Циолковский знал, что для преодоления земного тяготения, стоящего преградой на пути всякого межпланетного полета, кораблю должна быть сообщена огромная скорость, не меньше так называемой скорости отрыва, которая равна 11,2 километра в секунду, или 40 000 километров в час. Сколько же топлива нужно израсходовать, чтобы корабль приобрел такую невиданную скорость? Без ответа на этот вопрос нельзя спроектировать никакого межпланетного корабля. Если бы масса корабля оставалась в полете все время одной и той же, не составляло бы никакого труда решить данную задачу. Но масса межпланетного корабля, как и всякой ракеты, не остается постоянной в полете, она непрерывно и быстро уменьшается. Ведь па межпланетном корабле при взлете запас топлива составляет большую часть массы корабля — масса самого корабля и его полезной нагрузки по сравнению с топливом очень невелика. Почти все топливо расходуется за короткие минуты разгона корабля при взлете. Как же можно считать массу корабля постоянной!
До Циолковского наука о движении — механика — еще не умела рассчитывать движение тел с сильно изменяющейся массой. Механику тел переменной массы нужно было создавать заново — без нее нельзя было рассчитать полет ракет над Землей и полет космических кораблей в межпланетном пространстве. Честь создания этого нового важнейшего раздела механики принадлежит Циолковскому. Интересно, что почти одновременно с Циолковским и независимо от него над этой же проблемой работал другой известный русский ученый — И. В. Мещерский.
Разработка механики тел переменной массы, являющейся теоретической основой науки о движении ракет — ракетодинамики, а также астронавтики, — одна из величайших заслуг Циолковского.
Во всем мире знают установленный им закон движения ракеты, так называемую формулу Циолковского.
Формула эта выглядит так:
где V — обозначает конечную скорость ракеты; W — скорость истечения газов из сопла двигателя; М m— массу топлива; М k— массу корпуса, механизмов, полезного груза ракеты.
Формула эта позволяет подсчитать, сколько топлива нужно взять, чтобы получить необходимую скорость.
Мало того, формула прямо указывает, какими путями должна идти ракетная техника. Чтобы увеличить скорость ракеты V, необходимо либо увеличить W — скорость истечения газов, либо увеличить
— отношение массы ракеты при взлете к массе ракеты без топлива, иначе говоря, увеличить долю топлива в общем взлетном весе ракеты.
Идя по первому пути, конструкторы ракетных двигателей настойчиво боролись за увеличение скорости истечения, находя все новые виды топлива для двигателей, совершенствуя их охлаждение. Уже двадцать лет назад скорость истечения газов из лучших жидкостных ракетных двигателей составляла 2500 и более метров в секунду. Сейчас эта скорость увеличена до 4000 и даже 4500 метров в секунду.
Второй путь совершенствования ракетной техники — увеличение относительного запаса топлива на ракете. Чем большая часть взлетного веса ракеты приходится на долю топлива, тем больше конечная скорость ракеты. Можно построить ракету, где вес топлива в 3–4 раза превышает вес самой ракеты. Но для космических рейсов нужно, чтобы топливо весило в десятки и сотни раз больше, чем сама ракета.
И снова Циолковский указал на замечательную возможность преодолеть эту, казалось бы, непреодолимую трудность. Он предложил использовать составные ракеты, или ракетные «поезда». Межпланетный ракетный «поезд» составляется из нескольких связанных между собой ракет, причем ракеты, в которых все топливо выработано, отделяются от «поезда» и падают на Землю. В результате может быть достигнута очень большая конечная скорость. Идея Циолковского нашла широкое применение в ракетной технике. Развил эту идею советский ученый Ф. А. Цандер. Он предложил не сбрасывать на Землю опустошенные ракеты-ступени «поезда», а расплавлять их в специальных котлах и сжигать расплавленный металл в ракетных двигателях корабля. Естественно, что такое превращение вредного «балласта» в драгоценное топливо способно значительно увеличить скорость корабля. Цандер провел и первые опыты по сжиганию металлического «горючего» в жидкостных ракетных двигателях.
