней, чтобы поле земного тяготения вначале мало сказывалось на его скорости. Вот почему посадка, как указывалось в предыдущей главе, должна напоминать горизонтальный выстрел из пушки. Затем включается двигатель, и скорость корабля в результате торможения его реактивной струей постепенно снижается. В связи с уменьшением скорости корабля траектория его становится более крутой, и двигатель выключается. Этому может соответствовать высота порядка 50 – 100 километров. Дальнейший спуск происходит с использованием аэродинамического торможения, в чем большую роль играют крылья корабля. Дополнительное увеличение тормозящего эффекта может быть получено с помощью аэродинамических тормозов, широко применяющихся в авиации закрылков, и т. п. Могут быть применены и специальные парашюты для торможения, которые уже применяются в авиации.
Траектория посадки межпланетного корабля. Скорость гасится торможением в атмосфере.
Посадочный планер, предложенный Кондратюком, входит в земную атмосферу.
Когда скорость корабля уменьшится до 100–150 метров в секунду, он начинает вертикальный спуск на парашюте, кормой вперед, причем скорость снижения постепенно падает до 10–15 метров в секунду. Вблизи Земли летчик корабля на короткое мгновение снова включает двигатель, последний толчок, гасящий остатки скорости, – и корабль тихо и плавно садится на амортизированные опоры.
Вместо первоначального гашения скорости корабля при приближении к Земле с помощью двигателя можно и его осуществить, используя сопротивление атмосферы, как было предложено еще Циолковским, а затем Кондратюком, Цандером и другими. Для этой цели корабль должен совершать многочисленные полеты вокруг Земли по все укорачивающимся эллиптическим орбитам. Пролетая вблизи Земли, он будет постепенно гасить свою скорость в результате сопротивления атмосферы. Для необходимого снижения скорости должно быть сделано много таких кругосветных облетов, и хотя они не связаны с расходом топлива, но опасны и утомительны. Может оказаться, что одним только аэродинамическим торможением вообще нельзя будет ограничиться, в особенности в первое время, из-за нагрева, который может привести к расплавлению металлических стенок корабля.
Вероятно, целесообразнее будет при посадке на Землю примерно половину всей скорости корабля погасить с помощью двигателя, а остальную половину – в результате аэродинамического торможения. Реально будет, в особенности на первое время, если мы увеличим идеальную скорость межпланетного корабля при взлете с Земли на 5–6 километров в секунду, имея в виду обратную посадку, то есть, попросту говоря, возьмем с собой соответственно больше топлива.
Эта затрата топлива будет сведена к минимуму, когда в будущем – по мере развития науки, изучения явлений теплопередачи в условиях полета межпланетного корабля в верхних слоях атмосферы, получения более жаропрочных конструкционных материалов и усовершенствования систем охлаждения – можно будет осуществить всё или почти всё торможение корабля только за счет аэродинамического сопротивления. При этом не будет необходимости строить весь корабль из особо жаропрочных материалов. Достаточно будет изготовить из этих материалов только определенные участки поверхности крыла.
Для такой посадки корабль должен иметь совершенные аэродинамические формы, что возможно будет осуществить, вероятно, только при использовании идеи Кондратюка о посадочном планере. По этой идее межпланетный корабль при приближении к Земле освобождается от всех ставших ненужными частей конструкции, превращаясь в небольшой посадочный планер, имеющий кабину для экипажа, крыло и органы управления. Возможно, что рациональной окажется посадка корабля на поверхность какого-нибудь большого водоема.
Конечно, при конструктивной разработке посадочного планера будут использованы все достижения, которые к тому времени накопит авиация. В частности, не исключена посадка планера на тяжелый самолет-носитель, как это уже осуществляется в авиации для легких самолетов-истребителей, которые могут в полете отделяться от несущих тяжелых самолетов-бомбардировщиков и снова совершать «посадку» на них. Точно так же может быть использован опыт создания самолетов вертикального взлета и посадки; в настоящее время уже разработано немало опытных самолетов подобного рода, и этой проблеме уделяется большое внимание.
Есть все основания считать, что командир межпланетного корабля, приближающегося к Земле, сможет обеспечить его посадку в любом заданном пункте земной поверхности. Значит, корабли смогут взлетать и садиться в подмосковном космопорте с таким же успехом, как и самолеты во Внуковском аэропорте. Все-таки приятно знать, что после «поездки» на Марс окажешься у самого дома и специальным экспедициям не придется разыскивать тебя по всему земному шару.
