газы производят давление во все стороны, но боковые давления газов взаимно уравновешиваются, давление же на дно жестяной оболочки пороха, не уравновешенное противоположным давлением (так как в эту сторону газы имеют свободный выход), толкает ракету вперед по тому направлению, на котором она была установлена в станке до зажигания…
Представим себе теперь, что мы имеем из листового железа цилиндр, закрытый герметически со всех сторон и только в нижнем дне своем заключающий отверстие. Расположим по оси этого цилиндра кусок прессованного пороха цилиндрической же формы и зажжем его с одного из оснований; при горении образуются газы, которые будут давить на всю внутреннюю поверхность металлического цилиндра, но давление газов на закрытое дно цилиндра не будет уравновешено противоположным давлением, так как с противоположной стороны газы имеют свободный выход через отверстие. Если цилиндр поставлен закрытым дном кверху, то при известном давлении газов (величина которого зависит от емкости цилиндра и от толщины куска пороха) цилиндр должен подняться вверх…»
Но эти высказывания Кибальчича не могли быть известны Циолковскому, когда он разрабатывал идею устройства межпланетной ракеты. По мысли Константина Эдуардовича эта ракета должна представлять собой снаряд хорошо обтекаемой формы, что необходимо для максимального уменьшена сопротивления воздуха во время ее полета в атмосфере.
Константин Эдуардович так описывает устройство своего межпланетного корабля: «…металлическая продолговатая камера, снабженная светом, кислородом, поглотителями углекислоты и других животных выделений, предназначена не только для хранения разных приборов, но и для управляющего камерой разумного существа. Камера имеет большой запас веществ, которые при своем смешении тотчас же образуют взрывчатую массу. Вещества эти, правильно и равномерно взрываясь в определенном для того месте, текут в виде горячих газов цо расширяющимся трубам. В расширенном конце, сильно разредившись и охладившись от этого, они вырываются наружу через раструбы с громадной скоростью. Понятно, что такой снаряд при известных условиях должен подниматься в высоту».
Схема принципа действия ракеты
Внутри этого снаряда заключены в больших количествах разделенные перегородкой водород и кислород, которые находятся в жидком состоянии.
Передняя часть ракеты служит помещением для людей. Здесь же расположены различные аппараты и приборы, предназначенные для научных наблюдений, а также для управления ракетой.
Водород и кислород, нагнетаемые особыми приборами в камеру взрывания, а затем в трубу, сделанную, как и камера взрывания, из тугоплавкого металла, смешиваются и, химически соединяясь, образуют водяной пар [10]. Этот процесс совершается при очень высокой температуре.
Водяной пар, имея весьма высокое давление, с огромной скоростью устремляется в широкий конец трубы и дальше за ее пределы. Сила отдачи сообщает ракете поступательное движение вперед, ракета начинает перемещаться со все возрастающей скоростью. Для этого требуется, конечно, чтобы смешение водорода и кислорода, а следовательно, и образование водяного пара, происходили непрерывно.
Наружная оболочка ракеты Циолковского имеет три слоя металла. Первый, внешний слой представляет собой тонкую оболочку из очень тугоплавкого металла. Второй слой — менее тугоплавкий, но зато обладает незначительной теплопроводностью и малой плотностью. Третий, внутренний слой оболочки также металлический. В этом слое сделаны герметически закрывающиеся двери и окна из кварца и стекла.
Тугоплавкий металл для оболочки ракеты необходим потому, что при полете с большой скоростью в атмосфере, вследствие сильного трения встречной массы воздуха о поверхность ракеты, оболочка, если она будет изготовлена из обыкновенного металла, быстро нагреваясь, расплавится.
Через средний слой постоянно пропускается имеющий низкую температуру газ, который охлаждает, главным образом, накаливающийся добела внешний слой оболочки.
Для управления ракетой устроены два взаимно-перпендикулярных руля, расположенные у выходного отверстия трубы, то-есгь на пути вырывающихся из нее разреженных и охлажденных газов, которые, встречая препятствие, меняют свое направление, благодаря чему осуществляется поворот ракеты в ту или другую сторону. Ракета может двигаться с любой скоростью, в зависимости от отношения массы смешиваемых водорода и кислорода к массе самой ракеты.
Циолковским составлено так называемое «уравнение ракеты», в котором выражается математическая зависимость между количеством потребленного горючего, скоростью выбрасываемых газов и скоростью полета ракеты.
Согласно вычислениям Циолковского, эта зависимость при переходе на язык цифр будет следующая: «Когда запас взрывчатых веществ равен массе снаряда, то скорость его (3920 метров в секунду) вдвое более той, которая нужна, чтобы камню, пущенному с поверхности луны, удалиться от нее навсегда. При отношении массы взрывчатого вещества к массе снаряда, равном 3, скорость снаряда (7880 метров в секунду) будет почти достаточна, чтобы он мог обращаться за пределами атмосферы вокруг земли, подобно ее спутнику. При отношении 7 снаряд (скорость 11800 метров в секунду) удаляется от земли навеки и делается спутником солнца (самостоятельной планетой), братом земли. При большем количестве взрывчатых веществ возможно достижение астероидов [11] и даже больших планет».
По расчетам Константина Эдуардовича получается, что если расход взрывчатых веществ в 1 секунду равен 4 килограммам, а полный вес ракеты составляет 1 тонну, то запас горючего в 800 килограммов будет израсходован в течение 31/3 минуты. За это время ракета, взяв старт под углом к горизонту примерно в 30°, сможет вылететь за пределы атмосферы.
Из всего сказанного очевидно, что всякую ракету можно назвать «летающей пушкой», устройство которой позволяет ей перемещаться как в воздухе, так и в пустоте.
Условия полета ракеты в воздушной среде и в межпланетном пространстве, где совершенно нет воздуха и каких-либо других газов, будут в корне отличаться друг от друга.
Самолет или дирижабль, перемещаясь в воздухе, постоянно встречает со стороны последнего сопротивление, величина которого зависит от формы корабля, его собственной скорости и от плотности окружающего воздуха.
Сопротивление воздуха, вызывая тормозящее действие, уменьшает скорость полета корабля и может свести ее к нулю, если прекратится работа моторов, приводящих во вращательное движение пропеллеры (воздушные винты).
Полет замедляется не только сопротивлением воздушной среды. На скорость самолета оказывает влияние и непрерывно действующая сила тяготения земли. Эта сила особенно ощутима в момент взлета (чем тяжелее самолет, тем труднее ему оторваться от земли) и тогда, когда корабль начинает быстро терять скорость.
В совсем других условиях будет находиться летательный аппарат, перемещающийся в межпланетном пространстве. Здесь, кроме отсутствия воздуха, почти не наблюдается действия силы тяготения какой-нибудь планеты. Полет аэроплана или дирижабля вне атмосферы, в пустоте, невозможен вследствие полного отсутствия какой бы то ни было опоры для его крыльев.
Если пренебречь относительно ничтожной силой тяготения солнца и ближайших планет, движение ракеты в мировом пространстве, совершающееся за счет действия силы инерции, есть движение прямолинейное и равномерное. Равномерным оно будет потому, что ракета в одни и те же промежутки времени пройдет одинаковое расстояние.
