Глава 4 ТРЕТЬЕ РОЖДЕНИЕ
Циолковский нашел изумительно простое, гениальное решение, казалось, неразрешимой задачи — организовать полет космического корабля так, чтобы были удовлетворены главные требования, о которых шла речь в предыдущей главе.
Было ясно, что простой бросок межпланетного корабля в мировое пространство не годится — это должен быть какой-то особенный «бросок». Сила его должна быть огромна, чтобы корабль приобрел колоссальную скорость. Он должен быть затяжным, чтобы разгон корабля был плавным и чтобы плотные слои атмосферы корабль пролетал с небольшой скоростью. Но и этого мало — надо предоставить возможность командиру корабля по своему усмотрению изменять направление и скорость полета корабля в мировом пространстве, иначе корабль станет игрушкой стихий и не будет удовлетворять своему назначению.
Но это значит, что толчок, который получит корабль при взлете, не должен быть единственным. Может появиться, даже заведомо появится, надобность в других подобных толчках во время самого полета, причем командир корабля должен иметь возможность сам избирать момент совершения этих толчков, их интенсивность, длительность и даже направление. Это должны быть какие-то особенные, управляемые толчки.
И, что самое главное, надобность в этих дополнительных толчках появляется тогда, когда корабль уже мчится в мировом пространстве, где нет воздуха, от которого он мог бы оттолкнуться, где не дуют ветры, где нет твердой опоры, как при отлете с Земли. Очевидно, единственным решением было бы найти источник толчков… на самом же межпланетном корабле. Такое решение возможно, и это единственное решение нашел Циолковский. В этом и заключается одна из основных его заслуг как создателя астронавтики.
Циолковский предложил использовать для межпланетного полета реактивный принцип, предложил установить на межпланетном корабле изобретенный им реактивный двигатель. Эта замечательная идея Циолковского лежит в основе всей современной астронавтики.
Реактивный принцип знаком теперь каждому школьнику. Впрочем, он был известен людям и использовался ими уже с давних времен, хотя сформулирован был в науке только Ньютоном в XVII веке.
Взгляните на рисунок. На нем изображены гонки каких-то странных кораблей. Эти корабли установлены на тележках, способных передвигаться по горизонтальному рельсовому пути. Чтобы тронуться в путь, корабли должны получить толчок вперед. Гонщики пытаются достичь цели различными способами.
Вот, например, пассажиры корабля решили отталкиваться от земли, упираясь в нее баграми, как это делают гребцы, когда лодка попадает на мелководье. Опираясь о землю, пассажиры толкают ее с какой-то силой. Но действие равно противодействию — это один из основных законов науки о движении, механики. Земля отталкивает пассажиров и корабль вместе с ними с такой же по величине, но направленной в обратную сторону силой отдачи, или, по-латыни, реакции. Одна и та же сила толчка заставляет тело двигаться с разными скоростями в зависимости от того, как велика масса тела. Скорость движения Земли под действием силы толчка пассажиров ничтожна, так как масса Земли огромна. Зато корабль, если он легкий, приобретает заметную скорость, как и спортсмен, отталкивающийся от земли, чтобы перепрыгнуть планку.
Гонщики могут отталкиваться и не от земли. Воспользовавшись тем, что вдоль рельсового пути корабля 2 проложены длинные каналы, заполненные водой, пассажиры этого корабля отталкиваются от воды с помощью весел, как гребцы на лодке, и с помощью гребного винта, как это делает теплоход. Сила толчка весел и винта заставляет в этом случае какую-то массу захваченной ими воды двигаться с некоторой скоростью назад. Чем сильнее толчок, тем больше эта ускоряемая масса воды и скорость ее движения. Но такая же по величине и обратно направленная сила реакции отбрасываемой массы воды вызывает движение корабля вперед.
Корабль 3 лишен водной опоры, но его пассажир с таким же успехом отталкивается от окружающего его воздуха. Для этого пришлось воспользоваться воздушным гребным винтом, или пропеллером, вращаемым с большим числом оборотов, как это делается на обычном самолете. Этот винт отбрасывает назад воздух, заставляет его двигаться с большой скоростью; сила реакции отбрасываемого воздуха толкает корабль вперед. Опять реакция!
Однако можно при желании обойтись и вовсе без багров, весел и винтов, без этих движителей, с помощью которых пассажиры кораблей 1, 2 и 3, трудясь в поте лица своего, создают толчок, необходимый для движения корабля. Вот что придумал гонщик корабля 4. Он соорудил длинный лоток вдоль рельсового пути и заполнил его чугунными шарами. Вот гонщик взял шар из лотка и бросил его назад. Сила реакции этого шара толкнула бросавшего, а вместе с ним и корабль вперед. Пока корабль движется вдоль лотка и в лотке есть шары, скорость движения корабля может непрерывно увеличиваться в результате реакции отбрасываемых шаров. Подобное движение, вызываемое отбрасыванием массы и происходящее без помощи движителей, обычно и называют реактивным. Именно так осуществляет свой полет, как мы увидим ниже, реактивный самолет. Только отбрасывает он, конечно, не чугунные шары из лотка, а воздух, который он черпает из окружающей атмосферы.
