Если при скорости истечения газов в 2000 метров в секунду мы захотим разогнать космический корабль до параболической скорости, но не допустим ускорения свыше 1,1g (около 11 метров в секунду за секунду), на каждый килограмм груза, которому мы придадим требуемую скорость, нам надо будет сжечь 143 тыс. килограммов горючего!
Это, конечно, немыслимо! Конструктор решает ухудшить условия жизни экипажа, подвергнуть людей повышенному ускорению. Пусть будет ускорение 10g (около 100 метров в секунду за секунду). Конечно, людям не легко будет перенести такое ускорение, но, во-первых, он, конструктор ракеты, приложит все усилия для того, чтобы облегчить работу экипажа в этих условиях. Он сконструирует специальные гамаки, в которых экипаж будет лежать в это время, чтобы перегрузка равномерно распределялась по всему телу. Во-вторых, ведь время действия перегрузки очень сократится по сравнению с первым вариантом. И трудно сказать еще, что легче переносит человеческий организм — небольшую, но длительную перегрузку или большую, но кратковременную.
Конструктор ищет соответствующую графу:
При той же скорости истечения газов горения, — гласит она, — равной 2000 метров в секунду, при допустимом ускорении 10g, на каждый килограмм полезного груза ракета должна сжечь 358 килограммов горючего.
Это хотя и лучше, но еще ни в какой мере не устраивает конструктора. Он знает, что самый легкий бак, который сможет вместить 358 килограммов горючего, будет весить не один, а 30–35 килограммов! Ведь даже обыкновенное ведро, содержащее 10 килограммов воды, весит около килограмма!
Может быть, так будет выглядеть первый обитаемый искусственный спутник Земли. Он будет снабжен реактивным двигателем 1, парашютом 2 для торможения при спуске и выдвижными крыльями 3 для планирования. Герметическая кабина астронавта из прозрачного органического стекла 4 снабжена металлическими шторами для предохранения астронавта от ожогов солнечными лучами. Большую часть объема искусственного спутника занимают баки с горючим 5 и окислителем 6 для работы реактивного двигателя в случае необходимости увеличить заторможенную сопротивлением воздуха скорость полета, а также при посадке.
Конструктор начинает выискивать возможности повышения скорости истечения газов. Для этого надо повысить температуру в камере сгорания, а значит, найти новые высококалорийные топлива. Это влечет за собой необходимость предусмотреть интенсивное охлаждение деталей двигателя, входящих в соприкосновение с горячими газами, в первую очередь камеры сгорания и сопла. А что если сделать их пористыми и сквозь эти поры подавать, продавливать внутрь жидкое горючее? Испаряясь на поверхности этих деталей, оно будет поглощать большое количество тепла и тем самым охлаждать их. И конструктор решается увеличить скорость истечения газов до 5000 метров в секунду. Таблица, которую он держит перед глазами, сообщает ему, что:
При скорости истечения газов в 5000 метров в секунду и допустимом ускорения в 10g для того, чтобы придать требующуюся космическую скорость 1 килограмму ракеты, надо сжечь 10 килограммов топлива.
Соотношение весов получается как раз таким, как у ведра — металлического сосуда, наполненного жидкостью. Создать конструкцию тары с таким соотношением весов можно, — это будет тонкостенная жестяная бочка, наполненная горючим, но ни для двигателя, ни для пассажиров, ни для приборов ни грамма веса уже не останется. А ведь нельзя сжечь все топливо при взлете, надо его взять и с собой для посадки на планету и для возвращения на Землю. Это тоже полезный груз.
Что же делать. Дальнейшего увеличения перегрузки человеческие организмы не вынесут, — этот путь закрыт. Дальнейшего повышения скорости истечения газов горения при современном уровне техники ожидать трудно. Конструктор откладывает в сторону свои таблицы.
Вот как зависит количество топлива, необходимого для сообщения 1 кг массы космической скорости, от скорости истечения газов из сопла реактивного двигателя и допустимого ускорения.
