Детство и школьные годы Глава 1 Герман Оберт родился 25 июня 1894 года в Германштадте, однако .

Главная страница > Цитатник

Детство и школьные годы

Детство и школьные годы

Глава 1

Герман Оберт родился 25 июня 1894 года в Германштадте, однако вскоре его родители переехали в г. Шессбург. Оба эти города находятся на территории нынешней Румынии, и это обстоятельство сыграло свою (в основном отрицательную) роль в жизни Оберта. Немецкие поселения возникли на этой территории сегодняшней Румынии более 800 лет назад, проживавшие там немцы столетиями пользовались особыми правами самоуправления, имели свои школы и т.п. Это позволяло в течение столетий сохранять национальную самобытность и национальную культуру. Сейчас это не так, и огромное большинство румынских немцев переехало в ФРГ, фактически бежав от национальной дискриминации.

Большинство биографов Германа Оберта начинают свой рассказ с изложения события происшедшего за много лет до его рождения. В июле 1869 года его дед по материнской линии, Фридрих Крассер, известный врач, поэт, вольнодумец и социал-демократ, сказал в кругу своих друзей, доказывая всемогущество науки, что через сто лет люди окажутся на Луне и наши внуки будут свидетелями этого свершения. Судьбе было угодно, чтобы это поэтическое предчувствие стало точным предсказанием: действительно, ровно через сто лет в июле 1969 года, космический корабль «Аполлон-11» достиг Луны и посадочный модуль высадил на ее поверхность первых людей - астронавтов Н. Армстронга и Э. Олдрина. Внук Ф. Крассера - Герман Оберт - был приглашен присутствовать на этом историческом событии.

Отец будущего пионера космонавтики - Юлиус Оберт - занимал должность главного врача больницы. Он был искусным хирургом, пользовался всеобщей любовью жителей и был известен не только в своем городке. После окончания начальной школы, в которой Герман Оберт показал хорошие способности и прекрасно учился, в 1904 г. в возрасте 10 лет он поступил в местную гимназию. Именно в гимназии он по-настоящему увлекся проблемами космонавтики. Родители Германа Оберта - Валерия и Юлиус Оберты

В Шессбурге, совершенно провинциальном городке, население которого в начале нашего века составляло всего 11000 жителей, главным техническим объектом был вокзал и прибывавшие туда поезда. Неудивительно поэтому, что детские представления о мощи современной ему техники для маленького Германа сводились к локомотиву. По семейным преданиям он еще в дошкольном возрасте пытался из разных деревяшек построить паровоз для путешествия на Луну. Так причудливо сплелись в детском сознании предсказание деда (о котором нередко вспоминали в семье) и единственный мощный технический объект, с которым мальчик был знаком.

Предсказание деда становилось чем-то, имеющим реальное основание, если, конечно, Жюль Верн не ошибся в расчетах. И, по воспоминаниям самого Оберта, присущий ему «дух противоречия» заставил гимназиста приступить к проверке численных данных, приводившихся в романе. Этой проверке мешало то, что проверяющий не знал тогда даже основ высшей математики и теоретической механики. Приходилось ограничиваться школьными знаниями.

Как и у некоторых других пионеров космонавтики начальным импульсом к серьезному изучению вопроса о возможности полета к Луне послужил известный роман Жюля Верна. По этому роману путешественники поместились в алюминиевом снаряде массой в 8720 кг и были выстреляны в направлении к Луне гигантской пушкой длиной 275 м с помощью порохового заряда массой в 181 тонну. Я сознательно привожу здесь эти численные данные, чтобы показать, что роман Жюля Верна принципиально отличался от других фантастических романов того (и не только того) времени. Великий автор фантастических романов не просто фантазировал, а пытался строгими расчетами обосновать свои научные фантазии. Это придавало им особую убедительность. Герман Оберт(сидит в центре) с родителями и братом Адольфом

Правильным оказалось и время полета, указанное Жюль Верном. Такие подтверждения делали фантастический роман чем-то вроде аванпроекта реальной системы, и юный Оберт продолжал все глубже и глубже анализировать его осуществимость. В конце концов он натолкнулся на непреодолимое препятствие: им оказалось ускорение, которое снаряд должен испытывать во время разгона на сравнительно коротком участке - 275 м.

