|
Новые попытки применения реактивной силы для летания
Сначала 80-х годов весь мир ознакомился с фантастическим сочинением Жюль-Верна «Путешествие на Луну». Путешествие это совершается в необычайной обстановке внутри ядра (рис. 12), выпущенного из пушки-великапа. Произведение Жюль-Верна расширило идею реактивного летания, указав на возможность перелета безвоздушных пространств. Для изобретателей открылась новая страница.
| |
Рис. 12. Пушечное ядро для полета на
луну (по Жюль-Верну). |
|
Изобретение способов применения реактивный силы для полетов продолжалось, и мы встречаемся с использованием ракеты для взлета небольшого самолета инж. Эвальда при его опытах 1886 г. в манеже Кавалергардского полка в Петербурге.
Любопытен проект одного француза, взявшего в эти годы патент почти во всех государствах на дирижабль, который должен был быть снабжен пушкой, поста-вленной в гондолу; при выстреле из пушки образующийся откат ее должен был служить для передвижения дирижабля в желаемом направлении.
В 1886 г. в Киеве изобретателем Гешвендом было предложено применять реактивную работу пара к железнодорожным паровозам; а уже в следующем году им был составлен с точным техническим расчетом проект «паролета», т. е. летательной машины с паровым двигателем, имевшим отводные трубки пара и дыма в Одном направлении (рис. 13 и 14). Получающимся при выпуске сильных струй пара возвратным ударом и должно было осуществиться реактивное летание этого паролета. Самый паролет представлял собой по проекту биплан, т. е. самолет с двумя поверхностями друг над другом. Для нас, вникающих в прошлое, будет весьма любопытно ознакомиться с теми надеждами изобретателя, которые он возлагал на свое детище.
Корпус, или фюзеляж, паролета вместе с коническим острым носом для рассечения воздуха и рулем позади (длиной в 9 метров) был расположен на четырех колесах диаметром в 1 метр. Средняя часть корпуса, длиной в 6 метров и шириной немного более 1 метра, в первой половине у носа заключала паровой двигатель с топкой и место для машиниста, а далее, во второй половине, – помещение для 2–3 пассажиров. Эта часть корпуса, закрытая и застекленная толстыми стеклами, представляла собой помещение, постепенно повышавшееся по направлению к рулю: от 0,75 до 2 метров вышины. На высоте от 3 метров от пола корпуса находились две овальные поверхности друг под другом на расстоянии около 1 метра, соединенные стальными стойками на шарнирах.
Что касается этих двух поверхностей, или крыльев, по 15 кв. метров, то они имели в среднем размах 3 метра и ширину около 6 метров, причем, вопреки природной форме летающих крыльев (ошибка, встречавшаяся и в более поздние годы даже у известных конструкторов, например у Фербера), эти поверхности были направлены в сторону полета узкой стороной, а не широкой. Во время полета биплана они должны были менять угол встречи для изменения скорости. Из котла по коленчатой пароструйной трубе, направленной под верхнее крыло биплана, выходил пар сильного давления. Туда же под верхнее крыло был отведен дым от керосиновой топки.
| |
Рис. 13. Реактивный самолет
Гешвенда (передний фасад). |
|
Вот картина полета, ясно представлявшаяся Гешвенду на основании сделанных им технических расчетов. Чтобы подняться в воздух, требуется паролету предварительно приобрести быстрое движение на земле, катясь на своих четырех колесах со скоростью до 110 километров в час. Крылья в это время имеют угол встречи в 16 градусов, и образуется подъемная сила до 1350 килограммов, достаточная для взлета паролета при его весе с дву я пассажирами и машинистом, как-раз равном этой тяжести. При нахождении паролета в воздухе уже в полете крылья постепенно опускаются, чем достигаются увеличение скорости полета и уменьшение расхода пара. Если при взлете требовался расход пара в 400 килограммов в час, то при опускании крыльев и получении угла встречи в 3 градуса расход пара будет вдвое меньше, всего 200 килограммов, причем скорость полета паролета будет доведена до 275 километров в час.
