Текст книги "Циолковский. Жизнь и технические идеи"

Автор книги: Яков Перельман

сообщить о нарушении

Текущая страница: 8 (всего у книги 9 страниц)

Академик А. Н. Крылов, например, высказался недавно о лунном перелете в ракете, как о предприятии совершенно несбыточном: «При современных источниках энергии полет даже на Луну недостижим. Если когда-нибудь сумеют использовать внутриатомную энергию[28]28
  Об использовании энергии атомного распада задумывался и Циолковский. Он рассматривает этот вопрос в своей работе 1926 г.


[Закрыть] или превращать материю в энергию, только тогда станут возможными столь далекие полеты».

Выход из тупика Циолковский и зарубежные теоретики звездоплавания видели в так наз. составных, или ступенчатых, ракетах[29]29
  Этой проблеме посвящена работа Циолковского «Космические ракетные поезда» (1929 г.).


[Закрыть]. Ракетные аппараты подобного типа состоят из нескольких ракет, соединенных так, что отработавшая ракета автоматически отбрасывается и не обременяет корабля своим мертвым грузом. В значительной мере это смягчает остроту затруднительного положения, но все же не устраняет трудностей полностью.

Новый путь к преодолению сейчас указанного основного затруднения предложен был основоположником звездоплавания лишь в последний год жизни.

Последние мысли о ракете

В самом конце 1934 г., под свежим впечатлением сделанного открытия, Циолковский прислал мне следующие взволнованные строки:

«Сорок лет я работал над реактивным полетом, в результате чего дал, по общему признанию, первый в мире, теорию реактивного движения и схему реактивного корабля. Через несколько сотен лет, думал я, такие приборы залетят за атмосферу и будут уже космическими кораблями.

Непрерывно вычисляя и размышляя над скорейшим осуществлением этого дела, вчера, 15 декабря 1934 года, после шести часов вечера я натолкнулся на новую мысль относительно достижения космических скоростей.

Последствием этого открытия явилась уверенность, что такие скорости гораздо легче получить, чем я предполагал. Возможно, что их достигнут через несколько десятков лет и, может быть, современное поколение будет свидетелем межпланетных путешествий.

Таким образом идея 15 декабря приблизила реализацию космической ракеты, заменив в моем воображении сотни лет (как я писал в 1903 г.) только десятками их».

Сбоку письма, на полях, сделана приписка: «Секрет. Хотел Вас порадовать. Когда опубликую – не знаю».

Очевидно, Циолковский желал еще тщательно обдумать свою мысль, прежде чем опубликовать. А спустя несколько месяцев, в мае 1935 г., он прислал мне извлечение из 8-й главы своей последней, неопубликованной рукописи с припиской: «Вот то открытие, о котором я Вам писал». Одновременно изложение сущности работы было послано им в газету «Техника».

Чтобы легче понять, каким образом разрешает Циолковский поставленную задачу (задачу понизить долю массы ракеты, приходящуюся на топливо), предположим ради простоты, что в нашем распоряжении имеется пассажирский ракетный корабль весом, без горючего и без окислителя, в одну тонну. В подобный корабль, объем которого достигает десятка кубометров, можно погрузить 5 тонн топлива. Построение такой ракеты не представило бы особых трудностей: на долю топлива приходится в ней не 99,9 %, а только 83 % массы всей ракеты; это меняет дело весьма существенно.

Итак, у нас имеется ракетный корабль, постройка которого технически возможна; в таком допущении, во всяком случае, нет ничего фантастического. Пусть он сожжет полностью свое топливо, все 5 тонн. Можно вычислить, что тогда корабль должен развить, при самых скромных допущениях, скорость 3000 метров в секунду. Если же наша ракета израсходует половину топливного запаса, то приобретенная скорость будет равна, согласно расчету, только 900 метрам в секунду.

Вообразите теперь, что в полет отправилась не единичная ракета, а целая эскадрилья ракет того же типа. Когда каждая из ракет сожжет половину своего запаса, вся эскадрилья будет нестись правильным строем со скоростью 900 метров в секунду. Пусть в этот момент горение прервется, и затем одна половина ракет перельет свой неизрасходованный запас топлива в полуопорожненные вместилища другой половины эскадрильи. (Такая передача горючего во время полета возможна.) Ракеты, освобожденные от топлива, из строя выбывают; пустые оболочки их опускается на землю.

