 |
|
 |
|
|
|
|
|
Проф. Н. А. РЫНИН Издательство П.П. Сойкин 1928
|
„Кроткое светило ночей является
первою К.Фламмарион. Идея – перенести героев романа в аппарате, выбрасываемом с Земли каким-либо метательным приспособлением, была предложена несколькими писателями, Жюль-Верном, Фором и Граффиньи, Уэльсом, Жулавским и др., причем разные авторы пользуются разными орудиями метания, как-то: пушкой, вулканом, или даже проектируют специальную громадную метательную машину.
Ниже мы помещаем описание этих проектов, сопровождая их критикой главнейших идей, положенных в основу проекта. Наиболее живописно изложил эту идею Жюль Верн. Жюль Верн. Жюль Верн (рис. 2) родился 8 февраля 1828 г. в Нанте (Франция) и был единственным сыном довольно состоятельных родителей. Здесь он получил среднее образование. В 1847 г. переселился в Париж, где изучал до 1852 г. юриспруденцию, кончил полный курс, но юристом никогда не был; дебютировал на литературном поприще рассказами, комедиями, стихотворениями, но в продолжение 10 лет не написал ничего сколько-нибудь выдающегося. В течение этого времени он совершил ряд путешествий в Северную Америку, в Норвегию, по Средиземному морю, впечатления которых широко использовал впоследствии. Когда созданный им новый вид романа принес ему буквально мировую известность, жизнь его становится совсем бедной внешними событиями. Сперва он почти безвыездно живет в Париже, совершая лишь иногда летом небольшие поездки по морю у берегов Франции, а в 1890 г. переезжает в Амьен, где тихо и мирно живет до самой смерти (11/24 марта 1905 г.), выпуская приблизительно два романа в год. Идея полета с Земли в космическое пространство проведена им в следующих романах: «от Земли до Луны», «Вокруг Луны», «Вверх дном», «Пятьсот миллионов бегумы» и «Гектор Сервадак». Приведем изложение идей Ж. Верна о полете на Луну при помощи выстрела пушки. Пушка Жюль Верна № 1. Жюль Верн в романе «Пятьсот миллионов Бегумы» описывает пушку, при выстреле из которой снаряд получает такую скорость, что делается спутником Земли.
Эта пушка (рис. 3) весила не менее 300 тонн и была типа осадных орудий. Заряжалась она с казенной части, дуло было диаметром 1,5 м. Орудие стояло на стальном лафете, поставленном на полосе из того же металла, и из нее мог бы стрелять маленький ребенок, – так легко было управлять ею, благодаря сложной системе зубчатых колес. В задней части лафета помещался компенсатор, который уничтожал откат пушки или, по крайней мере, противодействовал ему и автоматически ставил ее опять на прежнее место после каждого выстрела. Сила боя ее была такова, что на расстоянии двадцати метров она цельным ядром пробивала легко, как стекло, стальную плиту в метр толщины. Дальность боя ее 16 км. Заряд состоял из хлопчато-бумажного пороха с примесью двух десятых его веса азотной кислоты и поташа. Кроме этой большой пушки, были еще и меньшие. Снаряды последних имели вид трубы, длиною 2 м и диаметром 1,1 м. Снаружи они были покрыты свинцовой оболочкой, которая свободно передвигалась по нарезам орудия. Они кончались с задней стороны стальной пластинкой со стержнем, а с передней – стальным стрельчатым острием, к которому примыкал ударник трубки. Несмотря на их величину, вес их не превышал веса обыкновенных снарядов того же калибра, так как они были сделаны из стекла и заряжены жидкой угольной кислотой, сжатой до 72 атмосфер. При падении происходил взрыв оболочки, и угольная кислота из жидкого состояния переходила в газообразное. Последствие: температура всей окружающей атмосферы падает до 100 градусов ниже нуля, и воздух смешивается с громадным количеством углекислого газа. Все живое на тридцать метров кругом от места взрыва погибает мгновенно от замерзания и удушения. Так как описанный снаряд слишком легок для своего об'ема, то и дальность полета его не свыше 3 км. Для более дальней стрельбы из большой пушки, применяются снаряды из чугуна; они сплошные и содержат каждый сто маленьких пушек, симметрично вложенных одна в другую, как отдельные цилиндры телескопа; при полете этот снаряд разряжается в пушки и из них, в свою очередь, стреляют маленькими гранатами, начиненными горючими веществами. Дальность полета такого снаряда 16 км. (рис. 4). Выстрел этой пушки был предназначен для разрушения одного города. К счастью, ошибка в расчете дала результат, благодаря которому, снаряд получил такую начальную скорость (10 000 м в сек.), что не упал обратно на Землю, а сделался ее спутником. Из пушки на Луну (проект Жюль Верна).
