• Главная
• Контакты
• Нашёл ошибку
• Прислать материал
• Добавить в избранное

Кто не знает красивой легенды о гениальном греческом скульпторе и ученом Дедале и его сыне Икаре? Эту легенду рассказал в своей поэме «Метаморфозы» римский поэт Публий Овидий Назон.

Спасаясь от наказания за совершенное им преступление, рассказывает Овидий Назон, Дедал бежал из Афин на остров Крит к могущественному царю Миносу. Минос хорошо принял гениального скульптора. В благодарность Дедал построил для Миноса дивный дворец — Лабиринт, войдя в который уже невозможно было найти выхода. Но когда Дедал захотел вернуться на родину, оказалось, что Минос не желает отпускать столь полезного ему человека. Он запретил морским судам, поддерживавшим связь с материком, принимать на борт Дедала и его сына Икара.

— Раз морской путь для нас закрыт, — сказал Дедал, — мы покинем Крит по воздуху. В воздухе нам не страшна власть Миноса.

Дедал сделал из птичьих перьев, скрепленных воском, две пары крыльев и вместе с Икаром поднялся в воздух, держа путь на материк. Перед отлетом он предупредил сына, чтобы тот не подлетал слишком близко к Солнцу, дабы не растаял воск, соединяющий перья крыльев.

Не послушался Икар. Весело показалось ему летать в воздушной стихии. Поднялся он высоко в лучезарное небо, к самому Солнцу. Закапал расплавившийся воск, полетели по ветру рассыпанные перья, и юноша упал в море, которое в память о нем назвали Икарийским.

Но легенда об Икаре, приблизившемся к Солнцу, — это не самая ранняя легенда о космических путешествиях.

Две тысячи шестьсот лет назад в Ассирии царствовал человек с трудно произносимым именем — Ашшурбанипал. Он вел много войн, завоевал Вавилон, Элам, одно время владел Египтом. Повидимому, он был образованным, много знающим человеком. У себя во дворце он собрал грандиозную библиотеку. В то время книги делались не из бумаги и не из пергамента, — писали тогда на глиняных дощечках. Двадцать тысяч таких глиняных таблиц-рукописей собрал он в своем дворце.

В середине прошлого века эта библиотека грозного древнего царя была найдена археологами. И на одной из табличек историки прочитали сказание о полете в небо еще более древнего, чем Ашшурбанипал, царя Этана. По словам этого сказания, он поднялся на такую высоту, что Земля представилась ему не больше «хлеба в корзине», а затем совсем исчезла из глаз.

Надо ли говорить, что эти легенды не содержат ни грана истины; они свидетельствуют только о стремлении, существовавшем в разные времена и у разных народов, покинуть Землю и слетать в иные миры.

В средние века небо было объявлено жилищем богов, к которому и мечтать приблизиться было запрещено накрепко. Только писатели и поэты эпохи Возрождения снова вернулись к этой вечной мечте.

XIX век был веком стремительного развития науки и техники. Расширились знания в области астрономии, возникло воздухоплавание. Реальность идеи посещения соседних планет стала ясной для большинства образованных людей. Стали ясными и основные трудности, связанные с этой проблемой. Проекты, которые выдвигались в это время, уже носили не фантастический, а научный характер.

В чем же видели основную трудность осуществления космического полета ученые XIX века?

Еще задолго до того, как Исаак Ньютон в 1682 году открыл закон всемирного тяготения, явления, связанные с этим законом, уже были замечены людьми. Да и как могла пройти незамеченной эта всемогущая, всепроникающая, буквально вездесущая сила, заставляющая камни скатываться с гор к их подножиям, реки стекать с материков в океаны, птицу, сложившую крылья, стремглав падать наземь.

Древние считали, что чем тяжелее тело, тем быстрее оно падает вниз. Аристотель узаконил это положение, и только опыты Галилео Галилея, бросавшего тела разного веса с высокой башни и наблюдавшего за их падением, рассеяли это заблуждение.

Исаак Ньютон своим открытием распространил влияние силы тяжести на всю бесконечную Вселенную, объяснил наличием этой силы стройную гармонию движения небесных тел в нашей солнечной системе.

