"Знание-сила" №23-24-1932
Очерк Я. Перельмана
Из пушки на Луну
УДИВИТЕЛЬНУЮ историю рассказал более полувека назад французский писатель Жюль Верн. Трое изобретательных смельчаков заперлись в алюминиевом снаряде огромной заряженной пушки, направленной прямо вверх. Раздался выстрел, и снаряд устремился к Луне, унося с собою отважных путешественников. После четырех суток полета снаряд приблизился к Луне, но не попал на нее, потому что в самом начале пути немного уклонился в сторону. Алюминиевый вагон-ядро облетел кругом Луны на близком расстоянии и затем снова направился к Земле. Он обрушился в океан, но так как был не сплошной, а полый, то выплыл на поверхность, и лунные путешественники были спасены.
Всю эту историю писатель конечно придумал, чтобы создать занимательный роман («Из пушки на Луну»). Но придумал он очень искусно, и вы, я уверен, не сразу скажете, что в этой выдумке несбыточно, а что удастся, пожалуй, когда-нибудь осуществить на самом деле. Вам кажется, вероятно, что выстрелить в Луну нельзя: никакой снаряд до нее не долетит, потому что всякая вещь, брошенная вверх, скоро падает назад на Землю. Ошибаетесь! Выстрелить не только в Луну, но и в далекие планеты возможно. Но конечно не теперь: наши пушки пока слишком слабы для этого. Брошенная вверх вещь вовсе не должна тотчас же упасть обратно. Все дело — в скорости. Если вещь бросить с достаточной скоростью, она может подняться и до Луны.
Вы поймете это лучше, если внимательно проследите за тем, что будет сейчас сказано.
Представьте себе, что на высокой горе поставлена пушка, которую направили вдоль земной поверхности. На рисунке вы видите такую пушку. Поверхность Земли нарисована кривой: ведь Земля — шар, и значит, поверхность ее кривая. Ядра, выстреливаемые пушкой, летят тоже не прямо: путь их пригибается к Земле, оттого что ядра имеют вес. Если скорость ядер не слишком велика, то пути их искривляются круче, чем искривляется поверхность Земли; поэтому ядро в конце пути встречает Землю, падает на нее. Чем больше скорость ядра, тем дальше от пушки оно падает. Есть такая большая скорость, при которой путь снаряда изгибается ровно настолько же, насколько изогнута поверхность Земли. Что произойдет с таким снарядом? Где он упадет? Нигде не упадет, он даже не приблизится к земле. Он сделает полный круг около земного шара и вернется в то место, откуда вылетел. А если тем временем пушку убрать, чтобы она не мешала пролету снаряда, то он сделает второй круг, затем третий, четвертый и т. д. Одним словом, снаряд, выпущенный с такой большой скоростью, будет все время кружиться около земного шара, никогда не падая на Землю. А если бы удалось отлить пушку, которая выбрасывала бы свои снаряды с еще большей скоростью, они не только не упали бы на землю, но унеслись бы далеко от нее. Рассчитано, что при скорости примерно 11 километров в секунду снаряд мог бы долететь до Луны.
 Путь ядра, выбрасываемого пушкой с большой скоростью. |
Значит, ничего несбыточного нет в мысли добросить пушечный снаряд до Луны, если только будет изготовлена такая сильная пушка. Невозможно другое: невозможно устроить так, чтобы люди, сидящие в снаряде, уцелели при выстреле. Сидеть в ядре стреляющей пушки так же опасно, как стоять против ее жерла. Гибель неминуема!
Зачем же, спросите вы, выбрал французский писатель такой опасный способ путешествия? Нельзя разве долететь то Луны на самолете или воздушном корабле (дирижабле)? В том-то и дело, что нельзя. Самолет и дирижабль летят, опираясь о воздух, а между Землей и Луной воздуха нет. Он простирается над нашими головами на несколько сот километров, постепенно разряжаясь, и переходит далее в совершенную пустоту. Пушечное же ядро может лететь и через пустое пространство. Оттого Жюль Верн и думал, что это самый подходящий способ перелететь на Луну. Но он ошибался: может быть, со временем и удастся выстрелить в Луну, но никогда нельзя будет отослать в пушечном снаряде живых людей.
Мы узнали сейчас, что ни самолет, ни дирижабль, ни даже пушечный снаряд не смогут перенести человека на Луну. Значит ли это, что мы должны навсегда отказаться от мысли побывать за пределами земной атмосферы, посетить Луну и другие планеты? Нет, существует прибор, который поможет нам со временем изучить тайны неба, как изучили мы тайны земли. Этот прибор — ракета.