Теперь эскадрилья состоит только из половины первоначального числа ракет, но зато каждая несет полный 5-тонный запас топлива. Израсходовав его целиком, эскадрилья приобрела бы скорость в 900+3000, т. е. 3900 метров в секунду. Но эскадрилья не сжигает без остатка свой топливный запас; половину его она оставляет неизрасходованным, прибавляя к имеющейся 900-метровой секундной скорости еще такую же. Теперь все ракеты (в половинном составе) летят со скоростью 1800 метров в секунду. Перелив опять топливо из одной половины ракет в другую и отбросив бесполезные опорожненные ракеты, эскадрилья в количестве ¼ первоначального состава обладает полным запасом топлива и скоростью 1800 метров в секунду. По израсходовании каждой ракетой половины топлива, скорость эскадрильи будет доведена до 2700 метров в секунду.

Каждое последующее повторение маневра уменьшает вдвое состав эскадрильи, но увеличивает на 900 метров ее скорость. Ясно, что, повторив маневр достаточное число раз, мы можем получить для последних ракет огромную скорость. Чтобы достигнуть лунной орбиты, ракета должна отправиться в полет со скоростью не менее 11000 метров в секунду. Легко рассчитать, что операцию переливания ради получения такой скорости нужно произвести 9 раз; первые восемь переливаний дадут секундную скорость в 900+8×900, т. е. 8100 метров; после девятого переливания топливо сжигается полностью, и тогда к скорости 8100 метров прибавится уже не 900, а 3000 метров; окончательная скорость будет равна 8100+3000, т. е. 11100 метров в секунду. Зато состав эскадрильи уменьшится в 2⁹, т. е. в 512 раз.

Для пояснения мысли Циолковского прилагаю табличку и наглядную схему.

^{Схема к проекту Циолковского для 16 ракет}

До переливаний	512	900	метров в сек.
После 1-го переливания	256	1 800	метров в сек.
После 2-го переливания	128	2 700	метров в сек.
После 3-го переливания	64	3 600	метров в сек.
После 4-го переливания	32	4 500	метров в сек.
После 5-го переливания	16	5 400	метров в сек.
После 6-го переливания	8	6 300	метров в сек.
После 7-го переливания	4	7 200	метров в сек.
После 8-го переливания	2	8 100	метров в сек.
После 9-го переливания	1	11 100	метров в сек.

Итак, эскадрилья из 512 ракет, путем систематического переливания топлива, может довести скорость своей последней ракеты до той величины, какая нужна для перелета на расстояние Луны. При этом будет израсходовано около 2500 тонн топлива (5×512), но не понадобится вмещать столь значительное количество горючего в одну ракету. Отпадает главная трудность, стоящая на пути к достижению космической скорости.

«Возможно ли переливание или передача элементов взрыва из одного реактивного прибора в другой? – пишет Циолковский в своей последней работе (цитирую по рукописи). – Для аэропланов это было уже осуществлено. Передача предметов удается даже между летящим аэропланом и неподвижной землей, что гораздо труднее вследствие большой разности скоростей. Разность скоростей двух летящих реактивных снарядов путем регулирования взрывания может быть сделана близкой к нулю.

Потребное число ракет значительно бы сократилось при усовершенствовании их, т. е. при увеличении запаса и скорости вырывающихся продуктов взрыва. То и другое возможно и позволит нам получать и при небольшом числе ракет самые высокие космические скорости.

Я хотел показать один из способов увеличить скорость реактивной машины с помощью других таких же машин. Этот прием может дать нам новые достижения».

Возможен, прибавлю от себя, следующий вариант технического осуществления этой счастливой идеи. Разрозненные 512 ракет можно конструктивно соединить в один агрегат. Преимущества проекта сохраняются в полной мере, но процедура переливания топлива значительно упрощается и легко может быть автоматизована; точно так же может быть сделано автоматическим и отбрасывание опорожненных ракет. Выгода соединения еще в том, что агрегат может управляться одним пилотом, между тем как для 512 не связанных ракет потребовалось бы не менее 512 согласованно действующих пилотов[30]30
  Сложность технических приемов переливания в значительной степени обесценивает предложение нашего знаменитого изобретателя. Вероятно, на практике легче будет осуществить одиночные ракетные корабли с более мощным горючим.
  (Прим. ред.)


[Закрыть].

Ракетная проблема в наши дни

Когда свыше тридцати лет назад Циолковский выступил в журнале со своей первой статьей о теории ракеты (1903 г.) и указал на сказочные возможности, которые таит в себе это техническое средство, он был единственный в целом мире человек, научно размышлявший над подобными вопросами. Голос его прозвучал одиноко и замолк, не найдя отклика. Почти столь же незаметно прошло второе его выступление в печати (1911 г.) по вопросу ракетоплавания, хотя на этот раз Циолковский поместил свою обширную работу в специальном воздухоплавательном журнале.