| |
Рис. 14. Реактивный самолет Гешвенда (разрез). |
|
Основываясь на всех этих соображениях, изобретатель был уверен, что на его реактивном паролете воздушное путешествие из Киева в Петербург может совершаться в 6 час., причем потребовалось бы иметь на пути 5–6 спусков на станциях, не более 10 мин. на каждой, чтобы запастись топливом на следующий час полета. Самые станции должны были представлять ровные площади с гладкой поверхностью длиной до 320 метров, при ширине до 32 метров. Уверенный, что его паролет может лететь со скоростью до 275 километров в час, Гешвенд указывал на возможность использования этой сильной быстролетной машины даже во время бури и урагана, скорость которых обычно бывает не более 160 километров в час, так что против такой бури его реактивный паролет может лететь еще со скоростью до 115 километров в час. Уверенность изобретателя в успехе его идеи не находила отклика среди окружающих, особенно в 80 е годы, когда и правительство и ученая среда относились еще с недоверием и усмешкой ко всякой попытке так или иначе разрешить задачу летания.
Почти одновременно с Гешвендом в Петербурге разрабатывал идею реактивного летания некий Александр Петрович Федоров. После долгого, упорного труда он решил в конце 1895 г. выступить печатно и в маленькой брошюрке изложил «Новый принцип воздухоплавания, исключающий атмосферу как опорную среду». В своем предложении Федоров указывал на возможность подъема в воздух машины, предназначенной для летания, путем использования ряда особо устроенных цилиндров с открытыми отверстиями. Пропуская через эти цилиндры сжатый газ или упругий пар помощью воздуходувной машины, бутылей с жидкой углекислотой или парообразователя, он думал получить реактивное движение, которое изменит положение центра тяжести летательной машины, направив его кверху, чем и будет вызван ее полет. Федоровым были произведены опыты с железными трубами, причем оказалось, что расход пара или сжатого газа равнялся расходу пара в паровой машине, производящей работу, равную работе реактивного двигателя изобретателя. На основании опытов Федоров приводил доказательства реальности своего изобретения.
| |
Рис. 15. Реактивный дирижабль Бетти. |
|
Продолжал ли Федоров свои опыты, найдя поддержку в каком-либо из читателей своей брошюрки, выпущенной в свет с этой целью, осталось неизвестным.
В конце 90-х годов американским инженером Бэтти был составлен проект постройки воздушного корабля, или дирижабля (рис. 15), приводимого в движение реактивной силой газов, образующихся от взрывания особых шариков, запас которых автоматически в нужном количестве подается к месту взрыва позади кормы. Ряд толчков от таких взрывов и должен был приводить дирижабль в движение.
В связи с теми толчками, от которых должно произойти движение дирижабля, изобретатель предусмотрел особую форму его и предлагал сделать оболочку дирижабля из алюминиевых трубок и обтянуть непромокаемой материей, дав сооружению форму сигары. Реактивный двигатель, расположенный позади дирижабля, представляет собой прочную трубу. Вверх от этой трубы отходит вертикальная трубка, заключающая запас взрывчатых шариков, выпуск которых регулируется часовым механизмом.
Пилот-воздухоплаватель из своей каюты помощью электромеханизма может регулировать по желанию работу часового механизма, и через весьма краткие промежутки времени взрывчатые шарики проходят просвет трубки (как указано на рис. 15) и падают в полость большой трубы на подставку, соединенную с каютой посредством электрического провода. Воздухоплаватель замыкает ток, шарик взрывается, и масса упругих газов, заполняя трубу, вырывается наружу, вызывая перемещение всего дирижабля. Непрерывный ряд таких взрывов должен дать плавный полет воздушному кораблю в желаемом направлении.
Из приведенных примеров мы видим разнообразное разрешение изобретателями задачи реактивного летания. Одни из них прилагали усилия, чтобы устроить дирижабль-самолет или геликоптер, движимый ударной силой. В таких случаях реактивное движение воплощалось не целиком, а являлось лишь вспомогательным двигателем.
Другие старались использовать существующие реактивные полеты неодушевленных предметов (полет ядра и т. п.) и предлагали воспользоваться ими в том или ином виде человеку. Такое реактивное летание является пассивным (по инерции), так как сама причина реактивной силы остается на земле и скорость полета во время движения не может быть изменена и все время уменьшается.