Ракетные «поезда» — составные ракеты — применяют уже давно. В частности, с помощью составных ракет в межпланетное пространство были заброшены искусственные спутники (о них речь ниже).
Но даже ракетные космические «поезда» не могут разорвать цепи земного тяготения и доставить людей на планеты или хотя бы на Луну. И опять-таки Циолковский высказал еще одну гениальную идею, которая долгие годы казалась утопической, а в наши дни уже реализована и с каждым годом будет приобретать все большее значение. Речь идет о создании искусственных спутников Земли и использовании их в качестве промежуточных топливозаправочных станций в мировом пространстве. Первые искусственные спутники, правда пока автоматические, без людей, уже начали свой бесконечный полет вокруг Земли. Они оказывают немалую службу науке. Но и теперь эти скромные спутники еще очень далеки от того, чтобы стать межпланетными транзитными вокзалами. Заправка топливом в мировом пространстве все еще связана с огромными трудностями. Эта проблема еще не решена. Но пройдут годы, и десятки и сотни искусственных спутников различной формы и назначения будут «крейсировать» в межпланетном пространстве, обращаясь на разных высотах вокруг Земли, Луны, а потом и вокруг Венеры, Марса, Солнца. С их помощью станет возможным посещение многих отдаленных уголков солнечной системы.
Благодаря трудам советских ученых и инженеров, учеников и последователей Циолковского, ракетная техника стремительно развивается. На пассажирских трассах нашей страны и далеко за ее пределы совершают полеты гигантские самолеты с совершенными реактивными двигателями. Мы имеем свой могучий воздушный флот. Теперь мы обзаводимся и своим космическим флотом. Это — лучший памятник творцу астронавтики Константину Эдуардовичу Циолковскому.
Межпланетный вокзал
Начальник взлетной установки инженер К. Д. Савельев.
Ноябрь. В горах уже наступила зима. Снеговая линия сползла в долины, побелели каменистые луга, глубоким снегом засыпаны перевалы. Хевсурские селения в далеких ущельях теперь отрезаны до мая. Там началась зимовка. Газеты и письма туда придется доставлять на вертолетах.
Но в одном ущелье не прекращается движение. Нескончаемым потоком идут грузовики, рычат бульдозеры, сгребая снег. Даже лавина прервала движение машин не больше чем на полчаса. Здесь проходит дорога к новому городку у подножья Казбека. Городок невелик: мастерские, склады, ангар, несколько жилых домов. Самое замечательное сооружение в нем — эстакада. Пересекая овраги и ледники, прорезая шершавые красноватые туфы, она устремляется вверх, все выше и выше, туда, где на серебристой вершине Казбека ночуют облака.
Городок у подножья — это первый в мире Межпланетный вокзал, а эстакада — взлетная полоса космического корабля. Отсюда он отправится на Луну, разрывая путы земного тяготения.
Чтобы победить могучее притяжение Земли, прежде всего необходимы огромные скорости. Получить гигантскую скорость при наименьшей затрате горючего старались и конструкторы, создавая корабль, и астрономы, рассчитывая трассу, и мы — строители межпланетного вокзала.
Чтобы скорость корабля была возможно большей, следует использовать вращение Земли. Лодка плывет по течению быстрее, чем против течения. Скорость межпланетного корабля будет выше, если он полетит по направлению вращения Земли, то есть с запада на восток. Но скорость вращения Земли не везде одинакова. Она равна нулю у полюса, а у экватора достигает 465 метров в секунду. Поэтому желательно было расположить межпланетный вокзал как можно дальше от полюса. Мы выбрали Центральный Кавказ — 43-й градус северной широты. Скорость вращения Земли здесь около 340 метров в секунду. Эти 340 метров в секунду — наш прямой выигрыш.