Текст книги "К другим планетам"

Автор книги: Павел Клушанцев

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 4 страниц)

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 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?.

КАК УСТРОЕНА РАКЕТА?

Современная ракета – это сложное сооружение.

Почти всю внутренность ее занимают баки с топливом.

В хвостовой части стоит двигатель, соплом назад.

В головной части ракеты помещаются приборы, управляющие ее полетом. Ведь она летит без человека. Там же помещается и «полезный груз» – тот груз, ради доставки которого и совершается полет.

Сзади ракета имеет стабилизатор. Он похож на оперение стрелы или на хвост самолета. При движении в атмосфере он не дает ракете «вилять» из стороны в сторону.

Для поворота в полете есть два способа: или ставят в струе газов, вылетающих из сопла, «газовые рули» – огнеупорные пластинки, которые можно поворачивать, как лодочный руль; или поворачивают самый двигатель. В этом случае управление полетом ракеты напоминает управление лодкой с навесным лодочным мотором. У этих лодок нет обычного руля, а когда нужно повернуть, поворачивают весь мотор вместе с вертящимся под водой винтом.

Ученые применяют ракеты для изучения верхних, самых разреженных слоев атмосферы, куда не может подняться ни самолет, ни воздушный шар. Такие ракеты называются «геофизическими ракетами».

В них помещают фотоаппараты для съемки Земли с большой высоты, приборы для измерения температуры, для того, чтобы захватить образцы воздуха, для исследования солнечного света и много других.

Иногда в ракету помещают животных – собак, мышей, обезьян, кроликов, чтобы узнать, как чувствует себя на больших высотах живое существо.

Вы видите на рисунке, что ракеты эти очень большие. Они бывают с четырехэтажный дом и больше. Весят они много тонн.

Как же летит такая ракета? Взлетает она вертикально, то есть прямо вверх. Скорость ракеты вначале небольшая. Не больше скорости разгоняющейся автомашины. Но уже через несколько секунд она становится равной скорости самолета… потом артиллерийского снаряда.

Вы знаете, что мощность любого двигателя измеряют «лошадиными силами», то есть сравнивают силу двигателя с силой лошади.

Двигатель автомашины «Волга» имеет мощность 70 лошадиных сил.

А двигатель нашей ракеты развивает мощность свыше полумиллиона лошадиных сил!

При взлете работает только «первая ступень». Самая нижняя – вернее, самая задняя ракета. Она толкает перед собой две передние ракеты. Поэтому ее делают большой и очень сильной.

За одну – две минуты она разгоняет «поезд» до скорости примерно 2 километра в секунду. «Поезд» поднимается при этом прямо вверх, далеко за облака, на высоту в несколько десятков километров. Самые плотные слои атмосферы оказываются позади.

Как только топливо в первой ступени все выгорело, она отделяется и падает на Землю. Начинает работать двигатель второй ступени. Ракета, состоящая теперь всего из двух ступеней, продолжает разгон.

Одновременно рули постепенно поворачивают ракету в сторону.

Проходит еще минута-другая, и топливо в баках второй ступени тоже кончается. Но она сделала свое дело. Ракета мчится теперь уже на высоте нескольких сот километров наклонно вверх со скоростью около 5 километров в секунду!

Вторая ступень отцепляется. Остается одна третья, одна головная ракета, самая маленькая.

Некоторое время она летит по инерции, как снаряд, вылетевший из огромной пушки, продолжая подниматься.

У нее еще полные, нетронутые баки с топливом. Включается двигатель, и ракета, уже летя горизонтально, то есть вдоль поверхности Земли, начинает дальше набирать скорость.

6 километров в секунду!.. 7 километров!.. 8 километров!

Двигатель смолк. Баки пусты. Ну и пусть. Больше нам топливо и не нужно. Ракета мчится теперь по инерции в самых разреженных слоях атмосферы с круговой скоростью и не может упасть на Землю.

С помощью многоступенчатой ракеты советские ученые и инженеры запустили 4 октября 1957 года первый в мире искусственный спутник Земли.

Этот день навсегда войдет в историю как день величайшей победы человека над природой.

В этот день человечество сделало первый шаг в космос.

