Ракеты и полеты в космос - Вилли Лей

В том случае, если корабль не будет делать посадку на планете, он превратится в ее спутника до того момента, когда возникнут необходимые условия для возвращения (см. выше). Этот период ожидания может быть использован для фотографирования и даже картографирования планеты. Необходимый стартовый вес для шеститонного корабля при этом может быть определен по следующей таблице:

Здесь снова только цифры нижней строки выглядят более или менее приемлемыми.

Последняя графа, обозначенная «специальный полет туда и обратно» нуждается в объяснении. Здесь предполагается, что корабль летит на Марс, но не делает посадки и не ждет, пока сложатся благоприятные условия для возвращения на Землю. По прошествии, скажем, нескольких недель пилот уменьшает орбитальную скорость корабля, и он начинает двигаться внутрь солнечной системы по орбите типа А. Эта орбита выводит корабль с орбиты Марса прямо на орбиту Венеры. Естественно, что при этом орбита Земли пересекается кораблем, но в тот момент, когда Земля находится в другой точке.

Венера, однако, оказывается в точке встречи, и корабль в течение некоторого времени обращается вокруг нее. Затем орбитальная скорость корабля снова увеличивается, и он выходит на орбиту типа А, направляясь к Земле. Через полтора года после начала путешествия корабль заканчивает облет обеих планет, причем в более короткое время и с несколько меньшим расходом топлива, чем это необходимо для прямого беспосадочного полета на Марс.

С помощью этих расчетов Гоманн пытался установить относительную массу и стартовый вес корабля для каждого маневра в отдельности. Общая необходимая относительная масса для конкретного полета равна, по Гоманну, произведению различных относительных масс. Оберт же, рассчитывая полеты с Земли без космической станции, использовал другой метод. Он сначала определял величину каждого изменения скорости, необходимого для различных маневров, и получал сумму всех изменений, которую он называл «идеальной скоростью» планируемого полета. Необходимая общая относительная масса определялась далее путем расчета ее для идеальной скорости при данной скорости истечения.

Рис. 76. Межпланетное путешествие по теории Гоманна.

Хотя методы расчетов, приведенные выше, содержат некоторые допущения и не учитывают наличия космической станции, цифры, характеризующие продолжительность полёта и время ожидания, лишь немногим отличаются от цифр, полученных в последних работах, основанных на пуске корабля с космической станции. Так, например, по расчетам фон Брауна продолжительность полета на Марс составляет 260 дней, период ожидания - 449 дней, обратный полет - 260, то есть всего 969 дней.

Интересно отметить, что современная наука считает правильным, если корабль, вылетающий из района Земли в район другой планеты, не совершает на ней посадки, а выходит на орбиту спутника. Для более детального изучения планеты рекомендуется использовать специальную «посадочную ракету». Кроме того, исследование планет может осуществляться с помощью так называемых планетных зондов. Запущенный с космической станции, такой беспилотный планетный зонд может выйти на орбиту Марса или Венеры и стать их спутником. Двигаясь по достаточно низким орбитам вокруг этих планет, зонды будут передавать на Землю, а точнее, — на космическую станцию, находящуюся вблизи Земли, все собранные ими данные.

Как уже было сказано, понятие «космический корабль» стало в настоящее время очень широким. Подобно тому как все ракеты делятся на два больших класса (баллистические и крылатые ракеты), космические корабли будущего могут быть разделены на два типа. В первый войдут корабли, которым не нужно будет проникать в атмосферу планет, а во второй - корабли, преодолевающие атмосферу и производящие посадку. По внешнему виду они будут резко отличаться друг от друга. Корабли второго типа, очевидно, будут иметь крылья и обтекаемую форму; корабли первого типа будут бескрылыми и, по всей вероятности, необтекаемыми.

