Гелий Салахутдинов - Блеск и нищета К. Э. Циолковского

В 1882 году идея реактивного движения оказалась в поле внимания и Н.Е. Жуковского, занявшегося ее теоретической разработкой [19]. Что же для себя нового и непонятного мог увидеть К.Э. Циолковский в этой работе. Может быть указание на возможность получать такую силу не только с помощью твердых или газообразных, но и посредством жидких рабочих тел.

Видимо, на этот вопрос он ответил в 1926 году, когда в работе [113] писал: "Некоторые предлагают для реактивного действия сжатые в сосудах газы или сильно нагретые летучие жидкости. Это совершенно неприменимо - и вот почему. Самые точные и многочисленные мои расчеты показывают, что вес резервуаров самой лучшей формы и материала, по крайней мере в пять раз больше веса сжатого воздуха, заменяющего взрывчатое вещество. Отсюда видно, что газовый отброс всегда будет раз в 5-10 весить меньше, чем ракета..., для получения низшей космической скорости надо, чтобы взрывчатый материал при самых благоприятных условиях превышал по массе ракету в четыре раза" [113, с. 245]. Это было новым, а непонятным остался, видимо, принцип работы ракетного двигателя.

Как уже отмечалось, интерес человечества к полетам в космос ведет свой отсчет из древности, скажем, от мифа об Икаре, и был подогрет писателями фантастами. Так, например, французский писатель Савиньен де Сирано, известный под именем Сирано де Бержерак, еще в 1649 году в романе "Путешествие на Луну" описал многоэтажное устройство, на котором солдаты разместили по шесть ракет на каждом этаже. При помощи этих ракет это устройство с Сирано на борту якобы поднималось на огромную высоту. В сочинении Жюль Верна "Путешествие на Луну" управление полетом ядра предлагалось осуществлять с помощью ракет. В 1806 году французский пиротехник Рюжьери запустил вертикально ракету с бараном и затем спустил ее на парашюте. Подобного рода примеры можно приводить и дальше, и все они характеризуют то обстоятельство, что идеи ракетного полета и полета в космос к началу XX в. уже не были новыми.

К.Э. Циолковский понимал, что для осуществления космического полета необходимо, чтобы калорийность топлива была предельно высокой. Но наибольшая она была у жидких компонентов, а поскольку их тоже можно применять на ракете, то следует их и подавать в ее камеру. Так, синтезируя чужие идеи и добавив к ним лишь идею двухкомпонентного жидкого топлива, К.Э. Циолковский пришел к идее жидкостной космической ракеты.

"Представим себе, - писал он, такой снаряд: металлическая продолговатая камера" ..., которая "имеет большой запас веществ, которые при своем смешении тотчас же образуют взрывчатую массу. Вещества эти, правильно и довольно равномерно взрываясь в определенном для того месте, текут в виде горячих газов по расширяющимся к концу трубам (рис. 11), вроде рупора или духового музыкального инструмента" [110, с. 73].

Ракета эта должна быть пилотируемой, поэтому у нее был отсек для экипажа, снабженный светом, кислородом, поглотителями углекислоты, миазмов и других "животных выделений".

Как и каждый изобретатель, он попытался сформулировать преимущества своего детища перед другими аналогичными средствами, и прежде всего с теми, которые существовали реально: большая пушка (а дирижабль нельзя было брать в расчет). Впрочем, сам автор понимал, что пушка тоже непригодна для космических полетов, поскольку в ядре, выпущенным ею, развиваются чрезмерные перегрузки, а обратное его возвращение на Землю более чем сомнительно [110, с. 72-73], не говоря уже о проблемах, связанных с сопротивлением атмосферы.

Итак, в разделе о преимуществах ракеты он писал:

"а) аппарат наш сравнительно с гигантской пушкой легко осуществим;"

Это было, как мы сейчас понимаем, большим заблуждением - это дело оказалось трудным и наукоемким. Как это ни парадоксально, именно это заблуждение стимулировало практические работы по жидкостной ракете Р. Годдарда (США), Г. Оберта (Германия), Ф.А. Цандера (СССР), Е. Зенгера (Австрия) и многих других пионеров ракетной техники.

"б) давление (тяга - Г.С.) взрывчатых веществ, будучи довольно равномерным, вызывает равномерно ускоряющееся движение ракеты, которое развивает относительную тяжесть (перегрузку - Г.С).

Здесь он не ошибается, поскольку при постоянной тяге из-за уменьшения с течением времени массы ракеты, ее ускорение будет переменным.

Далее: "...величиною этой временной тяжести (перегрузкой - Г.С.) мы можем управлять по желанию, т.е. регулируя силу взрыва (тяги - Г.С), мы в состоянии сделать ее, произвольно мало или много превышающей обыкновенную земную тяжесть".

Здесь К.Э. Циолковский полностью прав, поскольку возможность регулирования уровня перегрузок является определяющим достоинством жидкостных ракет в аспекте их использования для пилотируемых полетов.

"Если предположим для простоты, что сила взрыва (тяга - Г.С.) уменьшается пропорционально массе снаряда, сложенной с массой оставшихся не взорванными взрывчатых веществ, то ускорение снаряда, а следовательно, и величина относительной тяжести (перегрузка - Г.С.) будут постоянными".

Совершенно очевидно, что он для этого своего вывода использовал формулу из школьного учебника физики: F = mа, т.е. a = const, если F/m = const

Кроме отмеченных, К.Э. Циолковский указывает еще на одно достоинство ракеты: возможность регулировать скорость полета в широких пределах, что обеспечивает безопасный спуск и посадку ее на планету, а также уменьшение потерь на преодоление сопротивления планеты и ограничение величины аэродинамического нагрева.

Он правильно считал, что полет в атмосфере должен проходить с малой скоростью, которая может увеличиваться с разряжением воздуха.

Большое внимание он уделил вопросам, связанным с решением основных конструктивных проблем ракеты. Первый из них касался проблем управления движением центра масс и движением относительно центра масс. Этот вопрос К.Э. Циолковским был отчасти осмыслен еще в работе "Свободное пространство". Понимая теперь специфику космоса, он довольно четко формулирует сначала способы управления вектором тяги ракеты.

В атмосфере Земли (да и других планет) он считал целесообразным управлять полетом рулем, "подобным птичьему" [ПО, с. 74]. Из проекта его аэроплана следует, что под этим термином он понимал аэродинамические рули высоты и направления, которые применялись в авиации.

Кроме того, он высказал еще две идеи: разместить руль вне ракеты, поблизости от выходного сечения сопла двигателя, а также поворачивать саму камеру сгорания ракетного двигателя, точнее, - конец ее сопла [110, с. 75].

Все эти идеи нашли применение в ракетной технике.