Искусственный спутник Земли - Феликс Юрьевич Зигель Страница 13

случае необходимости их можно будет прикрыть внешней металлической заслонкой. Возможно, что некоторые из окон будут напоминать перископ подводной лодки.

Для превращения ракеты в спутника Земли потребуется, по-видимому, две или три вспомогательных ракеты. Иначе говоря, пассажирская ракета явится третьей или четвертой ступенью составной, многоступенчатой ракеты. Взлет ракеты с Земли, переход ее на круговую орбиту произойдет, по-видимому, так же, как и у автоматических ракет. Однако наличие внутри ракеты людей осложнит как конструкцию ракеты, так и характер ее полета.

Для того чтобы путешественники не погибли уже в начале полета, ускорение ракеты не должно быть чрезмерно большим. Человек, как и все другие живые существа, может перенести любую скорость без каких бы то ни было особых ощущений. Так, например, вместе с Землей мы несемся по ее орбите со скоростью 30

и совершенно не ощущаем этого движения. Так же незаметно и другое, еще более быстрое движение — полет всей солнечной системы в пространстве, который совершается со скоростью 250 !

Другое дело с ускорением — величиной, характеризующей изменение скорости в единицу времени. Увеличение ускорения человек воспринимает как увеличение собственного веса, поскольку при движении с ускорением вверх давление человека на опору будет больше, чем в обычных условиях. Возможности человека переносить движение с повышенным ускорением весьма ограничены.

Если в мире животных есть рекордсмены (например, рыжие тараканы, свободно выдерживающие трехсоткратное увеличение собственного веса), то для человека ускорение, в 5–6 раз превышающее нормальное, вызывает неприятные болезненные ощущения. Появляется тяжесть в голове, нарушается кровообращение, возникает кровотечение из ушей и носа, а при очень больших перегрузках человек теряет сознание, и наступает смерть.

Интересны опыты, проделанные над человеком и животными с целью выяснения влияния перегрузки. Обычно для создания повышенной тяжести используются центробежные машины.

Они напоминают известный аттракцион «колесо смеха». Чем быстрее вращается центробежная машина, тем сильнее прижимаются испытуемые существа к ее стенкам, тем большую нагрузку они испытывают.

Опыты над собаками показали, что последние легко выдерживают 80-кратную нагрузку в течение пяти минут. При 98-кратной нагрузке, продолжавшейся более пяти минут, животные погибали от анемии мозга, легких и сердечной мышцы.

Летчикам, летавшим на пикирующих бомбардировщиках, при выходе из пике приходилось испытывать 6–7-кратное увеличение собственного веса. Известен случай, когда пожарный, прыгнувший с высоты 25 м на холст, испытал в момент своего падения на холст ускорение в 24 раза больше нормального. Наконец, недавно на испытании ракетных саней в Нью-Мексико (США) один из водителей перенес, правда почти мгновенную, 45-кратную перегрузку!

Все это, конечно, исключительные случаи. Пределом возможностей обычного нетренированного человека следует считать 4-кратное увеличение веса. При большей перегрузке возникают, как правило, нежелательные болезненные явления. Разумеется этот предел можно увеличить специальной тренировкой. Вот почему большое значение могли бы иметь спортивные соревнования на выносливость в условиях повышенной тяжести.

Таким образом, при взлете пассажирской ракеты с Земли ее ускорение не должно быть больше четырехкратного значения ускорения силы тяжести (4 g). Применяя формулу Циолковского (стр. 37) для данного случая, получаем, что движение пассажирской ракеты должно удовлетворять следующему уравнению:

Принимая скорость вытекания газов равной 4

, а конечную скорость υ равной 8 , получаем, что отношение должно быть близким к 14.

Как видите, неспособность человеческого организма к перенесению больших ускорений порождает значительные конструктивные трудности. Их можно преодолеть применением многоступенчатой ракеты и, с другой стороны, увеличением скорости истечения газов с.

Допустим, что трудности преодолены, пассажирская ракета взлетела с Земли и перешла на круговую орбиту. Кстати сказать, управление ракетой может быть двояким: или она пилотируется пассажирами, или ею управляют по радио с Земли. Между прочим, нечто похожее было сделано недавно на Земле. Из США в Англию перелетел самолет, управляемый по радио, на борту которого находились пассажиры.

Итак, круговая скорость достигнута! Двигатель ракеты выключается, и последняя вместе со своими пассажирами превращается в искусственный спутник Земли. В этот момент на смену усиленной тяжести, которую пассажиры испытывали при взлете, приходит удивительное, ни с чем не сравнимое состояние невесомости.

Чем же вызвана эта неожиданная перемена? Разве Земля перестала притягивать ракету и ее пассажиров?

Вес тела имеет два проявления: как давление на опору и как сила, сообщающая телу ускорение при падении на Землю. В очень многих случаях обе силы одинаковы по своей величине. Так, например, книга, положенная на стол, будет давить на поверхность стола с такой же по величине силой, с какой Земля притягивает ее к себе. Но может быть и иначе.

Представьте себе человека, опускающегося в лифте (рис. 20). Пусть лифт движется вниз с некоторым ускорением а, тогда давление человека на пол лифта будет равно его массе m, помноженной на разность ускорений g–а, где g — ускорение силы тяжести (9,8

). Ясно, что давление человека на пол лифта будет меньше его веса (mg) на величину mа. Если же лифт поднимается ускоренно вверх, то давление на пол станет больше веса человека на ту же величину (mа).

Рис. 20. Невесомость в падающем лифте.

Увеличение или уменьшение собственного веса при движении в лифте каждый из нас ощущал. Когда лифт начинает подниматься, нас прижимает к полу увеличившаяся тяжесть. Наоборот, при резком опускании лифта у нас «дух захватывает» — мы становимся легче, Подобное облегчение можно испытать и при скатывании с горы, при прыжках с трамплина.

Представьте себе теперь, что произошел несчастный случай (кстати, почти невозможный на практике) — лифт оборвался и полетел вниз с ускорением свободно падающего тела (g). Ясно, что в этот момент пассажир лифта почувствует себя «совсем легко», т. е. он ощутит полную невесомость! Ускорение его падения будет такое же, как у лифта, и, следовательно, давление на опору станет равным нулю.

Вес, как притяжение Земли, остался неизменным (mg). Вес, как давление на опору, исчез (при a=g давление на опору равно mg–mg, т. е. нулю).

Вот именно такую невесомость и испытают межпланетные путешественники. Когда их ракета превратится в спутника Земли, она будет как бы постоянно «падать» на Землю, двигаясь по своей орбите и подчиняясь единственной силе — силе собственного веса. В этом случае она станет вполне схожей с падающим лифтом. Так как ускорения спутника и его пассажиров одинаковы, вес, как давление на опору, исчезнет, хотя вес, как притяжение Земли, разумеется, останется.

Если чрезмерная нагрузка