«а) аппарат наш сравнительно с гигантской пушкой легко осуществим;»
Это было, как мы сейчас понимаем, большим заблуждением – это дело оказалось трудным и наукоемким. Как это ни парадоксально, именно это заблуждение стимулировало практические работы по жидкостной ракете Р. Годдарда (США), Г. Оберта (Германия), Ф.А. Цандера (СССР), Е. Зенгера (Австрия) и многих других пионеров ракетной техники.
«б) давление (тяга – Г.С.) взрывчатых веществ, будучи довольно равномерным, вызывает равномерно ускоряющееся движение ракеты, которое развивает относительную тяжесть (перегрузку – Г.С).
Здесь он не ошибается, поскольку при постоянной тяге из-за уменьшения с течением времени массы ракеты, ее ускорение будет переменным.
Далее: «…величиною этой временной тяжести (перегрузкой – Г.С.) мы можем управлять по желанию, т.е. регулируя силу взрыва (тяги – Г.С), мы в состоянии сделать ее, произвольно мало или много превышающей обыкновенную земную тяжесть».
Здесь К.Э. Циолковский полностью прав, поскольку возможность регулирования уровня перегрузок является определяющим достоинством жидкостных ракет в аспекте их использования для пилотируемых полетов.
«Если предположим для простоты, что сила взрыва (тяга – Г.С.) уменьшается пропорционально массе снаряда, сложенной с массой оставшихся не взорванными взрывчатых веществ, то ускорение снаряда, а следовательно, и величина относительной тяжести (перегрузка – Г.С.) будут постоянными».
Совершенно очевидно, что он для этого своего вывода использовал формулу из школьного учебника физики: F = mа, т.е. a = const, если F/m = const
Кроме отмеченных, К.Э. Циолковский указывает еще на одно достоинство ракеты: возможность регулировать скорость полета в широких пределах, что обеспечивает безопасный спуск и посадку ее на планету, а также уменьшение потерь на преодоление сопротивления планеты и ограничение величины аэродинамического нагрева.
Он правильно считал, что полет в атмосфере должен проходить с малой скоростью, которая может увеличиваться с разряжением воздуха.
Большое внимание он уделил вопросам, связанным с решением основных конструктивных проблем ракеты. Первый из них касался проблем управления движением центра масс и движением относительно центра масс. Этот вопрос К.Э. Циолковским был отчасти осмыслен еще в работе «Свободное пространство». Понимая теперь специфику космоса, он довольно четко формулирует сначала способы управления вектором тяги ракеты.
В атмосфере Земли (да и других планет) он считал целесообразным управлять полетом рулем, «подобным птичьему» [110] [с. 74]. Из проекта его аэроплана следует, что под этим термином он понимал аэродинамические рули высоты и направления, которые применялись в авиации.
Кроме того, он высказал еще две идеи: разместить руль вне ракеты, поблизости от выходного сечения сопла двигателя, а также поворачивать саму камеру сгорания ракетного двигателя, точнее, – конец ее сопла [110] [с. 75].
Все эти идеи нашли применение в ракетной технике.
Обратим внимание, что это идеи изобретательских задач, на пути которых к практике лежала как раз конкретика: как это можно сделать? Представим себе, что К.Э. Циолковский задумался над вопросом о том, как повернуть конец камеры сгорания (а не саму эту камеру)? Разве осталось бы это его предложение в силе?
В этой своей работе он еще ничего не доказывает: он гадает, высказывает предположения. Он ничего не может вычислить, поэтому появляется интуитивный спектр предложений, выделить среди которых рациональные он, как правило, не может.
Как будет показано ниже, проект этой космической ракеты – научная фантастика, «сдобренная» видимостью научности, результатами расчетов.
К.Э. Циолковский на примере дирижабля уже понял, что нужно рассказывать людям привлекательные сказки, тогда обязательно появятся сторонники их осуществления. На этой позиции он и впредь будет стоять твердо при разработке космической философии, при разработке идеи о «вечно юной Вселенной», и в вопросах космогонии, биологии или, наконец, второго начала термодинамики.