Иначе поступил гонщик последнего корабля 5. Вместо того чтобы строить лоток, он запас некоторое количество таких же чугунных шаров непосредственно на корабле. Конечно, запас шаров в этом случае не может быть таким большим, как в лотке, но зато корабль перестает зависеть от лотка, и пассажир при желании может вызвать необходимый толчок корабля, отбросив шар даже… в безвоздушном пространстве. Не правда ли, это как раз то, что и нужно межпланетному кораблю?
Именно эта идея реактивного движения под действием силы реакции отбрасываемой массы, запасенной на самом же движущемся аппарате, положена Циолковским в основу межпланетного полета.
Эта идея не нова. На этом же принципе основан полет простейшей пороховой ракеты, а такие ракеты люди умели запускать уже в глубокой древности. Однако от этих первых ракет до изобретенного Циолковским двигателя межпланетного корабля так же далеко, как от воздушного змея древних китайцев до современных самолетов.
Циолковский в простой пороховой ракете нашел прообраз будущего межпланетного корабля. Опережая эпоху, он создал реактивный двигатель, без которого невозможно осуществление заветной мечты человечества о межпланетном полете.
История ракет уводит нас в седую старину, она теряется в глубине веков, в древних легендах. Это не простая история спокойного, непрерывного развития — это история взлетов и падений, умирания и возрождения на новой основе.
Последними исследованиями в области истории ракет установлено, что в нашей стране ракеты использовались в военном деле еще в первой половине X века, 1000 лет назад. Однако можно полагать, что ракеты применялись и раньше, может быть, даже еще в Греции и, уж вероятно, в древнем Китае. Описание летающих огненных стрел, применявшихся китайцами, отчетливо показывает, что эти стрелы были ракетами. По имеющимся данным, ракетное оружие распространилось именно из Китая.
Китайские огненные стрелы отличались от обычных тем, что к ним прикреплялась трубка из уплотненной бумаги, открытая только с заднего конца и заполненная горючим составом вроде пороха. Этот заряд поджигался, и затем стрела выпускалась с помощью лука. Раскаленные газы, образующиеся при сгорании заряда, вытекали из трубки с большой скоростью назад, оставляя огненный след. Сила реакции вытекающих газов увеличивала скорость и дальность полета стрел, а также силу удара при попадании в цель; их горящий заряд вызывал пожары. Эти стрелы применялись в ряде случаев — в частности при осаде укреплений, против судов, кавалерии и т. д.
Однако после этого первого рождения ракет они были снова забыты, и в средние века уже не встречается упоминаний об использовании ракет в качестве оружия.
Второе рождение боевых ракет состоялось примерно 150–200 лет назад.
В Европе такие ракеты появились в начале XIX века. Они были заимствованы англичанами у индийцев, вероятно сохранивших древние китайские секреты. По имеющимся данным, в Индии в конце XVIII века ракетное оружие применялось весьма широко, и, в частности, существовали особые отряды ракетчиков, общая численность которых достигала примерно 5000 человек.
Эти отряды причиняли вторгшимся в конце XVIII века в Индию англичанам, по их собственному свидетельству, много «неприятностей» ракетными стрелами-снарядами, представлявшими собой трубки с зарядом горючего вещества.[12]
К. Э. Циолковский (1857–1935).
Английский генерал Конгрев называл действие этих снарядов «потрясающим»; он организовал затем производство подобных снарядов в Англии и усовершенствовал их. В середине XIX века реактивная артиллерия находилась уже на вооружении большинства европейских государств.
Создателем замечательных русских боевых ракет был прошедший суворовскую выучку генерал Александр Дмитриевич Засядко. Ракеты Засядко впервые были применены в военных действиях русской армии на Кавказе в 1825 году, а затем в русско-турецкую войну 1828–1829 годов.
Большого успеха в совершенствовании ракет достиг в середине прошлого века талантливый инженер и изобретатель — генерал артиллерии Константин Иванович Константинов. Работа Константинова «О боевых ракетах» была переведена на многие языки мира и долгие годы служила настольной книгой для артиллеристов.
Машины для производства ракет, созданные Константиновым (они так и назывались — «машины Константинова»), вытеснили опасный и непроизводительный ручной труд при набивке ракет и получили распространение во всей Европе. Ракеты Константинова были лучшими для своего времени и, в частности, с успехом применялись в знаменитую Севастопольскую оборону 1854–1855 годов.