Отношение масс ракеты до взлета (ракеты с полным запасом горючего) и ракеты, набравшей уже требующуюся космическую скорость, получается при имеющихся у нас научно-технических возможностях таким, которое исключает возможность сооружения космического корабля. Железной логикой цифр конструктор доказал, что космический полет при существующем уровне развития техники невозможен.
Так ли это?
КОСМИЧЕСКИЕ ПОЕЗДА
Выгорело топливо в первой ступени, и она отцепилась, уменьшая массу ракетного поезда. Эта идея К. Э. Циолковского открывает реальную возможность космических сообщений средствами современной техники.
Да, это так. И конструктором, впервые сделавшим все эти выкладки, может быть, не совсем в изложенной нами последовательности, был сам Циолковский.
Что же делать? Ждать, когда химики найдут сверхкалорийные, ультратеплотворные тяжелые топлива, а металлурги изготовят сверхтугоплавкие, ультражаростойкие материалы?
Нет. Искать принципиально новые решения вопроса.
Советский инженер Фридрих Артурович Цандер внес свою долю в решение проблемы космического полета. Самый трудный участок пути космического корабля, говорит он, — это первый участок — взлет и движение через атмосферу. Пусть этот участок наша ракета пройдет на крыльях.
— Крылья?! Лишний вес!
— Крылья можно сделать из горючих материалов, — отвечает Цандер, — из сплавов магния, лития, алюминия. Пройдя атмосферу, в космическом пространстве, эти ненужные уже крылья можно просто сжечь как топливо для двигателя корабля.
Что же? Это уже не так плохо, сжечь часть «ведра» в качестве горючего. Но это еще не кардинальное решение проблемы.
Новую идею выдвинул Циолковский. Он предложил направить в космическое пространство не одиночную ракету, а целый космический поезд. Самую маленькую ракету, ту, которая должна отправиться на разведку иных миров, несет в качестве полезного груза большая ракета, которая в свою очередь является пассажиром еще большей ракеты. Количество таких ступеней определяется скоростью, которую требуется развить.
Работают ракеты в обратной последовательности. Вот стоит на старте такой трехступенчатый поезд ракет. Первыми начинают работать двигатели самой крупной ракеты. Она подпрыгивает и стремительно исчезает в небе, неся на себе своих пассажиров. Дальнейшее наблюдение за нею ведется с помощью телескопа.
Исчерпав все топливо, достигнув определенной высоты и развив некоторую скорость, этэ ракета внезапно отделяется, бросает своих «пассажиров» на произвол судьбы. Но только этого момента И ожидала вторая по величине ракета. Из сопел ее реактивных двигателей протянулись назад огненные нити. Сжигая свое горючее, она продолжает путь, еще увеличивая скорость.
Когда выгорит горючее и в этой ракете, она отцепится и начнет работать третья, последняя. Она уже сможет развить требующуюся космическую скорость.
Расчеты убедительно подтвердили правильность этой идеи Циолковского. В последние годы уже были разработаны практически выполнимые проекты составных космических поездов, способных долететь, например, до Луны. Один из таких проектов, например, предусматривал создание десятиступенчатой ракеты, общий начальный вес которой составлял 63 тонны. Запуск этой ракеты позволил бы забросить на Луну груз с массой в 4,5 килограмма.
Это, конечно, не много. Но разве это меньше первых прыжков еще не умевших летать аэропланов начала века?!.
Правильность и плодотворность этой идеи Циолковского нашли в наше время и опытное, практическое подтверждение. Еще со второй мировой войны известна всем германская ракета «Фау-2». Развивая максимальную скорость около 1,6 километра в секунду, она при вертикальном запуске поднимается на высоту в 185 километров. Другая довольно широко известная ракета — «Вак Корпораль» развивает максимальную скорость в 1,2 километра в секунду и достигает высоты в 70 километров.