МОДЕЛЬ «Е» Глава XVI g — ускорение силы тяжести. Принятые обозначения h — высота над . > Оберт Г. «Пути осуществления космических полетов»

Главная страница > Хронология

Оберт Г. «Пути осуществления космических полетов»

МОДЕЛЬ «Е»

Глава XVI

g — ускорение силы тяжести.

Принятые обозначения

h — высота над центром Земли.

g0 — 9,81 м/сек .

s — отрезок пути.

p — параметр траектории.

v — скорость ракеты.

t — время.

vn — скорость в нейтральной точке между Землей и Луной.

vh — конечная скорость.

M1 — масса Земли.

F — площадь, описанная радиусом-вектором.

T — абсолютная температура.

M2 — масса Луны.

— эксцентриситет орбиты.

— угол между направлением движения и горизонталью.

— полярный угол траектории.

— радиус-вектор траектории.

Изображенная на фиг. 80 ракета весит до вылета 288 000 кг.

. Фиг. 8 Ракета модели «E» (кликабельно).

Для этой модели намечаются те же топлива, какие применяются для описанной ранее модели «B». Для того чтобы доказать, что ракета для межпланетных путешествий может быть вполне сконструирована, нами и выбрано топливо, дающее сравнительно низкую температуру. При более высоких скоростях истечения ракета модели «E» может достичь гиперболических скоростей полета и в состоянии вращаться вокруг Луны и ближайших планет (не опускаясь на их поверхность). Необходимые изменения в конструкции ракеты заключаются в том, что кислородный бак S и кислородные насосы Р3 и Р4 сравнительно увеличены. В остальном все остается так же, как в схеме на фиг. 80.

Пустая водородная ракета вместе с кабиной наблюдателя, парашютом и полой головкой, составленной из двух частей (покрывающей парашют), должна весить примерно 5000—7000 кг. С учетом потерь на преодоление сопротивления воздуха и силы тяжести эта модель получит максимальную скорость около 9000 м/сек; таким образом она неспособна вырваться из сферы притяжения Земли, но, согласно сказанному о полете по кривой синэргии, она может подняться настолько, чтобы по прекращении работы двигателя двигаться, подобно Луне вокруг Земли, по круговой орбите. При этом должно остаться еще довольно горючего, чтобы в конце полета скорость ракеты могла быть погашена в результате действия реактивной силы. Благодаря уменьшению скорости орбита проникнет так глубоко в земную атмосферу, что при этом может притти в действие парашют. На такой ракете можно проделать все необходимые наблюдения и измерения в верхних слоях атмосферы.

При этом приземление спиртовой ракеты составило бы проблему, которая в настоящее время теоретически еще совершенно не разрешена. Однако мы хотим лишь доказать, что полет ракеты в межпланетное пространство в настоящее время безусловно не является утопией, и потому предложили, несомненно, реальную модель «E».

Гораздо эффективнее была бы ракета, в основном сходная с моделью «E», но в которой вместо одной водородной ракеты находилось бы две, несомые одной спиртовой ракетой. Начальный вес такого аппарата при том же конечном весе 5000— 7000 кг составил бы около 400 000 кг и такой аппарат мог бы долететь до некоторых небесных тел вне Солнечной системы.

Кабина наблюдателя. Пассажирскую кабину правильнее всего назвать «аквариумом для земных жителей», устроенным в межпланетном пространстве. Точно так же, как морской аквариум дает возможность морским животным жить вдали от моря в условиях, очень близких к естественным, так и пассажирская кабина создает для водителя ракеты в межпланетном пространстве условия жизни, близкие к земным.

Кроме того, в дальнейшем мы увидим, что и с такими двойными ракетами можно завоевать межпланетное пространство, хотя они и не могут долететь до звезд, а тем более — совершать полеты туда и обратно.

Небесные тела, движущиеся во вселенной, конечно, обладают какой-то собственной температурой. Эта температура зависит от того, какое излучение доходит до данного небесного тела, какую часть этого излучения оно поглощает и превращает в тепло, и, наконец, от того, как легко оно вновь отдает свое тепло в форме лучистой энергии в межпланетное пространство. Например, одно из двух тел, летящих рядом, может под действием солнечного света стать горячим, даже раскаленным, а другое — остаться холодным, как лед. Это может случиться либо потому, что одно тело находится в тени другого, либо потому, что одно, тело, как зеркало, отражает падающий на него свет на другое тело, либо же потому, что оба тела обладают различными поверхностями.