Тот же планер при посадке на аэродроме.
Глава 18ТРОЙНОЙ ПРЫЖОК
Тройной прыжок… Одно из самых красивых легкоатлетических упражнений, в котором сочетаются сила, ловкость, изящество, точный расчет.
Вот прыгун разбегается по сорокаметровой дорожке. Толчок от деревянного бруска – и спортсмен уже в воздухе. Но это не просто прыжок в длину. Коснувшись земли, прыгун снова отталкивается от нее. Используя накопленную скорость, он как бы летит в воздухе, перебирая ногами, взмахивая руками, весь вытянувшись вперед, как птица. И снова, уже в третий раз, взвивается спортсмен в воздух. Третий, заключительный прыжок – рекорд поставлен!
Но какое все это имеет отношение к астронавтике? Уж не является ли тройной прыжок, чего доброго, лучшим видом спортивной тренировки для будущих астронавтов в соответствии с новейшими достижениями науки о межпланетном полете?
Нет, дело совсем в другом. Мысль о тройном прыжке действительно приходит в голову в связи с некоторыми последними достижениями астронавтики, но речь здесь идет совсем не о спортивной подготовке будущих экипажей межпланетных кораблей.
Выше уже не раз указывалось, что наиболее выгодный межпланетный полет – это полет ступенчатый, с пополнением запаса топлива в пути, для чего могут быть использованы естественные или искусственные спутники планет. Легко понять, почему это так. Ведь если сразу взять на корабль все необходимое топливо, то большую часть его придется израсходовать на само это топливо, на его разгон или торможение. Другое дело, если «лишнего» топлива на корабле не будет.
Выгодность такого ступенчатого метода полета можно оценить на примере полета все на тот же Марс.
Пусть сначала наш корабль, стартующий с Земли в далекий путь к Марсу, имеет на борту весь запас топлива, необходимый для осуществления этого полета. Примем, что идеальная скорость для полета с Земли на Марс, посадки на нем и возвращения на Землю составляет 45 километров в секунду. При скорости истечения газов из двигателя 4 километра в секунду, которую можно рассчитывать получить в течение ближайшего десятилетия, необходимое отношение масс корабля (взлетной массы к массе корабля после выработки всего топлива) должно равняться в соответствии с формулой Циолковского примерно 76 тысячам. Это значит, что на тонну веса самого корабля при взлете должно приходиться примерно 76 тысяч тонн топлива. Конечно, построить такой корабль нельзя. Максимально возможное значение отношения масс для многоступенчатого корабля можно принять, вероятно, не больше 150. Значит, такой полет на Марс неосуществим.
Облегчим теперь задачу, допустив, что на Марсе имеется поселение людей и организовано производство ракетного топлива. Это значит, что идеальная скорость корабля при взлете с Земли должна теперь быть примерно вдвое меньшей. При этом отношение масс корабля при взлете с Земли будет уже равным только 275, да при взлете с Марса в обратный путь на Землю столько же, то есть всего 550. Вместо 76 тысяч тонн топлива на тонну веса корабля – всего 550. Вот какой огромный скачок!
А теперь попробуем использовать для заправки топливом не только Землю и Марс, но и их спутники – Луну и Деймос. Наш корабль совершит при этом как бы тройной прыжок в мировое пространство – с Земли на Луну, потом на Деймос и только затем уже на Марс.
Можно принять для расчета следующие значения идеальной скорости: для полета с Земли на Луну и обратно – по 16 километров в секунду; для полета с Луны на Деймос и обратно – по 9 километров в секунду; для полета с Деймоса на Марс и обратно – по 6 километров в секунду. При все той же скорости истечения, равной 4 километрам в секунду, это потребует следующих значений отношения масс корабля: для полета с Земли на Луну – 55; для полета с Луны на Деймос – 9,5; для полета с Деймоса на Марс – 4,5; или всего на весь полет
2 × 55 + 2 × 9,5 + 2 × 4,5= 138.
Это значит, что всего будет израсходовано на полет 137 тонн топлива на 1 тонну веса корабля, причем одновременно на корабле должно быть запасено не более 54 тонн из этих 137.