В романе Жюля Верна приводится скорость, которую нужно было развить снаряду, чтобы улететь от Земли. Она была определена как 11,2 км/с (сегодня мы сказали бы, что здесь дано значение второй космической скорости). Чтобы определить, не ошибся ли Жюль Верн, Оберт мог опереться только на школьную формулу свободного падения тела под действием постоянного гравитационного ускорения. Кроме того, он знал, что это ускорение изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния до центра Земли. Вычислив значения этого ускорения для разных расстояний от центра Земли, Герман затем разделил весь путь на сравнительно короткие участки, внутри которых гравитационное ускорение могло считаться почти постоянным. Применяя к каждому такому участку формулу для свободного падения тела под действием силы притяжения и просуммировав все приращения скорости, он получил требуемое значение скорости отлета от Земли. Герман проделал эти вычисления дважды - для двух граничных значений гравитационных ускорений в каждом участке - наибольшего и наименьшего, справедливо предположив, что истинное значение требуемой скорости будет лежать между ними. Расчеты показали, что 11,2 км/с действительно лежит между двумя найденными значениями скоростей и, следовательно, Жюль Верн был прав. Сегодня можно лишь удивляться остроумному ходу рассуждений шессбургского гимназиста, ведь фактически он использовал (сам того не зная) метод численного интегрирования.

Возникшая проблема поставила сразу два вопроса: как уменьшить ускорение до разумной величины и какой должна быть (исходя из физиологии человека) эта разумная величина. Предположив, что человек в состоянии выдержать прижатие с силой вдвое втрое превышающей его собственный вес, юный исследователь получил потребную длину ствола орудий. Требовалось не 275 м, как у Жюля Верна, а 2000 или 3000 км. Было очевидно, что это технически невозможно. Надо было искать другие пути осуществления предсказания деда.

К тому времени Герман уже знал формулы для равноускоренного движения, с которым его познакомили на уроках физики. Оказалось, что если предположить разгон снаряда в стволе орудия равноускоренным, то он будет испытывать гигантские ускорения, так как его надо будет разгонять от неподвижности до скорости 11,2 км/с на совсем коротком участке. Из того же курса физики следовало, что согласно Ньютону сила равна массе, умноженной на ускорение, и это позволяло определить силу, с которой пассажир, находящийся в снаряде, будет прижат к его дну. Вычисления дали невероятно большую силу прижатия, которая в 23000 раз превышала вес человека. Первоначально любознательный гимназист решил, что он допустил в расчетах ошибку, но многократные проверки всякий раз подтверждали найденный результат. При этом ускорении раздавлен был бы не только пассажир, но и конструкция космического снаряда не выдержала бы его.

Школьный курс физики не давал ответа на естественный вопрос, а будет ли ракета создавать тягу в пустоте (межпланетном пространстве)? Этот вопрос, фактически решенный Нютоном, постоянно возникал, поскольку многие ошибочно считали, что обычная ракета разгоняется по той причине, что истекающая из ее сопла струя газов «опирается» на окружающий ракету воздух, у Жюля Верна ракеты работали в пустоте, у Луны, но что Жюль Верн иногда ошибался, Герман уже имел случай убедиться. Для решения вопроса о том, нужна ли в рассматриваемом случае «опора», будущим пионером космонавтики была поставлена серия опытов, доступных школьнику. Наиболее наглядным был такой. Герман подводил лодку к берегу, останавливал ее, а затем прыгал на берег. Лодка, естественно, начинала двигаться от берега. Важным было то, начнет ли она свое движение до того как ноги Германа коснутся земли («опоры»)? Эти несложные эксперименты показали, что движение лодки возникает во время прыжка, а касание ногами «опоры» никакой роли не играет. Значит, для возникновения реактивной силы никакие опоры не нужны и ракета способна работать и в пустоте. Это было важным выводом, делающим ее наиболее естественным средством осуществления космических опытов: она позволяла разгонять космический корабль с приемлемыми для человеческого организма ускорениями и была способна работать в межпланетном пространстве.

