Я. И. ПЕРЕЛЬМАН.

Завоевание мирового про­странства.
Проект К. Э. Циолков­ского. ¹)

Изложить подробно содержание интересных исследований К. Э. Циол­ковского — задача научного сочинения, а не популярной книги. Мы можем развернуть перед читателем только oбщий план завоевания мирового пространства, как он вырисовывается в последних работах² патриарха космонавтики. Этот беглый очерк поможет читателю, если не представить себе, то ощутить основную линию грядущего развития заатмосферного летания.

¹ Эта статья просмотрена и пополнена К. Э. Циол­ковским, которому автор пользуется случаем выразить здесь свою признательность.

² Главным образом в книге „Исследование миро­вых пространств реактивными приборами“. Калуга. 1926.

Отлет межпланетного дирижабля — ракеты с Земли состоится где-нибудь в высокой горной местности. Должна быть подготовлена прямая ровная дорога для разбега, идущая наклонно вверх под углом 10-20 градусов. Ракета по­мещается на самодвижущемся экипаже, — на­пример, на автомобиле, мчащемся с наибольшею возможною для него скоростью. Получив таким образом начальный разбег, ракета начинает свой самостоятельный восходящий полет под дей­ствием взрывающихся в нем горючих веществ. По мере возрастания скорости, крутизна полета постепенно уменьшается, путь ракеты стано­вится все более пологим. Вынырнув за атмос­феру, аппарат принимает горизонтальное на­правление и начинает кружиться около земного шара в расстоянии 1—2 тысяч км от его поверхности, наподобие спутника. По зако­нам небесной механики, это возможно, при се­кундной скорости около 8 километров. Скорость эта достигается постепенно: взрывание регули­руют так, чтобы секундное ускорение не слиш­ком превышало привычное нам ускорение земной тяжести — 10 ж в секунду. Благо­даря этим предосторожностям, искусственная тяжесть, возникающая в ракете при взрывании, не представляет никакой опасности для пасса­жиров.

Так достигается первый и самый трудный этап межпланетного путешествия — превращение ракеты в спутника Земли. Чтобы заставить те­перь ракету удалиться от Земли на расстояние Луны или еще далее — в другие зоны нашей солнечной системы — потребуется лишь добавочным взрыванием увеличить скорость в 1½ — 2 раза скорость той же ракеты. „Так мы можем, пишет К.Э. Циолковский, — добраться до астероидов, маленьких планеток, спуск на которые по малой на них тяжести, не представляет трудности. Достигнув этих крохотных тел (от 400 до 10 и менее километров в диа­метре), мы получим обилие опорного материала для космических путешествий... Отсюда для нас откроется путь к другим солнцам“.

Остановимся подробно на этом первом и решающем моменте межпланетного путешествия, обстоятельно расмотренном в исследовании К. Э. Циолковского.

Мы сказали раньше, что начальный разбег сообщается ракетой-автомобилем. Но для этой цели пригодны вообще любые транспортные средства: паровоз, пароход, аэроплан, дирижабль. Годилась бы даже пушка, пороховая или электромагнитная, если бы необходимость де­лать ее чрезвычайно длинной (ради ослабления искусственной тяжести в снаряде) не увели­чивала чрезмерно ее стоимости. Однако, всеми перечисленными транспортными средствами (кро­ме пушки) нельзя надеяться достичь скорости больше 700 километров в час (200 метров в се­кунду). Причина та, что окружная скорость на ободе колеса или на конечных точках пропел­лера не превосходит 200 метров в секунду, — иначе вращающемуся телу угрожает разрыв. Между тем, чрезвычайно важно довести скорость ракеты до возможно большей величины еще на земле, при первоначальном разбеге, так как это создает весьма заметную экономию в количестве запа­саемых ракетой веществ для взрывания.

Взамен автомобиля или какого-нибудь другого колесного экипажа, Циолковский предлагает воспользоваться для разбега опять-таки ракетой. Эту вспомогательную ракету он называет „зем­ной“, — в отличие от „космической“, предназначенной для межпланетного путешествия. Ракета космическая должна быть временно помещена внутрь ракеты земной, которая, не отрываясь от почвы, сообщит ей надлежащую скорость и в нужный момент освободит для самостоятельного полета в мировое пространство.