Скоро, однако, о ракетной проблеме начинают думать и за рубежом. В 1912 г. известный деятель французской авиации Эно-Пельтри делает в Париже, во Французском астрономическом обществе, научный доклад о возможности полетов в мировое пространство на аппаратах, устроенных по образцу ракеты.

К концу мировой войны появляется в США замечательное исследование о ракетах американского физика, проф. Годдарда; его вычисления и опыты приводят к заключениям, вполне совпадающим с теоретическими выводами Циолковского, сделанными 15 годами раньше.

Проходит еще несколько лет, и в Германии появляется посвященная ракетным полетам в мировое пространство книга проф. Оберта (1923 г.), которая также подтверждает изыскания Циолковского.

С этого времени ракетная проблема выходит на широкую дорогу. Одна за другой появляются в разных странах книги о ракетном полете, учреждаются объединения работников этой проблемы, производятся многочисленные опыты с ракетами. Испытываются ракетные автомобили, планеры, дрезины, сани. Ставится на очередь вопрос о постройке жидкостной ракеты; появляются в Германии и Америке первые образчики таких ракет и успешно выдерживают испытание в полете, правда, на высоту всего нескольких километров

В СССР заботу о проведении в жизнь ракетоплавательных идей Циолковского взял на себя Осоавиахим. Ведется работа по проектированию и строительству жидкостных ракет с целью исследования высоких областей стратосферы, недоступных для всяких иных средств зондирования атмосферы. Советская литература по ракетному делу по количеству названий и по качеству может считаться передовой.[31]31
  Перечень литературы, как советской, так и зарубежной, приведен в книге «Межпланетные путешествия» Я. И. Перельмана.


[Закрыть]

Наш Союз располагает уже довольно многочисленными кадрами энергичных, сведущих и воодушевленных работников ракетной проблемы. И если за рубежом ракетное дело поощряется капиталистическими правительствами ради важных военных применений, то главной целью усилий советских работников является мирная, культурная служба ракеты – прежде всего, всестороннее изучение стратосферы. В 1935 г. состоялась в Москве конференция по применению ракетных аппаратов для исследования высших слоев атмосферы; конференция заслушала ряд содержательных докладов о проделанных у нас опытных и теоретических работах. Постановлено было строить стратосферную ракету более высокого подъема для научных изысканий.

Великий почин Циолковского, как видим, деятельно поддержан советской общественностью. Нетерпеливым энтузиастам межпланетных путешествий первые этапы продвижения ракетной проблемы могут, пожалуй, казаться слишком робкими. Но нельзя судить о жизненном поприще по первым шагам младенца. Вспомним, как шло развитие авиации. У многих из ныне живущих свежи еще в памяти первые полеты братьев Райт, продолжительностью в десятки секунд и тем не менее правильно оцененные современниками как многообещающее техническое достижение. Если авиация добилась замечательных успехов на протяжении одного человеческого поколения, то можно с уверенностью предсказать, что и сверхатмосферное летание на ракетных аппаратах будет победоносно развиваться от этапа к этапу, идя стремительными темпами к триумфам будущего.

ДРУГИЕ ИДЕИ И ИЗОБРЕТЕНИЯ

сли бывают прирожденные воздухоплаватели, то Циолковского безусловно надо отнести к их числу, несмотря на то, что он ни разу в жизни не летал ни на аэростате, ни на аэроплане. С детских лет до последних дней своей долгой жизни он настойчиво думал о летании, разносторонне и глубоко разрабатывал эту проблему, и мы знаем уже, как много сделал он для летания в воздухе и за пределами атмосферы. Дирижабль и ракета являются самым замечательным и самым важным в идейном наследии Циолковского, но этими двумя техническими комплексами не исчерпываются его изобретательские замыслы. Можно насчитать по меньшей мере еще два десятка технических тем, над которыми размышлял и о которых писал Циолковский, проявляя самобытность и оригинальность своего дарования.