Сила, двигающая миры и роняющая на Землю брошенный вверх камень, сила, без которой Земля давно бы уже покинула свое место близ Солнца, является вместе с тем главным препятствием на пути человека в космическое пространство.

Надо или нейтрализовать или преодолеть эту силу.

Но как нейтрализовать вездесущую силу тяжести?

^{Исаак Ньютон первым объяснил, почему брошенный вверх камень падает обратно на Землю, и указал силу, которая двигает планеты.}

Герой увлекательного романа английского писателя Герберта Уэллса «Первые люди на Луне» изобрел специальный состав — «кеворит», непроницаемый для силы тяжести. Он построил из этого состава снаряд для космического путешествия в форме шара с большим количеством форточек во всех его стенках. Находящиеся внутри этого шара предметы и люди таким образом были изолированы от земного притяжения. А для того чтобы отправиться в космическое путешествие, надо было только открыть одну из «кеворитовых» форточек, находящуюся в направлении того небесного тела, к которому предполагается полет. Притяжение к этому телу всего, находящегося в снаряде, и увлечет снаряд в космический рейс.

Возможно ли, с точки зрения сегодняшней науки и техники, создание такого изолирующего притяжение вещества — «кеворита»?

Наука отвечает на этот вопрос отрицательно.

Но предположим даже, что будет создано вещество со столь изумительными свойствами. Позволит ли оно осуществлять космические путешествия?

Оказывается, нет.

Слишком далеко находятся от нас светила, слишком слабо влияние их притяжения на нашей планете. Даже под влиянием ближайшей к нам Луны космический «кеворитовый» корабль испытает столь ничтожное притяжение, что оно легко уравновесится случайно приставшими снаружи к его корпусу соринками и пылинками. А идеально чистому такому кораблю, подверженному притяжению Луны, она сможет сообщить ускорение всего в 0,003 см/сек².

Кроме того, поместить что-либо в изолированное от сил тяготения «кеворитом» место будет не так-то легко: для этого придется совершить такую же количественно работу, как и для удаления этого предмета от Земли в бесконечность.

В романе современного американского писателя Эдмонда Гамильтона «Сокровище громовой Луны» рассказывается о путешествии безработных межпланетчиков — штурманов и пилотов космических кораблей — на один из спутников Урана, где они находят удивительное вещество — не притягивающееся, а отталкивающееся от всех других веществ.

Все, что сказано здесь о «кеворите», равно относится и к этой так называемой «минус-материи». Ее существование — досужий вымысел романиста. Поэтому все предположения о возможности совершения космических полетов с помощью «кеворита» или «минус-материи» надо считать чисто фантастическими.

Нет возможностей нейтрализовать силу тяжести. Значит, надо ее преодолеть.

Бросьте вверх камень. Поднявшись на 15–20 метров, он на мгновение остановится, а затем начнет падать вниз. Бросьте камень сильнее, придайте ему большую скорость. Он взлетит выше. Чем с большей скоростью мы бросим камень, тем выше он взлетит. Выстрелом из пушки можно забросить снаряд на высоту нескольких — свыше 10 — километров. Начальная скорость снаряда при этом превосходит 1,5 километра в секунду. Так, может быть, можно придать телу такую скорость, что оно улетит за пределы атмосферы, в космическое пространство, и никогда уже не вернется на Землю? Может быть, можно преодолеть притяжение скоростью?

Да, можно.

У Ньютона в книге о притяжении есть такое рассуждение.

Предположим, что на очень высокой горе, такой высокой, что ее вершина находится уже вне атмосферы, мы установили гигантское артиллерийское орудие. Ствол его расположили строго параллельно поверхности земного шара и выстрелили. Описав дугу, ядро падает на Землю. Увеличиваем заряд, улучшаем качество пороха, тем или иным способом заставляем ядро после следующего выстрела двигаться с большей скоростью. Дуга, описанная ядром, становится более пологой. Ядро падает значительно дальше от подножия нашей легендарной горы.

