Циолковский. Его жизнь, изобретения и научные труды.

Почету летит ракета?

Чтобы понять, почему именно на ракету возлагается Циолковским задача разрешения проблемы заатмосферного летания, надо уяснить себе принцип движения ракеты. Займемся же сперва обыкновенной пиротехнической ракетой, вникнем в ее устройство и выясним причину ее полета.

Слово «ракета» — итальянское и означает «трубка»; ракета — трубка, набитая порохом. В картонную трубку плотно набивают порох так, что при поджигании с одного конца масса заряда не загорается вся сразу, а горит постепенно. С одного конца трубка закрыта, с другого оставляется открытой; здесь делается лишь сужение просвета трубки. Против отверстия трубки в плотной массе пороха вдавливается продольная полость — это так наз. «пролетное пространство». Ракету зажигают с помощью шнура, введенного через отверстие. Пороховая масса загорается, и ракета стремительно взвивается закрытым концом вверх.

Почему? Весьма распространенно превратное старинное объяснение полета ракеты: она отталкивается от воздуха струей вытекающих из нее пороховых газов. Такое представление совершенно ошибочно. Ракета при движении вовсе не опирается на окружающий воздух; будучи подожжена, она может лететь и в безвоздушном пространстве. Опыты (американского физика проф. Годдарда) показали, что в пустоте ракета летит даже лучше, чем в воздухе, который своим сопротивлением замедляет ее полет. Истинная причина движения ракет другая. При горении пороховой массы внутри ее, в пролетном пространстве, образуются газообразные продукты горения. Сжатые в тесном объеме пороховые газы давят во все стороны — в бока, вверх, вниз. Боковые давления никуда не могут сдвинуть ракету — они друг друга уравновешивают. Но напор вверх не уравновешивается напором вниз, так как стенка внизу имеет отверстие; напор на нее, следовательно, меньше — часть газов свободно вырывается наружу, и напор теряется. Давление вверх поэтому превозмогает, и избыток напора увлекает ракету вверх.

Отсюда ясно, что ракета движется напором не того газа, который из нее вытекает, и не того, который находится под ней, а того газа, который заключается внутри ее самой. Вот почему ракета способна к управляемому полету за пределами атмосферы и вот почему на ракетные аппараты возлагается задача завоевания мирового пространства.

Аэроплан, дирижабль так или иначе опираются о воздух, вне атмосферы они не могут не только управляться, но даже держаться. Ракетный корабль, т. е. огромная ракета с каютой для людей — единственный аппарат, который может, управляясь, двигаться в безвоздушном пространстве.

У ракетного аппарата есть и еще одна важная особенность, также имеющая решающее значение в рассматриваемой проблеме. Вынестись за границы атмосферы мог бы со временем, пожалуй, и пушечный снаряд; известно, что родоначальник научной фантастики Жюль Верн мечтал о полете на Луну внутри снаряда исполинской пушки. Но если бы пушка и могла когда-нибудь закинуть ядро на Луну, в нем не уцелели бы люди; они неминуемо погибли бы в самый момент выстрела, так как человеческий организм не может перенести подобного сотрясения. Человеку внутри снаряда, — как сознавал еще и Жюль Верн — грозит при выстреле совершенно такая же опасность, как если бы он находился у жерла пушки, направленной в него в упор… Стремительный переход от состояния покоя к быстрому движению (а для вылета в мировое пространство нужна огромная скорость) есть лишь иное обозначение того, что мы называем сотрясением.

В ракетном корабле мы будем иметь совершенно другие условия. Он летит не менее быстро, чем пушечное ядро, но огромная его скорость накопляется постепенно: переход от покоя к стремительному движению совершается плавно, не угрожая здоровью пассажиров.

Заслуга Циолковского состоит не в том лишь, что он указал на ракету, как на орудие будущего заатмосферного транспорта, но и разработал теорию реактивного (ракетного) движения, установив математически зависимость между скоростью ракеты и другими факторами. Он указал, что ракета может получить любую, сколь угодно большую скорость, если в ней сгорит достаточное количество горючих веществ: чем больше сгорит горючего и чем большую скорость имеет струя вытекающих газов (продуктов горения), тем значительнее окажется скорость ракеты по окончании горения. Точная зависимость между этими тремя величинами (количеством потребленного горючего, скоростью вытекания газов и скоростью самой ракеты), выраженная математически («уравнение ракеты»), впервые установлена была Циолковским и теперь является основанием теории реактивного движения.

Характер этой зависимости можно ощутить, впрочем, и без формул, на основании следующего рассуждения Циолковского.

«Вообразим для простоты вывода, что тяжесть отсутствует. Обозначим массу ракеты без взрывчатых веществ через 1. Пусть и количество взрывчатых веществ такое же. Равные массы взаимно отталкиваются и приобретают равные скорости. Значит, если скорость вытекания продуктов взрывания, скажем, 5 км в сек., то и ракета приобретает секундную скорость 5 км. Если ракета возьмет с собою 3 части взрывчатых веществ на 1 часть собственного веса, то скорость ее, как легко показать, должна удвоиться. Действительно, выбрасывая сначала 2 части горючего, мы остальной части ракеты (равной массы) сообщим скорость в 5 км. Выбрасывая затем имеющуюся у нас еще 1 часть горючего, сообщим ракете (равной массы) добавочную скорость в 5 км, т. е. в конечном итоге 10 км в сек. Вообще, если будем брать последовательно запасы горючего