В 1865 году, во Франции появился увлекательный роман Жюль Верна «От Земли до Луны», в котором автор описывает отлитую в Америке гигантскую пушку и ядро, в котором трое пассажиров отважились полететь на Луну. В другом своем романе «Вокруг Луны», Жюль Верн говорит уже о самом полете ядра в межпланетном пространстве и о благополучном возвращении путешественников на Землю. Ниже мы излагаем принципы устройства пушки, ядра и условий полета его так, как это дается у Жюль Верна. В примечаниях к этому изложению мы приводим некоторые наши пояснения и в конце помещаем критику этого проекта; приведенную немецким автором Максом Вальером в его книге: «Der Vorstoss in den Weltenraum», а также некоторые замечания Я.Перельмана из его книги «Межпланетные путешествия». Проект Жюль Верна Роман начинается с описания возникновения в Балтиморе, после окончания в С.-А. С. Штатах борьбы южан с северянами, «Пушечного Клуба», при чем, по словам одного из ораторов его, «почет и уважение, которыми пользуются члены клуба, пропорциональны массе изобретенных ими орудий и квадрату их дальнобойности». Председатель клуба Барбикэн и член клуба Дж. Мостон составляют проект пушки, которая должна послать ядро на Луну. Вначале ядро предполагалось без пассажиров, но потом, по предложению француза Мишеля Ардана, внутри ядра устраивается каюта, в которой и решаются отправиться на Луну президент Барбикэн, Мишель Ардан и капитан Николь. Скорость полета ядра должна быть 12 000 ярдов (около 11 182 м) в сек. При этой начальной скорости ядро должно было долететь до нейтральной зоны, где притяжение Земли сравнивается с притяжением Луны. Место это находится на 47/52 расстояния Луны от Земли. На рис. 5 изображены орбиты Луны и Земли в ортогональных проекциях. Из чертежа видно, что Луна описывает вокруг Земли эллипс. Наиболее близкое положение ее к Земле (р) называется перигелием, а наиболее удаленное (p1) афелием. В перигелии центр Луны отстоит от центра Земли на 363 290 км; а в афелии – 405 400 км. Учитывая же радиусы Земли и Луны, найдем, что наиболее близкое расстояние между поверхностями Луны и Земли будет в перигелии 355 200 км. Поэтому следует стрелять из пушки на Луну так, чтобы ядро достигло Луны при прохождении ее через перигелий. В романе «Вокруг Луны» Ж. Верн дает формулу при помощи которой он определяет скорость полета ядра по выходе из атмосферы:
Здесь V – начальная скорость полета ядра;
g – ускорение силы тяжести на Земле, Подставляя эти значения в формулу, получим v0= 11 051 м сек. что соответствует начальной скорости 16 576 м сек., каковая, повидимому, и была получена ядром, так как, с одной стороны, заряд пироксилина при выстреле был взят с запасом, а с другой, ядро облегчилось в весе, (благодаря удалению большей части взятой с собой воды. Продолжительность полета исчислена до нейтральной зоны при скорости от 11 182 м сек. до нуля) – в 300 000 сек. (83 часа 20 мин.) и от нейтральной зоны до Луны – 50 000 сек. (13 часов 53 мин. 20 сек.), а всего 97 часов 13 минут 20 сек. Когда следует произвести выстрел? (Точнее, когда ядро должно прибыть на Луну?) Тогда, когда Луна находится не только в перигелии, но и в зените по отношению к месту выстрела. Хотя Луна каждый месяц бывает в перигелии, но не всегда в зените. Поэтому приходится иногда долго ожидать такого счастливого момента. Ж. Верн определяет этот момент 4-го декабря (год не указан). Направление выстрела (рис. 5), 1) должно быть к зениту места его, при