Такой полет осуществим, хотя он и не прост, причем если бы иметь вместо массивной Луны небольшой искусственный спутник Земли, то эффект был бы еще более разительным. Вот какое преимущество дает тройной прыжок в Космос! Но это еще не все.
Вся космическая трасса разбивается при таком полете на три участка: полет в поле тяготения Земли, полет в поле тяготения Марса и связывающий эти два участка полет в поле солнечного тяготения – основной по продолжительности и дальности.
Условия полета корабля на каждом из этих участков оказываются различными. И легко видеть из-за чего. Конечно, все дело в силе тяжести.
Корабль, летящий на обоих крайних участках трассы, то есть совершающий взлет или посадку на Земле или другой планете, вынужден преодолевать мощное притяжение к ней. Другое дело – корабль, летящий на основном, среднем участке трассы. На такой корабль действует только притяжение к Солнцу. Но вследствие большого расстояния от Солнца притяжение к нему гораздо меньше, чем притяжение к любой планете вблизи ее поверхности. Вблизи Земли, например, притяжение к Солнцу меньше, чем притяжение к Земле, в 1650 раз.
Однако кораблю далеко не безразлично, какую силу тяжести ему приходится преодолевать, – от этого зависит и то, какой двигатель должен быть установлен на корабле, и сама конструкция корабля, и даже его внешний вид. Корабль, летящий на крайних участках космической трассы, должен был бы сильно отличаться от корабля, совершающего полеты на среднем участке этой трассы.
Но возможно ли, чтобы межпланетный корабль в полете менял свой вид, становился совершенно другим?
Нет, конечно, сделать это вряд ли возможно. Зато можно заставить летать на разных участках трассы не один и тот же, а разные корабли. В этом случае межпланетные путешественники должны будут совершать в пути две пересадки, причем для них наиболее целесообразно использовать межпланетные станции – искусственные спутники Земли и планет, как это и предлагал Циолковский.
На одном корабле пассажиры взлетят с Земли, затем на спутнике пересядут на другой корабль, совершающий рейсы между этим спутником и спутником Марса, например, а оттуда уже третий корабль доставит их на самый Марс. Не правда ли, подобное путешествие будет еще более похоже на тройной прыжок, совершаемый межпланетными путешественниками в мировом пространстве?
Такой метод осуществления межпланетного полета открывает совершенно новые и замечательные возможности, помимо уже отмечавшихся выше преимуществ использования искусственных спутников. Эти возможности таятся в особенностях полета на среднем участке космической трассы, в поле одного только солнечного тяготения.
Если корабль, взлетающий с Земли, должен иметь мощный двигатель и быть очень прочным и, значит, тяжелым, то корабль, совершающий рейсы между искусственными спутниками, может быть легким и иметь двигатель, развивающий очень небольшую тягу.
Понятно, почему это так. Ведь двигатель корабля, взлетающего с Земли, должен развивать такую тягу, чтобы ускорение корабля по крайней мере в 3–4 раза превышало ускорение силы тяжести на Земле. Но это значит, что тяга двигателя должна по крайней мере настолько же превосходить вес корабля. Если корабль весит при взлете, например, 500 тонн, что для межпланетного корабля вовсе не так много, то его двигатель при взлете должен развивать тягу более 2000 тонн. Естественно, что двигатели такой огромной тяги должны иметь большие размеры и вес.
Чем больше и тяжелее двигатель, тем больше и тяжелее сам корабль. Но не только поэтому корабль, взлетающий с Земли, неизбежно получается очень тяжелым. Результатом огромных ускорений при взлете корабля с Земли являются большие силы инерции, действующие на корабль. Чтобы выдержать эти инерционные перегрузки, корабль должен быть прочным и, значит, массивным, тяжелым.
Иная судьба у корабля, совершающего хоть и длительные, но легкие «прогулки» между спутниками на среднем участке трассы. Солнце притягивает его с небольшой силой, и преодолеть ее не так уж трудно. Двигатель корабля может иметь поэтому небольшую тягу, а сам корабль, не нагруженный большими силами инерции, может быть очень легким. Форма такого корабля, не совершающего полет в земной атмосфере, может быть избрана любой. Это, в частности, значительно упростит задачу создания искусственной тяжести на корабле, которая, вероятно, окажется необходимой именно на среднем участке трассы, как самом продолжительном.
