Именно тогда в майском номере журнала «Научное обозрение» была опубликована статья калужского ученого-самоучки Константина Эдуардовича Циолковского[1] «Исследование мировых пространств реактивными приборами». В ней ученый показал, что полеты в космос могут быть осуществлены только при помощи ракет с двигателями на жидком топливе.
У открытия Циолковского есть предыстория. Активное развитие воздухоплавания и первые попытки создать аппарат тяжелее воздуха, предпринятые в XIX веке, способствовали появлению проектов межпланетных кораблей. Фантасты с энтузиазмом ухватились за новую идею, тем более что в мифологии и предшествующей литературе можно было встретить описания сказочных путешествий на Луну и планеты. Не заставили себя ждать и деятельные изобретатели.
Однако на пути в космос предстояло преодолеть первое и, пожалуй, самое главное препятствие – земную гравитацию. Еще в 1687 году знаменитый английский физик Исаак Ньютон доказал[2], что для выхода на околоземную орбиту необходимо развить как минимум первую космическую скорость – 7,91 км/с, а для полета к Луне и другим планетам требуется уже вторая космическая скорость – 11,2 км/с. Но как достичь таких скоростей?
К середине XIX века были хорошо известны пороховые ракеты, однако их скорость и управляемость оставляли желать лучшего. Зато артиллерия добилась немалых успехов – появились нарезные орудия, обеспечивающие высокую кучность стрельбы на расстоянии нескольких километров. При этом считалось, что чем больше ствол и пороховой заряд, тем большую скорость разовьет снаряд. Более поздние исследования показали, что максимальная скорость, которую может развить артиллерийский снаряд, лишь ненамного превышает 2 км/с, а увеличение ствола и размера заряда вовсе не способствует росту эффективности – снаряд летит дальше и быстрее, но не достигает теоретически ожидаемых результатов[3].
Однако в XIX веке на артиллерию возлагались большие надежды, и поэтому не приходится удивляться, что первый технически обоснованный проект полета в космос был связан с пушками.
Французский фантаст Жюль Верн
В 1865 году вышел третий роман быстро набиравшего популярность французского писателя Жюля Верна «С Земли на Луну прямым путем за 97 часов 20 минут»[4]. В романе описывалось орудие длиной 274 м и весом 68 тыс. т. В качестве взрывчатого вещества использовался пироксилин в количестве 164 тыс. т. Сначала предполагалось при помощи этого орудия послать к Луне снаряд без пассажиров, но потом внутри необыкновенного ядра была устроена каюта, в которой решились отправиться в космическое путешествие трое смельчаков. Разумеется, в романе старт к Луне прошел удачно, а межпланетные путешественники не только выжили, но и отправились в полный приключений полет к соседнему небесному телу. Однако в реальности дела обстояли бы намного хуже.
Допустим, полый снаряд, выпущенный из такой пушки, развил вторую космическую скорость. Однако элементарный расчет
Циолковский, Константин Эдуардович (1857–1935) – признанный основоположник теоретической космонавтики, ученый, мыслитель, писатель-фантаст. Родился в семье лесничего. После перенесенной в детстве скарлатины почти полностью потерял слух; глухота не позволила продолжать учебу в школе, и с 14 лет он занимался самостоятельно. С 16 до 19 лет жил в Москве, изучал физико-математические науки по циклу средней и высшей школы. В 1879 году экстерном сдал экзамены на звание учителя. К этому времени относятся первые научные исследования К. Э. Циолковского. Не зная об уже сделанных открытиях, написал работу «Теория газов», в которой изложил основы кинетической теории газов. Вторая его работа, «Механика животного организма», получила благоприятный отзыв И. М. Сеченова, и К. Э. Циолковский был принят в Русское физико-химическое общество. Основные работы К. Э. Циолковского после 1884 года были связаны с четырьмя большими проблемами: научным обоснованием цельнометаллического аэростата (дирижабля), обтекаемого аэроплана, поезда на воздушной подушке и ракеты для межпланетных путешествий. Теоретические исследования Циолковского показали возможность достижения космических скоростей. Он первым изучил вопрос о ракете – искусственном спутнике Земли и высказал идею создания околоземных станций. Циолковский выдвинул ряд идей, которые нашли применение в ракетостроении: газовые рули из графита для управления полетом ракеты; использование компонентов топлива для охлаждения стенок камеры сгорания и сопла двигателя; насосная система подачи компонентов топлива; оптимальные траектории спуска космического аппарата при возвращении из космоса.
Свои выкладки Исаак Ньютон изложил монографии «Математические начала натуральной философии» (лат.: Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, 1687). Ньютон поставил следующий мысленный эксперимент. Представьте себе высочайшую гору, пик которой находится за пределами атмосферы. Вообразите пушку, установленную на самой ее вершине и стреляющую горизонтально. Чем мощнее заряд используется при выстреле, тем дальше от горы будет улетать ядро. Наконец при достижении некоторой мощности заряда ядро разовьет такую скорость, что не упадет на землю вообще, выйдя на орбиту – сила притяжения для него уравновесится центробежной силой.
И. Стержнев в монографии «Артиллерийские орудия кратного действия (1944–1948)» сравнивает две пушки: русскую серийную образца 1902 года и немецкую сверхдальнобойную пушку. При этом получается, что при увеличении заряда в 14,4 раза по сравнению с пушкой 1902 года сверхдальнобойная пушка дает прирост скорости снаряда не в 14,4 раза, а только в 2,7 раза.
Роман Жюля Верна о полете на Луну является первой частью дилогии, состоящей из двух романов: «С Земли на Луну прямым путем за 97 часов 20 минут» (фр.: De la Terre a la Lune Trajet Direct en 97 Heures 20 Minutes, 1865) и «Вокруг Луны» (фр.: Autour de la Lune, 1869).