условии, если оно находится на широте от 0 до 28°, так как только для этих широт Луна может находиться в зените, и при этом условии ядро будет совершать кратчайший путь; при расположении же пушки далее от экватора, выстрел пришлось бы произвести наклонно, что удлинит путь ядра. В момент выстрела Луна, ежедневно движущаяся на 13°10'35", должна находиться от точки зенита на расстоянии, соответствующем пути, который она пройдет в течение времени полета ядра, т. е. 52°42'20". Кроме того, необходимо принять во внимание и то отклонение, которое получится ядром от вращения Земли у широты места выстрела (скорость v на черт. 5). Поэтому ядро достигнет Луны, отклоняясь еще на 11°, т. е. всего около 64°. ____________________
В виду этого, в момент выстрела, ось орудия должна быть под углом 11° к линии перигелия, и выстрел должен быть сделан, когда Луна находится на 64° от перигелия (тогда ядро опишет кривую линию abc (черт. 5), при чем точка b соответствует нейтральной зоне ее). Момент выстрела должен быть 1 декабря в 10 часов 46 мин. 40 сек. вечера, и ядро упадет на Луну в полночь с 4 на 5 декабря. Место расположения пушки, на основании вышеприведенных условий, было выбрано во Флориде около города Тампа-Тауна на горе Стонсгилль (27°7' сев. шир. и 5°7' зап. долг.). Пушка. Вес ее 68 040 т, длина 274 м, диаметр – 2,743 м, толщина стенок – 1,829 м. Материал пушки – серый чугун. Внутри жерла нарезок делать не предположено. Лафет пушки вызвал сначала в «Пушечном Клубе» дебаты. Мастон предлагал уложить ее на Землю, сделав ее длиною около 800 м (рис. 6). Однако, восторжествовало мнение председателя Барбикэна, который дал проект устроить ее вертикально внутри горы (рис. 7 и 8). Вокруг чугунного жерла пушки устроена каменная кладка толщиною 5,943 м. Ядро имеет гранатообразную форму, т. е. нижняя часть его цилиндрическая, а верхняя заостренная. Наружный диаметр его 2,743 м, высота – 3,658 м. Остальные размеры показаны на рис 9. Следует отметить некоторую несходимость размеров ядра у Ж. Верна. Так, на стр. 142 1 говорится, что внутренняя площадь пола ядра была 54 кв. фута, что дает диаметр 2,53 м и соответственно толщину стенок
_________________
Между тем, на стр. 44 толщина стенки указана 0,30 м. Для смягчения удара при выстреле, на дне ядра была налита вода до высоты 0,91 м, а сверх ее наложен толстый деревянный круг, который вплотную прилегал к стенкам; кроме того, вода еще разделялась двумя более тонкими кругами, которые при выстреле последовательно проломятся; при этом вода устремится через трубку, проложенную внутри стенок ядра к его вершине и выльется наружу. После же эти круги можно выбросить. Стенки внутри ядра немного тоньше, чем внизу. Вес ядра – около 8 000 кг, а воды – 5 700 кг. Ядро отлито из алюминия. Окна устроены – одно в вершине, одно – посредине пола и два в боковых стенах (в другом романе Жюль Верна «Вокруг Луны» говорится, что боковых окон было больше – около четырех). Для входа в ядро сверху был устроен люк. Внутри стенки были обшиты кожей укрепленной на гибких пружинах. Общий вид ядра показан на рис. 10, а внутренний – на рис. 11 Сопротивление воздуха при полете ядра предполагается ничтожным. Жюль Верн пишет так: «Земная атмосфера имеет только около 65 км толщины; следовательно, при скорости ядра в 11 182 м в сек. ядро пролетит этот слой в 5 секунд, т. е. в такой промежуток времени, что сопротивление среды можно считать ничтожным, и о нем не стоит даже говорить.
