Р. Лакап (реферат1 инж. С. Я. Макарова)
1По статье R. S. Lacapeb „Aéronautique“ № 179.
Автор реферируемой статьи в дополнение к выводам, сделанным известным исследователем Р. Эсно-Пельтри в книге „Астронавтика" (Astronautique, 1930, chez Lahure), излагает свои соображения, основанные на принципе относительности. Это приводит к ряду неожиданностей и ставит перед теоретиками новые задачи. В частности автор считает, что теорию относительности следует применять не только там, где речь идет об очень больших скоростях, но и там, где рассматриваемое событие (например, полеты ракеты в межпланетное пространство) занимает большой промежуток времени.
Известно, что астронавтика в настоящее время не является химерической наукой. Путешествие с земли на луну вполне осуществимо и требует лишь значительных первоначальных затрат и исследований.
Уже давно было известно, что для преодоления силы земного тяготения телу необходимо сообщить начальную скорость 11 200 м/сек без учета сопротивления воздуха. Однако именно последнее настолько увеличивало скорость, что задача могла считаться неразрешимой, так как современная химия не обладает средствами, которые могли бы сообщить телу эту скорость. Действительно, молекулы наиболее сильной взрывчатой смеси имеют скорость 2500 м/сек; смесь водород-кислород (t = 2800°) дает 5000 м/сек. Наконец, атомный водород, способ сохранения которого до сих пор неизвестен, дает скорость 10 000 м/сек (t = 6000°). Таким образом единственным возможным решением является применение ракеты, набирающей скорость на большой дистанции постепенно, так, чтобы величина ускорения была вполне безопасной для человеческого организма. Что препятствует осуществлению подобной ракеты? В первую очередь, несомненно, совершенно подавляющее своей величиной отношение масс: ракеты с горючим к ракете без такового.
В 1928 г. Годдар нашел это отношение равным 600 с учетом сопротивления воздуха. Таким образом, чтобы „раскрепостить“ ракету от земного притяжения, требуется 599 кг взрывчатого вещества на 1 кг веса ракеты. Следовательно, для ракеты с пассажирами, соответствующей, например, 2-тонному самолету, потребовалось бы 1200 т горючего. Для полета на луну и обратно потребовался бы летательный аппарат весом 1200 X 1200=1 440 000 т. Само собой разумеется, что подобные цифры были бы совершенно безнадежны, если бы вышеуказанное отношение нельзя было значительно уменьшить, принимая во внимание скорость выбрасывания газов. Тогда проблема приобретает реальный технический интерес. Разрешение ее является задачей химии, а также и физической химии.
Задача химии — найти горючее, которое было бы наиболее эффективным. Эсно-Пельтри приходит к выводу, что самые благоприятные реакции это следующие:
| 1) реакция Н2 + О = Н2О
дающая скорость 5200 м/сек; | 2) реакция С+О2 = СО2
дающая 4230 м/сек |
Наименее благоприятная реакция дает 2120 м/сек.
Реакция 2H= H2 (атомный водород), дающая при теплоте, выделяемой в процессе реакции, 98 560 кал, скорость выбрасывания 20 290 м/сек и реакции
4Н + Н2 = 3Н2 (V = 16 570 м/сек),
2Н + Н2 = 2Н2 (V = 14 340 м/сек)
имеют чисто теоретический интерес, поскольку атомный водород не может быть сохранен, а следовательно и использован в качестве двигателя.
Расширение газов в сопле является уже физической проблемой. Согласно вычислений, отношение скоростей: действительной к теоретической для реакций, аналогичных вышеуказанным, в сопле Лаваля составляет 0,85-0,9. С учетом этих положений отношение масс для ракеты, которая преодолела бы земное притяжение, понижается до 37,5 (при скорости выбрасывания 4000 м/сек по Оберту). Теоретически она может быть даже уменьшена до 20. Если принять эти цифры за практически приемлемые1, то перед нами встает новая задача уже из области механики: определить траекторию и время, необходимое для полета на интересующее нас небесное тело (туда и обратно).
1 В чем мы сильно сомневаемся. Реф.
Мы полагаем, что эта задача практически не осуществима, если ракета в полете неуправляема.