Что такое ракета, вам, вероятно, известно. Наверно, вы видели, как ракета в фейерверке взвивается огненой линией и рассыпается в вышине разноцветными звездками. Но едва ли вы знаете, как ракета устроена, и, главное, почему она взлетает.
Многие думают, что ракета в полете отталкивается от воздуха той струей горячих газов, которые вытекают из ее трубки при горении. Это совершенно ошибочное представление. Ракета движется по другой причине, по той самой, по которой «отдает» стреляющее ружье или пушка. Когда пороховые газы выбрасывают пулю или снаряд в нашу сторону, они с такой же силой давят и во все другие стороны. Но боковые давления уравновешивают друг друга, одно лишь давление назад остается неуравновешенным, оно-то и увлекает оружие назад, порождает «отдачу». Вы видите, что отдача зависит всецело от тех газов, которые возникают внутри оружия; значит, в пустоте ружье отдавало бы не менее сильно, чем в воздухе.
 Металлический самолет с мотором и четырьмя ракетами, укрепленными на крыльях самолета. |
То же самое происходит и при горении ракеты: газы, образующиеся в ней от горения пороха, стремительно вытекают из отверстия трубки, а сама трубка отталкивается при этом в обратном направлении. Движение ракеты вызывается ее внутренними газами, а не теми, которые окружают ее снаружи. Будет ли вокруг ракеты воздух или нет, зажженная ракета все равно полетит, в пустоте даже лучше, чем в атмосфере, потому что воздух служит лишь помехой ее движению.
Вы видите, что на ракете, если ее сделать достаточно большой, можно будет летать в пустом пространстве.
У ракеты есть драгоценное преимущество над пушечным снарядом. Снаряд окончательную свою скорость получает сразу, отсюда чудовищное сотрясение, гибельное для пассажиров снаряда. Ракета, напротив, накопляет скорость постепенно, плавно переходя из неподвижности в самое стремительное движение. Здесь нет резкого рывка или сотрясения, опасного для здоровья пассажиров. Благодаря этому межпланетный корабль, устроенный по образцу ракеты, прекрасно отвечал бы своему назначению.
Короче сказать, ракета может дать нам именно то, что необходимо для перелета на Луну: она не срывается с места с губительной скоростью, на ней можно взлететь выше атмосферы и там, в пустоте, управлять ее полетом. Для лунного путешествия нужно только превратить ракету в большую летательную машину.
Первый человек, которому пришла мысль сделать из ракеты летательную машину для под'ема пассажиров, был русский революционер Николай Иванович Кибальчич. Кроме заслуг революционных, у Кибальчича есть и заслуга техническая. Ожидая в каземате решения своей участи1, он написал проект придуманной им летательной машины и передал его начальству для вручения специалистам. Тюремщики однако скрыли записку Кибальчича от всего мира, и только через 35 лет после казни этого революционера, когда царская власть была низложена, проект Кибальчича отыскался в полицейских шкафах. Это было в 1817 г. С тех лишь пор стало известно, что Кибальчич придумал способ воспользоваться ракетами для движения летательной машины.
1 Кибальчич участвовал в покушении на Александра II, за что был заключен в Петропавловскую крепость и в 1881 г. казнен.
 Проект летательной машины Кибальчича. |
2 Это не тот самый чертеж, который сделан был Кибальчичем. Предлагаемый чертеж исполнен заново на основании описания Кибальчича (см. 2-ю стр. обл.).
Вы видите на рисунке платформу, на которой укреплены две стойки. Они поддерживают открытый металлический сосуд, подвешенный между ними. Сосуд обращен дном вверх, а узким отверстием вниз. Внутри сосуда имеется медленно сгорающий порох. Когда порох зажигают, образуется внутри сосуда много горячего газа, которому тесно в сосуде. Стремясь раздаться во все стороны, газ напирает на стенки сосуда и частью вытекает через отверстие вниз.
Что должно от этого произойти, вы уже знаете: сосуд должен поддаться вверх; а если сосуд наклонить, то он двинется вбок. Все дело только в том, достаточно ли силен будет напор газов, чтобы поднять тяжелую машину. Кибальчич не успел этого рассчитать. «Я не имею достаточно времени, — писал он, — чтобы разработать свой проект в подробностях и доказать его осуществимость математическими вычислениями». Не упоминает Кибальчич и о том, что его машина смогла бы вовсе вылететь из земной атмосферы в пустое мировое пространства. В то время люди не умели еще хорошо летать в самой атмосфере, и рано было говорить о полетах выше атмосферы.