Еще увеличиваем заряд и стреляем. Ядро летит по такой пологой траектории, что оно движется параллельно поверхности земного шара.

Ядро в этом случае уже не может упасть на Землю. И описав окружность вокруг нашей планеты, ядро возвращается к точке вылета.

Орудие можно тем временем снять. Ведь полет ядра вокруг земного шара займет свыше часа. И тогда ядро стремительно пронесется над вершиной горы и отправится в новый облет Земли. Упасть, если, как мы условились, ядро не испытывает никакого сопротивления воздуха, оно не сможет никогда.

Скорость ядра для этого должна быть близкой к 8 километрам в секунду.

А если мы еще увеличим скорость полета ядра?

Оно сначала полетит по дуге, более пологой, чем кривизна земной поверхности, и начнет удаляться от Земли. При этом скорость его под влиянием притяжения Земли будет уменьшаться. И наконец, повернувшись, оно начнет как бы падать обратно на Землю, но пролетит мимо нее и замкнет уже не круг, а эллипс. Ядро будет двигаться вокруг Земли точь-в-точь так же, как Земля движется вокруг Солнца: по эллипсу, в одном из фокусов которого будет наша планета.

Если мы еще увеличим начальную скорость ядра, эллипс получится более растянутый. Можно так «растянуть» этот эллипс, что ядро долетит до лунной орбиты или даже еще дальше.

Но до тех пор, пока его начальная скорость не превысит 11,2 километра в секунду, оно будет оставаться спутником Земли.

Ядро, получившее при выстреле скорость свыше 11,2 километра в секунду, навсегда улетит с Земли по параболической траектории. Если эллипс — замкнутая кривая, то парабола — кривая не замкнутая. Двигаясь по эллипсу, каким бы вытянутым он ни был, мы неизбежно будем систематически возвращаться к исходной точке. Двигаясь по параболе, в исходную точку мы никогда не вернемся: обе ее ветви уходят в бесконечность.

Но, покинув Землю с этой скоростью, ядро еще не сможет улететь в бесконечность. Могучее тяготение Солнца изогнет траекторию его полета, замкнет вокруг себя, наподобие траектории планеты. Ядро станет самостоятельной крохотной планеткой в семье планет солнечной системы.

Скорость около 8 километров в секунду (эта скорость зависит от высоты «горы», с которой стреляет наша пушка) называется круговой скоростью. Скорости от 8 до 11,2 километра в секунду являются эллиптическими; скорость 11,2 — параболическая; свыше 11,2 — скорости гиперболические.

Для того чтобы направить наше ядро за пределы солнечной системы, чтобы преодолеть солнечное притяжение, надо сообщить ему скорость свыше 16,7 километра в секунду.

Здесь же следует добавить, что приведенные значения этих скоростей справедливы только для Земли. Если бы мы жили на Марсе, круговая скорость была бы для нас достижима значительно более легко: она там составляет всего около 3,6 километра в секунду, а параболическая — лишь незначительно превосходит 5 километров в секунду. Зато отправить ядро в космический рейс с Юпитера было бы значительно труднее, чем с Земли: круговая скорость на этой планете равна 42,2 километра в секунду, а параболическая — даже 61,8 километра в секунду!

^{Мысленно установив на вершине горы орудие, будем стрелять из него, все увеличивая пороховой заряд, а вместе с этим и скорость вылетающего снаряда. Все более пологой будет становиться его траектория, и, наконец, снаряд ляжет на круговую орбиту — превратится в искусственный спутник Земли. Дальнейшее увеличение скорости превратит круговую орбиту в эллиптическую, а затем, разорвав ее, отправит снаряд в безвозвратный космический рейс.}

Итак, чтобы отправиться в космический рейс, надо сообщить кораблю, как минимум, круговую скорость. Но задача вообще-то, конечно, значительно сложней. Ведь приведенные элементарные расчеты не учитывают сопротивления атмосферы полету, а оно при больших скоростях очень значительно.

Каким же образом придать космическому кораблю такую колоссальную скорость?

Выстрелить им из пушки — таков был самый первый ответ.

