Проф. Н. А. РЫНИН

КОСМИЧЕСКИЕ КОРАБЛИ
(Межпланетные сообщения в фантазиях романистов)

Издательство П.П. Сойкин 1928

Наш адрес: ruzhany@narod.ru

Глава 4. Полеты при помощи лучевого давления.

В этой главе мы рассмотрим проекты романистов полета в мировое пространство при помощи давления лучей света. Как известно, лучи света оказывают такое давление на поверхность тела, и чем больше его поверхность, тем меньше его масса, чем меньше сопротивление среды и чем больше сила света, тем больше будет и давление лучей.

Проект Фора и Граффиньи.

Рис. 55. Корабль Фора и Граффиньи, отталкиваемый лучами света.

Два французских романиста Фор и Граффиньи в своем сочинении «Необыкновенные приключения русского ученого» (1889 г.), описывают способ, при помощи которого ему со своими спутниками удалось улететь с Луны и достигнуть Венеры. Двигательной силой для такого аппарата служило отталкивающее действие солнечного света. Необходимо лишь было построить громадное зеркало, которое отражало бы солнечные лучи, и аппарат, который отталкивался-бы этими лучами. Из разговоров ученого с жителями Луны, селенитами, выяснилось, что на Луне такой аппарат уже существует, и путешественникам было разрешено им воспользоваться.

На вершине горы был установлен параболический рефлектор, сделанный из вещества, отражающего свет – селена, высотою 50 м и шириною – 250 м.

Самый же аппарат состоял из полого шара (рис. 55), сделанного из селена, диаметром 10 м. В нижней части его находилось отверстие, в поперечнике 1 м; четыре трубки, утвержденные в этом отверстии крестообразно, служили подпорами для оси из селена, которая оканчивалась вверху большим кругом, а тотчас над последним возвышался пол камеры, служивший для помещения путешественников. Отношение той камеры к окружающему ее шару было таково, что она могла оставаться неподвижной, тогда как шар мог вращаться вокруг нее со страшной быстротой. Это достигалось устройством, похожим на то, которое дают обыкновенно, вращающимся башням в обсерваториях, т. е. круг, которым оканчивалась ось, мог скользить по дну камеры при помощи бронзовых катков.

Рис. 56. Спуск на Венеру.

Так как подъемная сила аппарата была недостаточна для перевозки с Луны на Венеру пятерых путешественников, то было решено в пути отделиться от аппарата на части его, на которой и долететь до Венеры.

Эта часть состояла из гондолы (прежней крышки аппарата), прикрепленной при помощи крепких металлических канатов к плоскому экваториальному селеновому кругу, диаметром 30 м. Этот круг должен играть роль парашюта при спуске в атмосфере Венеры.

В момент отлета, аппарат был помещен в фокусе рефлектора, окруженного селеновыми поворотными зеркалами. Когда последние были повернуты надлежащим образом, аппарат, подвергаясь отталкивающей силе лучей, унесся с пассажирами по направлению к Венере со скоростью 28 000 км в сек.

Когда аппарат достиг нейтральной зоны притяжения между Луной и Венерой, его крышка с экваториальным кольцом была отделена от остальной его части, и пассажиры, одетые в скафандры, приготовились к отлету.

Вот как описывают романисты момент отделения пассажиров от аппарата:

«Вдруг какая-то могущественная сила сорвала всех их со своего места и бросила кверху... Вслед за ними туда-же полетели все вещи, инструменты, меблировка... Оглушенные, разбитые, наши герои очутились в куполообразном потолке каюты, под грудою обломков... Когда они открыли глаза и поднялись, то увидели, что несутся в парашюте, зонтом которого служило огромное, плоское селеновое кольцо, а корзиною – купол их прежней каюты»...

Когда они подлетели к Венере, то попали в страшную бурю и в конце концов упали на поверхность океана, где и были спасены жителями Венеры (рис. 56).

С Венеры путешественники на том же аппарате, и при помощи того же отталкивающего действия света, отправились на Меркурий. Когда они приблизились к его атмосфере, то для спуска решили отделить от аппарата тяжелую каюту со всем внутренним оборудованием и продолжать путь в одном наружном селеновом шаре, который весил сравнительно немного, имел большой объем и должен был падать в атмосфере Меркурия гораздо медленнее, чем стал бы падать весь аппарат. Так и случилось; они благополучно отделились от каюты и стали спускаться на Меркурий. Однако, скорость спуска была настолько велика, что они с силою ударились о его поверхность; - к счастью, они попали на наклонную поверхность горы, и косой удар несколько ослабил силу толчка, и, вместо одного убийственного толчка, их шар испытал их несколько десятков, более слабых, скатываясь и подпрыгивая по крутому склону горы.

