Читать книгу "О космосе"

Все сооружения, скафандры, орудия, оранжереи или жилища – все должно быть сделано и испытано заранее на Земле. Вся работа в эфире на первое время ограничивается лишь сборкой готовых частей. Первые колонии должны основываться на счет своей планеты, тем более что и материалов поблизости Земли, вероятно, никаких нет (можно только захватывать составные части разреженной атмосферы, но этого недостаточно). Хорошо, если колонии на первых порах не будут хотя нуждаться в кислороде и пище. Но начало техники возможно и тут. Еще менее колонии будут нуждаться в помощи, когда поселятся в поясе астероидов, между Марсом и Юпитером, где не может быть нужды в сыром материале. Здесь поселения получат не только множество планеток, дающих сколько угодно вещества и не стесняющих своею тяжестью, тут не только мы получим солидное положение, но и ужасающие пространства с солнечной энергиею, общее количество которой в две тысячи миллионов раз больше того, которое получает сейчас наша планета. Температуру же в поясе астероидов можно довести простым способом (описанным давно в моих рукописях и патентованным Маркузе) до 20° Цельсия и больше. Сложными способами и зеркалами она может быть доведена до температуры Солнца, а путем электричества еще выше. Но ничто не мешает нам переселиться и ближе к Солнцу, где его сила в десятки и сотни раз больше, чем на Земле. Температура в наших руках. Массы вещества найдутся и между орбитами нижних планет.

Про испытания

Очень важно удостовериться в надежности и безопасности техники, которая отправляется в космос. Контролю подлежит буквально все. Если что-то случится с техникой в космосе или в процессе полета ракеты, это может закончиться катастрофой и гибелью людей, а обломки могут упасть на жилые дома (если вдруг взорвется ракета или космический аппарат сойдет с орбиты). Как мы знаем, перед первым полетом человека в космос проводились пуски ракет с животными, во время таких полетов проверялась техника, определялись безопасные условия полета человека, отрабатывались процессы старта, полета и возвращения на землю, т. е. проводились масштабные испытания всех систем. На заре космонавтики далеко не все эти испытания завершались успешно. Но несмотря на неудачи, благодаря огромному труду специалистов конструкции ракет и двигателей, космических кораблей были доведены практически до совершенства, и сейчас риск крупной аварии при полете в космос сведен к минимуму.

При проектировании ракет, космических кораблей и станций закладывается многократный предел прочности конструкции, системы дублируются для снижения рисков отказа или поломки. Ну а если что-то сломается на орбите, то принимаются оперативные меры для снижения риска для экипажа и принимаются меры по устранению неисправности средствами, которые имеются на корабле или станции, если же таковых нет, они доставляются на станцию ближайшим «рейсом».

Мы говорили, что борьбы с природой почти нет. Но бороться с давлением газов, убийственными лучами Солнца, с несовершенною природою человека и растений необходимо. Воевать за комфорт, знание, усовершенствования людей и т. д. неизбежно. Борьбы много, хотя она и не так мелочна, как на Земле.

Развитие в эфире промышленности (индустрии) в самом широком смысле этого слова. Первые земные животные зародились в воде. Она устраняет тяжесть, т. е. разрушающую силу, которая особенно была вредна первым нежным организмам. Тяжесть уничтоженная, противодействием жидкости, уже не мешает неограниченному развитию размеров водных существ (как растений, так и животных). Таким образом, водные существа должны бы достигнуть значительного объема, а значит, и такого же объемистого мозга. Они бы поэтому должны сделаться господами планеты. Почему же этого не вышло, почему опередили сухопутные? Главная причина заключается в невозможности поддерживать в жидкости высокую температуру, необходимую для промышленных целей. Водные животные, ушедшие из моря, чтобы превратиться в наземных, понемногу достигли господства над земным шаром, хотя сначала и были очень слабы. Но конкуренции на суше не было, и потому они, борясь только между собой, могли достигнуть высшего развития. Одна из причин их преобладания в том, что они могли получить огонь и родить индустрию. Другая причина отсталости водных – поглощение водой солнечной энергии. Они не могли ей пользоваться в такой же степени, как сухопутные. Они не имели твердой опоры, так как дно большинства океанов было недоступно глубоко и погружено в полнейший мрак. Третья отсталость происходит от недостатка кислорода в воде и невозможности поддерживать наиболее благоприятную для жизненных процессов температуру в самом корпусе существа – и в силу малости кислорода, и в силу охлаждающего влияния плотной и теплоемкой среды. Свободное движение в ней также затрудняется массивностью воды. Не было и материала для индустрии, если не считать береговых и мелководных пространств, ограниченных площадью, полутемных и покрытых полужидкими наносами.