Знаменитый французский писатель Жюль Верн этим способом отправил в путешествие вокруг Луны своих героев, членов Пушечного клуба Барбикена, Николя и Мишеля Ардана. Для этой цели была сооружена гигантская, врытая в землю пушка длиной около 300 метров и диаметром около 2,5 метра. Заряд ее содержал свыше 150 тонн пироксилина. Этого, по мнению Жюля Верна, было достаточно для того, чтобы добросить снаряд до Луны, сообщив ему необходимую скорость.

Гениальный романист ошибался, как ошибались многие в его время и даже значительно позже него. Точные расчеты убеждают, что с помощью известных нам сегодня взрывчатых веществ (кроме атомных) сообщить снаряду космическую скорость посредством выстрела из пушки невсзможно.

Представим себе, что мы в абсолютной пустоте взорвали кусок очень сильного взрывчатого вещества, мгновенно превратили его из твердого состояния в газ, занимающий тот же самый объем. Этот газ, имеющий в первоначальный момент чрезвычайно высокую температуру и давление, начинает стремительно расширяться, его частицы разлетаются в разные стороны. Они, не встречая никакого препятствия на своем пути, будут двигаться с максимальной скоростью, которую может сообщить заключенная в них энергия. Но эта скорость будет еще очень далека от космической. Она не сможет превзойти 3,5 километра в секунду.

Правда, если взрыв произвести на дне канала орудия, имеющего только один выход для газов, скорость газов может превысить эту величину. Произойдет это за счет того, что часть газов у закрытой тыльной части дула останется неподвижной и ее энергия как бы передастся тем частицам, которые имеют возможность свободно двигаться. Но и в этом случае частицы газа, образовавшегося при взрыве, не смогут развить космической скорости.

Тем более не сможет приобрести ее снаряд, движимый этими потоками расширяющегося газа. Расчеты показали; что даже в тех случаях, когда снаряд весит значительно меньше, чем пороховой заряд, в самом длинном орудии его не удается разогнать до скорости, превышающей 5–6 километров в секунду. Жюльверновская колумбиада не смогла бы выпустить снаряда в мировое пространство. Не смогла бы выбросить в пространство и сделать из своего ужасающего снаряда искусственного спутника Земли и пушка Шульце, описанная тем же Жюлем Верном в романе «Пятьсот миллионов Бегумы».

Правда, в последние годы ученые открыли новый способ концентрировать энергию взрывчатых веществ — так называемое явление кумуляции. Это явление может без труда наблюдать каждый. Возьмите стакан воды и пипетку и осторожно капните из нее одну каплю с высоты 20–25 сантиметров на ровную поверхность воды в стакане. Вот наша капля коснулась воды, слилась с ней, и на поверхности воды образовалось небольшое углубление — лунка. Затем эта лунка начинает заравниваться, и из центра ее вдруг стремительно вылетает вертикально вверх крохотная капелька. Вот что произошло в лунке, «выстрелившей» вверх своей капелькой.

Как только упавшая капля образовала лунку, чтобы заполнить ее, н нее с разных концов устремились струйки воды. Они столкнулись в середине, и вся их энергия сообщилась крохотной капельке, вылетевшей вверх.

На этом же принципе работают так называемые кумулятивные снаряды. Струи газов, образующиеся при горении взрывчатого вещества в таких снарядах, направляются к одному центру, и одна из струек приобретает при этом колоссальную скорость (в несколько десятков километров в секунду) и колоссальную разрушительную силу. Советский ученый проф. Г. И. Покровский в 1944 году сообщал таким способом струе газообразного металла скорость до 25 километров в секунду. Американские ученые В. С. Коски, Ф. А. Ласи, Р. Ж. Шреффлер, Ф. Т. Уиллинг в 1952 году, продолжая работы Покровского, достигли скорости до 90 километров в секунду.