Взрывчатое вещество. Для выстрела был применен пироксилин в количестве 163 800 кг, который при взрыве должен был дать 6 000 000 000 (6 миллиардов) л газа. Заряд занимал высоту внутри пушки 54,84 м. Снабжение провиантом. Кроме запаса провизии, взятого путешественниками с собой, Жюль Верн дает идею посылки с земли новых гранат, содержащих провиант. Эти гранаты должны посылаться, когда Луна находится по отношению к Земле в перигелии, и будут улавливаться нашими путешественниками. Для возможности вывода ядра из нейтральной зоны между Луной и Землей, в дно его можно было вставлять 12 маленьких стальных пушек, при выстреле из которых происходила отдача. Внутри ядра они приходились вровень с дном, а снаружи выступали за него на 0,15 см (рис. 9-а). Следует заметить, что Жюль Верн указывает на возможность изменения орбиты корабля под влиянием пролетающего астероида и даже попадания осколков в их корабль. (Ж. Верн «Вокруг Луны» стр. 149).
Результат экспедиции. Ядро, вместо четырех суток, пробыло в пути гораздо дольше. Оно облетело вокруг Луны и, под действием отдачи ракет, отошло от нейтральной зоны и стало падать на Землю, которой и достигло 12 декабря в 1 час утра, пробыв в пути всего 10 суток, 2 часа, 13 мин. 20 сек. Погрузившись в океан, оно потом всплыло на поверхность, и все путешественники были спасены американским корветом (рис. 12). Метательные межпланетные Жюль Верн, устами одного из героев своего романа «От Земли до Луны», именно Мишеля Ардана, говорит: «Я уверен, что со временем от Земли к Луне будут ходить настоящие поезда из метательных снарядов, в которых можно будет располагаться, как у себя дома. При этом способе передвижения не нужно будет опасаться ни толчков, ни схода с рельсов, и цель будет достигаться быстро, без всякого утомления, по прямой линии, в роде, например, полета пчелы»... На рис. 13 изображен подобный будущий поезд из 5 вагонов, несущийся в мировом пространстве и приближающийся к Луне.
Я. Перельман, в своей книге «Межпланетные путешествия» (СПБ. Изд. 4, стр. 94 – 103) приводит следующий поверочный расчет к проекту Ж. Верна для определения продолжительности полета ядра от Земли до нейтральной зоны, где притяжение Земли и Луны сравниваются (рис. 14). Эта зона располагается от центра Земли на 0,9 всего расстояния. Предположим, что снаряд находится от земли на этом расстоянии и вращается вокруг нее, как спутник; тогда, зная, что продолжительность обращения Луны = 27,3 суток, получим время обращения снаряда из уравнения Кеплера:
откуда t = 23,3 суток, а время падения снаряда с Земли до этой зоны будет
В действительности время будет несколько меньше, так как падение ускоряется благодаря притяжению Луны, которое не было принято в расчет. Время падения от нейтральной зоны на Луну определяется следующим образом. Если бы снаряд, находясь от Луны на расстоянии 0,1 ее отдаления от Земли, обращался вокруг нее, то время обращения определилось бы из уравнения Кеплера:
при условии, если масса Луны равнялась бы массе Земли; но так как масса Луны в 81 раз меньше, а скорость обращения пропорциональна корню квадратному из массы, то время обращения будет в √̅8̅1̅ = 9 раз дольше, т. е. 0,863 • 9 = 7,77 суток; и, наконец, время падения ядра от нейтральной зоны на Луну будет
