Уран доставляет энергию, тепло, вода играет здесь пассивную роль — она нагревается, превращается в раскаленные газы и выбрасывается из ракеты. Многие жидкости могут быть рабочим веществом в атомном двигателе: вода, сжиженный аммиак и другие, например жидкий водород. Жидкий водород — одно из самых заманчивых рабочих веществ. Он дает наибольшую скорость истечения. Но для хранения его нужны объемистые баки (ведь жидкий водород в 15 раз легче воды) и специальные устройства, чтобы предохранить водород от испарения. Атомно-водородная ракета получалась у нас слишком громоздкой, слишком тяжелой в конечном итоге. И мы выбрали воду. Вода дешева, на Земле всегда под рукой, безопасна в обращении, не горит, не взрывается, не разъедает баков, поэтому воде предоставлена честь везти людей в первый межпланетный полет.
Но после возвращения с Луны вопрос о рабочем веществе может быть пересмотрен. Очень хотелось бы найти такое рабочее вещество, которое есть и на Земле и на Луне, чтобы можно было заправляться и там и здесь. Это намного облегчит космические полеты.
Атомное горючее позволяет получать баснословно высокую температуру, лишь бы выдержали стенки реактора. Килограмм урана дает в полтора миллиона раз больше тепла, чем килограмм бензина. Поэтому «Луна-1» берет с собой совсем немного ядерного горючего. Но зато приходится везти 400 тонн рабочего вещества. Можно ли уменьшить этот тяжелый груз? Да, можно, но для этого нужно увеличить скорость истечения. Скорость истечения возрастает при повышении температуры, но добиться более высокой температуры очень трудно, почти невозможно.
Очень заманчиво было бы обойтись вообще без рабочего вещества. Теоретически допустимо и это. Можно представить себе двигатель, где из сопла вылетали бы осколки распавшихся ядер. Скорость «истечения» этих осколков может доходить до десятков тысяч километров в секунду. Но, увы, при этом развилась бы температура в миллионы градусов, с которой мы не умеем справиться. Кроме того, осколки ядер полетят во все стороны, и мы пока не знаем, как направить их в сопло. Если когда-нибудь ученые разрешат эти проблемы, мы прочтем сообщения о кораблях, улетающих не на Луну, а к соседним звездам — в другие планетные системы.
ЛЕГКИЙ, НО ПРОЧНЫЙ
«Сделайте корабль полегче», — каждый день твердил нам главный конструктор. Мы понимали его желание. Чем меньше вес корабля, тем легче развить большую скорость и преодолеть земное притяжение.
Но колоссальная скорость увеличивает сопротивление воздуха. При разгоне возникают большие перегрузки. А высокие температуры! А возможные столкновения с метеоритами! Нелегко было сделать корабль и легким и достаточно прочным.
Отечественная промышленность снабдила нас великолепными материалами. За последние годы металлурги создали высокопрочные сплавы легких металлов титана, магния, бериллия, не уступающие по своим свойствам самым лучшим сортам стали прошлых лет и с удельным весом в 3–4 раза меньше, чем у железа. В нашем распоряжении есть также чрезвычайно прочная пластмасса, хорошо гасящая колебания и шумы.
Наши жаропрочные материалы выдерживают теперь температуры раза в два выше, чем 20 лет назад. Так, реактор двигателя выложен изнутри пористой керамикой, изготовленной на основе окиси бериллия. Эта керамика выдерживает очень высокие температуры. Рабочее вещество — вода — продавливается в реактор через мельчайшие поры в стенках, одновременно охлаждая их. Но жароупорная керамика не в состоянии противостоять большим давлениям, возникающим в двигателе. Поэтому она заключена в оболочку из сплава менее жароупорного, но более прочного. Сплав этот (обычно его называют металлокерамикой) изготовлен путем спекания тонкого металлического порошка. Благодаря этому он тоже весь пронизан порами и охлаждается так же, как и керамическая облицовка.
Итак, материалы были найдены. Но чтобы наилучшим образом использовать их достоинства, нужно было создать такие конструкции, в которых не было бы ни одного лишнего грамма веса. Для этого следовало применять наиболее совершенные методы расчета — методы, созданные за последние десятилетия советской наукой о прочности.