«Техника-молодежи» 1974 г №4, с.23, обл4

Вероятно, многие видели в цирке такой акробатический номер. На арене лежит доска — рычаг с опорой посредине. На одном ее конце стоит легкий прыгун, на другой, свободный конец с вышки спрыгивает более массивный атлет (или два атлета). Доска, перекидываясь, подталкивает первого акробата, и он подлетает на значительно большую высоту, чем та, с которой прыгал на доску тяжелый атлет. Задумывались ли вы, что этот цирковой номер, между прочим, демонстрирует возможность применения гравитации для создания движения в противоположном ей направлении? А раз это возможно, то почему бы не сделать действующее на подобном принципе устройство для разгона нереактивных космических кораблей?

ТЕОРИЯ. Теперь разговор пойдет на сухом, но точном языке механики. Имеется шарообразный астероид — носитель гравитационного поля — с массой М и радиусом поверхности R. В нем просверлено сквозное диаметральное отверстие. Через эту шахту от поверхности до поверхности проходит прямой жесткий стержень, назовем его маятниковым толкателем. На концах толкателя прикреплены два различных по массе тела: собственно маятник с большой массой m, но все равно на много порядков меньше массы М, и космический корабль с массой μ, которая на много порядков меньше массы m, так что М ≫ m ≫ μ. Масса стержня в сравнении с массой m пренебрежимо мала.

Итак, предоставим нашему толкателю свободу. Начнется падение маятника в шахте. В центре астероида он достигнет максимальной скорости, а далее будет лететь по инерции с замедлением, до остановки у поверхности. Если его никак не удерживать, то он будет совершать колебания. Но нас интересует максимальная скорость маятника, когда он проходит центр. По формуле свободного падения тела ниже поверхности (в случае равномерного распределения массы М по объему) эта скорость будет
V = √2γM/R ,
где γ — гравитационная постоянная, равная 6,67·10^-11 м³/кг·сек². А вторая космическая скорость на расстоянии 2R (длина стержня!) от центра гравитирующей массы составит V₁ = √γM/R
Отсюда видно, что в рассматриваемый момент масса μ (она же — разгоняемый космический корабль) уже превышает вторую космическую скорость в √2 ≈ 1,4 раза.

Если космический корабль освободить от крепления к стержню, то он оторвется и помчится по своей траектории.

ПРАКТИКА. А теперь перейдем к «постройке» толкателя на одной из наиболее крупных малых планет — например, Весте. Она ближе других «солидных» астероидов подходит к нашей планете и бывает видна на ночном небе невооруженным глазом. Ее диаметр около 400 км, масса 10¹⁷ т. Сила тяжести на поверхности Весты примерно в 50 раз меньше земной, и вторая космическая скорость тут около 300 м/сек. Время прохождения маятника по всему диаметральному отверстию примерно 50 мин.

Сквозную шахту пророем по оси вращения Весты от полюса до полюса, чтобы исключить отклонения прямолинейного движения за счет кориолисовых ускорений. Думаю, что диаметра в 1 км будет вполне достаточно. Цилиндрические стенки шахты, видимо, придется армировать прочным покрытием. На выходах шахты на поверхность соорудим мощные убирающиеся зажимы. Они будут удерживать на весу маятник до старта и подхватывать его на финише. Кроме того, на их долю выпадает еще одна задача. При работе маятник постепенно «теряет амплитуду» — ведь отлетающему кораблю сообщена кинетическая энергия за счет запаса энергии толкателя. Потеря энергии толкателя выразится в недоборе высоты, на которой маятник должен приостановиться, на величину ΔR = R · μ/m.

Следовательно, после каждого рабочего хода или через более длительные периоды маятник нужно «дотягивать» до начального уровня R («подкачивать» ему потенциальную энергию). Для этого зажимы свяжем с мощным электрическим домкратом, который пусть медленно, но верно справится с тяжестью маятника.

Допустим, что масса стартующего корабля порядка 10⁶ кг, а масса маятника — 2·10¹² кг (скажем, это цилиндр диаметром и длиной 1 км, с плотностью около 4 г/см³, то есть с плотностью грунта астероида). Тогда за каждый разгон корабля маятник будет терять высоту приблизительно на 1 см.

Между прочим, — тело маятника можно использовать и как грузопассажирский транспорт «местного» сообщения между полюсами. Достаточно сделать в маятнике трюмы для груза и салоны для пассажиров.

Стержень толкателя должен быть прочным и легким. Здесь лучше всего подходит металлическая ферменная конструкция, напоминающая шуховскую радиобашню. Насчет ее прочности и жесткости не стоит особенно беспокоиться — ведь сила тяжести на Весте весьма мала.

К маятнику можно присоединить и второй стержень, симметричный первому (см. 4-ю стр. обложки; на схеме внизу справа стержни ради простоты изображены укороченными). Это позволит запускать корабли в обе стороны.

ОБСУЖДЕНИЕ. Упомянем вкратце и о других гипотетических системах, решающих проблему «В космос без ракет», — они уже были подробно описаны в отечественной научно-популярной литературе. Посмотрите на 4-ю стр. обложки. Вот «колесо-праща» инженера Ю. Арцутанова («Знание — сила» № 7 за 1969 г.). Член «Инверсора» инженер Ю. Федоров предложил пустить это колесо по «самоподвешенному» экваториальному кольцу Н. Абрамова («ТМ» № 6 за 1971 г.). А инженер Б. Яковлев считает, что гораздо выгоднее поместить царь-колесо в открытом пространстве близ Земли. Такую «космическую карусель» он разработал еще лет 10 назад. Если вращающийся «астероид-праща» профессора Г. Покровского («ТМ» № 1 за 1974 г.) отличается от «карусели» лишь тем, что вместо искусственной конструкции используется естественное небесное тело, то этого отнюдь нельзя сказать о дисколете кандидата физико-математических наук Р. Храпко («Знание — сила» № 3 за 1972 г.) и гравилете профессора В. Белецкого («ТМ» № 3 за 1970 г.). Возможно, читатели вспомнят и о других подобных системах.