Но если двигатель корабля, совершающего рейсы между орбитами искусственных спутников, должен иметь очень небольшую тягу и работать в течение длительного времени (чтобы значительно увеличить скорость корабля при малом ускорении), то невольно напрашивается мысль, нельзя ли в этом случае применить какой-нибудь другой реактивный двигатель вместо жидкостного ракетного. Ведь жидкостный ракетный двигатель тем именно и характерен, что способен развивать огромную тягу в течение сравнительно короткого времени, что и делает его особенно подходящим для кораблей, совершающих полет вблизи планет. Здесь же условия совсем иные, поэтому и свойства двигателя должны быть другими.
Еще Циолковский рассматривал различные возможные двигатели для этой цели. Ряд предложений появился и после Циолковского, но обычно все они отвергались, так как подобные двигатели не годились для полета вблизи Земли. Тройной прыжок, как мы видим, открывает широкие возможности в этом направлении.
Прежде всего возникает мысль, нельзя ли использовать для полета межорбитного корабля силу давления солнечных лучей? Существование этого давления было экспериментально подтверждено русским физиком П. Н. Лебедевым еще в 1900 году. Для того чтобы установить наличие такого давления и измерить его величину, Лебедеву пришлось осуществить тончайший эксперимент, поразивший даже тех, кто знал выдающиеся способности Лебедева как блестящего экспериментатора. Тонкость этого эксперимента связана с очень малой силой светового давления. Солнечные лучи давят, например, на пластинку, поставленную поперек их распространения на таком расстоянии от Солнца, как и Земля, с силой, равной примерно полкилограмма на квадратный… километр! Это очень малая сила, [122]122
Приведено значение для абсолютно черного тела, поглощающего все лучи. Если имеется идеальное зеркало, отражающее все лучи, то давление удваивается.
[Закрыть]но все же она играет большую роль в природе. Световое давление отворачивает от Солнца хвосты комет; оно же, как предполагают, имеет важное значение в жизни звезд, в частности ограничивая их максимальный размер.
Тройной прыжок.
Расчеты, связанные с использованием давления солнечных лучей для передвижения межпланетных кораблей в поле солнечного тяготения, были произведены Цандером. Используя тончайшие пластинки металла, можно снабдить корабли зеркалами огромной поверхности, отражающими солнечные лучи. Толщина этих листов металла может составлять тысячные доли миллиметра. Зеркало из тончайших, допустим алюминиевых пластинок, укрепленных на проволочном каркасе, может быть очень легким. По расчетам Цандера, при поверхности в 0,1 квадратного километра вес зеркала составит примерно 300 килограммов. Однако такое зеркало создаст силу всего в 50 граммов. Под действием этой силы скорость корабля весом 50 тонн (на Земле) будет увеличиваться каждую секунду всего на одну сотую миллиметра в секунду. Нет, очевидно, давление солнечных лучей неспособно разогнать межпланетный корабль даже в поле одного только солнечного тяготения.
Но если солнечные лучи, падающие на корабль извне, неспособны решить эту задачу, то, может быть, ее можно решить, используя давление световых лучей, которые будет испускать сам корабль? Если установить, скажем, на корабле мощный прожектор, то пучок света, отбрасываемый им, создаст реакцию точно так же, как оказывает давление пучок солнечных лучей, падающий на зеркало. Однако и эта реакция слишком мала, чтобы можно было создать световую ракету. Чтобы увеличить силу реакции светового пучка, нужно нагреть поверхность, излучающую этот пучок, до температуры в миллионы градусов. А это, конечно, невозможно.
Правда, для излучения света не обязательно должна иметься нагретая поверхность, существуют и другие методы получения светового излучения. Известна, например, так называемая хемилюминесценция – явление излучения света, сопровождающее некоторые химические реакции. При этом в световую энергию преобразовывается непосредственно химическая энергия вещества, а не тепловая энергия, как при обычном тепловом излучении. Однако до настоящего времени неизвестны химические реакции, которые сопровождались бы излучением световой энергии нужной нам интенсивности.
