Техника - молодёжи 1953-02, страница 36

Картинка из недалекого будущего: первые советские космонавты вступили на покрытую толстым слоем вековой пыли почву Луны...

даже превышающему ускорение на будущих космических ракетах, и даже в течение более длительного времени, чем это потребуется при взлете в мировое пространство.

Мы, правда, не имеем доказательств, что отсутствие силы тяжести, возникающее на ракето после выключения двигателя, будет безвредно для человека. Но, в худшем случае, можно, как предлагал К. Э. Циолковский, заменить силу тяжести центробежной силой.

Несмотря на то, что ракеты с постоянной тягой способны достичь каких угодно больших скоростей, они имеют ограниченное время горения и при вертикальном взлете ограниченный, сравнительно низкий «потолок». Например, при скорости истечения газов в 3 км в сек. максимальная высота полета с включенным двигателем не может превысить 459 км при продолжительности его работы в 306 сек.*

Ракета «Фау-2», имеющая скорость истечения газов 2135 м в сек., не могла бы при любых технических усовершенствованиях (увеличение количества горючего и окислителя при одновременном уменьшении веса конструкции и упразднении полезного груза, уменьшении аэродинамического сопротивления и т. д.) работать при вертикальном взлете дольше 3 мин. 37 сек. (практически двигатель «Фау-2» работает около 70 сек.). Такая ракета не могла бы также при любых обстоятельствах работать на высоте свыше 225 км.

На первый взгляд такое явление кажется парадоксальным, но оно легко объяснимо. При постоянной тяге секундный расход топлива остается постоянным. Следовательно, спустя строго определенное время баки должны опорожниться. Достигнутая же к этому времени высота, таким образом, также ограничена.

Высказанные здесь положения представляют не только теоретический интерес: они имеют большое практическое значение. Они показывают, например, что при стендовых испытаниях не стоит сверхмерно увеличивать время горения двигателя. Заметим кстати, что одной из труднейших проблем ракетостроения является именно создание камеры сгорания с соплом, выдерживающим высокие температуры и давления, правда в течение очень короткого периода времени.

Как показывает математический анализ, максимальные высота и время горения описанной выше ракеты зависят исключительно от ускорения силы тяжести на поверхности планеты, в данном случае Земли, и от скорости истечения газов. Только изменение этой скорости влияет на максимальные время и высоту горения, которые растут, соответственно, пропорционально скорости истечения газов и ее квадрату.

Иногда приходится слышать удивленный вопрос: «Почему невозможно вырваться из сферы земного притяжения при скорости менее 11 км в сек.? Ведь с помощью ракетного двигателя не трудно подниматься

все выше и при меньшей скорости. Нельзя ли этот «потолок» поднимать на сколько угодно?»

Чтобы ответить на этот вопрос, нужно установить: возможен ли космический полет при постоянной скорости, характерной для современных самолетов?

Вертикально взлетающая ракета сохранит постоянную скорость, сообщенную ей у поверхности Земли, если компенсировать ускорение земного тяготения. Как известно, это ускорение с высотой убывает.

Для достижения очень далеких от нашей планеты областей вселенной космический корабль не должен все время двигаться с первоначальной скоростью. На определенном расстоянии от Земли можно выключить двигатель и продолжать удаляться по инерции. Правда, скорость корабля, начиная с этого момента, будет беспрерывно, хотя и медленно, снижаться, но все же корабль уже никогда не остановится и не упадет обратно на Землю.

Каков же будет общий расход топлива для выполнения нашей задачи при скорости взлета, например, в 850 км в час? Это зависит от скорости истечения газов из ракеты. Допустим, что эта скорость равна 4 км в сек. и что вес ракеты не превышает 1 г. Тогда для достижения нашей цели понадобилась бы масса топлива большая, чем вся масса Земли.

Увеличение скорости полета очень резко уменьшит необходимое количество топлива.

Почему же при больших ускорениях требуется меньше топлива? Сила земного притяжения уменьшает тягу ракеты, но эта убыль менее чувствительна для ракеты, летящей с большим ускорением.

Положим, есть две ракеты, движущиеся в пустоте, в малом, практически неощутимом поле тяготения. Одна летит с ускорением в 15 м/сек², а вторая — с вдвое большим. Спустя 2 сек. с момента начала движения первая ракета будет обладать скоростью в 30 м/сек, вторая жо ракета достигает такой же скорости еще в конце первой секунды.

Пусть теперь наши ракеты взлетают вертикально с поверхности Земли. Сила притяжения нашей планеты уменьшит их ускорение примерно на 10 м/сек². Спустя 2 сек. первая ракета будет обладать скоростью (15 м/сек²—10 м/сек²) X 2 сек.'= 10 м/сек, а вторая по истечении 1 сек. будет двигаться со скоростью (30 м/сек²— — 10 м/сек²) X 1 сек. —20^ м/сек. Как видно, гравитационные потери, возникшие ©следствие помещения ракеты в поло тягатеошя, «сказались меньше на ракете с большим ускорением — ей понадобится меньше топлива для достижения определенной скорости.

Первым космическим кораблем станет ракета, способная превратиться в искусственный спутник Земли.

Какую же «идеальную скорость» должна для этого развить ракета?

Допустим, что искусственному спутнику предназначено вращаться на высоте 300 км. Соответствующая этой высоте круговая скорость составляет 7 732 м в сек. Требуется также выполнить некоторую работу,

34