Земная ракета будет под действием взрыва­ния стремительно скользить без колес по особым, обильно смазанным рельсам. Потеря, энергии на трение (ослабленное смазкой) сильно уменьшает­ся при весьма больших скоростях. Что же ка­сается сопротивления воздуха, то его можно довести до минимальной величины, придав ракете весьма удлиненную, легко обтекаемую форму. Если бы возможно было построить ракету в сто раз длиннее ее толщины, сопротивление воздуха было бы настолько ничтожно, что им можно было бы и вовсе пренебречь. Длину земной ракеты нельзя, однако, прак­тически делать свыше 100 метров; а так как толщина ее должна быть не меньше не­скольких метров, то ракета окажется всегда в 20-30 раз длиннее своего поперечника. Но и при таких условиях общее сопротивление движению земной ракеты будет составлять всего несколько процентов энергии ее движения.

К. Э. Циол­ковский

Итак, открытая спереди земная ракета, с вло­женной в нее космической, стремительно дви­жется по подготовленной для нее дороге. На­ступает момент, когда надо освободить косми­ческую ракету и пустить ее в полет. Каким образом это сделать? Циолковский указывает весьма простое средство, — затормозить земную ракету: космическая вырвется тогда из нее по инерции и, при одновременном пуске взрывного механизма, начнет самостоятельно двигаться с возрастающей скоростью. Торможение же земной ракеты достигается просто тем, что ко­нечный участок дороги оставляют не смазанным; уличенное трение замедлит и, наконец, совсем прекратит движение вспомогательной ракеты без добавочного расхода энергии. Еще лучший способ торможения состоит в том, что из земной ракеты выдвигаются перпендикулярные к ней тормозящие планы: сопротивление им воздуха при большой скорости громадно, и ракета скоро остановится. Тому же способствует открытая тупизна передней части ракеты.

Использование земной ракеты для сообщения космической ракете начальной скорости, как мы уже заметили, ощутительно разгружает этот небесный корабль: оно освобождает его от не­обходимости нести с собою весьма большой запас горючего. Для преодоления солнечного притяжения и, следовательно, для свободных полетов во всей планетной системе, ракета должна обладать скоростью до 17 километров в секунду. Чтобы неподвижная ракета приобрела такую скорость, необходим, в случае горения водорода, запас вещества для взрывания, раз в 30 (а для ракеты с нефтью — в 50 раз) пре­вышающий прочий вес ракеты. Между тем, если космическая ракета уже приобрела от раз­бега земной ракеты скорость в 5 километров, указанное отношение умень­шается втрое; запас веществ для взрывания (водорода и кислорода) должен быть толь­ко в 10 раз тяжелее незаря­женной ракеты. Для получе­ния 5-киломегровой секунд­ной скорости нужен для земной ракеты путь по земле в 250 км, при ускорении 50 метров. Тяжесть в ракете увеличивается при этом в 5 раз (50:10), и пассажиры на это время должны быть погру­жены в воду — иначе они не перенесут такой усиленной тяжести. Вообще получение на Земле таких ско­ростей встретит много затруднений. Однако можно ограничиться и меньшей скоростью.

Чтобы покончить с земной ракетой, приве­дем еще несколько ориентирующих цифр. Вес ее должен быть около 50 тонн (вес трех на­груженных товарных вагонов), из которых тонн 40 приходится на вещества для взрывания. Вместе с вложенной в нее 10-тонной космической ракетой, вполне снаряженная земная ракета будет весить тонн 60. Впрочем, земная ракета может устраиваться и меньшего веса, но тогда выгода будет менее значительна. Продолжитель­ность разбега зависит от длины пути. Взрыва­ние ведется таким темпом, чтобы искусственная тяжесть, обусловленная нарастанием скорости, была весьма невелика — от 1/10 земной до, в край­нем случае, — 10-кратной. При искусственной тяжести, больше земной, пассажирам необходимо будет погружаться в ванну для избежания вредных последствий усиленной тяжести.

