Циолковский. Жизнь и технические идеи

За новую ракету

Создав теорию ракеты, Циолковский, верный своему правилу: «знать — чтобы улучшать», указал путь ее коренного переустройства. Ракета для усиления своей мощности, учил Циолковский, должна порвать вековую связь свою с порохом и получить иное энергетическое вооружение. В древнее тело ракеты надо влить свежую кровь. Взамен опасного, легко взрывающегося пороха, новая ракета должна получить высококалорийное промышленное горючее. Это не только сообщит ракете бóльшую безопасность, но и даст ей возможность выполнять задачи, недостижимые для ракеты пороховой: накоплять бóльшие скорости, покрывать в полете бóльшие расстояния, брать бóльшие высоты, переносить бóльшие грузы.

Распространенное убеждение, будто порох развивает при сгорании огромные количества энергии, совершенно ошибочно. По заложенному в нем запасу энергии порох в ряду горючих веществ занимает последнее место, далеко позади бензина, керосина, нефти, спирта. В технике огнестрельного оружия порох ценится вовсе не благодаря своей высокой энергоёмкости, а из-за способности быстро, почти мгновенно сгорать. В огнестрельном оружии такое быстрое сгорание заряда, сосредоточение подаваемой энергии на небольшом промежутке времени, играет решающую роль. Ради этого и приходится предпочитать порох всем другим, гораздо более энергоёмким видам горючего. Но если бы керосин или спирт сгорали столь же быстро, как порох, артиллеристы, не колеблясь, стали бы заряжать пушки керосином или спиртом.

В отличие от огнестрельного оружия, ракета совершенно не нуждается в быстром сгорании ее заряда: окончательная скорость, приобретаемая ею после сгорания заряда, не зависит от того, происходило ли горение быстро или медленно. Одно из положений, установленных Циолковским, так называемая вторая его теорема, гласит:

«окончательная скорость (ракеты) не зависит от времени и порядка взрывания. Происходит ли оно равномерно или нет, длится ли секунды или тысячелетия — это все равно. Даже перерывы ничего не значат».

Скажем больше: в ракете, предназначаемой для транспорта, чрезмерная быстрота сгорания есть именно то, чего следует избегать. Ракета только тогда сможет выполнять возлагаемые на нее новые технические задачи транспортного характера, когда огромная ее окончательная скорость будет возникать не сразу, в результате мгновенного взрыва, а станет накопляться с плавной постепенностью в результате медленного сгорания. Слишком стремительный темп нарастания скорости создал бы для конструкции ракеты и находящихся внутри приборов такие напряжения, которые угрожали бы их целости, а в организме пассажиров породили бы нарушения, опасные для жизни.

Вот почему Циолковский поставил вопрос о необходимости создать новый тип ракеты, в которой порох заменен был бы жидким горючим и жидким окислителем. Ракета должна быть снабжена зарядом, горящим без взрыва и дающим при сгорании значительно больше энергии, нежели порох. Первоначально Циолковский предлагал в качестве заряда для новой ракеты сжиженный водород и сжиженный кислород; при горении водорода в кислороде развивается огромное количество теплоты, и образующийся водяной пар с весьма большой скоростью вырывается из трубы (сопла) ракеты. Впоследствии, когда выяснилось, что жидкий водород чрезвычайно легок — в 14 раз легче воды — и что, следовательно, для хранения его понадобятся чересчур объемистые вместилища, Циолковский отказался от водорода и заменил его другими, более плотными горючими жидкостями. Ракеты с жидким зарядом принято теперь называть «жидкостными».

Прежде чем перейти к дальнейшему изложению, уместно будет разъяснить один пункт, вызывающий нередко недоумение. Почему нужна для межпланетного полета огромная скорость в 11 километров в секунду? Ведь притяжение Земли уменьшает скорость взлета ежесекундно всего лишь на 10 метров в секунду. Казалось бы, достаточно поэтому сообщить звездолету скорость чуть побольше 10 метров в секунду, и ракетный корабль удалится от Земли навсегда.

Такие возражения высказывали Циолковскому иные читатели его книг, недостаточно знакомые с физикой. Мысль эта совершенно ошибочна. Верно то, что в первую секунду ракета-звездолет, брошенная ввысь, потеряет из своей секундной скорости только 10 метров. Но не надо забывать, что в течение второй секунды полета она потеряет еще 10 метров секундной скорости, в третью секунду — новые 10 метров и т. д. Если бы звездолет отправился в путь, имея даже начальную скорость в 1000 метров в секунду, то уже через 100-секунд вся эта скорость была бы без остатка израсходована на борьбу с тяжестью: менее чем через две минуты от начала полета такой звездолет начал бы неудержимо падать на Землю. Нетрудно вычислить по формулам элементарной механики, что при полном отсутствии воздушного сопротивления звездолет, покинувший Землю с указанной начальной скоростью, поднялся бы только до высоты 50 километров.

Как видим, даже скорость ружейной пули слишком недостаточна для совершения подлинно космического рейса. Звездолету нужна значительно бóльшая скорость — согласно расчету, не ниже 11 километров в секунду. Тогда он достигнет высот, где начинает заметно сказываться ослабление земного притяжения; секундное убывание скорости будет становиться все незначительнее; ракета успешнее будет бороться с замедляющим действием земного притяжения и долетит (при полете на Луну, например) до той границы, за которой притяжение Луны берет верх над земным. Дальнейшее движение звездолета будет уже не чем иным, как падением на Луну.