Техника - молодёжи 1955-05, страница 32

Оказывается, еще с меньшей скоростью можно было бы запустить искусственный спутник, если бы ракета сначала пролетела через фантастический тоннель, проложенный через центр Земли. Тогда минимальную скорость, необходимую для запуска искусственного спутника, можно было бы уменьшить более чем в два раза.

«ФИГУРНЫЕ» ПОЛЕТЫ НА ОРБИТАЛЬНЫЕ КОРАБЛИ

Из обыкновенного школьного глобуса Любознай-кин соорудил модель для изучения полета космической ракеты, взлетающей из трансземельного тоннеля.

Путешественники отправляются с Земли на искусственный спутник, находящийся от центра нашей планеты на расстоянии, равном 50 радиусам Земли, в прилунном поясе. Следуя по полуэллиптической траектории, ракета постепенно приближается к орбите искусственного спутника. Но иногда для уменьшения расхода топлива оказывается более выгодным лететь по «обходной» траектории. Для этого ракета должна по полуэллиптической кривой подняться сначала на высоту, например, в два раза превышающую расстояние от Земли до искусственного спутника. Потом, достигнув наивысшей точки, она также по полуэллиптической траектории направится к искусственному спутнику. Этот путь будет намного длиннее. Ракета делает «мертвую петлю». Однако выигрыш в суммарной скорости ракеты по сравнению с перелетом по короткому пути составит 134 м в секунду, а экономия в топливе по отношению к весу пустой ракеты при скорости истечения газов в 4 км в секунду —66%. Объясняется это тем, что при полете по более длинной и пологой траектории двигатель надо включать на более короткое время, когда необходимо изменить скорость или направление полета. А остальное время корабль летит по инерции.

Астронавтическая «мертвая петля» иногда может спасти экипаж, который, поднимаясь по полуэллипсу, перерасходовал топливо и не может перевести свой корабль на круговую орбиту движущегося искусственного спутника. Тогда пилот может сообщить ракете дополнительный разгон, она пересечет орбиту спутника, поднимаясь вверх. Потом корабль полетит по полуэллиптической траектории к искусственному спутнику. На этот перелет уйдет больше времени, но зато экипаж все же сможет достигнуть намеченной цели. Астронавтическая «мертвая петля» может быть использована в некоторых межпланетных перелетах, например при полете на Луну: для учебных целей, для исследования межпланетного пространства. Наконец теоретический расчет показывает, что запуск искусственной планеты на большом расстоянии от Солнца по астронавтической «мертвой петле» требует меньшего расхода топлива, чем по полуэллиптической кривой.

НЕМНОГО ФАНТАЗИИ

Во всех приведенных выше способах запуска искусственного спутника суммарная скорость, сообщаемая ракетному кораблю, который в итоге двигался бы по круговой орбите, всегда превышает необходимую минимальную скорость. Нельзя ли найти такой способ запуска ракеты, чтобы суммарная скорость ее была минимальной, точно соответствовала бы теоретическим расчетам? Оказывается, при некоторых условиях эта задача

теоретически может быть решена. Предположим, к ракете прикреплен конец невесомого, натянутого на поверхности Земли каната; длина его равна высоте, на которой будет летать ракета. Ракета запускается вертикально с минимальной скоростью, теоретически необходимой для превращения корабля в искусственный спутник Земли. Но так как ракета прикреплена к канату, она не сможет взлететь вертикально: натянутый канат будет искривлять ее траекторию. При выключенном двигателе ракета полетит по кривой. Сначала, пока канат разматывается без скольжения по окружности Земли, она опишет развертку круга—эвольвенту, потом — дугу круга. По мере того как ракета станет подниматься все выше и выше, ее движение будет замедляться. И в момент достижения потолка, когда ракета полетит горизонтально, скорость ее будет равна расчетной круговой на данной высоте. В это время канат отцепляется от ракеты, и она начинает вращаться вокруг Земли по круговой орбите.

Допустим, например, что ракета-спутник должна двигаться по круговой орбите на 200-километровой высоте со скоростью 7 791 м в секунду, тогда достаточно у поверхности Земли разогнать ее до 8 031 м в секунду. Если двигатель ракеты выбрасывает газы со скоростью 2,5 км в секунду — самая большая скорость для современных жидкостных ракет, — то количество топлива должно превысить в 19,4 раза вес пустой ракеты.

При кордовом (на привязи) запуске искусственного спутника расход топлива получается намного меньше.

Происходит это потому, что на искривление траектории топлива не расходуется. Кроме того, при кордовом запуске необходимую скорость можно сообщить ракете в один прием, у самой Земли.

Но нет ли другой возможности, чтобы еще уменьшить скорость запуска искусственного спутника?

Представим себе, что ракета запускается из тоннеля, проходящего через центр земного шара.

«М»**" ..... \

^^ ^ ЛУНА _ч\ У

' 13"- <»

7\ —t

ОРБИТА ЛУНЫ

При таком положении траектории орбитального корабля с него можно наблюдать широкий пояс скрытого от нас полушария Луны. Исследователи в течение года подлетят к Луне 13, а иногда 14 раз. Однако у этого корабля имеется и большой недостаток: он проходит мимо Луны с большой скоростью и удаляется от нее слишком далеко.

В момент прохождения ракеты через центр, когда ее скорость свободного падения составляет 7 912 м в секунду, вступает в действие двигатель, который сообщает ракете дополнительную скорость в 3 362 м в секунду.

Как показывает расчет, у выхода из тоннеля ракета будет обладать скоростью 8 031 м в секунду, которая необходима для превращения ее в искусственный спутник Земли на высоте 200 км.

Можно себе представить, что в момент выхода из тоннеля на ракету автоматически надевается кольцо, к которому прикреплен канат длиной в 200 км, и запуск производится кордовым способом.

По втой траектории орбитальный корабль движется близко около Луны — на расстоянии 3600 км. Но зато этот корабль будет пролетать вокруг Луны всего один раз в два месяца, обогнув за это же время Землю пять раз.