Межпланетный корабль Б. Красногорского

Рис. 57. Корабль Красногорского летит в мировом пространстве.

В 1913 г. в С.-Петербурге был издан астрономический роман Б. Красногорского, „по волнам эфира", в котором автор описывает полет четырех человек из Ленинграда к Луне и обратное падение их аппарата в Ладожское озеро.

Цель полета – спуск на Венеру – достигнута не была. Для этого полета был построен на Обуховском заводе корабль, названный «Победитель пространства» и состоящий из вагона, в котором, помещались путешественники, и большого кольцевого зеркала. По идее автора, лучи Солнца должны производить давление на полированную поверхность зеркала и передвигать его с громадной скоростью в мировом пространстве. Поварачивая зеркало относительно вагона и Солнца и сообразуясь с силами притяжения Земли и планет, можно уменьшать силу давления лучей и несколько изменять направление движения.

Недалеко от Луны путешественники попали в поток метеоритов, зеркало было оторвано от вагона, который был увлечен потоком к Земле и благополучно упал в Ладожское озеро, откуда все здравы и невредимы были выловлены пароходом.

Оставляя в стороне явно несообразное благополучное падение вагона в озеро, остановимся на ряде интересных расчетов и устройстве корабля, предлагаемого автором.

Принцип полета. Давление лучей Солнца по сравнению с силою веса тела возрастает тем больше, чем меньше вес и чем больше поверхность тела. Капля воды при поперечнике 0,75 μ (μ – микрон = 1/1 000 мм) умчалась бы от Солнца благодаря этому лучевому давлению со скоростью 550 км в сек. Уменьшая ее поперечник еще более, можно довести скорость ее полета до 9 000 км в сек. В общем, капля воды должна иметь не более 1,5 μ в диаметре, чтобы под влиянием лучевого давления могла умчаться в мировое пространство, преодолевая солнечное притяжение.

Рис. 58. Схема корабля Красногорского.

Межпланетный корабль, который для своего движения мог бы использовать это давление, должен отвечать двум условиям: быть легким и обладать большой отражательной поверхностью. Главную часть его составляет огромное зеркало из чрезвычайно тонких листов отполированного металла. Листы накладываются на прочную раму из особого легкого сплава, из которого делается остов вагона для пассажиров, при чем вагон соединяется с зеркалом шарнирно. Частицы эфира, ударяя в зеркало, приведут аппарат в движение и унесут его в мировое пространство.

В путь следует пуститься утром или вечером, когда лучи Солнца падают косо к Земле.

При этом возникает вопрос: как же вернуться к Земле обратно? Ведь лучевое давление только отталкивает, а не притягивает. Но тут приходит на помощь сила тяготения. Повернув зеркало ребром к свету, можно совсем прекратить действие лучевого давления, или, задернув его черной материей, можно значительно ослабить его. Тогда аппарат, под влиянием силы тяготения, начнет падать с желаемой скоростью. Возникает вопрос, как замедлить или остановить аппарат, если он, под влиянием лучевого давления,будет нестись в пространстве, например, со скоростью 250 км в сек. Если при этом лучевое давление прекратится, то инерция может превысить солнечное тяготение, и аппарат улетит из пределов солнечной системы. На это автор возражает, что для путешествия с Венеры на Землю можно не пользоваться полной скоростью (250 км в сек.) и направить корабль прямо к Земле, и тогда он в ее атмосфере замедлит свой полет.

Второе возражение против полета заключается в том, что путешественникам грозят встречи с метеоритами. На это следует ответ: их не так уж много и следует лишь соответственно маневрировать.

Третье возражение состоит в том, что аппарату, по всей вероятности, придется пройти область зодиакального света, что, при возможной ее некоторой плотности, представляет серьезную опасность, замедлив движение, благодаря чему пассажирам может не хватить запасов кислорода и провианта. Это возражение автор, считая его, повидимому, не серьезным, оставляет без ответа.

Четвертое возражение – это, что при возможном падении к Солнцу, путешественники прибегнут к силе лучевого давления, но зеркало может не выдержать силы давления при стремительном падении аппарата, разрушится, и аппарат, лишенный сопротивления, упадет на Солнце. На это автор также не дает ответа.