Поместив космический корабль в центр гигантского кумулятивного заряда, может быть, и можно будет сообщить ему космическую скорость. Но нет сомнения, что в момент соударения газовых струй взрывчатого вещества, космический корабль, каким бы крепким он ни был, будет раздавлен, разбит, весь превращен в парообразное состояние. Проф. Покровский считает, что молекулы вещества, которому он при кумулятивном взрыве сообщал скорости в несколько десятков километров в секунду, теряли свои электронные оболочки, уплотнялись от сверхвысокого давления до того, что это вещество становилось подобным звездному веществу «белых карликов».

Возможно, что кумулятивные выстрелы и будут когда-нибудь применяться для того, чтобы забросить за атмосферу в космическое пространство запасы каких-либо металлов или веществ. Но применение их для целей пассажирских сообщений более чем сомнительно.

Таким образом, использование для космических путешествий гигантских артиллерийских орудий, даже самых совершенных систем, надо считать отвергнутым навсегда. С их помощью мы не сможем получить необходимых нам высоких начальных скоростей движения снаряда.

^{Явление кумуляции в стакане воды. Упавшая из пипетки капля создает на поверхности воды лунку (А), в которую устремляются со всех сторон струйки воды (Б), и в результате их столкновения крохотная капелька выбрызгивается на довольно значительную высоту (В).}

Так, может быть, заменить пороховую пушку электропушкой? Устройство ее довольно просто: она представляет собой гигантский соленоид или целый ряд соленоидов, в которые и втягивается сделанный из железа космический снаряд. С помощью электропушки мы можем сообщить этому снаряду теоретически любое количество энергии, то есть любую скорость.

Прежде чем отвергнуть или принять электропушку как возможное средство для космических сообщений, остановимся еще на одном препятствии на пути осуществления космического полета. Мы имеем в виду, конечно, полет корабля с живым экипажем. Первым препятствием, как мы уже отметили, является необходимость сообщить кораблю очень высокую скорость, что сделать мы пока что не умеем.

Второе препятствие состоит в том, что эта скорость должна достигаться не сразу, а постепенно. Ускорение космического корабля не должно превосходить совершенно определенной величины.

Ускорением называется прирост скорости за единицу времени. Тело, свободно падающее, увеличивает скорость своего падения за каждую секунду под влиянием притяжения Земли на 9,81 метра в секунду. Эту величину ускорения принято обозначать буквой «g». Следствием земного притяжения является и ощущаемый нами вес предметов.

Человеческий организм, отлично приспособившийся к земным условиям, к земному притяжению, может выдержать далеко не всякое ускорение. Лучше всего могут об этом рассказать пилоты скоростных самолетов, которым при исполнении фигур высшего пилотажа нередко приходится находиться в условиях очень высоких ускорений, так называемых перегрузок. Во время войны в одной из стран гитлеровской коалиции был испытан сверхскоростной истребитель. По замыслу конструкторов, этим истребителем выстреливали, как снарядом, сообщая ему за короткое время чрезвычайно высокую скорость. Затем, уже высоко в небе, летчик начинал сам управлять своим самолетом-снарядом.

Однако от этой идеи пришлось отказаться. После первого же испытания катапульты, выбрасывающей самолет, летчика вынули из-под обломков машины с переломленным позвоночником: чрезмерное ускорение раздавило его.

Максимальное ускорение, которое может выдержать человек, да и то в течение очень короткого времени, исчисляемого несколькими долями секунды, — это 80–90 метров в секунду за секунду. И при этом ускорении человек чувствует себя так, словно все его члены налиты свинцом. Он хочет открыть глаза, но не может, верхнее веко стало таким тяжелым, что мускул уже не в силах поднять его. Чтобы пошевелить рукой, ему надо сделать очень большое усилие: каждый кулак словно превратился в 10-килограммовую гирю, а к каждой ноге словно привешены гири по добрых полсотни килограммов.

Вернемся к электропушке. Да, она может сообщить нашему космическому кораблю требующуюся скорость. Но если мы сделаем ее длиной в 300 метров, — такой была колумбиада в романе Жюля Верна, — ускорение, которое получит корабль, пролетая через ее ствол, раздавит пассажиров.

Для того чтобы уменьшить ускорение, надо растянуть его на более длинный промежуток времени. Надо значительно увеличить длину ствола нашего орудия-соленоида.

Во сколько же раз?

