Искусственный спутник Земли - Феликс Юрьевич Зигель Страница 7

действует только первая, «земная» ракета. Когда ее топливо израсходуется, земная ракета автоматически отделяется от второй «космической» ракеты, двигатель которой как раз в этот момент и начинает свою работу. «Земная» ракета спускается на Землю, а «космическая» продолжает полет, набирая нужную скорость.

Нетрудно сообразить, что составная ракета может достичь значительно бóльших скоростей, чем обычная. В самом деле, конечная скорость ракеты по формуле Циолковского зависит от отношения масс

[6]. Представим себе две ракеты — одну обычную, «простую», а другую — составную. Пусть корпус первой из них весит 500 кГ и внутри ее находится 1500 кГ топлива. Это значит, что для простой ракеты отношение равно 2000:500=4.

Допустим, что составная ракета состоит из двух одинаковых ракет весом до 250 кГ каждая. Будем считать, что в каждой из ракет содержится 750 кГ топлива.

Таким образом, общий вес составной ракеты и общее количество заключенного в ней топлива таково же, что и у простой ракеты.

Найдем теперь отношение

для составной ракеты. Ее первоначальный вес 2000 кГ, но зато конечный вес равен весу только второй «космической» ракеты, так как «земная» ракета после израсходования топлива не будет принимать участия в дальнейшем полете. Следовательно, для составной ракеты отношение равно 2000:250 = 8, т. е. вдвое больше, чем у простой ракеты.

Рис. 11. Взлет двухступенчатой ракеты.

Наш расчет не вполне точен, и более строгие вычисления, учитывающие ряд обстоятельств, в частности притяжение Земли, приводят к несколько меньшим результатам. Несмотря на это, выгода составных ракет очевидна. При межпланетных перелетах они найдут себе широкое применение.

Можно представить себе составную ракету, состоящую не из двух, а из большего числа звеньев. Проекты подобных «ракетных поездов» были рассмотрены Циолковским. Не следует думать, что с увеличением числа звеньев конечная скорость последней, «космической», ракеты быстро возрастает. Наоборот, по расчетам Циолковского этот рост происходит так медленно, что применение составных ракет из большого числа звеньев во многих случаях невыгодно. Конструировать такие ракетные поезда трудно, а выигрыш в скорости получается незначительным. Наиболее выгодными оказываются двух и трехступенчатые ракеты.

Увеличение скорости истечения газов и применение составных ракет — таковы два возможных пути к достижению космических скоростей. Что же практически сделано в этом вопросе, какие скорости уже достигнуты в наши дни?

При перемещении по земной поверхности скорости движения, естественно, не могут быть очень большими — этому мешают сложность рельефа, отсутствие приемлемых дорог и другие препятствия. Для больших скоростей нужны большие просторы и, если возможно, отсутствие среды, сопротивляющейся движению. Вот почему наибольшие скорости движения достигнуты в авиации и эти скорости будут превзойдены при межпланетных перелетах.

История авиации за последние полвека есть история борьбы за скорость, высоту и продолжительность полета.

В начале века, когда самолеты напоминали летающие этажерки, полет на сотни метров считался мировым рекордом. В 1906 году максимальная скорость самолета лишь слегка превышала 40

, и хороший велогонщик мог обогнать самолет. Взлет на высоту в сотню метров казался настолько головокружительным, что о нем сообщалось во всех крупнейших газетах мира.

Впрочем, авиация развивалась очень быстро. Уже через шесть лет, в 1912 году рекордная скорость самолетов возросла до 174

, а к 1921 году достигла 330 . С усовершенствованием самолетов увеличивались не только скорость, но и высота и дальность полетов. Если первые из самолетов не рисковали взлетать выше 100 метров, то уже в 1920 году самолет поднял человека на высоту 4 километра. В этом же году рекордная дальность полета составляла уже около 2000 км.

В борьбе за увеличение скорости авиаконструкторы натолкнулись на серьезное препятствие. Чем больше скорость самолета, тем мощнее должен быть и его двигатель. Но более мощные двигатели оказываются и более тяжелыми, так что на подъем самого такого двигателя потребуется дополнительная энергия. Вот почему обычный поршневой авиационный двигатель не позволяет намного увеличить скорость самолета. У него есть определенный предел, «потолок», который был уже достигнут в предвоенные годы.

К этому времени (1940 год) рекордная скорость самолета возросла до 755

, а максимальная дальность полета составила четверть длины окружности земного экватора, т. е. 10 000 км. Был достигнут и «потолок» высоты — 17 километров над уровнем моря. Стало очевидным, что «выжать» из поршневых двигателей существенно лучшие результаты не удастся.

Новый этап в борьбе человека за скорость наступил тогда, когда на самолетах были установлены новые, реактивные двигатели. Исполнились пророческие слова К. Э. Циолковского, писавшего, что «за эрой аэропланов винтовых должна следовать эра аэропланов реактивных».

Реактивные двигатели принципиально отличаются от поршневых двигателей внутреннего сгорания. Полезная мощность реактивного двигателя оказывается прямо пропорциональной скорости полета. Следовательно, реактивные двигатели есть двигатели больших скоростей. Применять их в наземном транспорте невыгодно — при малых скоростях передвижения они развивают незначительную мощность, но потребляют при этом большое количество топлива. Зато в авиации и при межпланетных перелетах их значение исключительно велико.

Первые полеты советских реактивных самолетов были осуществлены в 1940–1942 годах. Уже к 1950 году скорость полета серийных реактивных самолетов возросла до 1100

, т. е. вплотную подошла к скорости звука.

Движение в воздухе со сверхзвуковой скоростью осложняется рядом новых физических явлений. Впереди летящего самолета возникает сгущение воздуха, представляющее так называемую ударную воздушную волну. На преодоление этого «звукового барьера» были направлены усилия ученых и инженеров различных стран. И здесь природа отступила перед человеком. «Звуковой барьер» был преодолен. В наши дни реактивные самолеты летают гораздо быстрее звука.

Рис. 12. Современный сверхскоростной реактивный самолет.

В декабре 1953 года американский реактивный самолет, летевший на высоте 21 км, развил скорость 2615

, что почти в два с половиной раза превышает скорость звука на той же высоте!

Несколько раньше другой американский летчик в специальном ракетном самолете сумел подняться до высоты 25,4 километра. Таков «потолок» высоты, достигнутый человеком в наши дни.

Приведенные данные относятся к 1953 году. Надо полагать, что с той поры реактивная авиация достигла новых успехов, сообщения о которых будут в свое время опубликованы.

Двигатели современных реактивных самолетов бывают двух основных типов — воздушно-реактивные (ВРД) и жидкостно-ракетные (ЖРД). Первые из