Пятое возражение заключается в опасности холода межпланетного пространства в теневой стороне аппарата и жара – в стороне, освещенной Солнцем. Но это парализуется особым устройством стенок вагона и применением ширм на окнах.

Устройство аппарата. На рис. 57, 58 и 59 изображен корабль в разных видах, именно на рис. 62 при полете его в межпланетном пространстве под влиянием лучей Солнца, на рис. 63 общий вид его, и на рис. 64 - виды вагона и детали устройства стенок последнего.

Рис. 59. Гондола корабля Красногорского.

Общее устройство корабля. (рис. 59). Движущей частью его является кольцевое зеркало, наружный диаметр которого 35 м, а внутренний – 6 м. Оно состоит из жесткой рамы, поверх которой натянута сеть и на последней укреплены отражающие полированные листы. На чертеже – 1 обозначает поверхность листов, 4 – решетчатые балки, 5 – каркас, который виден, если снять листы. Для закрывания отражающей поверхности, когда необходимо уменьшить лучевое давление, служат шторы из черного шелка (3). Внутри центрального отверстия находится кольцо (6), соединенное с зеркалом осью (7–7). Вагон (2) соединен с кольцом (6) осью (8–8). Таким образом, вагон подвешен к зеркалу при помощи кардана и, при управлении особыми передачами, может занять относительно зеркала любой наклон, как это и показано на рис. 57. Рама и листы зеркала, а также некоторые части вагона, сделаны из сплава алюминия, свинца, ванадия и некоторых легких металлов; удельный вес полученного сплава равен 1 и назван он максвеллием. Свинец в нем прибавлен для того, чтобы он задерживал лучи радия и родственные им, испускаемые Солнцем. Ванадий прибавлен для увеличения прочности. Толщина отражающих листов 0,1 мм. Толщина главных стержней рамы равнялась 1 см. Общая длина всех таких стержней равнялась 1 000 м. Размер сторон рам, на которые натягивались листы, не превосходил 2 м.

Шторы натягиваются на зеркало при помощи системы шнуров.

Вагон имеет форму цилиндра со сферической крышей (рис. 64). Высота его 4,5 м, диаметр 3 м. Он имеет два этажа, высотою каждый около 2,25 м. В верхнем этаже два боковых окна и одно верхнее. В нижнем – два боковых окна, одно нижнее и одна боковая дверь.

Стенки вагона, как видно из детального чертежа угла А, сделаны двойными; из пространства внутри них (а) воздух выкачен, благодаря чему получилась теплонепроницаемая стенка. Переборки (m) между стенками сделаны стеклянными. Окна также двойные, с пустотой между стеклами.

Расчет аппарата. Сила притяжения Солнца в расстоянии 150 миллионов км (средний радиус земной орбиты) составляет лишь 0,000 6 силы тяжести на земной поверхности. Ближе к Солнцу, например, там, где совершает свой путь Венера, тяготение к Солнцу больше, но зато там возрастает и лучевое давление солнечных лучей. Под последним пока понимается лишь давление световых лучей. Оно равно ²/₃ дины на 1 кв. м черной поверхности, а для отражающей – вдвое более, т.е. ⁴/₃ дины. Иными словами, если какое-нибудь вещество, весом 2³/₁₁ г, было расплющено в зеркальную поверхность площадью в 1 кв. м, то давление света может поднять ее при условии, что оно находится в межпланетном пространстве и подвергается еще только солнечному притяжению. Величина эта не зависит от расстояния от Солнца, так как сила тяготения и лучевое давление изменяются пропорционально. Если вес зеркала уменьшить на ³/₁₁ г, т. е. до 2 г, то оно помчится от Солнца со скоростью около 250 км в сек. – т. е. с быстротой, достаточной, чтобы вырвать тело из сферы земного тяготения.

Итак, подъемная сила светового давления на 1 кв. м зеркала равна 2 г при весе 1 кв. м ³/₁₁ г. Если взять сплав алюминия с магнием (магналий), с удельным весом около 2, и сделать из него пластинки толщиной 0,1 μ (микрона), то 1 кв. м их будет весить всего 0,2 г и, под влиянием давления света, они не только умчатся в пространство, но еще смогут нести груз 2 – 0,2 = 1,8 г (примечание: из золота уже делают подобные тонкие листики – сусальное золото).

