Будущее человечества. Колонизация Марса, путешествия к звездам и обретение бессмертия - Каку Митио
Cледовательно, ракете нужно очень много горючего, чтобы покинуть Землю. С помощью этой формулы Циолковский оценил, сколько топлива необходимо для полета к Луне, задолго до того, как его мечта воплотилась в реальность.
Циолковский следовал принципу: «Земля – колыбель человечества, но нельзя вечно жить в колыбели». Он придерживался философии так называемого космизма, связывающей будущее человечества с исследованием открытого космоса. В 1911 г. он писал: «Стать ногой на почву астероидов, поднять камень с Луны, устроить движущиеся станции в эфирном пространстве, образовать живые кольца вокруг Земли, Луны, Солнца, наблюдать Марс на расстоянии нескольких десятков верст, спуститься на его спутники или даже на самую его поверхность – что, по-видимому, может быть сумасброднее!» [4]
Хотя сам Циолковский был слишком беден, чтобы превратить свои математические выкладки в действующие модели, за продолжателями дело не стало: следующий шаг сделал Роберт Годдард. Он своими руками построил прототипы, которым впоследствии суждено было стать основой космических путешествий.
Роберт Годдард – отец ракетной техники
Роберт Годдард заинтересовался наукой в детстве, когда на его глазах проводили электричество в его родной город. Уже тогда он твердо уверился, что наука революционно изменит нашу жизнь во всех ее аспектах. Отец, поощряя интерес мальчика, купил ему телескоп, микроскоп и подписку на журнал Scientific American. Первые эксперименты Годдарда были связаны с воздушными змеями и шарами. Однажды в библиотеке он случайно наткнулся на знаменитые «Математические начала» Исаака Ньютона и познакомился с законами движения. Вскоре после этого его интересы определились: Годдард сосредоточился на том, чтобы применить законы Ньютона в ракетной технике.
Годдард не просто удовлетворял свое любопытство, он предложил три важных новшества. Во-первых, экспериментируя с различными видами топлива, он пришел к выводу, что порошковое топливо для ракеты неэффективно. Китайцы изобрели порох много столетий назад и давно использовали его в ракетах, но порох сгорает неравномерно, так что ракеты китайцев в основном были не более чем игрушками. Первым блестящим нововведением Годдарда стала замена порошкового топлива жидким, расход которого можно контролировать, добиваясь ровного и чистого горения. Он построил ракету с двумя баками: в одном было топливо (к примеру, спирт), в другом – окислитель (к примеру, жидкий кислород). Жидкости через систему трубок и клапанов подавались в камеру сгорания, где происходил тщательно контролируемый взрыв, способный толкать ракету.
Годдард понимал, что по мере подъема ракеты в небо ее топливные баки будут постепенно опустошаться. Его следующим важным новшеством стали многоступенчатые ракеты, которые отделяли использованные топливные баки и таким образом избавлялись от бесполезной нагрузки. Это резко повышало дальность и эффективность полета.
Наконец, Годдард использовал гироскопы. После того как гироскоп раскручен, его ось сохраняет ориентацию в пространстве, всегда указывая одно и то же направление, даже если вы повернете гироскоп. К примеру, если ось гироскопа указывает на Полярную звезду, она будет указывать в этом направлении даже после того, как вы перевернете гироскоп вверх ногами. Значит, космический корабль, даже отклоняясь от своей траектории, может изменить работу своих двигателей так, чтобы компенсировать это отклонение и вернуться на первоначальный курс. Годдард понял, что для нацеливания ракет и удержания их на курсе нужно использовать гироскопы.
В 1926 г. он вошел в историю, произведя первый успешный запуск ракеты на жидком топливе. Она взлетела вверх на 12,5 м, продержалась в воздухе 2,5 с и приземлилась на капустную грядку в 56 м от точки старта. Место, где это произошло, сегодня свято для любого ученого-ракетчика и объявлено в США Национальным памятником истории.
В своей лаборатории в Колледже Кларка Годдард разработал базовую архитектуру для ракет на химическом топливе. Те грохочущие чудища, которые мы сегодня видим отрывающимися от стартовых площадок, – прямые потомки построенных им моделей.