И мы гордимся, что этот шаг совершен нашими, советскими людьми.

ЧТО ТАКОЕ „ИСКУССТВЕННЫЕ СПУТНИКИ ЗЕМЛИ"?

Если мы на высоте в несколько сот километров разогнали ракету вдоль поверхности Земли до круговой скорости, она начинает кружиться вокруг Земли.

Но Земля не стоит на месте. Земля сама мчится вокруг Солнца. И ракета, вращаясь вокруг Земли, вместе с ней тоже мчится вокруг Солнца. Она сопровождает Землю в ее полете.

Она становится «спутником Земли».

У Земли есть один огромный давнишний спутник. Это Луна. Она тоже кружится вокруг Земли и тоже вместе с ней мчится вокруг Солнца. Но Луну не мы сделали. Она «естественный спутник». А ракету сделали мы. Поэтому, в отличие от Луны, про ракету говорят, что она «искусственный спутник».

Для чего запускаются спутники?

Спутники – разведчики космоса.

Ведь перед тем, как человек сам отправится в далекие опасные путешествия на Луну и планеты, надо побольше узнать о космическом пространстве. Зачем рисковать своей жизнью там, где этого можно избежать?

Наблюдая за полетом спутника, можно уточнить силу земного притяжения, можно узнать, где атмосфера «сходит на нет».

На спутниках ставят различные измерительные приборы. С их помощью удается узнать состав солнечных лучей, узнать, что происходит в верхних слоях атмосферы, там, где начинается космос. На спутниках можно поднимать животных, чтобы выяснить, как перенесет живое существо длительный космический полет.

На втором советском спутнике летала собака Лайка.

Все, что приборы, находящиеся на спутниках, «видят», «слышат» и измеряют в космосе, передается на Землю по радио.

Иногда, как это было на втором спутнике, научную аппаратуру ставят прямо в самой ракете, в ее головной части.

А иногда, как например у первого и третьего спутника, аппаратуру помещают в особый, очень прочный и плотно закрытый футляр – «контейнер», который после выхода ракеты на орбиту отделяется от нее и летит дальше самостоятельно. В таком случае именно этот «контейнер» с аппаратурой называют «спутником», а ракету, которая вынесла его на орбиту, «ракетой-носителем».

Спутники можно наблюдать не только с помощью астрономических инструментов, но и невооруженным глазом.

Однако видны они только перед восходом Солнца и сразу после его захода.

Почему так?

Первые советские спутники имели размеры от полуметра до трех с лишним метров. Летали они на высотах от двухсот километров и выше. Даже если взять самый лучший для наблюдения случай, когда самый большой трехметровый спутник летит на самой малой высоте – двести километров, и то днем его увидеть невозможно. Предмет размером в три метра на расстоянии двухсот километров виден так же, как, например, гривенник на расстоянии километра.

Сможете вы увидеть днем, при Солнце гривенник на расстоянии километра? Конечно, нет.

А вот огонек карманного фонарика, имеющий такую же величину, вы ночью за километр увидите легко.

Яркая точка на темном фоне видна гораздо лучше, чем такой же величины темная точка на светлом фоне.

Поэтому и спутник виден, только когда он светлый, на темном фоне.

Когда Солнце садится за горизонт, прежде всего погружается в тень поверхность Земли. Солнечные лучи еще некоторое время после захода освещают горные вершины. Еще дольше освещены Солнцем облака. Потом только вершины облаков.

Но облака – это 5-10 километров над Землей. А спутник летает на высоте сотен километров. И поэтому долго еще после того, как Солнце заходит здесь, на поверхности Земли, там, наверху, оно освещает спутник. У нас уже наступит ночь и станут видны все звезды, а спутник все еще купается в лучах Солнца и бежит по небу, как яркая звездочка.

Потом наступает и его очередь. Через 1Ѕ-2 часа после наступления ночи у нас на Земле погружается в тень и то место, где проходит орбита спутника.

С этого момента спутник становится невидимым.

Часа за два до восхода Солнца спутник снова загорается яркой бегущей звездочкой.

Научившись запускать искусственные спутники Земли, человек сразу же пошел дальше. Он начал решительный штурм космоса.