Выход на воздух и борьба с тяжестью могли начаться у водных уже после развития мускулатуры. Борьба эта была трудна, но победа была в конце концов одержана. Также будет одержана победа и при переходе существ из воздуха в эфир. Для перехода на сушу нужны были мускулы, а для перехода из воздуха в пустоту – развитие промышленности, в особенности моторной. На Земле, в среде тяжести, она подвигается медленно, хотя воздух для этого лучше воды. Еще удобнее для развития культуры эфирное пространство, в особенности свободное от разрушительной и ограничительной силы тяжести. Такому условию больше всего удовлетворяют изолированные от планет поселения или крохотные астероиды. Тут и обилие материала, и незаметная тяжесть, и девственный солнечный свет, и безграничное и доступное пространство, и солнечная энергия, превышающая земную в 2 миллиарда раз, и свобода перемещения на все шесть сторон – даже до иных солнечных систем.

Здесь можно непосредственною силою Солнца с помощью зеркал и стекол получить огненные очаги любой величины, с температурою от 273° холода до 6000° тепла. Преобразованием солнечной энергии в механическую, а затем в электрическую можно получить до 20 тысяч град. и более.

Сильнее всего отнимает тепло от нагретых тел водная среда, но и воздух мешает сильному нагреванию или охлаждению тел. Он также окисляет поверхность обрабатываемых предметов, сжигает их или препятствует их сохранению и сплавлению (свариванию) в одно целое. В пустоте этого минуса для промышленности нет.

Тяжесть также страшно мешает строительству, развитию техники, действию машин, перемещению и социальному общению.

Понятно поэтому, почему в поясе маленьких планеток (где тяжесть легко одолима самым слабым движением), в эфире, в царстве непрерывного света и шестистороннего простора, индустрия и эволюция разумных существ, не ограниченных размерами мозга, должны достигнуть неслыханных успехов.

Единственное затруднение – отсутствие воздуха и производимого им давления на тело, которое стало необходимостью для животных. Потом существа приспособятся и к этому, но сначала придется иметь дело с искусственной атмосферой для растений и людей. Пустота и девственный солнечный свет убивают. Противоядием послужат: хорошо изолированные многокамерные жилища, скафандры и искусственный подбор существ. Кислород <…>, вода, металлы и другие необходимые вещества находятся почти во всех камнях. Надо только их извлечь. Цели индустрии в эфире, в общем, такие же, как и на Земле, только много обширнее, несмотря на то, что человеку не нужны будут ни одежды, ни мебель, ни многое другое.