Когда на уроках физики стали изучать электромагнитные силы, Герман попытался решить проблему, поместив разгоняемый электромагнитными силами снаряд в вакуумированный туннель. Расчеты, которые помог сделать учитель физики, дали потребную длину туннеля 11000 км. Тоже тупик! Он пытался придумать и иные способы разгона, но всякий раз убеждался в их полной неосуществимости. В своей автобиографии он говорит о том, что таких неудачных в своей основе проектов, которые он продумывал и просчитывал, было не менее десяти. Поразительным образом во время этих поисков он долго не обращался к ракете, хотя такое решение лежало, казалось бы, на поверхности: ведь в том же романе Жюля Верна космический снаряд тормозился у Луны с помощью ракет! Лишь постепенно, по мере того как он убеждался в бесперспективности всех других средств, он стал приходить к мысли, что ракетный способ разгона единственно осуществимый. В автобиографии Оберт пишет: ...я не могу утверждать, что эта идея была мне симпатична. Меня беспокоили взрывоопасность и плохое соотношение между массой топлива и полезной нагрузкой. Однако я не видел иного пути».

Помимо проблемы максимально допустимых перегрузок, которая важна для процессов разгона и торможения (взлета и возвращения), молодого исследователя волновала и проблема невесомости. Ведь основная часть космического полета будет характеризоваться этой особенностью. Как будет реагировать человеческий организм на невесомость? И снова ответ ищется в серии экспериментов и наблюдений.

Каковы же приемлемые для человеческого организма ускорения? И здесь Герман ставил опыты. Он прекрасно плавал, нырял, совершал прыжки в воду и, пользуясь этим своим умением, экспериментировал. Вопрос о максимально допустимом ускорении он пробовал решить, оценивая эффект прыжка в воду с различных высот и при различных способах входа в воду. В частности, им рассматривался случай, когда с высоты 2 м прыгун, оступившись, падает в воду плашмя, спиной, в условиях, когда торможение будет максимальным. Этот и другие аналогичные опыты, наблюдения и расчеты привели его к выводу, что здоровый человек способен в течение минут испытывать 3-4-кратные перегрузки (когда сила, действующая на тело в 3-4 раза больше его веса), а в течение долей секунды допустимы и 8-9-кратные перегрузки. Эти данные довольно хорошо согласуются с современными представлениями (хотя кратковременно допустимые перегрузки оказались больше чем 8-9). Понимая, что те опыты, которые он ставил, не могут служить основой для серьезного решения проблемы допустимых при разных условиях перегрузок, он разработал для постановки настоящих исследований проект центрифуги с плечом 35 м, аналогичный тем, которые сегодня используются для исследований и для тренировок космонавтов. Просто поразительно, как ясно видел Герман еще в гимназии трудности, которые встанут перед творцами космической техники через 50-60 лет.

Эти опыты показывают, что уже в те годы Герман лучше чем Жюль Верн понимал природу невесомости. По Жюлю Верну невесомость возникала в точке, где притяжение Земли уравновешивалось притяжением Луны, это было чисто местное и кратковременное явление. Сейчас мы знаем, что невесомость длительна и возникает тогда, когда космонавт и космический корабль находятся как бы в условиях свободного полета, когда ничто не мешает им двигаться под действием только сил тяготения. В обычных земных условиях этому соответствует свободное падение (до того, когда тело начинает тормозить воздух).

Прыгая с высоты в воду Герман брал с собою бутылку из-под шампанского, заполненную на одну треть разными жидкостями, и, повернув ее пробкой вниз, наблюдал в течение полета поведение жидкости. Если в конце полета он слегка двигал бутыль книзу (чтобы скомпенсировать действующее на его тело воздушное сопротивление), то он мог видеть, что жидкость действительно начинала вести себя как и подобало ей в условиях отсутствия тяжести. Эти прыжки показали, что человек вполне способен переносить невесомость в течение 1-2 секунд. Вероятно, он мог переносить ее и дольше, поскольку за короткие 1-2 секунды никогда не наблюдалось начало каких-либо отрицательных последствий невесомости.

