Имеющаяся энергия. 
Ракетная техника

Приводим таблицу, содержащую данные о количестве энергии, выделяемой при сгооании различных веществ, отнесенные к 1 кг вещества.

Таблица 1.

Мы видели, что работа тяготения Земли на 1 кг массы составляет 6,37. 10° кем, или скорость в 11 км!сек. С этой работой мы и будем сравнивать энергию, которой можег ра споря;

жаться человек. Верхняя часть таблицы относится к тому случаю, когда мы летим в пустоте и потребляем собственный, запасный кислород.. В этом случае энергия взрывчатых веществ по крайней мере в 4 раза меньше, чем нужно для освобождения их от пут тяготения, предполагая полную ушлизацию горения. Соответствующая скорость раза в 2 меньше. Нижняя часть таблицы относится к полету в воздухе, когда мы можем заимствовать кислород из окружающей среды, не запасая его в ракете. В таком случае имеющаяся энергия будет раза в 2 больше, чем потребно, также и скорость значительней.

В общем выходит, что энергия взрывчатых веществ оказывается далеко недостаточной для того, чтобы эти вещества могли сами приобрести скорость, освобождающую их от земного тяготения.

Нетрудно элементарно доказать, что, несмотря на это, снаряд может получить любую скорость, — стоит только запасти побольше взрывчатого материала. При единице запаса по отношению к весу пустого снаряда, очевидно, и скорость будет близка к 5 км/сек, так как отталкивающиеся массы одинаковы (см. таблицу). При относительном запасе в 3 единицы скорость ракеты будет уже 10 км/сек. Действительно, сбросив две единицы взрывчатых веществ, получим скорость ракеты (с остатком) в 5 км/сек. Взрывая остаток, прибавим снаряду еще скорость в 5 км/сек. Всего приобретем. 10 км/сек скорости! Так легко докажем, что при запасах взрывчатых веществ в 7, 15 и 31 получим скорости корабля в 15, 20 и 25 км/сек. Между тем даже для освобождения от солнечного тяготения доьоньно скорости в 16—17 км/сек.

Разложение атомов есть источник огромной энергии, как это видно из последней строки таблицы. Эта энергия в 400 000 раз больше самой могучей химической энергии. Недостаток ее в том, что она чересчур дорога, недоступна и истекает крайне медленно, хотя и в продолжение тысячи лет. Если бы мы даже добыли 1 кг радия (количество, еще не добытое в мире), то и тогда выделяемая им энергия дала бы только 15 кгм/сек, т. е. энергию рабочего. Значит, такой мотор при одном весе с авиационным будет по крайней мере в 7 раз слабее последнего. Притом мы не имеем еще радиевого мотора, да и цена 1 кг радия не меньше миллиарда рублей. Но нельзя быть уверенным в том, что не найдутся со временем дешевые и быстро выделяющие источники энергии.

¹ Последний столбец в табл. 1 представляет собой отношение работы, получаемой от 1 кг данного горючего, к работе, получаемой от 1 кг СО+Оа при сгорании в СО_э.

Мы можем такую скорость получить и на планете. Получив ее, мы удаляемся в эфирное пространство, блуждаем среди планет и даже среди звезд. Но если мы не будем иметь там реактивного прибора, то движение наше будет подобно движению болида, т. е. оно не будет зависать от нашей воли. Следовательно, без ракетного прибора обойтись все равно невозможно.

Получение скорости на земле имеет большие преимущества, так как, двигаясь по ее поверхности, мы можем получать непрерывный приток энергии, не тратя запас.

Перечислю тут неосуществимые средства получения космических скоростей.