Земная подготовительная ракета. Площадка для pазбега. Полотно. Мотор. Сопротивление воздуха. Трение. Мы видели, что ракета еще на Земле должна приобрести некоторую скорость, чтобы сразу лететь горизонтально или наклонно, восходящим путем. Чем больше будет полученная от разбега скорость, тем лучше. Желательно, чтобы снаряд не тратил при этом своей запасной энергии в образе взрывчатых веществ. А это возможно только в том случае, если наша ракета будет приведена в движение посторонней силой: автомобилем, пароходом, локомотивом, аэропланом, дирижаблем, газовой или электромагнитной пушкой и проч. Известные готовые способы не могут дать скорости больше 100–200 метров в секунду, так как ни колеса, ни воздушные винты не могут без разрыва вращаться быстрее. Скорость их по окружности можно довести до 200 метров – не более. Значит, эту скорость (720 километров в час) не могут превзойти обычные орудия передвижения. Для начала, пожалуй, и этого много. Но мы будем стремиться сообщить ракете возможно большую предварительную скорость, чтобы она сберегла свой запас взрывчатого материала для дальнейшего полета, когда она уже оставит свой твердый путь. Отсюда видно, что для приобретения снарядом скорости, большей 200 метров, нужны особые приспособления. Газовые и электромагнитные пушки на первое время мы должны отвергнуть, как сооружения чересчур дорогие, многомиллионные, вследствие их большой длины. В короткая же относительная тяжесть (толчок) все убьет и изломает. Самый простой и дешевый в этом случае прием – ракетный, реактивный. Мы хотим сказать, что наша космическая ракета должна быть вложена или поставлена на другую земную, которая, не отрываясь от почвы, и сообщит ей желаемый разбег. Для земной ракеты нужен плоский прямолинейный наклонно восходящий путь.

Земная подготовительная ракета

В этом разделе Константин Эдуардович рассматривает процесс старта ракеты, горизонтального или под небольшим углом, который, как считал ученый, выгоднее вертикального.

Для такого старта ученый предлагает особую «подготовительную ракету», суть которой в том, чтобы разогнать основную космическую ракету до максимума, чтобы она приобрела затем необходимую скорость – первую, вторую или третью.

Как мы знаем, современные ракеты состоят из нескольких ступеней, которые по сути и есть «подготовительные ракеты», разгоняющие космический корабль до нужной скорости и выводящие его на орбиту. Вообще, ракета – это только транспорт для доставки (а также разгона до необходимой скорости) космического корабля на орбиту, поэтому она и называется ракетой-носителем.

Воздушные винты невозможны и не нужны. Их тяга заменяется задним давлением взрывающихся в трубе газов. Колеса для облегчения трения не годны. Земная ракета двигается, как сани.

Трение твердых тел представляет довольно значительное сопротивление, даже если облегчается смазкой. Например, коэффициент трения для железа по сухому чугуну или бронзе (и обратно) составляет около 0,2. Это значит, что снаряд весом в одну тонну приводится в движение на горизонтальной плоскости силою, не меньшею 0,2 тонны, или 200 килограмм. Такова величина трения для давлений, не превышающих 8–10 килограмм на кв. сантиметр трущейся поверхности. При большем напоре коэффициент трения возрастает почти пропорционально. Представим себе железную или медную пластину, высотою не более 10 метров. Она рождает трение, соответствующее данному коэффициенту. Если же толщина пластины будет вдвое больше, то и коэффициент трения увеличится вдвое (0,4). При глубине этого металлического поля в 40 метров уже повреждается при его скольжении путь (чугунная или бронзовая основа – дорога, по которой движется пластина).

Замечательно, что коэффициент трения с увеличением скорости трущихся тел уменьшается раза в 4 и более (в узких пределах опыта). При обыкновенном давлении, не нарушающем указанные пределы, и при обильной смазке, коэффициент трения тех же тел может уменьшиться в 5–10 раз. Смачивание трущихся поверхностей водой уменьшает трение раза в два. Коэффициент трения металла по льду и снегу (и обратно) доходит до 0,02, т. е. в 10 раз меньше трения сухих разнородных металлов и сравнивается, значит, с величиною трения при обильной смазке. Итак, если ракета двигается по льду или ровному и обильно смазанному металлическому полотну, то нет неодолимых препятствий для быстрого движения без колес. Если, например, на снаряд производится давление газов, равное его весу (с = 10), то на трение теряется только от 20 до 2 % всей затраченной на движение земной ракеты энергии. При ускорении в 5 м (с = 5) затрата будет от 40 до 4 %. Если С = 1, то затрата уже составит от 200 до 40 %, что нетерпимо.

Впрочем, я знаю способы сводить трение почти к нулю, но об этом поговорим в другой книге.