Оберт был, вероятно, единственным пионером космонавтики, который уже в начале века пытался решать вопросы, которые мы сегодня относим к космической биологии и медицине. Что его интерес к этой области не был случайным, доказывают его дальнейшие опыты в этом направлении, которые он осуществлял уже взрослым человеком и о которых речь будет впереди.

Сказанное относилось к физиологии, а каково будет психическое состояние человека, когда привычные представления о том, что всегда существует «верх» и «низ», будут нарушены? Намек на правильный ответ - что ничего опасного не произойдет — дал такой случай. Осенью 1911 года, ранним холодным утром, Герман решил выкупаться в бассейне плавательной школы. Тогда вода в бассейнах не подогревалась и он прыгнул в очень холодную воду. Он решил переплыть бассейн по диагонали под водой. Вскоре его руки коснулись противоположного края бассейна, однако ему показалось, что он взял слишком вправо и поэтому поплыл влево, а когда почувствовал, что надо всплыть, то двинувшись «вверх» не смог достичь поверхности воды. В конце концов он, чуть не захлебнувшись, почувствовал под руками ил и сообразил, что касается дна, хотя думал, что это вертикальная плоскость противоположного края бассейна. Он поверил знанию, а не чувству и оттолкнувшись от илистой плоскости — всплыл. Возвращаясь домой он пытался понять происшедшее. В конце концов Герман решил, что очень холодная вода и избыток углекислого газа в крови (результат задержки дыхания) вывел из строя орган равновесия, который у человека находится в ухе, а мышечные чувства тоже были подавлены охлаждением. Кроме того, в воде его тело было, как мы бы сегодня сказали, в условиях гидроневесомости, когда вес тела скомпенсирован архимедовой силой и поэтому оно может занимать любые положения в водной среде. Герману показалось очень важным, что, находясь под водой, он постоянно ощущал, где находится «верх» и где «низ», хотя эти ощущения и были ошибочными. Это доказывало, что и в космическом полете, в условиях невесомости, противоречия между истинными направлениями «верх» и «низ» и испытываемыми ощущениями никаких психических расстройств не вызовут, ведь двигаясь под водой он оставался психически нормальным человеком.

Работая над ракетами, и, как всегда, производя расчеты, он был вынужден пользоваться какими-то разумными формулами. В своих воспоминаниях Оберт пишет о том, что уже в гимназии ему были известны первые физико-математические соотношения, касающиеся полета ракет. Ряд данных неопровержимо свидетельствует о том, что он пользовался каким-то вариантом соотношения, известного сегодня как «формула Циолковского». Это может вызвать недоумение, ведь речь идет о гимназисте. Здесь следует сказать, что мистический туман вокруг «формулы Циолковского», созданный журналистами и другими лицами, не слишком сведущими в математике, по сути, безоснователен. Формула, описывающая разгон ракеты в зависимости от количества израсходованного топлива и полученная Циолковским, настолько элементарна, что ее без труда способен вывести любой человек, знакомый с азами высшей математики. Этим, в частности, объясняется и то, что все пионеры космонавтики (Годдард, Оберт, Эсно-Пельтри, Цандер, Кондратюк) легко получали ее независимо друг от друга и от Циолковского. Более того, сравнительно недавно Г.К. Михайлов обнаружил, что получение формулы Циолковского было рутинной задачей, предлагавшейся студентам Кембриджского университета - она входила в учебник, изданный впервые в 1856 году (последнее издание 1900 года). Поэтому можно смело утверждать, что сотни, а скорее, тысячи студентов в течение более 40 лет выводили «формулу Циолковского» задолго до него. Величие Циолковского (как и других пионеров космонавтики) заключается вовсе не в том, что им выведена некая элементарно-простая формула. Ее знали давно и многие, но Циолковский первый показал, что эта формула открывает путь в космос.