• 1. Невозможно пускать снаряд с вращающегося колеса или гигантской карусели, так как скорость по окружности колеса, независимо от его размеров, не может быть более 500— 1000 м!сек, а это — скорость не космическая. Даже при этой скорости колесо должно разорваться от центробежной силы. Кроме того, ни один организм не выдержит ее действия даже при диаметре колеса в 1 км.
• 2. Невозможна короткая пушка, так как относительная тяжесть в снаряде раздробит организм. Даже пушка длиной в 6 км- мала. Приводится ли снаряд в движение газом, взрывчатым веществом, электромагнитной силой, — это все равно.
• 3. Невозможна вертикальная пушка, так как такие сооружения при большой высоте неосуществимы.
• 4. Непрактична горизонтальная пушка, независимо от ее длины, так как снаряд при вылете быстро потеряет по-чги всю свою скорость в плотном слое воздуха (табл. 2). Из восьмой строки таблицы видно, что ракета в 10 т весом, с площадью поперечного сечения в 4 м², при горизонтальном движении в 8 км/сек теряет 20% своей кинетической энергии. Это — при пролете в 50 км. Но ведь при такой скорости она будет двигаться криволинейно, не выйдет из атмосферы. Поэтому она потеряет быстро всю скорость или раньше того упадет на Землю. При скорости 16 км/сек она потеряет 80% своей энергии. Если же ракета имеет меньшую массу, т. е. без запаса взрывчатых веществ, например, при массе в 1 т, то уже при скорости в 4 км/сек она потеряет половину своей энергии. Массивность снаряда много облегчает его полет. Из десятой строки таблицы видно, что пушка на высочайших горах терпима, так как ядро даже при скорости а 12 км/сек теряет только 13,5% своей энергии.
• 5. Невозможно приобретение космической скорости на небольших круговых путях, так как центробежная сила убьет организм, хотя хорошо укрепленную в почве дорогу и не разрушит.
• 6. Непрактично и получение космической скорости на огромных путях, расположенных горизонтально по экватору, потому что сопротивление воздуха*, как и в предыдущем случае, поглотит всю скорость движения. Колеса для движущегося космического экипажа (для облегчения трения) непригодны.

Таблица 2

Вес ракеты-10 т. Площадь поперечного сечения ракеты—4 м². Утилпзация формы—100%. Удельный вес воздуха—0,0013 уд. веса воды. Сопротивление воздуха и работа при постоянной скорости снаряда.

5. Если ракета весит 10 т, то для одоления земной тяжести нужна работа не менее б 370 000 • 10 • 2=127 100 000 тм. Умножаем на 2, так как утилизируется не более 50% энергии взрыва.

Некоторую степень возможности имеют газовые и в особенности электромагнитные пушки длиною не менее 60 км, расположенные наклонно в горах, так что жерло выходит на высоте 8 км, где воздух уже втрое разрежен.

О том, чго пушки не могут быть коротки, много уже писалось. Повторим и мы несхолько слов. Предположим, что челозек, погруженный в воду, может выдержать относительную тяжесть, в 100 раз ббльшую яемной. Следовательно, ускорение движения снаряда в пушке не может быть более 1000 м/сек*

(10X100). Если надо избавиться от тяготения Земли, то приходится в канале приобрести скорость в 12 км/сек. Это. может совершиться в течение 12 сек. Средняя скорость ядра будет 0000 м/сек. В 12 сек. оно пройдет 72 км. Такова и наименьшая длина пушки. Но, по всей вероятности, она должна быть в 10 раз больше, так как человек и в жидкости не выдержит более, чем десятикратное утяжеление. Короткие стальные пушки пригодны лишь для бросания стальных же сплошных снарядов. И такие пушки должны быть по крайней мере в 100 раз длиннее обыкновенных артиллерийских орудий, иначе и снаряды без людей будут раздроблены.

Фиг. 1.

С первого раза кажется, что газ, скорость частиц которого при обыкновенной температуре не превышает 2 км/сек, не может дать космических скоростей. Но это ошибка, которую мы сейчас выясним.

