Языком математических символов выразил Циолковский величайшей важности открытие. Он установил непреложный закон, которому подчиняется движение ракеты: скорость ее возрастает до огромных величин, если запас топлива достаточно велик.
Сколько, однако же, понадобится топлива ракете, чтобы превратиться в спутника Земли? Сколько его требуется для перелета на Луну? В первом случае топливный запас должен в пятьдесят раз превышать вес самой ракеты, во втором — в двести. Таковы результаты приближенных расчетов. На практике эти цифры еще более возрастут. Кроме того, нельзя забывать о возвращении на Землю — для этого тоже нужно топливо. Оказывается, цифры угрожающе велики.
Борьба за скорость на земле.
В современном ракетном самолете, предке будущего межпланетного корабля, топливо весит столько же, сколько машина, — единица на единицу. В современной крупной ракете — примерно три к одному. Разница, как видим, огромная. Казалось бы, опять безнадежный тупик! Ибо вместить такое колоссальное количество топлива не в состоянии никакая ракета, как бы велика она ни была.
Крупнейший в мире самолет весит сто восемьдесят тонн, из них на долю горючего приходится примерно половина. Океанский теплоход берет на борт топлива всего десятую долю своего водоизмещения, и лишь на рекордных скоростных самолетах удавалось запасать его в количестве двух третей от полетного веса.
Примеры, пожалуй, не очень удачные, так как самолет, корабль и ракета друг на друга не похожи. Но примеры показывают, каков может быть относительный запас топлива у транспортных сооружений двадцатого века. Сколь бы легкими материалами мы ни располагали, никакие ухищрения не помогут построить гигант, сверх всякой меры начиненный горючим.
Есть, правда, и другой путь, который подсказывает тот же основной закон механики ракетного полета. Оказывается, наибольшая скорость ракеты зависит еще и от того, как быстро вытекают газы из двигателя. Она тем больше, чем быстрее движение газовой струи.
Борьба за скорость в воздухе.
Стоит увеличить вдвое скорость истечения газов по сравнению с полученной в современных ракетах и равной двум тысячам — двум тысячам пятистам метрам в секунду, как ракета достигнет круговой скорости при запасе топлива, сниженном в семь раз. В десять раз снизится запас топлива, необходимый для перелета на Луну. Запаса в пятьдесят раз большего, чем вес конструкции, вполне хватит тогда для вылета из солнечной системы, для полета к звездам, вдогонку за светом.
Так теория межпланетных путешествий подходит к решению проблемы скорости.
Работы Циолковского дали результаты столь грандиозные, что о них ранее не могли даже и думать. Человечество — накануне полета во вселенную. Ясна задача, намечены средства решения ее, готов эскиз межпланетного корабля.
Казалось бы, трудности позади, инженерам остается только воплотить эскизы в чертежи, чертежи — в металл. И топливо для ракет есть — ведь ракетный двигатель создан давно, и люди будут готовы к опасному рейсу. Летают же они с огромными скоростями на реактивных самолетах! Но громадный запас топлива, который надо взять с собой, лишает всякой надежды достигнуть заветной цели. Она остается такой же далекой, как и раньше, словно не было мучительных поисков, словно не помогали математика и механика найти единственно верное решение, словно не преодолевались человеком одно за другим препятствия, поставленные природой.
Все дело в мощном источнике энергии. И хотя энергетика ставит на службу человеку скрытые природой колоссальные силы, ведет наступление на атомное ядро, атомной ракеты пока еще нет.
Те, кто складывал оружие без боя, говорили: забудьте о дороге к звездам, ждите, пока сила, скрытая в недрах атома, не будет поставлена на службу технике. Но те, кто верил в могущество разума, продолжали поиски.
Почти четверть века назад инженер Цандер, последователь Циолковского, предложил смелую идею — соединить межпланетную ракету с самолетом, который поднимет ее, а потом будет отдан в жертву во имя скорости. Части самолета, расплавленные в особом котле, добавятся к топливу и пойдут в пищу ракетному двигателю. Металлическое топливо даст возможность сэкономить общий запас горючего, необходимый для вылета в мировое пространство.
Позднее им был разработан проект межпланетной ракеты, соединенной с двумя самолетами. Один из них, большой, должен был бы поднять ракету с Земли и послужил бы частично в качестве дополнительного топлива. На другом, малом, путешественники возвратились бы на Землю.
Цандер пробовал сжигать металлы, измельченные в порошок, искал способы практически доказать осуществимость своей идеи. На страницах его сочинений, за сухими выкладками, скрыта страстная уверенность в правоте дела, ставшего делом всей жизни ученого и инженера. «По моему убеждению, — пишет он, — ракеты, использующие большую часть своей конструкции в качестве горючего, будут первыми, при помощи которых удастся… отделиться от земного шара…»
Нельзя забывать, что эти слова писались в начале тридцатых годов нашего века, когда только начинали по-настоящему крепнуть крылья у самолета, а до ракеты, которая совершила бы прыжок за атмосферу и стала чемпионом скорости, было еще далеко. Новаторская идея Цандера и до сих пор остается в арсенале ракетостроения. Время покажет, что даст она технике космического транспорта.
Поиски продолжаются. Юрий Кондратюк первым предлагает проект станции — спутника Луны, базы межпланетных кораблей, облегчающей завоевание вселенной. Ракеты без людей, выстреливаемые гигантской пушкой, несут службу связи с Землей. Для полетов на планеты такая станция принесла бы, несомненно, большую пользу.
Составная ракета по Циолковскому
(первый вариант).