Уже простой перечень красноречиво говорит об их многообразии; список, приводимый далее, начинается с изобретательских предложений в области летного дела, но далее заключает темы и совсем другого характера:

Аэроплан высот

Аэроплан полуреактивный

Стратостат

Гидроплан-крыло

Планер

Скорый поезд

Рельсовый автопоезд

Ходули

Океанская батисфера

Волнолом

Легкий мотор

Парогазовый двигатель

Сжиматель газов

Межпланетная сигнализация

Вода в безводных местностях

Жилище пустынь

Солнечный нагреватель

Комнатный охладитель

Пишущая машина

Система мер

Во всех этих работах Циолковского сказывается свойственный ему стиль. О чем бы он ни писал, какой бы технический предмет ни избирал для обсуждения, он подходит к теме с математическим расчетом и с тщательным вниманием к деталям. Так, в своей работе о стратостатах, доложенной на Всесоюзной конференции о стратосфере при Академии наук (1934 г.), он дает подробную таблицу размеров шаров, веса гондол, подъемной силы, высот подъемов, степени разрежения воздуха и т. п. Работа кончается следующими строками:

«Проникновение через всю атмосферу и за нее, в пустоту, возможно с помощью реактивных аэропланов с запасным кислородом (т. е. с помощью звездолетов). Стратопланы же обычного типа или полуреактивные, использующие кислород атмосферы, не могут достичь пределов атмосферы и тем более – залететь в пустоту. Но они могут конкурировать со стратостатами и, главное – достичь скоростей самостоятельного движения в несколько сот метров в секунду».

Скажем несколько слов о тех летательных машинах, которые упомянуты в сейчас приведенном отрывке. Циолковский предусматривает три новых типа самолета:

1. Аэроплан высот, или стратоплан, с герметически закрытой кабиной, с сжимателем для разреженного воздуха.

Вот его краткое описание:

«Мой стратоплан состоит из трех хорошо обтекаемых корпусов. Они соединены одним общим крылом. Вся система имеет рули направления, высоты и боковой устойчивости. Два крайних корпуса непроницаемы для газов и служат главным образом для помещения людей и горючего. Средний открыт с обоих концов. В нем расположены: воздушный винт, мотор, сжиматель воздуха, холодильник и выхлопные конические трубы. Все это (кроме большого винта) помещено в продольном цилиндре, диаметр которого в два раза меньше среднего поперечника корпуса.

Как же действует этот снаряд? Отчасти как обыкновенный аэроплан, но есть и особенности. Во время полета встречный воздушный поток входит в переднее отверстие среднего корпуса и подхватывается двумя воздушными винтами, вращающимися силою звездного вида моторов. Большой винт гонит воздух по большой трубе, а малый – по малой. Последний охлаждает рабочие цилиндры и весь мотор. Выхлопные газы вырываются в конические трубы, которые потом все вливаются в общее цилиндрокольцевое пространство. При расширении они охлаждаются тем сильнее, чем разреженнее окружающая атмосфера. Предел этого охлаждения 273° холода (абсолютный нуль). К этому кольцевому пространству примыкает другое такое же, куда проникает воздух, текущий в корпусе. Воздух этот сильно охлаждается и затем поступает в сжиматель. Уже отсюда, сжатый, он идет в карбюраторы, где смешивается с горючим и затем вливается в рабочие цилиндры».

2. Аэроплан полуреактивный, использующий отдачу выхлопных газов.

3. Реактивный стратоплан, несущий с собою запас кислорода; он может служить звездолетом.

Особый вид летательного аппарата представляет проектируемый Циолковским исполинский гидроплан-крыло, предназначенный для перелетов над океанами и пустынями через низшие слои атмосферы. Приводим его описание.

«Предлагаемый мною тип гигантского гидроплана-крыла представляет собой летающее и плавающее крыло, в котором помещается экипаж, пассажиры, моторы, горючее и пр.

Крыло не имеет ни башен, в которых обычно находятся двигатели, ни поплавков. Моторы и пропеллеры размещены в верхних частях „крыла“, а нижние части, служащие поплавками, вмещают в себе пассажирские места. Этим достигается лучшая обтекаемость.

Весь корпус крыла разделен на прямые и косые клетки (см. рис. на стр. 160), служащие помещением и могущие быть использованными под пассажирскую каюту, склад горючего и т. д. Число этих клеток доходит до 72. Гидроплан сможет вмещать до 100 пассажиров.

^{Гидроплан-крыло Циолковского}

Гидроплан-крыло обладает большой грузоподъемностью, развивает большую скорость и располагает комфортабельными помещениями для команды и пассажиров. Часовая скорость „крыла“ от 324 до 592 километров в час. Время безостановочного полета от 15 до 23 часов. Радиус действия при полной нагрузке от 7490 до 8494 километров.

