Карл Гильзин - В небе завтрашнего дня

А что значит — лучше? Спросите любого автомобилиста, он вам ответит, что лучше та машина, которая расходует меньше топлива на километр пути. То же скажет и летчик о самолете. Расходом топлива определяют в этих случаях экономичность, совершенство машины. Чем лучше экономичность, тем дальше с тем же запасом топлива уедет автомобиль, улетит самолет. Если нужно увеличить дальность, придется вместо полезного груза брать с собой в путь лишнее топливо. Так обстоит дело на Земле.

А в космосе? Разумеется, и здесь расход топлива играет важную роль, пожалуй, решающую. И не потому, что космическое ракетное топливо гораздо дороже обычного или что общая затрата его на совершение полета велика, отчего каждый процент экономии становится весьма весомым.

Главное в другом. Если во всех видах земного транспорта нехватку топлива обычно можно восполнить заправкой в пути, то для космического полета это пока еще только мечта. Правда, идея Циолковского о космических «заправочных колонках», мчащихся вокруг Земли по орбитам искусственных спутников и служащих для пополнения опустевших баков космических кораблей, стартующих с Земли, несомненно будет осуществлена. Мало того, ее осуществление не за горами. Уже не только исследуются многочисленные связанные с ней проблемы, но и готовятся различные эксперименты в космосе (например, в США — опыты с двухместными кораблями-спутниками «Джеминай», в ходе которых предполагается произвести стыковку двух выведенных на орбиту космических аппаратов).

Но все же пока таких космических заправочных станций нет. Да и если они будут созданы, то это только несколько облегчит задачу, но не решит ее до конца. Ибо даже в случае, когда межпланетный корабль стартует с орбитальной станции, заполнив на ней свои топливные баки, потребное количество топлива на борту корабля все же оказывается чрезмерно большим. Что поделаешь, так велика затрата энергии на разрыв цепей тяготения, оттого-то энергия — ключ к космосу. И, кстати сказать, особенно возрастает затрата топлива, когда полет должен длиться меньше времени, — курьерские сообщения в космосе достанутся дорогой ценой.

Поэтому-то расход топлива в космосе играет решающую роль. Величина потребного запаса топлива на борту обычно сразу показывает, можно ли вообще осуществить данный полет, и если можно, то каким может быть полезный груз на корабле, то есть какова практическая целесообразность полета. Легко видеть, какое значение имеет даже небольшое уменьшение потребного запаса топлива, — ведь сейчас вес полезного груза на корабле в несколько десятков, а то и в сотни раз меньше веса топлива. Значит, уменьшение запаса топлива всего на 1 % может удвоить вес полезного груза! На Земле ничего подобного не бывает.

Так что же, в конце концов, выгоднее с точки зрения затраты топлива- обычная современная ракета или «космический тихоход»?

Наша гонка вокруг Москвы не дает ответа на этот вопрос, хотя бы потому, что взлет космической ракеты осуществляется, как известно, вертикально вверх. Поэтому соревнование «тихохода» с такой ракетой должно представлять собой уже гонку по вертикали, что вносит существенные поправки.

Чтобы ракета оторвалась от пускового стола и взлетела, на нее должна действовать вверх сила, превосходящая собственный вес ракеты. Такой силой является реактивная тяга двигателя — сила реакции вытекающей из него струи газов. Если эта сила будет в точности равна весу ракеты, то ракета не взлетит или же, взлетев, повиснет неподвижно в воздухе, подобно вертолету. Чуть возрастет сила — и ракета станет подниматься. Если сила постоянна, то и ускорение ракеты будет постоянным (если не учитывать изменения массы ракеты из-за расходования топлива, а также влияния сопротивления воздуха), то есть ракета будет двигаться равноускоренно. Но ведь именно таков закон движения «тихохода». Разве ракета и есть «тихоход»?

Действительно, в самом начале взлетающая ракета движется с очень небольшой скоростью, как и наш «тихоход». Создается даже впечатление, будто она и не движется вовсе, а находится в каком-то раздумье: не то взлетать, не то нет. Но потом она летит все быстрее, и очень скоро ее след тает в небе. Это стремительное нарастание скорости объясняется тем, что обычно сила тяги значительно превосходит вес ракеты. Помните, какие огромные перегрузки действовали на наших космонавтов в кабине корабля «Восток» в момент взлета? Увеличенный в несколько раз собственный вес вжимал, вдавливал их в сиденье. Это объяснялось тем, что ускорение ракеты в несколько раз превосходило ускорение свободного падения тел, то есть то нормальное ускорение силы тяжести, с которым связано появление обычного веса каждого из нас здесь, на Земле.

Если, например, вес взлетающей ракеты равен 100 тоннам, а сила тяги двигателя равна 200 тоннам, то и вес космонавта при взлете будет из-за перегрузки вдвое больше обычного, а ракета будет взлетать вверх с ускорением, равным нормальному, — скорость ракеты будет возрастать каждую секунду на 10 метров в секунду. Обратите внимание, это важно — ускорение взлетающей ракеты не в два раза больше обычного, а только равно ему, хотя перегрузка равна двум. Это легко объяснимо: чтобы ракета не падала вниз под действием силы тяжести, двигатель должен создавать тягу, равную весу ракеты. Значит, эта тяга не будет создавать ускорения ракеты, хотя топливо будет расходоваться. Только тяга, избыточная над весом, начнет разгон ракеты.

Но зачем нужно осуществлять разгон ракеты с таким большим ускорением, если перегрузки очень неприятно действуют на космонавтов да и на ракету тоже? Не лучше ли не торопиться й несколько увеличить продолжительность взлета, хотя бы, например, вдвое? Кстати, это будет выгоднее и потому, что понадобится менее мощный, а следовательно, и более легкий двигатель, да и вес ракеты будет меньше. Что же этому мешает?

Может быть, ракетные двигатели не в состоянии работать вдвое большее время, допустим, не 5–6, а 10–12 минут подряд? Действительно, создание таких долгоработающих двигателей — сложная задача, ибо ракетные двигатели работают в невиданно сложных условиях, не встречающихся в двигателях других типов. Но все же современная ракетная техника в состоянии создать нужные двигатели.

Тогда, может быть, нельзя осуществить такой замедленный взлет потому, что трудно управлять медленно взлетающей ракетой? Действительно, это очень плохо, что в течение большого времени после старта ракета движется с очень малой скоростью. Ведь даже небольшой порыв ветра может оказаться в этом случае губительным. И все же и с этой трудностью современная техника тоже может справиться.

Выходит, можно попробовать устроить нужную нам гонку по вертикали. Вот стоят рядышком на пусковых столах обычная ракета и наш «тихоход». Мерно отсчитывает метроном секунды: «…Три… Два… Один… Старт!» Первые мгновения оба соревнующиеся аппарата движутся, кажется, одинаково медленно, затем дело резко меняется — ведь ускорение «тихохода» (мы его считаем прежним) в 30 000 раз меньше, чем ракеты, если для нее оно равно 30 м/сек?. Прошла минута, и ракета, давно скрывшаяся в небе, мчится уже со скоростью 1,8 километра в секунду, тогда как скорость «тихохода» равна всего 6 сантиметрам в секунду. За эту минуту он поднимется всего на 1,8 сантиметра, а ракета умчится на 54 километра. Но нас теперь все это уже не пугает, мы знаем, что «тихоход» похож на улитку только в начале пути, а потом берет свое. Кто же все-таки победит в соревновании?