Ракета космическая, предназначенная для межпланетных полетов, должна иметь срав­нительно небольшие размеры. По Циолковскому, ее длина 10-20 метров, поперечник — 1-2 метра. Для успешного планирования при спуске на Землю или на другие планеты понадобится, быть может, соединять несколько таких сигаро­образных ракет бок о бок вместе. Оболочка может быть стальная (вольфрамовая, хромовая или марганцовая сталь) умеренной толщины. По расчетам Циолковского, оболочка ракеты в 100 куб. метров может весить меньше тонны (650 килограммов).

В качестве горючего вещества можно будет, по всей вероятности, обойтись нефтью как веществом недорогим и дающим газообраз­ные продукты горения, вытекающие из трубы с довольно значительною скоростью, — около 4 километров в секунду. Конечно, гораздо вы­годнее взрывать не нефть, а чистый жидкий водород (скорость отбрасываемых продуктов горения — до 5 км в сек.), но это вещество сравнительно дорогое. Необходимый для горения и дыхания кислород берется в ожиженном виде. Предпочтение, оказываемое жидкостям перед сильно сжатыми газами, вполне понятно. Сжа­тые газы необходимо было бы хранить в герметических толстостенных резервуарах, масса которых в несколько раз превышает массу их содержимого; запасать кислород в таком виде значило бы обременять ракету мертвым грузом, а мы уже знаем, как невыгоден для межпланет­ной ракеты каждый лишний килограмм мертвой массы. Сжиженный же газ оказывает на стенки сосуда сравнительно ничтожное давление (если хранить его, как обычно и делают, в открытом резервуаре). Низкая температура жидкого кис­лорода — около минус 180° Ц — может быть использована для непрерывного охлаждения накаленных частей взрывной трубы.

Выгоднее ли было бы обратиться к услугам взрывчатых веществ? Вопреки распространен­ному мнению, жидкое горючее должно дать в ракете гораздо больший эффект, чем порох. Американский физик проф. Годдард, производив­ший опыт с различными сортами пороха, полу­чил для скорости отбрасываемых продуктов взрыва от 2300 до 2440 метров в сек. Между тем, от нефти мы можем ожидать, при надле­жащем устройстве выводной трубы, скорости в 4000 метров, а от жидкого водорода — 5 000 метров. А мы уже показали раньше, какое огромное значение имеет в этом случае каждая лишняя тысяча метров скорости отброса. Кроме того, такие вещества, как порох, нитроглице­рин и т п., страшно опасны, — они могут дать взрыв всей массы. Нефть же и кислород в от­дельности совершенно безвредны. Смешение происходит в ракете мало-по-малу.

Одна из самых ответственных частей ракеты — взрывная труба. В космической ракете Циол­ковского она должна иметь около 10 метров в длину и 8 см в узкой части; вес ее около 30 килограммов. Взрывающиеся жидкости на­качиваются в ее узкую часть мотором аэропланного типа, мощностью до 100 лош. сил. Темпе­ратура в начале трубы доходит до 3000° Ц, но постепенно падает, по мере приближения к от­крытому концу. Накаленная часть трубы, как мы уже говорили, охлаждается жидким кисло­родом. Труба имеет коническую форму, с углом раструба не больше 30°. Это во много раз со­кращает длину трубы при хорошем использо­вании теплоты горения.

Может показаться странным, что космическая ракета, предназначенная для движения в пустоте мирового пространства, будет снабжена рулями: горизонтальным рулем, высоты, отвесным рулем направления и рулем боковой устойчиво­сти. Не следует упускать из вида, во-первых, то, что ракете при спуске на Землю придется пла­нировать в атмосфере без взрывания, подобно аэроплану. Во-вторых, рули понадобятся и вне атмосферы, в пустоте, для управления ракетой быстрый поток вытекающих из трубы газов, встречая руль, уклоняется в сторону, вызывая тем самым поворот ракеты. Поэтому рули помещаются непосредственно у выходного отвер­стия взрывной трубы.