Третьи, избрав своим примером ракету, мало заботясь об удобном помещении человека при перенесении его в пространство, совсем почти не занимались вопросом о количестве энергии, необходимой для осуществления реактивного летания.
Таково было положение вопроса о реактивном летании, когда к изучению этого предмета приступил наш соотечественник и современник К. Э. Циолковский.
Работы К. Э. Циолковского
Удивительным является вдумчивое отношение к вопросу реактивного летания Циолковского, который, глубоко заинтересовавшись им в 1896 г., пленился, как он говорит, не жалким полетом ракеты, а точными расчетами. Эти точные расчеты привели их талантливого автора к созданию проекта особого реактивного прибора – «ракеты».
Сам Циолковский так смотрит на свою работу:
«Я разработал некоторые стороны вопроса о поднятии в пространство с помощью реактивного прибора, подобного ракете. Математические выводы, основанные на научных данных и много раз проверенные, указывают на возможность с помощью таких приборов подниматься в небесное пространство и может быть основывать поселения за пределами земной атмосферы. Пройдут вероятно сотни лет, прежде чем высказанные мной взгляды найдут применение и люди воспользуются ими, чтобы расселяться не только по лицу земли, но и по лицу всей вселенной».
Новизна предложения Циолковского но отношению к его предшественникам заключается в указании возможности человеку переноситься на ракетах с планеты на планету Заслуга Циолковского велика в том отношении, что он своим долголетним трудом сумел доказать в своих подкрепленных математическими расчетами работах действительную возможность преодоления притяжения земли реактивным прибором соответствующей силы.
На основании же точных знаний у самого ученого, создателя нового типа путешествий – междупланетных, явилось ясное представление о таком ракетном корабле, который способен регулировать скорость движения, изменять направление в пространстве и быть управляемым изнутри.
Ознакомимся с реактивным прибором – «ракетой» Циолковского (рис. 16) с его слов:
«Снаряд имеет снаружи вид бескрылой птицы, легко рассекающей воздух.
– Большая часть внутренности снаряда занята двумя веществами в жидком состоянии: водородом и кислородом. Обе жидкости разделены перегородкой и соединяются между собой только мало-помалу. Остальная часть камеры – меньшей вместимости – назначена для помещения наблюдателя и разного рода аппаратов, необходимых для сохранения его жизни, для научных наблюдений и для управления «ракетой» (так назвали мы наш реактивный прибор).
– Водород и кислород, смешиваясь в узкой части постепенно расширяющейся трубы (вроде духового музыкального инструмента), соединяются химически и образуют водяной пар при страшно высокой температуре. Он имеет огромную упругость и вырывается из широкого отверстия трубы с ужасающей скоростью по направлению трубы или продольной оси камеры. Направление давления пара, выходящего наружу, и направление полета снаряда прямо противоположны.
| |
Рис. 16. Ракета Циолковского. |
|
– Давление пара, направленное противоположно отверстию, совпадает с направлением движения ракеты. При ее остановке или замедлении бывает наоборот. Движение же пара при ускоряющемся ходе ракеты противоположно ее движению; при замедляющемся наоборот. Говорю тут о кажущемся движении пара – относительно ракеты.
– Взрывная труба, идущая вдоль продольной оси ракеты, через центр инерции ее, охлаждается низкой температурой жидкого кислорода и водорода, окружающих трубу или ее кожух.
– Эти свободно испаряющиеся жидкости имеют температуру около 200–250 градусов Цельсия ниже нуля и препятствуют расплавлению трубы внутренней весьма высокой температурой. Так как взрывание продолжается всего лишь несколько минут, пока ракета не выйдет из сферы земного притяжения, то потеря холодных жидкостей от их испарения невелика.
– Вращение ракеты можно устранить разными автоматически действующими приборами, так что направление продольной оси ракеты и полет ее будут приблизительно иметь одно направление: путь ее – прямая линия.
– Простейшим способом управления направлением ракеты служит поворачивание конца раструба или руля перед ним. При поворачивании их газы принимают иное направление, и снаряд поворачивается или регулируется».
Взрывчатым веществом в ракетном корабле Циолковского является соединение жидкого кислорода с жидким водородом. В каком же количестве следует их брать, чтобы добиться желаемого успеха? По исследованию Циолковского это всегда зависит от отношения запаса взрывчатых веществ к весу ракетного корабля.