Новые идеи выдвигал и Циолковский. После Великой Октябрьской социалистической революции к нему пришло заслуженное признание. Советское правительство окружило ученого заботой и вниманием. Работая, он продолжает поиски, ищет ответа на вопрос, как преодолеть трудности, связанные с получением космических скоростей.
В двадцатом году, вернувшись к повести «Вне Земли», он написал: «От простой ракеты перешли к сложной, составленной из нескольких простых». Громадная ракета разделена на отдельные ячейки, в каждой из которых есть свой ракетный двигатель и запас топлива. Работать они могут все одновременно или поочередно. Так уже легче: груз как бы разбит на части. Но… облегчение весьма относительное — ведь отработавший отсек ракеты остается мертвым балластом, его надо тащить с собой, а для этого понадобится горючее.
Что, если сбрасывать ненужный балласт, облегчая движение всему кораблю? Через девять лет Циолковский выпускает книгу «Космические ракетные поезда».
«Одиночной ракете, чтобы достигнуть космической скорости, надо давать большой запас горючего, — отмечает он. — Поезд же дает возможность или достигать больших космических скоростей, или ограничиться сравнительно небольшим запасом составных частей взрывания».
Поезд — название не вполне удачное. В ракетном поезде нет вагонов; он состоит из одних паровозов — это соединение одинаковых ракет. Каждая способна тянуть или толкать остальные.
Как эстафету, передают ракеты друг другу право везти весь составной межпланетный корабль. Скорость его постепенно возрастает. Сделав свое дело, ускорители отделяются и возвращаются на Землю. Последняя оставшаяся ракета, с пассажирами и полезным грузом, побеждает силу тяжести, и ее скорость достигает космической.
Выводом основного закона ракетного полета Циолковский наметил два пути повышения скорости ракеты: увеличение запаса топлива и увеличение скорости истечения газов. Идеей составной ракеты от подсказал еще одну возможность: чем больше число ракет в поезде, тем больше окончательная скорость.
Теоретически восьмиракетный поезд, снабженный топливом, какое мы имеем или получим в ближайшем будущем, мог бы вырваться в мировое пространство. Вдобавок, ракеты-ускорители не пропадают даром: их можно использовать снова и снова, чтобы отправить в путешествие сколько угодно поездов.
Составная ракета по Циолковскому
(второй вариант).
Конечно, составную ракету построить не так-то просто. Однако теперь, спустя четверть века после рождения идеи, жизнь начала подтверждать верность найденного Циолковским пути. Четыреста километров высоты, скорость два с лишним километра в секунду — четверть круговой — таковы результаты, достигнутые ракетным поездом благодаря успехам современной ракетной техники.
Циолковский прекрасно отдавал себе отчет в том, насколько все-таки сложное и дорогое дело ракетные поезда. Поэтому он до конца своих дней, даже будучи тяжело больным, настойчиво ищет более простых путей достижения космической скорости.
И вот, наконец, он сообщает о новом открытии:
«Сорок лет я работал над реактивным полетом, в результате чего дал — по общему признанию, первый в мире — теорию реактивного движения и схему реактивного корабля. Через несколько сотен лет, — думал я, — такие приборы залетят за атмосферу и будут уже космическими кораблями. Непрерывно вычисляя и размышляя над скорейшим осуществлением этого дела… я натолкнулся на новую мысль относительно достижения космических скоростей.
Последствием этого открытия явилась уверенность, что такие скорости гораздо легче получить, чем я предполагал. Возможно, что их достигнут через несколько десятков лет, и, может быть, современное поколение будет свидетелем межпланетных путешествий».
Взлет первой советской ракеты на жидком топливе в 1933 году.
Переливание горючего в полете — вот этот новый прием достижения высоких космических скоростей. С Земли стартует не поезд, а несколько соединенных бок о бок ракет. Их двигатели работают одновременно, все они набирают скорость, пока не израсходуют половину топливного запаса. Тогда часть ракет пополняет свои баки за счет остальных. Пустые отделяются и возвращаются на Землю, оставшиеся продолжают лететь, уже полностью заправленные топливом.
Этот прием повторяется несколько раз, и в конце концов остается последняя, пассажирская ракета, разогнанная остальными уже почти до космической скорости. Но ракета теперь не бессильна, ее баки полны; еще одно, решающее усилие — и на циферблате указателя скорости стрелка доходит до заветной цифры.
В ракетном поезде ускорители берут на себя тяжесть огромного запаса топлива, который не под силу нести одной ракете. Однако каждый ускоритель должен толкать весь поезд и, значит, иметь двигатель с чрезвычайно большой тягой.
В новом варианте составной ракеты ускорители не только делят между собой топливный запас, но и соединенными усилиями, работой всех своих двигателей, а не какого-нибудь одного, помогают достигнуть космической скорости.
Есть проекты, идеи, мысли, которые принадлежат будущему, и оценить их по достоинству может только время.
Более четверти века прошло от рождения первого в мире самолета до торжества авиации. Десятилетия ждала воплощения идея реактивного двигателя. Столетие понадобилось, чтобы набросок совершенного теплового двигателя — газовой турбины — превратился в инженерный проект, а затем в реальную машину.
Ракета на жидком топливе, предложенная Циолковским в начале нашего века, поднялась в воздух лишь в тридцатых годах. Но разве мог кто-нибудь тогда, глядя на ее робкий взлет, оказать, что еще десятилетие спустя она будет совершать, полеты на сотни километров!
Так и сейчас трудно оценить полностью все значение трудов Циолковского и других ученых, решающих проблему достижения космической скорости. Вероятно, развитие техники внесет то новое, чего нельзя было ранее предугадать. Возможно, будут предложены другие проекты, намечены иные, более короткие и менее сложные пути.