Мы приходим к мысли о земной ракете, двигающейся по обыкновенным, но гладким и строго прямолинейным рельсам, обильно смазывающимся выпирающим из полозьев машины салом, маслом или льдом. Последнее возможно только в холодное время года или на высоких горах, где температура ниже нуля.

Форма земной ракеты должна быть легкообтекаемой воздухом. Чем она будет продолговатей, тем легче ракета будет рассекать среду, если не считать трение воздуха о стенки земной ракеты. При ее продолговатости в 100 или 200 (т. е. когда длина во столько раз превышает наибольший поперечник снаряда) можно даже принимать в расчет одно трение. Ввиду, как увидим, очень длинного пути, необходимого для разбега снаряда, он и сам может быть очень длинен – места хватит.

Длина земной ракеты не должна превосходить 100 метров, в противном случае ракета будет иметь большую массу и ценность, да и абсолютная работа, необходимая для придания ей скорости и одоления сопротивления воздуха, будет велика.

Отсюда видно, что даже при самом малом ускорении (С = 1) и ничтожной массивности (10 тонн) ракеты трение поглощает не более 17 %.

Решим теперь вопрос о длине площадки для разбега земной ракеты. Часть площадки послужит для ускорения движения, а другая часть, – для замедления и уничтожения его. Контрвзрывание не есть экономный способ уничтожения приобретенной скорости. Торможением через трение или сопротивление воздуха это можно сделать даже скорее, т. е. на более коротком пути. Можно прекратить смазку и выставить перпендикулярно к направлению движения планы. Их воздушное сопротивление скоро уничтожит скорость земной ракеты. На торможение, особенно, если люди уже улетели в космической ракете, надо гораздо меньшую часть дороги, чем на ускорение. Общая картина такова. Земная ракета мчится по рельсам ускоренным движением вместе с космической. Когда получится наибольшая скорость и начинается торможение земной ракеты, космическая вырвется по инерции из земной и пойдет своим путем все скорее и скорее благодаря начавшемуся собственному взрыванию. Заторможенная же воздухом или другими средствами земная ракета покатит далее по площадке, но все медленнее, пока не остановится. Тормозящую часть площадки мы не будем считать, так как она может быть очень коротка. Чтобы сопротивление было наименьшим, космическая ракета должна составлять переднюю часть земной. Нос первой будет открыт (наружи), а корма спрячется в ракете земной. Когда движение последней будет замедляться, то космическая ракета вырвется из земной и оставит ее. В земной поневоле откроется широкая пасть (зев), которая, представляя огромное сопротивление, затормозится очень скоро воздухом. Ракета без хлопот сама остановится. Земная ракета очень длинная, и космическая займет в ней своей кормой только малую часть. Остальная останется для наполнения ее взрывчатым материалом и органами управления.

Площадку считаем горизонтальной (Уг = 0). Может понадобиться только очень малый наклон, который приведенные скорости уменьшит немного, как и сопротивление воздуха.

Время движения земной ракеты получим, если скорость разделим на ускорение (С). Так при 500 км пути найдем, по таблице, от 103 до 1030 секунд. При пути в 1 км время будет от 4¹/₂ до 45 секунд. Время торможения может быть очень коротко.

Тяжесть, которая рождается от ускорения, по таблице, меняется от 0,1 до 10 земной. Слагаясь с последней, она дает кажущуюся тяжесть в ракетах от 1 до 10 (приблизительно). Рельсовый путь где-нибудь в горах, на высоте, возможен длиною и в 500 км (около 5° Земли). Так что есть даже надежда на получение космических скоростей. Но большая тяжесть заставляет упрочнять ракеты и тем увеличивать их массы. Также понадобятся от нее и предохранительные средства для человека. Наконец, увеличивается работа сопротивления воздуха. Одним словом, достаточно и ускорения (С), равного земному, и тогда уже получим вполне достаточную предварительную скорость до 3260 метров. Небольшой очень полезный наклон пути в 10–20° немного уменьшит подготовительную скорость.