Так когда взрывчатые вещества по весу равны ракете, то по расходовании их скорость ее будет равна 3920 метрам в секунду. При пятикратном количестве взрывчатого вещества против веса самой ракеты скорость ее при последнем взрыве будет равна 10 100 метрам в секунду. Если же взять взрывчатых веществ в 7 раз больше веса ракеты, то с последним взрывом скорость ее составит 11 800 метров в секунду, а так как при такой скорости тело от земного притяжения более не зависит, то ракета Циолковского уже явится междупланетным ракетным кораблем.
Интересно кстати представить себе внешнюю картину наблюдения за началом полета ракеты в междупланетное пространство, которую и дает нам Циолковский в следующих строках:
«Наблюдающие нас с земли приятели увидели, как ракета загудела и, сорвавшись с своего места, полетела кверху подобно падающему камню, только в противоположную сторону и в 10 раз энергичнее. Скорость ракеты к небу все возрастает, но заметить это трудно вследствие быстрого ее движения. По истечении 1 сек. ракета уже поднялась на высоту в 45 метров. Через 5 сек. она уже на высоте 1000 метров, ее уже едва мы замечаем в виде тонкой вертикальной черточки, быстро устремляющейся кверху. Через полминуты она уже на высоте 40 километров, но мы продолжаем ее свободно видеть невооруженными глазами, потому что благодаря все возрастающей быстроте движения она нагрелась добела (как аэролит), и ее предохранительная тугоплавкая и неокисляющаяся оболочка светит, как звезда. Более минуты продолжался этот звездоносный полет. Затем все понемногу исчезает, потому что, выйдя из атмосферы, ракета уже не трется о воздух, охлаждается и понемногу гаснет. Теперь ее можно разыскать только с помощью телескопа.
– Жар не проник до нас, сидящих в ракете, так как мы предохранены от нагревания трудно проводящим тепло слоем й кроме того у нас был могучий источник холода: испарение жидких газов. И предохранять-то нужно было 1–2 мин.
– Своего ракетного движения мы не сознаем, как не сознаем движения земли (когда на ней находимся), и нам представляется, что сама планета, мчится кругом нас вместе со всем волшебным небосклоном: ракета для наших чувств становится центром вселенной, как некогда земля...»
До путешествия между планетами на ракетных кораблях, как говорит Циолковский, – «ой, как далеко». Осуществление идеи Циолковского затруднительно хотя бы вследствие той необходимой предосторожности, которая связана с перелетом людей при таких больших скоростях; но время для междупланетных путешествий безусловно настанет.
После ракеты 1911 г. Циолковский до настоящего времени не оставляет своих трудов в области междупланетных сообщений и предложил ряд новых проектов реактивных кораблей – «космических ракет» и даже целых «ракетных космических поездов». Последние представляют собой соединение нескольких одинаковых реактивных кораблей, движущихся сначала по дороге, потом в воздухе, затем в пустоте вне атмосферы и наконец между планетами и прочими небесными телами. Только часть этого поезда уносится в небесное пространство; остальная же, не имея достаточной скорости, возвращается на землю.
Человечество в ракете Циолковского приобретет летательную машину, которая явится земным автомобилем, могущим свободно, подкатить к берегам океана, а затем также свободно погрузиться в глубокие воды этого океана, став подводным судном. Проплыв тысячи километров под водой, такой ракетный корабль может вынырнуть из глубины и сразу направить свой путь по воздуху, пролетев несколько тысяч километров над землей, поднимаясь все выше и выше, и очутиться среди безвоздушного пространства, в котором ввиду отсутствия сопротивления движению является уже возможность развить сверхбыстрое реактивное перемещение.
И будущим воздушным и безвоздушным путешественникам будет дико читать слова К. Э. Циолковского, обращенные к своим современникам: «Тяжело работать в одиночку многие годы, при неблагоприятных условиях, и не видеть ни откуда просвета и содействия».
Однако те «10 дней, которые потрясли весь мир», открыли великому мыслителю и изобретателю просвет и дали толчок к содействию его работе.
* * *
|