Проблема температуры. Часто приходится читать о «холоде, царящем в межпланетном пространстве». Другие же авторы заставляют межпланетных путешественников страдать от жары. Истина заключается в том, что межпланетное пространство вообще не имеет своей собственной температуры, ибо температурой может обладать лишь тело, состоящее из молекул и атомов, но не пустое пространство.

Другие вещества, как, например, туман, снег или тинктура иода, лучше пропускают длинноволновые лучи, чем коротковолновые. Эти вещества, будучи удалены в межпланетном пространстве от Солнца на то же расстояние, что и Земля, могут быть на 50° холоднее, чем тела, принадлежащие к упомянутой ранее категории.

Солнце, освещая тело, находящееся от него на расстоянии 100—200 млн. км, благодаря своей высокой температуре посылает энергию в форме сравнительно коротковолнового излучения. Тело нагревается и со своей стороны излучает тепло, но уже в форме длинноволнового излучения. Равновесие достигается, когда тело начинает излучать столько энергии, сколько поглощает. Черные тела поглощают много энергии, но и легко излучают ее, а белые тела поглощают мало тепла, но не так легко его излучают. Если бы поверхности всех тел были так же прозрачны для коротковолнового излучения, как для длинноволнового, то, например, все небольшие сферы в межпланетном пространстве при одинаковом облучении нагревались бы одинаково. Известный факт, что на Земле черные тела нагреваются сильнее, чем белые, объясняется тем, что большая часть полученного телом тепла передается окружающему воздуху теплопроводностью. Но это количество тепла не зависит от цвета тела, а белое тело при той же потере тепла получает его меньше. Но существуют вещества, которые сравнительно хорошо пропускают короткие волны, а длинные плохо (стекло, углекислота, поваренная соль). Эти вещества пропускают коротковолновое солнечное излучение, но задерживают длинноволновое излучение, которое тело только и может испускать при своей низкой температуре. Таким образом такое тело должно обладать более высокой температурой, чем абсолютно черное тело.

Если проделать расчет для абсолютно черной теплопроводной сферы, находящейся на том же расстоянии от Солнца, что и Земля, то тепловое равновесие наступит при Т = 285°К, т. е. при + 12°С. Для длинной тонкой проволоки круглого сечения, расположенной перпендикулярно солнечным лучам, получим Т = 302°К или +29° С.

Далее следует иметь в виду, что большую роль играет форма тела. Наконец, поверхность тела может быть не всюду одинакового цвета. Например, доска или сфера, обращенные к Солнцу черной стороной, а светлой стороной — в тень, будут нагреваться гораздо сильнее, чем если бы их повернуть блестящей стороной к Солнцу, а черной — в тень.

Наконец, для тонкого диска, светлого на теневой стороне и черного на солнечной стороне, коэффициент излучения на солнечной стороне в девять раз больше, чем на теневой. Таким образом в этом случае излучение практически происходит только на передней стороне, и мы можем принять, что поглощающая поверхность равна излучающей; тогда температура этого диска будет на 147° С выше нуля. Эта величина примерно совпадает со значениями, полученными при помощи болометра для поверхности Луны. Если перевернуть диск, то получается такой эффект, как если бы при той же раскраске излучающая поверхность стала в 10 раз больше поглощающей, и T = 235° абс; t = - 38°С.

Из сказанного можно заключить, что температура яйцевидной камеры для наблюдателя лежит между + 12 и + 29°С, если ось ее расположена перпендикулярно солнечным лучам. Если же ось камеры параллельна направлению солнечных лучей, то температура ее будет несколько ниже 12° С.

Внешняя поверхность должна быть окрашена таким образом, чтобы она хорошо отражала свет, и окна должны закрываться извне отражающими пластинками. Одна сторона камеры должна быть оклеена черной бумагой или шелком; бумага должна хорошо прилегать к стенкам камеры, так, чтобы тепло, полученное ею, передавалось металлу путем теплопроводности. Внутри пассажирской кабины тепло передается конвекцией воздуха по всем направлениям. Мы можем регулировать температуру в камере, обращая к Солнцу большую или меньшую часть черной или светлой поверхности. Головка в модели «E» может быть откинута, а парашют отделен от кабины наблюдателей L. Поскольку кабина L связана с водородной ракетой HR только электрической проводкой, она также может быть выдвинута и благодаря этому получить свободный обзор по всем направлениям в пространстве (фиг. 81). Ввиду отсутствия опорного ускорения все предметы легко привести в любое положение друг относительно друга.