Можем вычислить и запасы взрывания для земной ракеты. Если пустая земная ракета весит 10 тонн, да небесная ракета с зарядом столько же, то все вместе составит 20 тонн. Теперь по таблице вычислим в тоннах запас взрывного материала для земной ракеты для получения разных скоростей. Скорость отброса (Ско) допустим в 4 км.

Таблица 21

Этих скоростей вполне довольно, между тем запас не превышает 40 тонн. Заметим, что сильное торможение может убить человека, управляющего земной ракетой. Поэтому лучше, если последняя управляется автоматически без людей. Пассажиры же космической ракеты окажутся вне при торможении, так как она уже вырвется тогда из земного снаряда.

Если космическая ракета таким путем получила начальную скорость без затраты собственного запаса, то она их может запасать меньше или, при тех же запасах, получать бÓльшую космическую скорость. Из нее видно, что космическая ракета, имеющая предварительную скорость, гораздо менее перегружается взрывчатыми веществами, чем не имеющая этой скорости. Так, для получения высшей космической скорости, одолевающей притяжение Солнца (17 к.), надо бы взрывчатых веществ 30. Если же ракета еще на суше получила уже 5 км, то относительный запас составит только 10. Первая космическая скорость требует запаса в 4; если же была подготовительная скорость в 3 кило, то вес взрывчатых веществ составит только 0,8 веса ракеты.

Форма земной ракеты очень удлиненная, наименьшего сопротивления. Удлиненность может достигать 50. Так как ракета не покидает Землю и достаточно плотные слои атмосферы, то ее нет надобности делать герметически закрытой. Ее корпус может быть уподоблен корпусу аэроплана. В нем содержится помещение для взрывчатых веществ, которые нагнетаются насосами во взрывную трубу и выбрасываются силою взрыва в задней части ракеты. В ней же находится для накачивания и двигатель, приводимый в действие бензиномотором (возможно для этого и предварительное использование небольшой части запаса взрывчатых веществ. После работы в моторе они поступают во взрывную трубу и совершают работу реакции).

Космическая ракета должна иметь наименьшую массу и объем, чтобы легче быть реализованной. Продолговатость ее 10, не более. Наибольший поперечник не менее 1–2 метров. Форма также легко обтекаемая, но ее оболочка герметически закрыта, так как ракета удаляется в безвоздушное пространство, где через отверстия газ, необходимый для дыхания, мог бы весь выйти.

Космическая ракета

Ракета в такой форме, к какой мы привыкли, – это транспорт для космического корабля, находящегося у нее внутри – в головном обтекателе. Не сама ракета летает по орбите, а космический корабль. Такая конструкция позволяет защитить аппарат от негативных воздействий при старте и полете, ведь на его корпусе располагаются антенны, датчики и солнечные батареи, которые могут пострадать во время старта и полета в атмосфере.

Циолковский предлагает космическую ракету такой конструкции, в оболочку которой будут помещаться отсеки для космонавтов и отсеки с баками под топливо и окислитель. Такая ракета пригодна для межпланетных полетов, когда и в космосе нужно топливо для движения к другой планете. Для орбитальных полетов такая ракета не подходит. Форму ракеты Циолковский предлагает веретеноподобную. Однако с точки зрения аэродинамики она не совсем выгодна. Для снижения сопротивления воздуха при полете, а соответственно, и более эффективного набора скорости требуется остроконечная форма с постоянным диаметром (именно такую форму имеют современные ракеты).