Придя к мысли, что пушки и другие разгонные устройства неэффективны, что единственным реальным средством покорения космоса является ракета, Герман начал размышлять об их устройстве. По воспоминаниям Оберта, первый набросок такой ракеты относится к 1909 году. Это должна была быть ракета, способная поднять несколько человек. В качестве топлива для этой ракеты Герман предполагал использовать увлаженную нитроклетчатку (пироксилин), заряды этого взрывчатого вещества сжигались в аппарате, напоминающим пулемет, а выхлоп газов осуществлялся через сопла, устройство которых он заимствовал у водяных турбин Пельтона.

Расчеты потребного для разгона ракеты топлива привели Германа в уныние. Для получения космических скоростей, хотя бы приведенной у Жюля Верна скорости 11,2 км/с, требовался огромный расход топлива, причем остаточная масса, разогнанная до этой скорости, получалась столь малой, что техническая реализация ракеты оказывалась немыслимой. Этот остаточный вес был совершенно недостаточен даже для того, чтобы построить «пустую», без полезной нагрузки и топлива ракету нужных размеров. Единственным способом несколько смягчить ситуацию было увеличение скорости истечения газов из сопла ракетного двигателя, ведь полученная при разгоне скорость была пропорциональна скорости истечения. Человеком, который мог хоть что-то сказать об этой скорости был местный аптекарь и охотник. Он сообщил Герману, что скорость истечения пороховых газов из ствола ружья имеет порядок 1000-1200 м/с. Большего он не знал, а эти скорости были явно недостаточны.

Мог ли гимназист Герман Оберт знать эту формулу? На этот вопрос следует ответить утвердительно, особенно если учесть, что он много занимался самообразованием, в том числе изучал книгу «Математика для всех», доводившую читателя до дифференциальных уравнений, и не стеснялся пользоваться помощью учителей гимназии. Здесь достаточно напомнить, что разгон снаряда электромагнитными силами он делал не один.

Первоначально казалось что и это не широкая улица в космическое будущее, а очередной тупик. Ведь и водород, и кислород - газы, а чтобы взять достаточно большое количество их на борт ракеты надо будет сжать эти газы до очень больших давлений. Это, в свою очередь, потребует очень прочных (а следовательно, тяжелых) баков. Весь выигрыш от увеличенной скорости истечения продуктов сгорания «съедался» увеличением веса баков. А что если водород и кислород охладить, сделать жидкими? Тогда баки могут быть легкими и задача, вроде, решается. Однако и здесь молодого изобретателя подстерегала очередная опасность. Ведь смесь водорода и кислорода недаром зовется гремучей смесью, эта смесь практически всегда взрывается. Гарантировать в этих условиях безопасность полета было невозможно. Скорее всего, ракета взорвалась бы в процессе заправки ее баков жидкой водородно-кислородной смесью. Желание обойти и эту трудность приводит к мысли хранить жидкие водород и кислород раздельно, в разных баках, а смешивать лишь в камере сгорания ракетного двигателя. Так родилась идея жидкостной ракеты у Оберта-гимназиста. Набросок такой ракеты относится к 1912 году. В изданной в 1923 году первой книге Оберта в послесловии говорится о том, что в 1912 году им была разработана жидкостная ракета, в которой в качестве топлива использовалась комбинация жидкого кислорода и спирта. Скорее всего, это был более простой в реализации вариант ракеты. Здесь важно, что и она предполагала двухкомпонентное топливо.

Выход из, казалось бы, безвыходного положения подсказал случай. В руки молодого человека попал очередной научно-фантастический роман «Путешествие к планете Марс». Автор этого романа, Доминик, не сдерживал своей фантазии. В его романе для достижения таинственной планеты используется ядерная энергия и, кроме того, описывались и другие невероятные для времени написания романа устройства. В частности, описывалось сжигание водорода в кислороде. Герману стало ясно, что эти два компонента выделяют при химической реакции огромное количество энергии. Но огромное количество энергии означало очень большие температуры, а это, в свою очередь, означало большие скорости истечения газов. Может быть, здесь лежит решение проблемы космической ракеты?