Мы считаем, что пассажирская кабина должна быть сделана из толстого листового алюминия без специальной теплоизоляции. Во все стороны должно выходить возможно больше окон из кварцевых пластинок.

Можно устроить и наоборот, чтобы камера наблюдателей находилась в тени головки и была повернута черной стороной к межпланетному пространству; тогда светлая сторона будет отражать свет, который все же пропускается головкой, а черная сторона — отдавать в пространство все то тепло, которое пропускает отражающая сторона. При таком устройстве ракета могла бы достичь границ Солнечной атмосферы, причем люди, находящиеся в ракете, не будут страдать от жары.

Можно добиться, чтобы, как показано на фиг. 81, полые внутренние отражающие поверхности обеих половинок головки а также отражали солнечные шучи на камеру (это оказалось бы нужным при большом удалении от Солнца).

Все вышесказанное справедливо лишь в том случае, когда ракета находится под действием солнечного света. Для модели «E» это почти всегда выполняется, так как в своих странствованиях она может лишь иногда, не более чем на полчаса, попасть в тень, отбрасываемую каким-либо небесным телом.

Баки с топливом не должны нагреваться. Поэтому их необходимо поместить в тени камеры наблюдателей и сделать их поверхности с солнечной стороны отражающими, а с теневой — черными.

Коротковолновые лучи в межпланетном пространстве. Как показывают лабораторные опыты, наша атмосфера плохо пропускает лучи коротких волн. Поэтому может возникнуть опасение, что коротковолновая радиация сможет оказать вредное действие на пассажиров ракеты. Однако надлежащим выбором материалов стенок кабины и рядом других защитных мероприятий можно будет исключить эту опасность.

Только в больших кабинах наблюдения, которые очень часто попадают в тень небесного тела (например, если какая-либо станция длительно вращается вокруг небесного тела), может возникнуть необходимость в специальной защите от потери тепла; для этого можно покрыть стенки каким-нибудь веществом, плохо проводящим тепло. Это мероприятие весьма эффективно, так как излучающая способность отражающих поверхностей падает пропорционально пятой степени ее абсолютной температуры.

Для гиперболических скоростей при вертикальном подъеме кинетическая энергия тела исчезает не полностью* в бесконечности тело сохраняет некоторую остаточную скорость vh, и его кинетическая энергия в бесконечности равна

Снабжение воздухом. Снабжение воздухом может быть поставлено так же, как в подводных лодках. Можно так же обновлять только кислород, (так как азот в процессе дыхания не изменяется, а выдыхаемую углекислоту каким-либо образом удалять. Наряду с жидким; кислородом следовало бы взять в отдельном сосуде некоторое количество жидкого азота, во-первых, чтобы в случае нужды сменить весь запас воздуха, а во-вторых, — на случай возможных воздушных потерь. В последнем случае замена лишь кислорода приведет к нежелательному обогащению воздуха кислородом.

Она, очевидно, должна быть равна сумме обеих этих энергий. Таким образом

Работа, необходимая для перенесения тела с какой-либо точки его орбиты в бесконечность, равна mgr, а кинетическая энергия тела в целом будет

(Отрицательное значение dr и dt показывает, конечно, лишь то, что в данном случае v тем меньше, чем больше r или t.)

Отсюда следует:

При этом v1 означает скорость на нижнем конце r1 рассматриваемого элемента орбиты, v2 и r2 — соответствующие величины для верхнего конца и

Интегрируя, находим:

Тогда

Можно формально провести совершенно аналогичный расчет, приняв

Для вытянутых эллипсов продолжительность полета почти такая же, как и при вертикальном подъеме. Например, подъем на высоту 800 000 км продолжается 15 дней и столько же продолжается спуск. Таким образом ракета находилась бы в пути целый месяц.

Формулы (208) — (210), конечно, переходят одна в другую, если величину, стоящую вместо vh или ve, будем полагать действительной, равной нулю или мнимой.