Действительно, помимо возможно преодолимых препятствий, заключающихся в придании ракете совершенно точного направления при вылете, мы считаем невозможным определить действительное время, затрачиваемое ракетой на прохождение длинного пути. Эсно-Пельтри, пользуясь теорией относительности, вычисляет кажущееся и действительное время, необходимое ракете для прохождения больших расстояний между двумя небесными телами. Например, чтобы пролететь дистанцию в 10L (величина L = c2/g = 9,18 X 1017 см), ракете потребуется с точки зрения земного наблюдателя 9690 тропических лет, тогда как с точки зрения путешественника, летящего в ракете, последней потребуется „в действительности“ только 9,61 тех же лет.
Это вычисление совершенно точно, но мы опасаемся, что здесь имеет место то же заблуждение, какое в свое время было по поводу известного путешествия профессора Ланжевена, в котором отважный астронавт, покинув землю с очень большой скоростью и вернувшись на нее обратно, состарился всего только на 2 года, в то время как обитатели земли состарились на целых 200 лет. Мы полагаем, что если вычисление будет произведено самим астронавтом, то на основании того же принципа относительности он найдет, что обитатели земли состарились на 2 года, а он сам на 200 лет! Цифры не имеют значения, и мы хотим только подчеркнуть, что невозможно определить „действительное“ время, если сам не живешь в этом времени (т. е невозможно подсчитать время, которое будет действительным в поле тяготения, окружающим астронавта, движущегося с космической скоростью в мировом пространстве. Реф.).
Можно, однако, возразить и сказать, что действительное время будет в таком случае равно
| 9,61 + 9690 | |
| 2 | лет |
К сожалению, принцип относительности не допускает подобных упрощений. Мы склонны думать, что современные исследователи совершенно лишили смысла понятие о „реальности“. Может быть, это покажется несколько смелым утверждением, но чтобы получить представление о времени, необходимом, например, для путешествия с земли на Венеру, мы считаем необходимым сначала совершить это путешествие.
Отсюда вытекает, что если невозможно вычислить время, то тем более невозможно определить потребное ускорение, а также и найти соответствующие методы для сообщения этого ускорения ракете.
Итак, необходим управляемый летательный аппарат. Изменение траектории в пространстве для движущегося тела, не имеющего никакой материальной опоры, не является химерой. Кошка, которая падает всегда на 4 лапы, практически осуществляет эту проблему. Мы не беремся утверждать, что практическое решение найдено. Эсно-Пельтри тщательно исследовал этот вопрос, и мы отсылаем читателя к его трудам. Но если даже вопрос о перемещении центра тяжести ракеты (посредством вспомогательных масс) разрешен, то возникает новая проблема определения действительного направления полета. Эсно-Пельтри не выяснил основного условия, определяющего траекторию полета, это — наличие координатных осей в ракете, независимых от каких-либо осей отсчета, помещенных вне ракеты и определяющих ее положение относительно желаемого небесного тела.
В настоящее время единственной нематериальной связью является наше зрение, но в рассматриваемых примерах нашим чувствам доверять нельзя.
Следующим серьезным препятствием для управления ракетой в межпланетном пространстве является вопрос эффекта ускорений на человеческий организм. Принято думать, что постоянная скорость и постоянное ускорение (конечно, в безопасных пределах. Реф.) не оказывают никакого физиологического влияния. Но мы об этом ничего достоверно не знаем и должны быть готовы ко всяким неожиданностям.
До сих пор опыты в этом направлении производились только со свободным падением тел, т. е. были ограничены величиной земного ускорения g. Возможно, что даже незначительное постоянное ускорение будет иметь серьезные последствия для живого организма.
Наконец, остается еще одна задача, это проблема безопасности посадки ракеты, но в этой статье мы от ее рассмотрения воздержимся.
Резюмируем вышеизложенное. Межпланетные путешествия теоретически легко осуществимы. Путешествие земля-луна практически осуществимо и сопряжено лишь с значительными затратами. Путешествия за пределы солнечной системы по всей вероятности будут невозможны по причине кратковременности человеческой жизни.
Следует оговориться, что мы не коснулись проблемы использования внутриатомной энергии, но в настоящее время это область теоретической физики, а практическое применение этой энергии — дело отдаленного будущего.