Вагон с пассажирами и запасами провианта весит около 2 800 кг, что потребует площади зеркала

2800 • 1000 / 1,8 = 1½ миллиона кв. м = 1½ кв. км,

и это еще не считая каркаса самого зеркала. Таким образом, задача кажется неразрешимой. Однако, при этом упускается следующее важное обстоятельство: в солнечных лучах, кроме световых, имеется ряд других лучей, давление которых весьма значительно. В нижеследующей таблице даны подъемные силы этих лучей:

Таким образом, полная сила лучевого давления способна поднять при помощи 1 кв. м зеркала – 2,4 кг.

Далее, чтобы поднять при помощи таких гипотетических лучей корабль, автор и изобретает максвеллий, удельный вес его 0,96. Прибавками удельный вес максвеллия повышается до 1; из него строится вагон, каркас и листы зеркала.

Итак, подъемная сила 1 кв. м зеркала 2,4 кг; вес 1 кв. м зеркала, при толщине листа 0,1 мм и рамы – 0,4 кг, вес вагона, запасов и пассажиров – 1800 кг; остаток подъемной силы зеркала 2,4 – 0,4 = 2 кг; площадь его – 1 800 / 2= 900 кв. м.

Скорость движения корабля 250 км в сек., т. е. в 8 раз больше скорости земного шара.

Вес аппарата и его частей:

Вагон:

Оборудование вагона и пассажиры:

Итого:

Избыток лучевого давления или под'емная сила 2 400 – 2 160 = 240 кг.

Оборудование и снабжение (на 60 дней).

Пища. Для взрослого человека в сутки необходимо 18,8 г азота и 281,2 углерода. Так как пища, в которую должны входить эти вещества, усваивается организмом не вся, то вес ее будет больше, именно 700 г в день на человека, или на четверых 2,8 кг. Принимая запас на 60 дней, получаем вес ее 168 кг. Запас воды, считая по 1½ л в день на человека, или на всех 1 ½ x 4= 6 л, или килограммов, будет на 60 дней – 6 x 60 = 360 кг.

Кислород для дыхания. Человек в час потребляет 20 л кислорода, а четверо в 60 дней поглотят 20 x 24 x 4 x 60 = 115.200 л. Так как в воздухе содержится около 21% по объему кислорода, то необходимое количество воздуха должно было-бы быть около 550 000 л, что соответствует целому дому из шести больших комнат. Поэтому необходимо делать запасы кислорода не в виде воздуха, а в ином виде. Азот же при дыхании не убывает. Вес кислорода в объеме 115 200 л всего 165 кг.

Раньше кислород добывали из перекиси марганца; при нагревании 100 г ее, выделялось 9,6 г кислорода. Таким образом для получения 165 кг кислорода пришлось бы взять груз в 1 700 кг этой перекиси, что не представлялось возможным. Поэтому был изобретен аппарат, который не только доставлял кислород для дыхания, но вместе с тем давал тепло для варки пищи и для согревания вагона и освещение. Из него же получалась и вода, состав которой – два объема водорода и один объем кислорода. Этот аппарат состоял из двух больших резервуаров с жидкими водородом и кислородом. Эти резервуары, подобно вагону, имеют такие же двойные стенки и помещаются на той стороне вагона, которая защищена от Солнца. Из них по трубкам, снабженным краном, можно выпускать водород и кислород в два другие сосуда, прикрепленных, наоборот, так, чтобы жгучие лучи Солнца все время ударяли в них. Здесь, благодаря высокой температуре, жидкости испаряются и обращаются в газы. Две пары кранов, устроенных так, чтобы водород и кислород, выходя из них, смешивались, будут прикреплены ко вторым сосудам: одна пара кранов в небольшой плите из максвеллия, другая – под платиновой пластинкой. Если теперь открыть их и поднести спичку, то выходящие оттуда водород и кислород соединятся, или другими словами, загорится водород, образуя бледное, очень горячее пламя. Оно нагреет плиту для варки пищи и добела накалит известковую пластинку, которая начнет испускать ослепительный свет (друммондов). Результатом горения явится водяной пар; охладив его, путешественники получат чистую питьевую воду. Для дыхания же достаточно открывать один кислородный кран. В резервуарах заключается 40 кг водорода (т. е. именно столько, сколько нужно для получения 360 кг воды) и 485 кг кислорода; этот запас и удовлетворит все потребности.

Поглощение углекислоты. В вагон ставится сосуд с жидкостью, поглощающей углекислоту, выделяемую при дыхании. По насыщении, сосуд с жидкостью выносится наружу в безвоздушное пространство, тогда угольная кислота быстро выделяется из раствора и жидкость, внесенная обратно в вагон, опять впитает углекислоту и т. д. Для вдвигания и выдвигания сосуда употребляется автоматический прибор.