Конструкция ракеты должна выдерживать нагрузки, которые возникают при старте и полете. Конечно, нагрузки при транспортировке и установке на стартовую площадку тоже учитываются, но они незначительны в сравнении с нагрузками в процессе полета. Основная российская ракета-носитель «Союз» имеет максимальную массу (заправленная ракета с полезным грузом) около 340 тонн и длину 50 метров при диаметре (в верхней части второй ступени) 2,5 метра. Такая конструкция должна выдерживать колоссальные нагрузки при старте и разгоне. На стартовом столе (сооружение, откуда происходит пуск ракеты) ракету не ставят, а подвешивают в специальных фермах, когда происходит старт, фермы расходятся, т. к. ракета уже не давит на них. Такое техническое решение позволяет частично разгрузить ее. В процессе полета ракета испытывает три вида сил, которые на нее действуют: реактивные, возникающие от работы двигателей, сила земного тяготения (куда без нее) и аэродинамические. Реактивные силы толкают ракету носом вперед, поэтому конструкция испытывает в том числе и сдавливающую нагрузку, которая должна равномерно распределяться по конструкции, а векторы сил тяги двигателей должны быть направлены к центру масс ракеты. Сила тяготения мешает ракете взлететь и разгоняться, но, так как двигатели расходуют топливо в процессе полета, ракета становится меньше, соответственно, эта сила тоже. Аэродинамические силы препятствуют быстрому движению ракеты в воздухе, давят на нее в противоположном движению направлении, разогревают носовую часть, из-за чего носовой обтекатель должен иметь такую конструкцию, которая защитит космический корабль от нагрева.

Прочность ракеты рассчитывается с учетом указанных сил и возможных воздействий в полете. Прочность ракеты закладывается с запасом, чтобы она выдержала все этапы полета[30]30
  Проф. Кобелев В.Н. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПОЛЕТА РАКЕТ (лекции).


[Закрыть].

Основная оболочка ракеты должна выдерживать безопасно давление, не меньшее одной пятой атмосферы, если наполнена чистым кислородом. Действительно, у уровня океана мы получаем наибольшее количество кислорода. Частное давление его составляет около 0,2 атмосферы. Таково и его количество. Значит, физиологически его достаточно. Но человек легко переносит или, по крайней мере, приспособляется еще к вдвое меньшему количеству кислорода. На горах (в 5–6 кило высоты), где вдвое меньше кислорода, человек еще свободно живет. Здоровые переносят, хотя с опасностью для жизни, еще вдвое большее разрежение (на высоте в 10 кило). Во всяком случае, 0,5 обыкновенного количества кислорода довольно. Значит, довольно кислорода при давлении его в 0,1 атмосферы.

Оболочка ракеты должна иметь клапан, отворяющийся наружу, если разность между внутренним и внешним давлением средин превышает, положим, 0,2 атмосферы. Внизу, у уровня моря, абсолютное давление в ракете, стало быть, будет не более 1,2 атмосферы, а в пустоте давление внутри снаряда не превзойдет 0,2. Это пределы, очевидно, пригодные для дыхания. Если увеличить посредством регулятора внешнее давление на клапан, например до 1 атмосферы, то пределы давлений будут: две и одна атмосфера. Последнее на первое время пригоднее, как больший запас для дыхания. Внутреннее давление газа заставляет делать форму ракеты в виде дирижабля с круговыми поперечными сечениями. Эта же форма полезна и для получения наименьшего сопротивления воздуха. Она же избавляет ракету и от излишества внутренних скреплений и перегородок. Надутая крепко ракета заменяет сложную балку, хорошо сопротивляющуюся перегибу и вообще изменению формы. Но так как ей приходится планировать и эта способность ее (без крыльев) слаба, то полезно соединять боками несколько оболочек (ракет) формы тел вращения. Соединенные бока должны укрепляться внутри перегородками. Такая сложная ракета, напоминающая волнистую пластину с несколькими острыми хвостами и головами, или одно большое крыло, уже более успешно планирует. Космической ракете еще приходится выдерживать усиленную тяжесть. Это заставляет делать все ее органы более крепкими, чем нужно для сопротивления силам обыкновенной тяжести. Так, должны быть крепче отделения, хранящие взрывчатые материалы. Но мы видели, что наиболее выгоден мало наклонный полет, с небольшим ускоренным движением (С менее 10). При этом тяжесть так мало изменится, что все расчеты можно смело делать на обыкновенную ее силу.