Итак, шестнадцатилетний гимназист из скромного городка Шессбурга к 1912 году уже обладал схемой разумного устройства космической ракеты, знал основное уравнение разгона ракеты (Формулу Циолковского), представлял себе дополнительные возможности, которые дает принцип многоступенчатой ракет (в зародыше эта схема представлена уже в проекте 1909 года, там предполагалось последовательно отбрасывать ёмкости, в которых хранилась нитроклетчатка после того, как они опорожнялись), т.е. обладал той суммой знаний, которая позволяла бы начать серьезные работы в области ракетной техники. Знания были не только у него, но нигде в мире не ощущалась потребность в реализации проектов такого рода. Время действий еще не пришло.

Во всех замысливавшихся Обертом до этого момента ракетах использовалось однокомпонентное топливо, например, как уже говорилось, в ракете 1909 года - увлажненная нитроклетчатка. Таким образом, очень существенным моментом новой идеи был не просто переход к жидким топливам, а переход к двухкомпонентному топливу, состоящему из отдельно хранящихся горючего (спирт, водород) и окислителя (кислорода). Так родилась плодотворная идея, нашедшая свое осуществление в современных космических ракетах-носителях. Единственное, чего Оберт не знал, было то, что за 14 лет до него подобная космическая ракета уже была изобретена Циолковским в далекой Калуге. Впрочем, в науке это широко известное явление — если какая-то нужная человечеству идея близится к своему осуществлению, то соответствующие открытия и изобретения делаются разными людьми и в разных местах почти одновременно. Так было и с идеей межпланетного полета. Технически разумные идеи на этот счет высказывались независимо друг от друга в конце XIX и первых двух десятилетий XX столетия в России (Циолковский, Цандер, Кондратюк), Германии (Гансвиндт, Оберт, Гоман), Соединенных Штатах Америки (Годдард), Франции (Эсно-Пельтри).

Веселый и всегда готовый к участию в мальчишеских шалостях, школьник в последние годы учебы становится, судя по письмам его матери, замкнутым и углубленным в свои мысли. Было замечено даже, что он старался не ходить по улицам, где была высока вероятность встретить товарищей по гимназии. Ведь такая встреча неизбежно приводила бы к болтовне на актуальные для гимназистов темы и отвлекала бы Германа от размышлений. В результате, его часто можно было видеть одиноко идущего по совершенно второстепенным дорожкам, не в кругу веселых товарищей.

В эти годы Герман Оберт являлся типичным изобретателем-одиночкой, увлеченным фантастической идеей, которой он остался верен в течение всей своей жизни. Работе над целым ворохом задач, одна трудней другой, которые стояли на пути к идее космической ракеты, большинство из которых были тупиковыми, он посвящал все свои силы. Чтобы он ни делал, что бы он ни наблюдал, все в конце концов рассматривалось с неизменной позиции: а что это может дать для осуществления космического полета? Даже из описанного выше случая в бассейне плавательной школы, когда он чуть не утонул, он сумел сделать важный для будущей космонавтики вывод о том, что невесомость не будет приводить к психическим расстройствам космонавтов.

Он не слишком посвящал своих друзей в проблемы, над которыми работал, вероятно, боясь, что над ним будут смеяться. Его соученики вспоминают, правда, что он однажды соорудил картонную трубу с отсеками, заполненными порохом, и эта, как он ее назвал «ракета», после поджигания первой порции пороха металась из стороны в сторону в зависимости от того, порох какого из отсеков воспламенялся. Однако серьезной пропаганды идей космонавтики в гимназии он избегал.

Грустное, темное время.

Сообщение об авиакатастрофе и ее расследовании.

«ХОЛОДНАЯ ВОЙНА».

Нагреть, чтобы… охладить.

Борисов М. «На космической верфи».

Зачистская школа.

Динамика полета космических летательных аппаратов.

ШКОЛА 20-х ГОДОВ.

III. ИЗУЧЕНИЕ ЛУНЫ ПО ПРОГРАММЕ RANGER.

Главная страница > Цитатник