8. От ракеты к звездолету
«Теория без практики бесплодна, практика без теории – слепа». Мысль эта хорошо поясняет положение ракетного летания до Циолковского. Ракетным делом занимались вслепую, не руководясь никакой теорией. Механика ракетного полета еще не была разработана, и ракеты сооружались ощупью. Так продолжалось целые столетия, в течение которых ракетное дело развивалось очень медленно. Было даже время, – именно во второй половине XIX века, – когда искусство изготовления ракет пошло назад по сравнению с началом этого столетия.
Естественно, что такая «слепая» ракетная техника не могла справиться с новыми задачами, ставшими перед нею: с созданием ракетного корабля для вылета в мировое пространство. Необходимо было осветить путь ракетной техники светом теории. Заслуга эта принадлежит Циолковскому, теперь всемирно известному, а тогда еще бедствовавшему учителю физики в провинциальном городе Калуге. В 1903 г., – тридцать лет назад, – он впервые изложил основы созданной им теории ракеты в связном очерке, в предисловии к которому он писал следующее:
«Я разработал некоторые стороны вопроса о поднятии в пространство с помощью прибора, подобного ракете. Математические выводы, основанные на научных данных и много раз проверенные, указывают на возможность с помощью таких приборов подниматься в небесное пространство и, может быть, основывать поселения за пределами земной атмосферы. Пройдут, вероятно, сотни лет, прежде чем высказанные мною мысли найдут применение, и люди воспользуются ими, чтобы расселиться не только по лицу Земли, но и по всей Вселенной».
До Циолковского об этом мечтали только романисты в своих фантазиях. Циолковский дал твердую основу, позволяющую строить уже не фантазии, а научно-технические проекты.
Взрыв большой пороховой ракеты в момент зажигания. Ракеты взрываются оттого, что пороховой заряд вместо постепенного сгорания вспыхивает весь сразу
Отметим главнейшие пункты ракетной теории, разъясненные трудами Циолковского.
До Циолковского совершенно не умели определять заранее окончательную скорость, какую должна приобрести ракета, когда сгорит ее заряд. Вот почему Кибальчич не мог установить, способна ли будет летательная машина, придуманная им, вылететь из атмосферы, или она обречена будет оставаться всегда близ поверхности Земли. Чтобы покинуть земной шар, необходимо развить скорость в 11 километров в секунду, а может ли ракета такую скорость получить, – никто не знал.
Циолковский установил математическую формулу, дающую возможность вычислить окончательную скорость ракеты, если известны ее первоначальный вес, количество сгоревшего заряда и род горючего вещества. Он показал, что ракета может получить любую скорость, если в ней сгорит достаточный запас горючего. При этом важно не то, сколько килограммов горючего израсходовала ракета, а какая доля первоначального веса ракеты сгорела и из каких веществ состоял заряд. Если, например, ракета заряжается черным порохом, то при сгорании заряда, составляющего по весу ⁶⁄₇ первоначального веса всей ракеты, можно получить скорость около 2 километров в секунду. Чтобы дать ракете скорость 3 километра в секунду, надо сжечь пороху по весу 95 % первоначального веса всей ракеты.
Мы видим из этих примеров, что получение очень больших скоростей в пороховых ракетах крайне затруднительно: приходится ракету делать почти целиком из одного только пороха, оставляя на стенки ракеты ничтожную долю. Чтобы забросить, например, человека на Луну, нужна скорость в 11 километров в секунду. Пусть все то, что должно долететь до Луны, т. е. один человек с каютой, продовольствием, инструментами и прочее, – весит только одну тонну. Тогда понадобится сжечь в качестве заряда ракеты свыше 2000 тонн пороха! А ведь необходимо еще иметь запас пороха для обратного полета на Землю, без чего лунное путешествие лишено всякого смысла.
Это показывает, что мысль совершить перелет на Луну при помощи пороховой ракеты несбыточна. Мы не говорим уже о том, как опасно загрузить на ракетный корабль 2000 тонн пороха, который взорвется под давлением собственного веса раньше, чем его подожгут. Вообще порох, да и всякое взрывчатое вещество – малонадежный помощник в транспортном деле. Мы уже говорили о гибели ракетной дрезины при опытах 1929 г. вследствие несвоевременного взрыва ее ракет.
Даже при изготовлении обыкновенных маленьких ракет для фейерверков очень часты взрывы, которые не раз сопровождались пожарами и человеческими жертвами. Более крупные ракеты еще опаснее. Строители таких ракет очень боятся своих изделий и принимают при их пуске самые тщательные предосторожности: укрываются за толстым срубом, откуда наблюдают в маленькое окошечко; иногда и вовсе не наблюдают сами за подъемом ракеты, а ставят аппарат, который снимает ее полет на кинематографическую ленту. Можно представить себе, сколько катастроф будет, если начнут строить настоящие ракетные корабли – «звездолеты», наполненные тысячами тонн пороха!
Значит ли это, что полет в мировое пространство на ракете вовсе неосуществим? Нет, надо только отказаться от пороха в качестве вещества для заряда. Для ракеты порох вовсе не самый лучший заряд. Циолковский первый обратил внимание на то, что почти мгновенная быстрота сгорания пороха, которая так ценна в огнестрельном оружии, не нужна и даже вредна в ракете. В пушке, в винтовке важно, чтобы порох мгновенно давал огромное количество газов, которое и выталкивает снаряд или пулю из канала оружия. В ракете же совершенно безразлично, сгорит ли заряд в сотую долю секунды или в сотню лет: окончательная скорость ракеты в том и другом случае будет одна и та же. Быстрота сгорания даже и нежелательна, если мы хотим, чтобы в ракетах могли летать люди. Ведь чем быстрее сгорает заряд, тем стремительнее нарастает скорость ракеты. А мы знаем уже, что люди не могут уцелеть внутри снаряда, чересчур резко снимающегося с места. Для ракетного корабля нужно плавное, постепенное нарастание скорости, а следовательно, необходимо и медленное сгорание заряда.
Наконец, как ни странно, порох заключает в себе слишком мало энергии: он дает при сгорании недостаточно много тепла. Если сравнить порох с такими веществами, как спирт, нефть, бензин, а в особенности водород, то окажется, что эти невзрывчатые вещества дают при сгорании значительно больше теплоты, больше энергии, нежели самые сильные сорта пороха. Только быстрота сгорания заставляет пользоваться для огнестрельного оружия именно порохом, а не другими видами горючего. Для ракеты же можно без сожаления расстаться с порохом и заменить его такими горючими жидкостями, как, например, бензин.
По всем этим причинам, впервые выясненным трудами К. Э. Циолковского, для будущего ракетного корабля, для звездолета, необходимо пользоваться в качестве источника энергии не порохом, а горючими жидкостями. Путь от пороховой ракеты к звездолету лежит через ракетный двигатель с жидким зарядом. Значит, надо изобрести ракету нового образца.