Придется еще принять во внимание сгущение и разрежение среды, окружающей быстро движущуюся ракету. В носовой части воздух сжимается, что позволяет эту часть ракетной оболочки делать более слабой или тонкой, – в кормовой же стороне атмосфера разрежается, что заставляет кормовую часть делать прочнее или толще. Силы эти действуют, пока ракета в атмосфере. В пустоте их нет. Тем не менее, не ослабляя переднюю часть, заднюю необходимо делать более прочной. Это имеет большее значение для космической ракеты и меньшее для земной, вследствие ее значительной продолговатости. Мы видели, что общее продольное сопротивление воздуха составляет небольшую часть давления на ракету взрывчатых веществ. Нормальное к стенкам ракеты давление такого же порядка. Следовательно, при среднем (С) оно составляет величину, не превышающую силу обыкновенной тяжести. В виду большего запаса прочности ракеты этими силами, как и относительной тяжестью, можем пренебречь.

Принимаем в основу главное: разность внутреннего и внешнего давлений, для ракеты веретенообразной. Вот масса (табл. 23) оболочки, сделанной из самых крепких сплавов железа, при четырехкратном запасе прочности и разности давлений в одну атмосферу (вместо необходимой в 0,2 атмосферы). Этот вес зависит главным образом от объема оболочки, а не от вида и продолговатости, предполагая веретенообразную плавную форму.

Таблица 23

Выходит, что вес оболочки только в 5 раз больше веса заключенного в нем воздуха обыкновенной плотности (0,0013). При давлении в 0,2 атмосферы прочность будет 20, а при 0,1 запас прочности достигнет 40. Для помещения одного человека вполне достаточно 10 куб. метров. Такого запаса кислорода довольно одному человеку на 10 дней, если все продукты дыхания поглощаются в самой ракете.

Наибольший груз, возможный для ракеты, при разных ее объемах, выражается примерно в тоннах 1‐й строкой. Этот груз, при всех объемах, в 154 раза больше веса оболочки. Впрочем, для малых ракет, оболочка окажется непрактично тонка, так что ее поневоле придется делать толще раза в два, три и более, смотря по малости объема. Это запас прочности малых ракет еще увеличит. Но малого объема оболочки, в таком случае, составят бÓльшую часть наивысшей грузоподъемности (154), например, 1, 2, 10 %. Для больших же объемов вес оболочки менее 1 %. Про наружную чешуйчатую оболочку, дающую возможность получить в эфире, на солнечном свету, от 150° тепла до 250° холода, мы уже говорили. Она же в блестящем виде может предохранить и от нагревания во время полета в воздухе, особенно если между ней и крепкой оболочкой будет протекать холодный газ, выпускаемый из ракеты.

Материал взрывчатых веществ был нами указан ранее. Обращенный в жидкость чистый водород содержит меньше потенциальной энергии, так как холоден и поглощает энергию при обращении в газ, и химическое его действие слабее. Его трудно обращать в жидкость и хранить, так как без особых предосторожностей он быстро улетучивается. Пригоднее всего жидкие или легко обращаемые в жидкость углеводороды. Чем они летучее, тем больше содержат водорода и тем они выгоднее для дела. Кислород терпим и в жидком виде, тем более что может служить источником охлаждения, к которому приходится прибегать для охлаждения ракеты (во время движения в атмосфере она нагревается) и взрывной трубы. Но разумнее поступить так: наибольшую часть запаса кислорода взять в образе его каких-либо эндогенных соединений, т. е. таких, которые синтезируются (составляются) с поглощением тепла. При разложении же они его обратно выделяют и увеличивают, таким образом, энергию горения. Другая, меньшая, часть кислорода может быть в чистом и жидком виде и служить сначала для охлаждения, а потом для дыхания и взрывания. Его приходится запасать немного. Герметически запертые жидкие газы развивают огромное давление, для одоления которого нужны очень массивные сосуды. Поэтому, чтобы не быть такими, они должны иметь отверстия, через которые могли бы свободно выходить образовавшиеся газы. Так поддерживается и их низкая температура. Действие сложных взрывчатых веществ немного уступает действию чистых водорода и кислорода. Последние дают скорость отброса (продукты соединения, пли горения) в 5 кило, а сложные – 4 кило. Значит и скорость ракеты в последнем случае будет в таком же отношении уменьшена, т. е. на 20 %.