Если мы примем, что человек может при некоторых условиях переносить без вреда для себя ускорение около 40 метров в секунду за секунду, то нам понадобится орудие длиной около… 800 километров! Совершенно очевидно, что создать электропушку такой длины немыслимо.

Если даже увеличить допустимое ускорение до 150 метров в секунду за секунду, то и при этих условиях длина ствола электропушки превысит 200 километров!

Создать такую электропушку невозможно.

Однако использование таких электропушек, стреляющих магнитными снарядами, может быть, и найдет себе в будущем место, — опять-таки с целью направить в космос материалы, снаряжение и т. п., — так сказать, для грузового сообщения.

В настоящее время как орудие с пороховым зарядом, так и электропушку надо исключить из числа средств, которым сможет воспользоваться человек для космических сообщений.

^{Исторгнутый фантастической электропушкой снаряд устремился в небо.}

Привяжите на прочном шнуре камень. Раскрутите его и отпустите шнур. Камень вместе со шнуром под действием центробежной силы полетит в сторону.

Этим способом, конечно, нельзя забросить камень в космическое пространство. Слишком мало оборотов можем мы придать камню, раскручивая его рукой. Но центробежная сила может достигать огромных величин. В технике известны случаи, когда она разрывала на части тяжелые маховики, вырывала из роторов паровых турбин лопатки и т. д. И осколки разлетающихся механизмов при этом приобретали очень большую скорость. А нельзя ли использовать центробежную силу для космических путешествий? Привязать космический корабль к ободу огромного диска и, раскрутив его, отцепить корабль. Нет, нельзя.

Диски паровых турбин, делающих три тысячи оборотов в минуту, изготовляют из качественной стали. У обода эти диски обычно бывают раза в три тоньше, чем у ступицы. Инженеры рассчитывают изменение их толщины от обода к ступице таким образом, чтобы они получились «равнопрочными», то есть, чтобы напряжение, которое выдерживает металл от действия центробежной силы, было везде одинаковым. Линейная скорость крайних точек диска в паровых турбинах обычно не превосходит 300–400 метров в секунду.

Если мы захотим сделать такой же равнопрочный диск, обод которого имел бы космическую скорость, то при толщине обода всего в один миллиметр втулка его получилась бы толщиной в несколько километров. Конечно, построить такую втулку невозможно, а значит, невозможно и применить центробежную силу для целей космического полета.

Существуют и другие проекты использования центробежной силы для достижения космических скоростей. Так, предполагается соорудить кольцевой туннель, а по нему пустить вагон — космический снаряд. Он делает там круг за кругом, все время увеличивая скорость. Наконец, кольцевой туннель заменяется прямым, и вагон-снаряд устремляется в космическое пространство. Однако расчеты показывают абсолютную несостоятельность и этого проекта.

Вагон-снаряд, кружась в кольцевом туннеле, будет испытывать огромную центробежную силу. Эта сила по своему действию на пассажиров ничем не будет отличаться от действия ускорения при выстреле. Она точно так же раздавит, искромсает их тела, как если бы они были в снаряде жюльверновской колумбиады.

А для того чтобы перегрузка не превосходила допустимой, хотя бы тех же 40 метров в секунду, кольцевой туннель должен будет иметь диаметр свыше 3000 километров! Это орудие для космических сообщений с трудом уляжется плашмя на всей территории европейской части Советского Союза! А поставить вертикально такой колоссальной величины кольцо не удастся, как это совершенно очевидно, ни в каком случае.

Так что же — значит, и нет путей для человечества в космос? Так и останется человек вечным пленником Земли, и только по сведениям, доставляемым слабыми лучами отраженного света, по тусклым фотографиям и неярким спектрам будет он судить о природе соседних миров? И никогда разве не ступит его нога на красноватую почву Марса или покрытую мелкой пылью почву Луны?

_{«Я точно уверен, что и моя… мечта — межпланетное путешествие, — мною теоретически обоснованная, превратится в действительность… Я верю, что многие из вас будут свидетелями первого — заатмосферного путешествия».}

(_{К. Э. Циолковский})