Для решения проблемы движения ракеты (космических аппаратов) вокруг центра масс, он также предложил несколько элементарных решений.
Он считал, что если ракета при своем движении начинает вращаться вокруг ее центра инерции, нужно переместить внутри снаряда какую-нибудь массу. Для ракеты это предложение избыточно, а для космического корабля, вообще говоря, приемлемо, хотя и не конкурентоспособно.
К.Э. Циолковский в этой своей работе не разделял две разные задачи: управление движением ракеты, и управление движением космического аппарата. Поэтому он предлагает «употребить для этой цели (для управления движением ракеты) магнитную стрелку, или силу солнечных лучей, сосредоточенных с помощью двояковыпуклого стекла. Каждый раз, когда снаряд с пушкой (двигателем – Г.С.) поворачивается, маленькое и яркое изображение солнца меняет свое относительное положение в снаряде, что может возбуждать расширение газа, давление, электрический ток и движение массы, восстанавливающей определенное направление пушки (двигателя – Г.С), при котором светлое пятно падает в нейтральное, так сказать, нечувствительное место механизма» [110] [с. 75].
Все правильно: именно так и работает оптический датчик ориентации космического аппарата на Солнце, но никто еще не посчитал нужным использовать его на ракете, которая окажется неработоспособной при движении в атмосфере с облаками, закрывающими Солнце, или на космическом аппарате в тени Земли.
Правильно указал К.Э. Циолковский и еще один способ управления полетом ракеты. Он писал: «Основою для регулятора направления снаряда также может служить небольшая камера с двумя быстро вращающимися в разных плоскостях кругами (гироскопами – Г.С). Камера подвешена так, что положение, или, точнее, направление ее не зависит от направления пушки (двигателя – Г.С). Когда пушка поворачивается, камера в силу инерции, пренебрегая трением, сохраняет прежнее абсолютное направление (относительно звезд); это свойство проявляется в высшей степени при быстром вращении камерных дисков. Прицепленные к камере тонкие пружинки при поворачивании пушки меняют в ней свое относительное положение, что может служить причиною возникновения тока и передвижения регулирующих масс» [110] [с. 75].
Да, эта идея нашла самое широкое практическое применение, хотя она очевидна с тех пор, как было выявлено свойство волчка (гироскопа).
Если идеи К.Э. Циолковского в области динамики полета и управления движением ракеты были хотя и не оригинальны за редким исключением, но, тем не менее, более или менее состоятельны, что объясняется некоторой компетентностью их автора в области механики, то его суждения по теплопередаче и термодинамике были, в принципе, ошибочны.
Выше уже отмечалось, что в области теплопередачи К.Э. Циолковский был далеко не специалист, что стало причиной его ошибочных высказываний по теплообмену дирижабля. Естественно, что и в области ракетной техники его «тепловые» суждения не выдерживают никакой критики. Надо отметить, что вопрос этот принципиальный, поскольку само существование жидкостной ракеты зависит от возможности охладить ее двигатель (не будем пока затрагивать космический аппарат, или спускаемую головную часть ракеты), в камере которого развиваются беспрецедентные условия: температура – около 4000°С, давление – несколько десятков атмосфер (сейчас 200 атм), скорость истечения газов – до 4500 м/с. Удается найти способ решения этой проблемы – есть ракета, нет – все остальные рассуждения не более как абстрактные умозаключения.
Процитируем: «… труба (камера сгорания – Г.С.) может быть окружена кожухом, в котором циркулирует какой-нибудь жидкий металл; он передаст жар сильно нагретой части одного конца трубы другой ее части, охлажденной вследствие сильного разряжения паров», «… циркуляция … металлической жидкости в кожухе, окружающем трубы, необходима… для поддержания одной и той же невысокой температуры трубы, т.е. для сохранения ее крепости» [110] [с. 79].
110
Исследование мировых пространств реактивными приборами (1903 г.) / С.С. М.: Изд-во АН СССР, т.II, 1954. С. 69-99.