Наука знает, правда, и метод получения светового излучения огромной интенсивности без участия тепловой энергии. Это световое излучение связано с некоторыми ядерными превращениями вещества. Известно, например, что работающий атомный котел является мощным источником так называемого гамма-излучения, которое представляет собой такое же электромагнитное излучение, как и свет, но только с гораздо меньшей длиной волны, то есть более жесткое. Другой пример связан с явлением так называемой «аннигиляции» (этот термин, означающий буквально «уничтожение», не очень удачен), происходящим, например, при столкновении обычного отрицательного электрона с положительным (позитроном). В результате такого столкновения обе эти элементарные частицы исчезают, излучая два кванта света – фотоны большой интенсивности. Принципиально возможен такой же процесс «аннигиляции» более массивных частиц, при котором интенсивность светового излучения будет соответственно большей. Можно представить себе пока еще не существующий ядерный реактор, в котором будет происходить упомянутый выше процесс «аннигиляции» массивных частиц с соответствующим излучением огромных световых потоков. Это, правда, только принципиальная схема, далекая от практического осуществления. Когда эти процессы будут открыты и осуществлены, появится реальная возможность создания ракетного двигателя, в котором тяговая сила будет создаваться мощным потоком излучаемых в одном направлении фотонов.
Такая, как ее называют, фотонная ракета представит идеальные возможности для осуществления сверхдальних космических полетов, полетов к звездам. Тяга, создаваемая фотонной ракетой, будет относительно небольшой, но для полетов в межзвездном пространстве, вдалеке от массивных небесных тел, большая тяга и не понадобится. Однако это пока еще весьма отдаленная перспектива астронавтики, дело довольно далекого будущего. Приходится признать, что для создания реактивной тяги, движущей межпланетный корабль, пока еще нужно обязательно отбрасывать вещество. Излучение обладает для этого слишком малой массой.
В обычном жидкостном ракетном двигателе, как мы знаем, отбрасываемым веществом являются молекулы газов, продуктов сгорания топлива. Чтобы газы вытекали с большой скоростью, в двигателе должно быть создано высокое давление. Количество газов, вытекающих каждую секунду, должно быть большим, иначе тяга будет невелика.
Но двигатель межорбитного корабля должен развивать, как мы видели, небольшую тягу. Это позволяет использовать такой двигатель, в котором происходит отброс гораздо меньшей массы, чем в жидкостном ракетном двигателе, но зато с гораздо большей скоростью. Чтобы заставить вытекать из двигателя вещество с большой скоростью, можно воспользоваться вместо силы давления электрическими силами.
Форма межпланетного корабля, совершающего полеты вне земной атмосферы, может быть и неудобообтекаемой.
Можно, повидимому, использовать так называемую атомную псевдоракету, то есть силу реакции продуктов атомного распада, вытекающих из двигателя. Понятно, что осколки атомных ядер, вылетающих из такого двигателя, будут обладать огромной скоростью.
Другим из возможных реактивных двигателей этого рода является электронный или ионный двигатель. В этом двигателе реактивная тяга создается в результате истечения из него частиц вещества, имеющих электрический заряд, – электронов или ионов. Эти частицы разгоняются до большой скорости с помощью действующих на них электрических и магнитных полей.
Такой разгон электрически заряженных частиц широко применяется в технике. Достаточно указать на обыкновенный электрический ток, текущий по проводникам. Иногда в специальных лабораторных установках (так называемых ускорителях, например, циклотронах и др.) удается разгонять электрически заряженные частицы до огромных скоростей – в десятки и даже сотни тысяч километров в секунду.
Принцип устройства фотонной ракеты.
Идея электрического ракетного двигателя не является новой, она принадлежит Константину Эдуардовичу Циолковскому и высказана им в 1911 году.
В своей работе «Исследование мировых пространств реактивными приборами», опубликованной в 1911 году в журнале «Вестник воздухоплавания», Константин Эдуардович писал:
«Может быть, с помощью электричества можно будет со временем придавать громадную скорость выбрасываемым из реактивного прибора частицам. И сейчас известно, что катодные лучи в трубке Крукса, как и лучи радия, сопровождаются потоком электронов, масса каждого из которых, как мы говорили, в 4000 раз меньше массы атома гелия, а скорость достигает 30 – 100 тысяч километров в секунду, то есть она в 6 – 20 тысяч раз больше скорости обыкновенных продуктов горения, вылетающих из нашей реактивной трубы».