Под градом насмешек
Несмотря на успехи, Годдард стал идеальным козлом отпущения для средств массовой информации. Когда в 1920 г. в прессу просочилась информация о том, что исследователь всерьез задумывается о космических путешествиях, газета The New York Times откликнулась на новость уничтожающей критикой, которая менее крупного ученого легко могла бы сломать. «С нашей стороны было бы нелепо утверждать, что профессору Годдарду с его “кафедрой” в Колледже Кларка, – насмехалась The New York Times, – неизвестна связь между действием и противодействием и что ему неизвестно, что нужно иметь что-нибудь посущественнее вакуума, от чего можно оттолкнуться. Разумеется, нам только кажется, что у него отсутствуют знания, которыми нас ежедневно снабжают в старших классах школы» [5]. А в 1929 г., после того как он запустил одну из своих ракет, местная газета вышла с заголовком «Лунная ракета промахнулась по своей цели на 238 799,5 миль». Ясно, что авторы газеты и другие журналисты не понимали Ньютоновых законов движения и ошибочно полагали, что ракеты не могут двигаться в космическом вакууме.
Космическими путешествиями действительно управляет третий закон Ньютона, согласно которому на каждое действие возникает равное по величине и противоположное по направлению противодействие. Этот закон известен любому ребенку, которому хоть раз в жизни случалось надуть воздушный шарик, а затем отпустить его и наблюдать, как он мечется в разных направлениях. Действие здесь – воздух, стремящийся с силой выйти из шарика, а противодействие – поступательное движение самого шарика. Аналогично в случае ракеты действие – это раскаленный газ, выбрасываемый с одного конца, а противодействие – поступательное движение ракеты, причем вырывающийся газ толкает ракету вперед даже в космическом вакууме.
Годдард умер в 1945 г. и не увидел извинения редакции, которое The New York Times напечатала после посадки «Аполлона» на Луну в 1969 г. В нем говорилось: «Сегодня с определенностью установлено, что ракета может функционировать в вакууме так же хорошо, как и в атмосфере. Редакция сожалеет о своей ошибке».
Ракеты для войны и для мира
На первом этапе развития ракетной техники главную роль играли такие мечтатели, как Циолковский, разрабатывавшие физические и математические аспекты космических путешествий. На втором этапе на передний план вышли такие люди, как Годдард, построившие первые прототипы ракет. На третьем этапе ученые-ракетчики привлекли к себе внимание правительств. Вернер фон Браун, использовав наброски, мечты и модели своих предшественников, при поддержке правительства Германии – а позже США – создал гигантские ракеты, которым суждено было успешно доставить нас на Луну [6].
Самый знаменитый из всех ученых-ракетчиков родился в аристократической семье. Отец барона Вернера фон Брауна был министром сельского хозяйства Германии в период Веймарской республики, а его мать могла проследить свою родословную до королевских домов Франции, Дании, Шотландии и Англии. В детстве Вернер был многообещающим пианистом и сам писал музыку. При других обстоятельствах он мог бы стать известным музыкантом или композитором. Но его судьба определилась раз и навсегда, когда мать купила Вернеру телескоп. Космос его заворожил. Он глотал одну за другой научно-фантастические книги и внимательно следил за рекордами скорости, которые в то время ставили автомобили с ракетными двигателями. Когда ему было 12 лет, Вернер устроил на людной берлинской улице переполох, прикрепив кучу петард к игрушечной тележке. Мальчик был счастлив: тележка рванула прочь как… ну, как ракета. Правда, полиции представление понравилось куда меньше. Фон Брауна отвели в участок, но позже отпустили – сказалось влияние отца. Много лет спустя он с теплотой вспоминал этот случай: «Все получилось даже лучше самых смелых моих мечтаний. Тележка бешено мчалась по улице, оставляя за собой огненный след, как комета. Когда ракеты выгорели, завершив свое искрометное представление великолепным громовым ударом, тележка величественно остановилась».
