Решение состоит в том, чтобы просто взять кислород с собой, и это именно то, что сделали создатели ракет (слово «ракета» происходит от итальянского rocchetta, что значит «маленькое веретено»). Последние способны генерировать достаточное количество тяги, чтобы отправиться не только за пределы атмосферы Земли, но и сквозь Солнечную систему и даже дальше.
Огненные стрелы
Ракеты были изобретены в Китае около XI века. По сути они напоминали фейерверки и работали на порохе, случайно изобретенном китайскими алхимиками. Его получали, смешивая уголь, серу и селитру (нитрат калия). Селитра – мощный окислитель, она выделяет кислород при нагревании, заставляя уголь и серу сгорать с большой скоростью. Первые китайские ракеты, «огненные стрелы», использовались в битвах армиями империи Сун[6], а позднее, в XIII веке, – монголами в ходе их завоевательных походов.
В конце XVIII века эту технологию переняла майсурская[7] армия, которая с помощью ракет с прикрепленными к ним грозными клинками защищалась от британских войск во время агрессивной колонизации региона британской Ост-Индской компанией.
Некоторые образцы этого оружия были захвачены англичанами и стали источником вдохновения для программы военных ракетных исследований в Королевском арсенале в Вулидже, которую возглавлял изобретатель и политик Уильям Контрив. Позаимствовав индийскую технологию, он построил ряд ракет, состоявших из железных цилиндров со стабилизаторами из длинных реек, – очень похожих на современные фейерверки (хотя и намного больших по размеру). Самые большие ракеты Конгрива весили сотни килограммов, в длину достигали 9 метров и имели радиус действия более 3 км. Каждая из них снабжалась поражающим снарядом, который, однако, часто выпадал во время полета.
Конгрив успешно продемонстрировал свои первые ракеты в сентябре 1805 года. Тем не менее они были довольно неточными. Британский инженер Уильям Хейл позднее решил эту проблему. Он снял рейки и изменил направление выпускных патрубков таким образом, чтобы ракета во время полета вращалась – так же, как вращается винтовочная пуля, чтобы предотвратить отклонение от курса.
Потенциал этих смертоносных орудий для космических полетов казался неясным до начала XX века, когда его открыл русский гений Константин Циолковский.
Константин Циолковский (1857–1935)
Константин Эдуардович Циолковский родился 17 сентября 1857 года в Рязанской губернии на западе Российской империи. Из-за проблем со слухом, вызванных перенесенной скарлатиной, учился он в основном на дому. Это позволило будущему ученому углубляться в темы, которые интересовали его больше всего, и уже в подростковом возрасте он начал размышлять о возможности космических путешествий. Позже Циолковский стал зарабатывать преподаванием, а свободное время посвящал собственным исследованиям и написанию множества научных работ. С 1890-х годов он начал разрабатывать теорию ракетостроения, применяя известные физические законы, чтобы определять поведение ракеты в полете. Он опубликовал свои выводы в работе 1903 года под названием «Исследование мировых пространств реактивными приборами», которая послужила источником вдохновения для инженеров, впоследствии сделавших ракеты для путешествий реальностью. Циолковский провел большую часть своей взрослой жизни в отшельничестве, живя в бревенчатом доме недалеко от Калуги, в 150 км к юго-западу от Москвы. Он умер в Калуге 19 сентября 1935 года от рака желудка.
Действие и противодействие
Циолковский превратил ракетостроение в науку, управляемую строгой математикой, позволяющей точно предсказывать и изучать поведение ракеты. Именно исследование Циолковского превратило ракеты из грубого оружия в транспортное средство, которое в конечном итоге доставит людей в космос.
Возможно, величайшим вкладом Циолковского стала так называемая формула Циолковского, которую он опубликовал в 1903 году. По этой формуле рассчитывается скорость, которую ракета может достичь, с учетом ее изначальной массы (с полным баком топлива), ее «пустой» массы (без топлива) и скорости выхлопной струи, выбрасываемой двигателем. Общее увеличение скорости, создаваемое сжиганием всего топлива ракеты, известно как Δv, где v – скорость, а Δ является математическим обозначением изменения. Это характеристическая скорость ракеты.
6
Империя Сун – государство на территории современного Китая, существовавшее с 960 по 1279 год.
7
Княжество Майсур (1564–1799) – одно из индийских государств, которое располагалось на юго-западной оконечности полуострова Индостан.