Материалы взрывчатых веществ

Топливо для ракеты. Сейчас в основном используют жидкое химическое ракетное топливо, состоящее из двух компонентов: окислителя и самого топлива.

Одной из главных характеристик топлива является удельный импульс – максимальное время, в течение которого оно в невесомости может придавать постоянное ускорение в 1 g телу с неизменной массой, равной начальной массе топлива.

Тяга, создаваемая ракетным двигателем, прямо пропорциональна удельному импульсу и массовому расходу топлива, то есть требуется меньше топлива с высоким удельным импульсом для вывода той же нагрузки (массы, равной массе топлива) на орбиту. Удельный импульс обратно пропорционален молекулярному весу топлива, что означает низкую плотность высокоэффективного топлива (пара: жидкие водород и кислород) и, соответственно, значительный объем и вес конструкции двигателя и топливной системы. Из-за указанных причин при выборе ищут компромисс между весом конструкции и весом топлива.

Помимо энергетических возможностей топлива, учитываются и другие факторы, например, неустойчивость горения может приводить к отказам или взрывам двигателей. Высокая температура горения требует повышенной устойчивости материалов, из которых состоит камера сгорания и сопло двигателя. Криогенное топливо требует теплоизоляции, что утяжеляет ракету, а также сужает выбор конструкционных материалов до хладостойких, что усложняет проектирование и увеличивает стоимость. По этим причинам на заре освоения космоса получило широкое распространение топливо, у которого один или оба компонента не были бы криогенными. Такими парами стали керосин + жидкий кислород (эта пара использовалась еще на первых «Востоках» в конце 50‐х годов прошлого столетия и используется до сих пор) и очень токсичное топливо, в котором качестве горючего используются несимметричный диметилгидразин («гептил») и тетраоксид азота («амил») в качестве окислителя. Это топливо имеет вполне приемлемые характеристики, поэтому широко используется и в наше время.

В разных ступенях ракеты могут использоваться различные топливные пары – это дает возможность выводить на орбиту больше полезного груза.

Что же касается предположений Циолковского, то он был совершенно прав, считая идеальным топливом пару жидкий водород + жидкий кислород. Такое топливо имеет максимальный удельный импульс и абсолютно экологично. Но за счет того, что это сжиженные газы, их хранение в баках представляет большую проблему. К тому же водород имеет маленькую плотность, т. е. он займет много места, что потребует увеличения размеров ракеты, а следовательно, и возрастания ее массы[31]31
  Проф. Кобелев В.Н. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПОЛЕТА РАКЕТ (лекции).


[Закрыть].

Некоторые предлагают для реактивного действия сжатые в сосудах газы или сильно нагретые летучие жидкости. Это совершенно неприменимо – и вот почему. Самые точные и многочисленные мои расчеты показывают, что вес резервуаров самой лучшей формы и материала по крайней мере в 5 раз больше веса сжатого воздуха, заменяющего взрывчатое вещество. Отсюда видно, что газовый отброс всегда будет раз в 5–10 весить меньше, чем ракета. Мы же видим (табл. 6), что для получения низшей космической скорости надо, чтобы взрывчатый материал при самых благоприятных условиях превышал по массе ракету в четыре раза. Хотя легкие газы и выгоднее, но они требуют и большего веса сосудов. То же скажем и про сильно накаленные газы. Вода и другие летучие жидкости, умеренно нагретые, дают некоторые преимущества и потому более пригодны для первых опытов невысокого полета. Мои вычисления показали, что с помощию сжатых газов можно подыматься не выше 5 км, а посредством перегретой воды – не свыше 60 км.