Ракета в космическое пространство (1903)

ВЫСОТА ПОДЪЕМА НА ВОЗДУШНЫХ ШАРАХ; РАЗМЕРЫ, ВЕС ИХ, ТЕМПЕРАТУРА И ПЛОТНОСТЬ АТМОСФЕРЫ

1. Небольшие аэростаты с автоматически наблюдающимиприборами, без людей, до сих пор поднимались до высоты, не большей 22 км.

Трудности подъема на большую высоту с помощью воздушных шаров возрастают с увеличением этой высоты чрезвычайно быстро.

Положим, мы хотим, чтобы аэростат поднялся па высоту 27 км и поднял груз в 1 кг. Воздух на высоте 27 км имеет плотность около 7зо плотности воздуха у земной поверхности (760 мм давления и 0°Ц). Значит, шар на такой высоте должен занять объем в 50 раз больший, чем внизу. У уровня же океана следует впустить в него не менее 2 м⁸ водорода, которые на высоте займут 100 м^а. При этом шар поднимает груз* в 1 кг, т. е. поднимет автоматический прибор, а сам шар будет весить 1 кг или около того. Поверхность его оболочки при диаметре в 5,8 м составит не менее 103 м². Следовательно, каждый 1 м² материи, считая и пришитую к ней сетку, должен весить 10 г.

Квадратный метр обыкновенной писчей бумаги весит 100 г; вес же 1 м² папиросной бумаги составляет 50 г. Так что даже папиросная бумага будет в 5 раз тяжелее той материи, которая должна быть употреблена на наш аэростат. Такую материюприменить в аэростате невозможно, потому что оболочка, сделанная из нее, будет рваться и сильно пропускать газ.

Шары больших размеров могут иметь более толстую оболочку. Так, шар с небывало большим диаметром в 58 м будет иметь оболочку, 1 м² которой весит около 100 г, т. е. чуть тяжелее обыкновенной писчей бумаги. Поднимет он 1000 кг груза, что чересчур мною для самопишущего прибора.

Если ограничиться при тех же громадных размерах аэростата подъемною силою в 1 кг, то оболочку можно сделать раза в 2 тяжелее. Вообще, в таком случае аэростат хотя и обойдется весьма дорого, но построение его нельзя считать делом невозможным. Объем его на высоте 27 км составит 100 000 м³, поверхность оболочки 10 300 м².

А между тем, какие жалкие результаты! Подъем на какихто 27 км высоты.

Что же сказать о поднятии приборов на бблыпуго высоту! Размеры аэростатов должны быть еще больше; но не надо при этом забывать, что с увеличением размеров воздушного шара разрывающие оболочку силы все более и более берут перевес лад сопротивлением материала.

Поднятие приборов за пределы атмосферы с помощью воздушного шара, разумеется, совсем немыслимо; из наблюдений над падающими звездами видно, что пределы эти не простираются далее 200—300 км. Теоретически даже определяют высоту атмосферы в 54 км, принимая в основание расчета понижение температуры воздуха в 5° Ц на каждый километр подъема, что довольно близко к действительности, по крайней мере, для доступных слоев атмосферы‘.

Выше приведена таблица высот, температур и плотностейвоздуха, вычисленная мною на этом основании. Из нее видно, как быстро возрастают трудности поднятия с увеличением высоты.

Делитель последнего столбца показывает трудность, которую может встретить постройка воздушного шара.

2. Перейдем к другой идее полета з высоту — с гюмощью пушечных снарядов.

На практике начальная скорость движения снарядов не превышает 1200 м!сек. Такой снаряд, пущенный вертикально,^[1][2] •.

поднимется на высоту в 73 км, если полет совершается в безвоздушном пространстве. В воздухе же высота подъема будет много меньше в зависимости от формы и массы снаряда.