Мелкие предметы. Подушки и матрацы, надуваемые воздухом, две астрономические трубы, термометры, барометры.

Велосиметр. Так назывался прибор для измерения скорости полета. Принцип работы его следующий, и его легче понять по сравнению волн света с морскими волнами. Представим себе морские волны, набегающие на берег; допустим, что в минуту их бывает 20; если теперь мы сядем в лодку и поедем навстречу волнам, то встретим их в минуту уже больше 20, если же наоборот, поедем по тому же направлению, что и движение волн, мы пересечем их меньше двадцати. Свет – это тоже волны, разбегающиеся от источника света; поэтому при движении к источнику света мы встретим больше волн, чем при удалении от него. Обыкновенный солнечный свет состоит из семи цветов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового. Различие между цветами и заключается в количестве волн в секунду. Когда мы помчимся навстречу световым волнам, то цвета спектра как бы сместятся к фиолетовому краю, где колебания быстрее и число волн больше. В солнечном спектре есть темные, так называемые, фрауенгоферовы линии. При смещении спектральных цветов передвинутся и эти линии, положение которых в спектре точно определено. По величине их смещения можно судить о скорости движения к Солнцу. При удалении же от него, линии передвинутся к противоположному, красному концу спектра и также позволят узнать скорость в безвоздушном пространстве.

Для движений, перпендикулярных к лучам, можно пользоваться учетом звездной аберрации, или изменения видимого положения звезды под влиянием такого движения.

Весь прибор состоял из комбинации спектроскопа и точного угломерного инструмента, снабженного соответствующими шкалами. Достаточно одного взгляда на него, чтобы узнать скорость и направление аппарата во время пути его на Венеру.

Измеритель пути. Для измерения пройденного пути от Солнца и от Земли, был устроен аппарат, основанный на следующем принципе: сила тяжести изменяется с расстоянием. Были взяты чувствительные пружинные весы и на них положен небольшой груз. По мере удаления или приближения от Земли и Солнца, пружина будет разгибаться или сгибаться, благодаря изменению веса гирьки. Небольшая табличка показывала отношение между высотой груза и расстоянием от Земли и Солнца.

Внутренняя отделка. Стены были обиты мягкой материей; окна затягивались занавеской из черной, плотной материи; наружная стена их была посеребрена, чтобы отражать солнечные лучи, не пропуская их внутрь.

Расположение предметов по этажам (см. рис. 58).

1-й этаж (от двери вправо).
  1. Дверь.
  2. Витая лестница.
  3. Боковое окно.
  4-5. Шкафы со столовой посудой, кухонной утварью и провизией для расхода.
  6. Плита.
  7. Кран от кислорода и ручки рычагов управления зеркалом.
  8. Прибор для удаления углекислоты.
  9. Весы (измеритель пути) и велосиметр.
10. Второе окно.
11. Стол с лампой над ним.
12. Четыре стула.
  а. Резервуар под столом для стока воды, образовавшейся при горении.
13. Окно в полу.
14. Аппарат для хранения жидких водорода и кислорода.

II-й этаж:
15. Окно над дверью 1-го этажа. 2. Витая лестница.
16. Шкаф с инструментами и запасами.
17. Стол с лампой.
18. Стулья.
19. Окно.
20. Краны и рычаги.
21. Поглотитель углекислоты.
22. Весы (измеритель пути) и велосиметр.
23. Шкафы.
24. Аппарат для хранения жидких водорода и кислорода.

(Примечание: аппараты 14 и 24 прикреплены вверху и внизу и образуют как бы вздутия на поверхности вагона).

Приспособление для отбытия. Для того, чтобы отправить корабль с Земли, выбирается время восхода или захода Солнца, когда лучи последнего падают на Землю косо. Зеркало располагают наклонно к горизонту, чтобы лучи прямее попадали на его поверхность. Аппарат ставится на особую платформу с четырьмя крестообразными балками, выступающими за очертания зеркала (рис. 59). К концам балок прикрепляются тросы четырех воздушных шаров, которые поднимают платформу со стоящим на ней кораблем возможно выше над Землей, пока лучевое давление не снимет корабль с платформы и не унесет его в межпланетное пространство.

Расчет объема шаров следующий:

Полагая, что шары наполнены водородом, и что подъемная сила одного кубического метра его равна 1,2 кг, получаем объем четырех шаров V = 6 500 / 1,2 = 5 400 м³, а объем одного – 1 350 м³. Радиус его равен 7 м.