но в действительности, благодаря замедляющему действию Земли, больше (около 2,8 суток). Полное время падения от Земли до Луны равно около 4,1 + 1,4 = 5,5 суток (в действительности, около 6½ суток). Критика проекта Жюль Верна Главнейшими возражениями против осуществимости посылки снаряда с пассажирами из пушки, являются следующие: 1. Невозможность дать начальную скорость снаряду, необходимую для полета его в межпланетное пространство. В дальнейших рассуждениях будем предполагать, что сопротивления воздуха не существует, так как при наличии такового, задача делается еще более невыполнимой. Сделаем подсчет для метания из пушки на Луну снаряда, весом 1 кг. Работа тяготения, которую должен преодолеть заряд, равна 0,63•107 кг/м. Работа 1 кг пороха равна 429•103 кг/м. Поэтому величина заряда должна была бы быть
Принимая утилизацию пороха в пушке, в 1/3; получим заряд 14,7 • 3 = ∞45 кг. Упомянутая работа должна сообщить снаряду, весом в 1 кг, или массой 0,1 скорость v или живую силу
т. е. начальная скорость, не принимая сопротивления воздуха, должна быть около 12 100 м в сек., между тем как пока современные орудия дают начальную скорость не более 1 500 м/сек. Если бы требуемую скорость в 12 100 м/сек, мы пожелали получить в 1 сек., то при весе снаряда в 1 кг и массе его 0,1 сила равнялась бы 0,1 • 12 100 = 1 210 кг при упомянутом ускорении в 12 100 м/сек2, каковое имело бы результатом гибель пассажиров. Предположим, что давление на 1 кг не свыше 1 кг, т. е. ускорение не свыше 1 / 0,1 – м/сек2, и пусть требуемая скорость развивается постепенно, что можно достигнуть устройством вдоль орудия камер с зарядами, которые постепенно бы взрывались при прохождении заряда мимо них. Обозначим время прохода снаряда в орудии через t, в течение которого он разовьет скорость 12 100 кг/сек. Тогда ускорение будет: 12 100 / t = 10 м/сек.2; откуда t – 1 210 сек. Принимая среднюю скорость в 12 100 / 2 = 6 050 м/с, получим длину орудия 6 050 • 1 210 = 7 320 км. Если допустить ускорение в 50 м/сек2, то длина орудия будет в 5 раз меньше, т. е. 1 465 км. Пусть высота поднятия снаряда будет всего лишь h = 300 км. Тогда, при отсутствии атмосферы, начальная скорость его должна быть v = √̅2̅g̅h̅ = 2450 м/сек, а ускорение, которое он должен приобрести в канале орудия длиною l, определится из формулы v2 = 2 (w – g ) l, откуда
Полагая длину пушки в 300 м, получим
т. е. вес снаряда внутри орудия увеличивается почти в 1 000 раз. Принимая длину пушки 210 м и скорость вылета ядра из дула 16 000 м/сек., получим время прохода ядром канала пушки, исходя из формулы:
а ускорение а = v / t = 16 000 • 40 = 640 000 м/сек.2, т. е. почти в 64 000 раз больше ускорения силы тяжести; если бы мы приняли ускорение даже в 40 раз больше нормального, то и тогда бы получили громадную длину пушки, именно: принимая v = 11 000 м/сек.; а = 400 м/сек.2
Меры, которые, по Жюль Верну, принимают пассажиры его ядра, вроде матрацов буфферов, воды – все это ничтожно по сравнению с вышеприведенными цифрами, при чем еще не учтено влияние сопротивления воздуха, которое возрастает пропорционально квадрату скорости. Это сопротивление образует панцырь, которого ядро, при скорости в 11 км/сек., пробить не в состоянии и даже, пролетев канал ядра, из которого, пожалуй, можно было бы выкачать воздух, оно, равно, как и заключенные в нем пассажиры, испытало бы второй, не менее гибельный, удар при встрече с атмосферой. Ослабить этот удар можно, поместив дуло орудия высоко над поверхностью Земли, где атмосфера значительно разрежена. Наконец, во избежание вредных последствий удара, можно, как предлагает К. Циолковский, поместить людей и нежные приборы в водяную ванну, устроив особые приспособления для дыхания людей.
|
|
|
|
|