Многое сделал Константинов и в отношении производства ракетного вооружения и выработки тактики его военного использования.
Ракетная артиллерия широко применялась в Европе вплоть до конца прошлого века. Так, она еще использовалась в туркестанских походах русской армии в 80-х годах. Это объяснялось преимуществами ракет перед обычными гладкоствольными орудиями в отношении веса и подвижности. Дальность же и меткость огня были плохими как у ракет, так и у гладкоствольных пушек.
Однако во второй половине прошлого века ракетные орудия начали быстро вытесняться появившимися нарезными артиллерийскими орудиями, стрелявшими продолговатыми снарядами современного типа. Вращение этих снарядов в полете сильно увеличило кучность огня по сравнению с круглыми ядрами. К концу XIX века ракетная артиллерия была всюду снята с вооружения. Уже в первых войнах XX века, а также в первой мировой войне 1914–1918 годов она не применялась в боевых действиях. Сохранились лишь фейерверочные, сигнальные и другие ракеты вспомогательного назначения.
Третье рождение ракетного вооружения, сопровождавшееся его бурным развитием, произошло совсем недавно, в дни Великой Отечественной войны. В руках советских воинов, впервые в этой войне широко и смело применивших на поле боя реактивную артиллерию, она стала могучим и грозным оружием, вселявшим страх и ужас в сердца врагов. Весь мир знает о славных боевых подвигах реактивных минометов, получивших почетное звание гвардейских и ласковое имя «катюш», которое им дал советский народ.
Кто видел и слышал хоть раз в жизни, как «поют» «катюши», как они «играют», тот никогда этого не забудет. А кто этого не видел и не слышал, тот наверняка читал о впечатлениях очевидцев. Вот, например, что пишет об этом известный латвийский писатель Вилис Лацис:
«…внезапно заполыхали огнем кусты. Некоторое время казалось, что воздух наполнился ревом бури: реактивные снаряды, следующие со сказочной быстротой один за другим, проносились через нейтральную зону. В одном из секторов неприятельской оборонительной линии закипела, казалось, сама земля; все закружилось, задымилось, горели кусты, все почернело. Невозможно полностью описать последствия взрывов реактивных снарядов — это надо видеть собственными глазами, только тогда можно получить точное представление о мощи этого оружия».
Главное преимущество реактивной артиллерии перед обычной заключается в том, что для стрельбы реактивными снарядами не нужно тяжелых, сравнительно малоподвижных, громоздких пушек. Для этого применяются легкие, небольшие по размерам реактивные орудия, которые служат лишь для направления снаряда в первый момент выстрела. Такими реактивными орудиями служат обычно простые направляющие салазки, лоток или труба. Это позволяет установить большое число реактивных орудий на самолете, как, например, это было сделано на прославленном самолете-штурмовике Ильюшина «ИЛ-2», который немецкие фашисты называли «черной смертью». А «катюша» — это автомобиль с большим числом установленных на нем реактивных орудий, способных вести огонь реактивными снарядами весьма крупного калибра. Большая подвижность «катюш» позволяла легко маневрировать ими, наносить мощные, массированные, обычно совершенно внезапные огневые удары по врагу.
Реактивный снаряд начинает свой полет, когда запускается его пороховой ракетный двигатель. В камере сгорания этого двигателя находится заряд из специально изготовленного пороха. Обычно порох содержится в камере в виде одной или нескольких пороховых шашек. Когда порох после запуска воспламеняется и затем постепенно сгорает, то образующиеся в результате такого сгорания раскаленные газы вытекают из двигателя назад, через сопло, с очень большой скоростью, иногда превышающей 7000 километров в час. Сила реакции этой струи вытекающих газов и толкает вперед снаряд, заставляя его лететь с большой скоростью. Значит, в этом случае происходит принципиально то же, что и с кораблем, участвующим в гонках под номером 5. Только вместо чугунных шаров в реактивном двигателе снаряда запасен порох и отбрасываются назад для создания движущей силы реакции, или реактивной тяги, не шары, а частицы газов, образующихся при сгорании пороха.
Залп реактивных орудий самолета «ИЛ-2».
Так как порох для своего сгорания не нуждается в воздухе, то, казалось бы, пороховой ракетный[13] двигатель вполне пригоден для установки на межпланетном корабле. Однако это не так. Пороховой двигатель работает, пока в нем горит порох, — обычно секунды и даже доли секунды. Ясно, что этого недостаточно для межпланетного полета.[14] Оказывается, мало найти подходящий реактивный двигатель, надо еще заставить его работать достаточно долго.
Но ведь двигатели реактивных самолетов работают много часов подряд. Нельзя ли их установить на межпланетном корабле?
Устройство авиационного реактивного снаряда.