При хорошей форме снаряда высота подъема может достигать значительной величины; но помещать наблюдающие приборы внутри снаряда невозможно потому, что они будут разбиты вдребезги — или при возвращении снаряда на землю, или при самом движении его в пушечном стволе. Опасность при движении снаряда в канале меньше, но и эта опасность для целости аппаратов громадна. Положим, для простоты, что давление газов на снаряд равномерно, вследствие чего ускорение его движения составляет W м/сек². Тогда то же ускорение получают и все предметы в снаряде, принужденные совершать с ним одно движение. От этого внутри снаряда должна раз;

W

виться относительная, кажущаяся тяжесть, равная —, где g

есть ускорение земной тяжести у поверхности земли.

Длина пушки L выразится формулой:

откуда

где V — скорость, приобретаемая снарядом по выходе из жерла.

Из формулы видно, что W, следовательно, и приращение относительной тяжести в снаряде уменьшается с увеличением длины пушки при постоянном V, т. е. чем длиннее пушка, тем безопаснее приборам во время выталкивания снаряда. Но и при очень длинной, неосуществимой на деле пушке, кажущаяся в снаряде тяжесть при ускоряющемся его движении в пушечном канале настолько велика, что нежно устроенные аппараты едва ли могут перенести ее без порчи. Тем более невозможно послать в снаряде что-нибудь живое, если бы в этом случилась надобность.

3. Итак, допусти?.*, что построена пушка примерно в 300 м высоты. Пусть она расположена вдоль башни Эйфеля, которая, как известно, имеет такую же высоту, и пусть снаряд равномерным давлением газов получает при выходе из жерла скорость, достаточную для поднятия за пределы атмосферы, например, для поднятия на 300 км от земной поверхности. Тогда потребную для этого скорость V вычисляем по формуле:

При h = 300 км получим V около 2450 м/сек. Из двух последних формул, исключая V, найдем

IP.

тут — выражает относительную или кажущуюся тяжесть в ядре. По формуле найдем, что она равна 1001.

Следовательно, тяжесть всех приборов в снаряде должна увеличиться в 1000 раз слишком, т. е. предмет весом в-1_усг испытывает от кажущейся тяжести давление в 1000 кг. Едва ли какой физический прибор выдержит подобное давление. Какой же толчок должны испытывать тела в короткой пушке и при полете на высоту, большую 300 км!

Чтобы не ввести кого-нибудь в заблуждение словами «относительная или кажущаяся тяжесть», скажу, что я тут подразумеваю силу, зависящую от ускоряющегося движения тела (например, снаряда); она появляется также и при равномерном движении тела, если только это движение криволинейно, и называется тогда центробежной силой. Вообще она появляется всегда на теле или в теле, если только на одно это тело действует какая-либо сила, нарушающая движение тела по инерции. Относительная тяжесть существует до тех пор, пока существует рождающая ее сила: прекращается последняя — исчезает бесследно и относительная тяжесть. Если я называю эту силу тяжестью, то только потому, что ее временное действие совершенно тождественно с действием силы тяготения. Как тяготению подвержена каждая материальная точка тела, так и относительная тяжесть рождается в каждой частице тела, заключенного в снаряде; происходит это потому, что кажущаяся тяжесть зависит от инерции, которой одинаково подвержены все материальные части тела. Итак, приборы внутри снаряда сделаются тяжелее в 1001 раз. Если бы даже при этом страшном, хотя и кратковременном (0,24 сек.) усилении относительной тяжести и удалось их сохранить в целости, то все же найдется много других препятствий для употребления пушек в качестве посыл ателей в небесное пространство.

Прежде всего — трудность их построения, даже в будущем; далее—громадная начальная скорость снаряда; действительно, в нижних густых слоях атмосферы скорость снаряда много потеряет вследствие сопротивления воздуха; потеря же скорости сильно сократит и высоту полета снаряда; затем трудно достигнуть равномерного давления газов на снаряд во время его движения в стволе, отчего усилие тяжести будет много более, чем мы вычислили (1001); наконец, безопасность возвращения снаряда на землю более чем сомнительна.

• [1] 1 Теперь известно, что понижение температуры идет только до пределов
• [2] тропосферы, т. е. до 11 км.