Теперь, когда мы в достаточной мере познакомились с теоретическими выкладками, естественно будет спросить, что же мешает нам сейчас осуществить космический полет, то есть имеются ли какие-нибудь специальные научные проблемы, которые пока еще остаются нерешенными, или же все дело упирается только в развитие науки и техники? Оказывается, что главным тормозом является все-таки необходимость дальнейшего совершенствования ракетной техники и всех примыкающих к ней областей науки. Что же касается некоторых нерешенных специальных проблем, то характер их таков, что они будут решены в ходе общего технического прогресса.

Например, проблема возвращения космических кораблей в атмосферу Земли все еще не может считаться решенной. Недавние исследования К. А. Эрике показали, что вхождение корабля в атмосферу и приземление его вполне возможны, если его масса достаточно мала, а размер велик. Это касается прежде всего крылатых ракет с пустыми топливными баками. Но это же исследование показало, что небольшое снижение скорости, на которой корабль входит в атмосферу с помощью тормозного ракетного двигателя не даст больших результатов. Гораздо более перспективным было бы увеличение объема корабля без изменения его массы.

Другой нерешенной проблемой является проблема влияния космических лучей на организм человека. Почти все согласны с тем, что кратковременное воздействие, измеряемое несколькими днями, не причиняет человеку почти никакого вреда. Но пока еще неизвестно, какая продолжительность воздействия будет для него опасной.

Есть и целый ряд специфических проблем, касающихся деталей проектов. Например, уже сейчас можно думать о том, каким образом осуществить регенерацию воздуха в кабине межпланетного корабля. Но еще слишком рано пытаться отыскивать окончательное решение.

Большой проблемой, которую, однако, нельзя связывать с развитием ракетной техники, является применение атомной энергии в космических кораблях. Реактивное движение, осуществляемое с помощью атомной энергии, открывает совершенно новые пути развития ракетной техники. Но пока что наши познания в области атомной энергии не обеспечивают ее применения в двигателях ракет. Эта проблема принципиально отличается от использования атомной энергии для движения подводных лодок, надводных кораблей и даже самолетов. Расщепляя тяжелые ядра атомов урана на ядра более легких элементов или превращая легкие ядра атомов водорода в более тяжелые ядра атомов гелия, мы можем сейчас лишь разрушать материю для получения энергии, которая неизменно выделяется в виде тепловой. Для корабля, подводного или надводного, этого вполне достаточно. Атомная силовая установка корабля - это реактор, который выделяет только тепло. Это тепло поглощается расплавленным металлом; металл в свою очередь превращает воду в пар, а тот приводит в движение турбину, вращающую винт.

Несомненно, что при создании кораблей и судов с атомными двигателями были решены исключительно сложные инженерные проблемы, но результатом явилась всего лишь простая замена атомным реактором топки паротурбинной силовой установки.

Можно себе представить — и по этому вопросу написано уже немало научных работ, — что ракетный двигатель мог бы работать по тому же принципу: атомный реактор создавал бы высокую температуру и нагревал рабочую жидкость, например, воду или жидкий водород. Но для того чтобы получить примерно те же скорости истечения, которые обеспечивают эффективнейшие химические топлива, потребуются такие высокие температуры, с которыми мы еще никогда не сталкивались.

Есть и другой путь использования атомной энергии для полетов в космос. Он заключается в создании так называемых «ионных ракет». Принцип действия таких ракет довольно прост: получив в атомном реакторе пар для вращения турбины, соединяют турбину с генератором электрического тока и с помощью его ионизируют рабочий газ, который истекает из сопла со скоростью, значительно превосходящей любую скорость истечения газов химического топлива.

Теоретически это вполне возможно. Но, обеспечив огромную скорость истечения ионизированного газа, мы вряд ли сможем сделать достаточной его массу. Практически это приведет к тому, что ракета с массой в несколько тонн будет иметь тягу всего лишь в несколько килограммов (в среднем по 200 г тяги на тонну веса ракеты). Эта тяга будет устойчивой, и со временем такой двигатель сообщит ракете значительную скорость, но только в том случае, если корабль будет находиться уже в космическом пространстве.Существует много планов создания «ионных ракет». Есть даже официальный проект исследования «ионной тяги». Но все это является делом будущего, и нельзя сказать точно, когда и каким образом оно будет осуществлено.