То, что осталось недоделанным у Кибальчича, доработал другой русский ученый-изобретатель Константин Эдуардович Циолковский. Но ему пришлось вести работу самостоятельно, начав сначала, потому что он не мог знать проекта Кибальчича, спрятанного в полицейских шкафах. Циолковский прежде всего показал, как подсчитывать запас горючего, нужный для того, чтобы ракетная машина двинулась с заданною скоростью. Он доказал математически, что, если в ракетной машине сжечь достаточно горючего, она непременно должна подняться, умчаться выше атмосферы и отлететь на расстояние Луны или планет. Он обратил также внимание на то, что опасный, легко взрывающийся порох необходимо для ракетной машины заменить другим горючим веществом. Гораздо лучше пороха должен действовать ракетный гремучий газ — смесь кислорода с водородом.
Ракету нужно заряжать отдельно кислородом и водородом, доведенными помощью охлаждения и сжатия до жидкого состояния. Подходящим горючим для ракетной летательной машины могут служить также спирт, нефть, бензин и некоторые другие горючие жидкости1.
1 Подробно о ракетном корабле Циолковского см. в статье самого Циолковского (стр. 15).
Мысль о ракетном летании впервые зародилась в СССР, но в последнее десятилетие она перекинулась и на Запад. В настоящее время в Германии и в Соединенных штатах Америки перешли уже от мысли к делу. В обеих странах работникам ракетного дела удалось успешно разрешить задачу — соорудить ракету с зарядом жидкого горючего. Американский изобретатель, проф. Годдард, работающий по заданиям военного ведомства, держит итоги своих трудов в секрете, не сообщая о них в печати никаких подробностей. Известно только, что испытание его пробной ракеты дало вполне обнадеживающие результаты. Больше известно о немецкой ракете: пробная модель, работающая на бензине с жидким кислородом, уже свыше сотни раз пускалась на берлинском «Ракетодроме» при многочисленной публике, поднималась на пять и более километров и благополучно опускалась обратно на парашюте. Если бы не недостаток денежных средств, немецкие работники ракетного дела немедленно приступили бы к изготовлению большой модели для под'ема на сотню километров.
У нас, в СССР задачу практического осуществлению идей Циолковского в области ракетного летания поставил перед собою Осоавиахим. В составе этого общества имеются так называемые «группы изучения реактивного (ракетного) движения» — сокращенно ГИРД, которые и работают в указанном направлении; они же озабочены и подготовкой новых работников ракетного дела.
Постройка больших ракет с жидким безопасным зарядом — только первые шаги на длинном и славном пути, который предстоит ракете. Этот путь приведет когда-нибудь к настоящим ракетным кораблям, которые унесут смелых летчиков далеко за границы атмосферы, в мировой простор, к Луне, к планетам. Тогда разовьется новая отрасль транспорта, которую можно назвать «звездоплаванием». Сначала состоятся только перелеты с одного материка земного шара на другой, но перелеты не через атмосферу, а выше ее, через безвоздушное пространство, где нет ни ветра, ни бурь, ни вихрей, ни гроз, никакой помехи движению летательной машины; ракетный корабль сможет поэтому перелетать из Европы в Америку в полчаса. Затем начнутся взлеты далеко в мировой простор, окружающий нашу землю. Все дальше и дальше будут проникать во вселенную огромные «звездолеты» (ракетные корабли). Наконец наступит день, когда земные люди будут парить над горными странами лунного мира, высматривая удобное место для спуска. Человек завоюет небо!
Воображаемый ландшафт на Луне.
Заглянем мысленно в то, быть может, не очень далекое будущее, когда первый пассажирский звездолет покинет нашу планету и ринется через пустоту мирового пространства к вечному спутнику Земли. Попробуем нарисовать картину этого необычайного путешествия — полета на Луну и обратно.
Вы забрались в тесную каюту огромного, с целый пароход величиной, звездолета. Вас заперли плотно, чтобы ни одна щелочка не соединяла внутренности каюты с внешним миром. Здесь вам предстоит провести целую неделю — срок, не слишком долгий для столь дальнего путешествия. Пока вы не двинулись в путь, осмотрите каюту. Тут имеется запас не только питья и пищи, но также воздуха для дыхания, имеются и аппараты для поглощения углекислоты потребленного воздуха. Вот осветительные и нагревательные приборы, работающие электричеством. Есть костюмы, очень похожие на водолазные, и конечно всевозможные приборы для управления кораблем и наблюдений.