На гидроплане-крыле перелет через Атлантический океан совершается в течение одних суток. Взлет и посадку можно производить на воду и на снег».

Привлекала Циолковского и задача исследования «подводной стратосферы», т. е. глубинных слоев океана. С большой обстоятельностью обдумывает он устройство аппарата для глубоководного погружения людей, так называемой океанской «батисферы». Здесь также все подкрепляется вычислениями, ничто не высказывается голословно. Между прочим, Циолковский на основании своих расчетов считает возможным достижение огромных глубин до 8 километров[32]32
  Наибольшая глубина, на которую погружались в батисфере до настоящего времени, 923 метра (погружение американского биолога проф. Вильяма Бийба в 1934 г.). Проектируемая глубина погружения строящегося советского аппарата 2000 метров.


[Закрыть], при условии пользования стальным шаром со стенками толщиной в полметра и с тросами, сделанными из легковесного материала, которые почти утрачивают свой вес в воде.

Примером совершенно неожиданного решения технической задачи может служить проект скорого поезда Циолковского.

Представьте себе прежде всего, что промежуток между рельсами железнодорожного полотна залит бетоном в уровень с рельсами, образуя с ними одну плоскость. Вагон без колес опирается прямо на эту плоскость, но не трется о нее, потому что между полом вагона и полотном дороги накачивается воздух. Благодаря этому, вагон словно покоится на тонком (в несколько миллиметров) слое воздуха, испытывая лишь ничтожное трение. Нетрудно вычислить, что если избыток давления накачиваемого воздуха над окружающим составляет только 10-ю долю атмосферы, то подъемная сила такой воздушной прослойки достигает целой тонны на 1 километр; это впятеро больше, чем требуется для пассажирского вагона. Но роль воздушной прослойки состоит не только в уничтожении трения: вырываясь сзади вагона, воздух оказывает на вагон продольное давление, создающее тягу поезда. Если вагон имеет хорошо обтекаемую форму, то даже при умеренной работе накачивания воздуха может получиться огромная скорость до 1000 километров в час. Такой поезд менее чем в двое суток совершил бы кругосветное путешествие.

^{Поперечный разрез вагона скорого поезда.}

По расчетам изобретателя, поезд может с разбега перелетать без мостов через самые широкие реки, даже через проливы в сотню километров ширины; он может взлетать и вверх, на высоту самых высоких гор. Для безопасности таких перелетов поезд должен иметь органы управления, подобные аэропланным.

Не раз случалось, что мысли, сходные с идеями Циолковского, высказывались и зарубежными специалистами. Мы видели это на некоторых частностях разработки им ракетной проблемы. Произошло это между прочим и с проектом солнечного нагревателя.

«В середине 1919 г., – рассказывает Циолковский в письме ко мне, – я написал работу „Механика в биологии“. В 24-й главе этой работы я описываю подробно прием получения высоких температур с помощью солнечных лучей[33]33
  Привожу выписку из неопубликованной рукописи «Механика в биологии»; сущность изобретения Циолковского из этих строк достаточно ясна. «Представим себе куб, закрытый со всех сторон непроницаемыми для лучей поверхностями с небольшим отверстием по середине одной из блестящих граней, обращенной нормально (т. е. под прямым углом) к лучам светила. Перед кубом на солнечной стороне укрепим собирательное сферическое стекло так, чтобы фокус его лучей пришелся в отверстии грани. Таким образом мы получим много света и энергии через крошечное отверстие. Приход тепла будет велик, расход же ничтожен. Поэтому температура внутри куба будет повышаться, пока расход не сравняется с приходом. В жарких пустынях можно этим способом пользоваться с техническою или кулинарною целью».


[Закрыть]. На днях читаю в журнале („В мастерской природы“, 1923 г.), что берлинским профессором А. Маркузе мой прием приложен к солнечным нагревателям и патентован во многих странах».

Настойчивые размышления, опыты, расчеты, поиски, направленные к всестороннему улучшению жизни человечества, в течение длинного ряда лет приносили изобретателю одни лишь огорчения, «не давали ни хлеба, ни силы». Много надо было твердости духа и бодрой веры в конечное торжество своих идей, чтобы не опускать рук и донести свои замыслы до дней великой пролетарской революции, доставившей признание изобретателю-самоучке.

То, что было несбыточно в капиталистическом обществе царской России, станет возможным на социалистической почве вольного союза народов. Наступит день, когда многие идеи Циолковского воплотятся в преображенной действительности нашей родины и дадут людям ту «бездну могущества», о которой всю жизнь мечтал великий изобретатель.