Для вертикального подъема имеем:

Для случая полета на Луну можно с большим приближением рассчитать время таким образом, как если бы ракета летела с Земли на Луну по прямой линии.

дает здесь эллиптический интеграл, который легко разложить в ряд Тэйлора.

Здесь v — скорость в точке, где силы притяжения Земли и Луны взаимно уравновешиваются, M1 — масса Земли, M2 — масса Луны, dt — расстояние между двумя небесными телами. Формула

При скорости свыше v1 = 11 км/сек можно без большой ошибки пользоваться формулами для эллиптической, параболической и гиперболической скоростей. Для v1 = 15 км/сек получили бы t = 9 час.

Для полета с наименьшей возможной скоростью (около 10 380 м/сек) при среднем расстоянии от Земли до Луны получаем: t = 97 час. 30 мин., т.е. около 4 дней.

Удобнее всего воспользоваться формулами гл. VII.

Полеты по орбите, обладающей большой кривизной

В случае гиперболы Тогда из формулы (213) после нескольких простых преобразований получим:

Например, когда ракета движется по эллипсу (фиг. 83), из формулы (v) получим:

Удобнее всего применить к параболе

Если орбита является параболой, то = 1.

Во всех трех случаях получаем:

тот же способ вычисления, который в гл. VII дал нам площадь эллипса.

При полетах на расстояния, большие 1 000 000 км, мы в первом приближении можем пренебречь земным притяжением, а затем учесть его вместе с возмущающим действием других планет, внося соответствующие поправки в вычисления. Тогда вместо обозначений, относящихся к Земле, в формулы гл. VII надо подставить величины, относящиеся к Солнцу.

Продолжительность полета, согласно гл. VII, составит

и высотой 40 км приходится в секунду одна «падающая звезда». Чтобы определить, сколько секунд должна в среднем лететь ракета, пока она не встретится с метеоритом, мы должны этот объем разделить на объем, описанный максимальным радиусом ракеты при средней скорости 40 км/сек. Эти объемы относятся друг к другу, как площадь круга диаметром 1000 км к наибольшему поперечному сечению ракеты (около 50 м ). Отсюда следует, что ракета в среднем только за 1012 0,78 : 50 = 1,6 1010 сек. = 530 лет беспрерывного полета встретится с метеоритом. Пассажирская кабина, наибольшее сечение которой едва равно 5 м , имеет вероятность столкнуться с метеоритом в среднем в каждые 5000 лет.

Так, например, r будет расстояние от центра Солнца, g — ускорение силы тяжести относительно Солнца, — дополнительный угол между орбитой и радиусом-вектором, проведенным из центра Солнца, и т. д.

Кроме того, небольшие отверстия, пробитые в стенах пассажирской кабины, не обязательно должны стоить жизни наблюдателю. Аппарат, обновляющий в кабине воздух, автоматически поддерживает давление воздуха постоянным и предупреждает водителя, если воздух где-либо начинает утекать. Таким образом водитель легко сможет заделать дыру, наложив на нее каучуковую пластинку, и внутреннее давление прижмет эту пластинку к отверстию в стенке. Спиртовая ракета AR после использования всего горючего должна приземляться на парашюте под управлением пилота. Причины, побудившие нас предложить для этой демонстрационной модели спуск на парашюте, изложены выше. Как уже было указано, в действительности следует сделать все возможное, чтобы создать аппарат, подобный изображенному на фиг. 76 или, по меньшей мере, — на фиг. 51, т.е. аппарат, который сможет приземлиться планирующим полетом. Формулы (202) - (207) опущены при редактировании. Прим. ред. Формулы (211) и (212) в оригинале отсутствуют. Прим. ред. У автора здесь, очевидно, ошибка — один и тот же круг имеет радиус и диаметр в 1000 км. Прим. ред.

Необходимо считаться с тем, что метеориты меньших размеров, невидимые простым глазом, возможно, падают чаще, чем крупные. Однако значительно более частыми они не могут быть, так как в противном случае при астрономических наблюдениях мы чаще видели бы «падающие звезды», чем это наблюдается невооруженным глазом.

Китайская Народная Республика: «Алеет восток».

1961.

Февраль 1963.

Главная страница > Хронология