Излишне перечислять все те приспособления, которыми необходимо будет снабдить пассажир­скую каюту. Романисты, мечтающие о межпла­нетных перелетах, достаточно писали об этом и в общем — довольно правильно. Отметим лишь, что внутри герметически закрытой каюты дол­жен находиться кислород, необходимый для дыхания (азот излишен), под давлением в 0,1—0,2 атмосферы. Окна из кварца с предохра­нительным слоем обыкновенного стекла соединят прочность с безопасностью от ультрафиолетовых лучей Солнца и дадут пассажирам возможность обозревать окрестности и ориентироваться при управлении ракетой. Никаких особых приспо­соблений для обезврежения усиленной тяжести при взрывании, вероятно, не понадобится, так как незначительная величина ускорения поро­дит весьма мало заметную добавку тяжести (около половины).

Вот при каких условиях будут отправляться космические дирижабли в свой межпланетный рейс. Первый этап — кружение около земного шара, на подобие его спутника. Второй — странствование в отдаленные зоны нашей солнечной системы, к другим планетным мирам. Следую­щий этап — спуск на планету — представляет гораздо больше затруднений, чем может казаться с первого взгляда. Ракета мчится с огромною космическою скоростью; пристать прямо к пла­нете, которая движется с совершенно другою скоростью, значит — подвергнуть ракету сокру­шительному удару и неизбежной гибели. Как избегнуть удара, как уменьшить стремительную скорость настолько, чтобы возможен был безо­пасный спуск на планету? Не забудем, что то же затруднение возникает и при возвращении на нашу родную планету. Необходимо изыскать средства его преодолеть.

Здесь есть два пути. Первый — тот, к кото­рому прибегает машинист, желающий быстро остановить мчащийся паровоз: он дает „контр-пар“, т. е. сообщает машине обратный ход. Ракета тоже может дать „контр-пар“, повер­нувшись отверстием трубы к планете и пустив в действие взрывание. Новая скорость, имеющая направление, обратное существующей, будет от­ниматься от последней и постепенно сведет ее к нулю (конечно, лишь по отношению к пла­нете, которая ведь не стоит на месте). По законам механики, для остановки тела необходимо, вообще говоря, затратить столько же энер­гии, сколько было израсходовано на приведение его в движение с присущей ему скоростью. В применении к ракете это приводит к довольно безнадежным выводам.

Этот безотрадный вывод лишил бы нас всякой надежды на посещение крупных планет, если бы как раз эти планеты не были окружены атмосферой, которой можно воспользоваться в качестве своего рода воздушного тормоза. Тут мы подходим ко второму средству уменьшения скорости межпланетной ракеты. По проекту Циолковского, ракета может описывать постепенно суживающуюся спираль вокруг пла­неты, прорезывая всякий раз часть ее атмо­сферы и теряя поэтому с каждым новым обо­ротом часть скорости. Достаточно уменьшив стремительность движения, ракета совершит планирующий спуск на поверхность планеты, избрав для большей безопасности местом спуска не сушу, а море. Замечательно, что ту же идею об использовании тормозящего действия атмо­сферы высказал и подробно разработал, незави­симо от Циолковского (хотя и позже его), не­мецкий исследователь межпланетных полетов инж. Гомано, о котором мы еще будем говорить.

Схематический чертеж устройства ракеты Циолковского.

Такова в главнейших своих очертаниях кар­тина завоевания мирового пространства, рисую­щаяся нашему исследователю в туманной дали будущего. Практика, без сомнения, внесет в нее более или менее значительные перемены. Не следует поэтому придавать абсолютного значе­ния набросанному здесь очерку. Это лишь пред­варительный, ориентирующий план, с которым можно приступить к реальным достижениям. „Никогда не претендовал я, — пишет Циолков­ский, — на полное решение вопроса. Сначала неизбежно идут мысль, фантазия, сказка. За ними шествует научный расчет. И уже в конце концов исполнение венчает мысль. Мои расчеты о космических путешествиях относятся к сред­ней фазе творчества. Более, чем кто-нибудь, я понимаю бездну, разделяющую идею от ее осу­ществления, так как в течение моей жизни я не только мыслил и вычислял, но и исполнял, ра­ботая также руками. Однако, нельзя забы­вать основную идею: исполнению предшествует мысль, точному расчету — фантазия“.

Я. Перельман.