Капитан ракетного корабля предупреждает вас, что сейчас звездолет тронется в путь, и советует лечь на койки. Раздается глухое шипение — это началось сжигание снаряда и вытекание газов из трубы. Вы ощущаете нечто странное: все ваше тело отяжелело, руки и ноги словно налились свинцом. Хорошо, что вы на койке, иначе вам не устоять на нотах! Откуда такая тяжесть? Это следствие быстрого нарастания скорости полета вашего корабля. Пол напирает на ваши ноги снизу, словно стремясь обогнать ваше тело, а вам кажется, что это вы напираете на пол, прижимаетесь к нему, иными словами, сделались тяжелее. А когда вы лежите, вас подпирает снизу койка, которая мчится вместе с звездолетом, и опять вы чувствуете словно отяжеление всего тела.
Но это длится недолго — пока сгорает заряд. Как только (через несколько минут) горение прекращается, чувство отяжеления исчезает и заменяется противоположным ощущением — полной невесомости. Не только ваше собственное тело, об и все вещи в каюте полностью утратили свой вес. Вы можете ронять вещи из рук — они никуда не падают; из опрокинутого стакана вода не выливается. Если вы подпрыгнете, вы будете витать в воздухе каюты, вернее, будете качаться между полом и потолком до тех пор, пока не догадаетесь ухватиться за один из поручней на потолке или стене. Вам недолго удается полежать на койке: малейшее движение — и ваше невесомое тело, как мыльный пузырь, плавно снимается с койки, чтобы начать медленное, но нескончаемое странствование в воздухе от одной стенки каюты до другой и обратно.
Причина этих странных явлений та, что теперь ракетный корабль и все вещи в его каюте несутся в пространстве с строго одинаковой скоростью, не напирая друг на друга; а где нет взаимного давления вещей, там нет и ощущения весомости: вес — это давление вещи на свою опору.
Но полно заниматься тем, что происходит внутри каюты. Взгляните на то, что простирается за ее стенами. Через стеклянное окошко вы увидите на черном звездном фоне неба покинутую вами Землю в форме большого сияющего серпа.
Вам станет ясно, как никогда прежде, что вы жили на небесном теле, что темная, тяжелая Земля — необ'ятного неба. На противоположной стороне вы увидите Луну — цель вашего путешествия. С каждым днем, — вернее, с каждыми 24 часами, потому что на ракетном корабле нет смены дней и ночей, — Луна становится все крупнее, все больше. После ста часов путешествия ракетный корабль приблизится к Луне настолько, что ее притяжение пересилит тяготение Земли. С этого момента вы вступаете во власть Луны, вы уже не летите больше на Луну, вы на нее падаете. Но так как Луна сравнительно небольшое небесное тело, то сила притяжения ее невелика — в 80 раз слабее земного. Оттого и падение ваше происходит медленно. У вас остается достаточно времени, чтобы рассмотреть внимательно подробности ее поверхности. Ничто не застилает ее от ваших глаз: на Луне нет атмосферы, а потому нет ни тумана, ни пыли, ни облаков. На огромном круге Луны, заслоняющем теперь значительную часть неба, вы различаете кольцевые горы, хребты, долины, трещины, обширные сухие впадины, похожие на моря, но не содержащие воды... Луна — безводным мир, лишенный океанов, морей, озер, рек, не знающий дождей и росы. Скоро вам предстоит познакомиться поближе с этим странным, и, повидимому, безжизненным уголком вселенной.
Капитан корабля маневрирует, чтобы по возможности ослабить удар звездолета при спуске на лунную поверхность. Наконец ему удается благополучно снизиться. Вы надеваете «водолазный» костюм и с запасом воздуха в ранце покидаете каюту, чтобы исследовать лунную природу.
Здесь я должен вас покинуть. Я не могу мысленно сопутствовать вам в мире, о котором мне ничего неизвестно. Я ожидаю вашего возвращения в каюту. Вы являетесь туда, нагруженные образцами лунной природы, фотографиями, записями. Надо возвращаться на Землю.
 Путешественники в «водолазных костюмах и с запасом воздуха в ранцах покидают корабль, чтобы исследовать лунную природу. |
Снова начинает работать механизм, подающий горючее, ракета запасается нужной скоростью и уносится с лунной поверхности в бескрайний простор вселенной. Около 50 часов вы летите в районе лунного притяжения, пока не достигаете, примерно на десятой доле всего пути, той границы, где сила притяжения Земли берет верх над лунными притяжениями. Отсюда начинается сточасовое падение на Землю с все возрастающей скоростью. У самой Земли скорость превышает 10 километров в секунду, и, чтобы не разбиться вдребезги, капитан описывает в земной атмосфере длинную спираль, тормозя падение сопротивления воздуха. Наконец звездолет спокойно садится на родную землю, покинутую неделю назад.
Перелет «на Луну и обратно» окончен.