Вилли Лей - Ракеты и полеты в космос

Другой критик, специалист в области авиации, смущенно признавался, что склонен верить Оберту, но никак не может понять, почему истекающие продукты горения должны следовать за ракетой, если скорость последней на известном участке траектории превзошла бы скорость их истечения. Ему, по-видимому, было совершенно невдомек то обстоятельство, что скорость истечения газов никогда не будет меняться, если за ними наблюдать с самой ракеты, и что вся премудрость заключается в том, относительно чего производится измерение скорости.

Еще один критик, будучи физиком по профессии, а значит, и более расположенным к точным положениям, заявлял, что скорость ракеты не может быть выше скорости истечения газов, так как в этом случае к.п.д. превысит 100%, а это, мол, невозможно. Безусловно правильно, однако, что к.п.д. ракеты, которая движется, скажем, со скоростью, в два раза большей, чем скорость истечения газов, будет значительно выше 100%, если вы будете рассматривать только тот интервал времени, когда это условие будет иметь место. Но так делать нельзя. «Невозможный» к.п.д. создастся, если можно так выразиться, за счет очень низкого к. п. д. сразу после старта, когда ракета движется очень медленно. Если взглянуть на работу двигателя на всем участке обеспеченного полета, то к.п.д. вообще никогда не приблизится к 100%.

Что может случиться, если из общей проблемы брать лишь одну из частностей, было хорошо показано другим математиком, критиковавшим Оберта. Он вычислил, что самое мощное известное взрывчатое вещество не сможет даже поднять свой собственный вес на высоту, большую 400 км, но при этом забыл, что ракета несет не столько топливо, сколько его энергию [11] Эта ошибка хорошо объясняется аналогичным примером из другой области. При стрельбе из лука мускульная энергия стрелка передается тетиве и древку лука. Она составляет около 20 кг/м на каждый кг веса лука. 20 кг/м было бы достаточно для того, чтобы поднять лук на 20 м. Исходя из этого, многие думают, что, следовательно, стрелу нельзя запустить выше, чем на 20 м (при этом неважно, как велик лук), так как вы ведь не можете передать луку больше энергии, чем 20 кг/м на 1 кг его веса. Но вы запускаете не лук, вы стреляете значительно более легким предметом — стрелой, весящей, скажем, в 10 раз меньше лука. Значит, она может подняться в 10 раз выше, чем может поднять себя лук. В ракетной системе сама ракета представляет собой стрелу, а топливо — лук, и высота не ограничивается весом (массой) истекающих газов (продуктов сгорания топлива), так как эти газы остаются позади ракеты. (Прим. авт.) . Этот великий «вычислитель» поспешил даже опубликовать свое «открытие».

Для примера он взял нитроглицерин, тогда самое мощное взрывчатое вещество. Мне неизвестно, говорил ли ему кто-либо, что простое жидкое топливо, такое как бензин, создает более высокую скорость истечения, чем любое взрывчатое вещество. Однако я убежден в том, что если бы кто-нибудь и сказал ему, этот «критик» остался бы при своем мнении.

Оберт особенно подчеркивал значение жидких топлив для ракет. Как мы уже говорили, скорость ракеты можно увеличить либо путем, увеличения количества топлива, расходуемого за единицу времени, то есть путем увеличения массы топлива, участвующей в реакции, либо за счет увеличения скорости истечения продуктов горения. Известно, что даже самое обычное из жидких топлив — автомобильный бензин — дает скорость истечения в два раза большую, чем скорость истечения в ракете, работающей на дымном порохе. Этого факта оказалось достаточно для того, чтобы Оберт выбрал для ракеты жидкое топливо. Он оправдывал свой выбор еще и тем, что жидкие топлива с точки зрения хранения и обращения с ними имеют большие преимущества перед твердыми. В наши дни это соображение приобрело еще большую важность в связи с тем, что некоторые современные твердые топлива обеспечивают скорости истечения весьма близкие к скоростям истечения в жидкостных ракетных двигателях.

Оберт не мог знать этого. Он остановился на жидких топливах из-за более высоких скоростей истечения продуктов горения. Не знал Оберт и того, что еще за 20 лет до него такой же вывод был сделан Циолковским. Оберт не знал русского языка, да и все равно не смог бы найти подшивки старых русских авиационных журналов, где публиковались статьи Циолковского. Профессор Годдард, который тоже не знал русского языка, уже экспериментировал с жидкими топливами в то время, когда появилась книга Оберта, но до 1936 года скрывал результаты своей работы.

Но помимо того, что книга Оберта смутила критиков, она сделала и кое-что другое: она подбодрила тех, у кого были сходные с идеями Оберта мысли, и заставила их заняться исследованиями. Одной из самых важных печатных работ, появившихся сразу вслед за книгой Оберта, был томик, похожий внешне и написанный в сходной манере с книгой Оберта. Автором книги, называвшейся «Возможность достижения других небесных тел», был доктор Вальтер Гоманн, архитектор города Эссена. Книга содержала пять глав: 1) Отправление с Земли; 2) Возвращение на Землю; 3) Полет по инерции в космосе; 4) Круговые орбиты у других небесных тел и 5) Посадка на другие небесные тела.

Книга Гоманна оказалась еще более «туманной» в представлениях читателей, чем книга Оберта. Оберт, по крайней мере, говорил о конкретных моделях ракет. Он рассчитал их характеристики и указал, чего можно добиться с их помощью. Для инженера модели Оберта были в первую очередь примерами, набросками, потребовавшимися для определенных расчетов. Для неспециалиста эти модели были уже не примерами, а проектами, чем-то таким, что можно было, хотя и с трудом, но все же представить себе.

Гоманн же, как он писал мне позже, думал о фактических конструкциях, но не привел в книге ни одного наглядного примера. Он ограничился математическим исследованием величин данного или принятого количества топлива, необходимого для предполагаемой работы ракетного двигателя. Это исследование было очень интересным и имело огромную научную ценность, но читалось почти так же, как рецепт врача. В качестве иллюстрации Гоманн нарисовал «пороховую башню», которая еще больше запутывала рассматриваемую им проблему. Этого не случилось бы, если бы его «пороховая башня» выглядела так, как это показано на рис. 23, то есть была бы снабжена пояснительными надписями, но в книге Гоманна речь шла только о неведомой «башне», и все думали, что это всего-навсего один из абстрактных примеров автора.

На рис. 23 показано, что имел Гоманн в виду под этой «башней». Если представить себе, что на некоторую работу потребовалось бы 6 минут, и если принять, что «башня» горела бы только у основация, то можно было бы провести 6 параллельных линий через нее. Это дало бы 6 дисков пороха плюс полезную нагрузку, которую необходимо привести в движение. Каждый из шести дисков имел бы одинаковую толщину, но разный диаметр и, конечно, разный вес.Каждый слой пороха представлял бы собой количество топлива, необходимое для работы в течение одной минуты: самый большой диск снизу указывал бы количество пороха, необходимого для работы в первую минуту, и так далее. Если сделать достаточно большой и аккуратный чертеж, то можно разделить любой слой на 60 частей и найти количество пороха, необходимое для работы ракеты в каждую секунду.