108 минут, изменившие мир. Антон Первушин
осуществлены только при помощи ракет с двигателями на жидком топливе.
У открытия Циолковского есть предыстория. Активное развитие воздухоплавания и первые попытки создать аппарат тяжелее воздуха, предпринятые в XIX веке, способствовали появлению проектов межпланетных кораблей. Фантасты с энтузиазмом ухватились за новую идею, тем более что в мифологии и предшествующей литературе можно было встретить описания сказочных путешествий на Луну и планеты. Не заставили себя ждать и деятельные изобретатели.
Однако на пути в космос предстояло преодолеть первое и, пожалуй, самое главное препятствие – земную гравитацию. Еще в 1687 году знаменитый английский физик Исаак Ньютон доказал[2], что для выхода на околоземную орбиту необходимо развить как минимум первую космическую скорость – 7,91 км/с, а для полета к Луне и другим планетам требуется уже вторая космическая скорость – 11,2 км/с. Но как достичь таких скоростей?
К середине XIX века были хорошо известны пороховые ракеты, однако их скорость и управляемость оставляли желать лучшего. Зато артиллерия добилась немалых успехов – появились нарезные орудия, обеспечивающие высокую кучность стрельбы на расстоянии нескольких километров. При этом считалось, что чем больше ствол и пороховой заряд, тем большую скорость разовьет снаряд. Более поздние исследования показали, что максимальная скорость, которую может развить артиллерийский снаряд, лишь ненамного превышает 2 км/с, а увеличение ствола и размера заряда вовсе не способствует росту эффективности – снаряд летит дальше и быстрее, но не достигает теоретически ожидаемых результатов[3].
Однако в XIX веке на артиллерию возлагались большие надежды, и поэтому не приходится удивляться, что первый технически обоснованный проект полета в космос был связан с пушками.
Французский фантаст Жюль Верн
В 1865 году вышел третий роман быстро набиравшего популярность французского писателя Жюля Верна «С Земли на Луну прямым путем за 97 часов 20 минут»[4]. В романе описывалось орудие длиной 274 м и весом 68 тыс. т. В качестве взрывчатого вещества использовался пироксилин в количестве 164 тыс. т. Сначала предполагалось при помощи этого орудия послать к Луне снаряд без пассажиров, но потом внутри необыкновенного ядра была устроена каюта, в которой решились отправиться в космическое путешествие трое смельчаков. Разумеется, в романе старт к Луне прошел удачно, а межпланетные путешественники не только выжили, но и отправились в полный приключений полет к соседнему небесному телу. Однако в реальности дела обстояли бы намного хуже.
Допустим, полый снаряд, выпущенный из такой пушки, развил вторую космическую скорость. Однако элементарный расчет показывает, что его ускорение на самом первом и самом коротком отрезке пути по пушечному жерлу оказалось бы столь велико, что все тела внутри приобрели бы вес в 60 тыс. раз больший, чем вес самого тела. То есть пассажиры испытали бы ударную перегрузку в 60 тыс. g[5].
Космический
Свои выкладки Исаак Ньютон изложил монографии «Математические начала натуральной философии» (лат.: Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, 1687). Ньютон поставил следующий мысленный эксперимент. Представьте себе высочайшую гору, пик которой находится за пределами атмосферы. Вообразите пушку, установленную на самой ее вершине и стреляющую горизонтально. Чем мощнее заряд используется при выстреле, тем дальше от горы будет улетать ядро. Наконец при достижении некоторой мощности заряда ядро разовьет такую скорость, что не упадет на землю вообще, выйдя на орбиту – сила притяжения для него уравновесится центробежной силой.
И. Стержнев в монографии «Артиллерийские орудия кратного действия (1944–1948)» сравнивает две пушки: русскую серийную образца 1902 года и немецкую сверхдальнобойную пушку. При этом получается, что при увеличении заряда в 14,4 раза по сравнению с пушкой 1902 года сверхдальнобойная пушка дает прирост скорости снаряда не в 14,4 раза, а только в 2,7 раза.
Роман Жюля Верна о полете на Луну является первой частью дилогии, состоящей из двух романов: «С Земли на Луну прямым путем за 97 часов 20 минут» (фр.: De la Terre a la Lune Trajet Direct en 97 Heures 20 Minutes, 1865) и «Вокруг Луны» (фр.: Autour de la Lune, 1869).
Перегрузка – безразмерная величина. Но в популярной литературе в качестве единицы ее измерения используется g (же) – усредненное для Земли ускорение свободного падения (9,81 м/с2). Применяя эту единицу, легко видеть, насколько ускорение движущегося тела выше ускорения свободного падения.