Представьте себе большой резервуар А с водородом или другим газом и примыкающий к нему цилиндрический ствол В (фиг. 1). На снаряд производится давление, тем более постоянное, чем резервуар А больше сравнительно с объемом цилиндра В. Значит, в предельном случае работа, получаемая ядром, пропорциональна квадратному корню из этой длины. Следовательно, она неограниченно великз. Этот странный парадоксальный вывод объясняется тем, что работа совершается за счет всей газовой массы А. А так как она может быть велика, то и отдаваемая снаряду работа может быть громадной. Ведь ббльшую скорость получает только незначительная масса газа в стволе и сам снаряд. Остальная масса в резервуаре 71 имеет малую скорость, но зато она охлаждается. За счет этой выделенной огромной теплоты и получается работа движения ядра и газа в стволе В. Ясно, что для приобретения наибольшей работы и скорости полезно подогревание газа сфуями пара или другими приемами, которых множество. Удобно подогревание электрическим током через протянутые в А проводники.

В последующих вычислениях будем считать давление на снаряды постоянным, т. е. резервуар 71 очень большим, наполненным водородом и подогрезаемым. На водород тяжесть действует в 14*/г раза слабее, чем на воздух (в отношении сгутения внизу), и потому мы примем, несмотря на большую высоту пушечного жерла, плотность газа во всей системе постоянной.

Получим уравнения:

Из этих формул найдем Здесь

К—относительная тяжесть в ядре; j—секундное ускорение ядра;

Р — давление на ядро; п — число атмосфер давления;

L — длина пушки, км t— время пребывания в канале;

^—площадь сечения пушечного канала;

V—наибольшая секундная скорость;

D — диаметр сечения снаряда и канала пушки; р_а= 10 т/м²; давление 1 от;

G — вес снаряда, определенный на поверхности земли; g₃ — ускорение тяжести Земли.

С помощью этих формул составим табл. 3.

Из таблицы видно, что при сгущении газов до 1000 am и при длине пушки в 720 км можно получить скорость в 380 км/сек, между тем как для одоления притяжения Солнца и блуждания ь Млечном Пути надо лишь 17 км/сек скорости. Из шестого столбца таблицы видно, что такая скорость получается при относительной тяжести в 100 при стократном сжатии газа при длине пушки в 145 км. Из восьмого столбца видно, что скорость 4 км получается при десятикратной тяжести, при сжатии в 10 от и при длине пушки в 80 км. Если поперечное сечение канала увеличить в 4 раза или диаметр в 2 раза, то (столбец 14) скорость той же массы увеличится вдвое, т. е. достигнет первой космической скорости (чтобы сделаться поблизости Земли ее спутником). Длина пушки и сжатие газа останутся те же, но ускорение и относительная тяжесть увеличатся вчетьеро.

Таблица 3.

Ускорение земной тяжести ^=10 м/сек*. Вес снаряда G=I0 m. Давление атмосферы p_a=iО т/м*

Электромагнитные пушки имеют большое преимущество, так как не требуют резервуара, гораздо осуществимее, экономнее и имеют обильный приток побочной энергии на всем их протяжении, легко подводимой проводниками из боковых станций.

Пушки со временем могут иметь большое применение для массового отправления снарядов: для космических переселений в большом масштабе и как дополнение к ракетному способу. В самом деле, при получении с помощью пушки первой космической скорости в 8 км/сек снаряд возвращается обратно на Землю и разбивается благодаря тому, что его скорость не параллельна экватору (или меридиану). Для первых важных достижении, т. е. для поселений поблизости Земли, но вне атмосферы, необходимо соединение пушечного метода с ракетным: снаряд приобретает скорость, меньшую 8 км/сек, но поюм добавляет ее взрыванием, как ракета. Так как направление взрывания переменно и зависит от нас, то снаряд может приобрести достаточную скорость по окружности и сделаться близким и маленькой луной Земли.

Без ракетного приспособления можно обойтись, когда снаряд (выброшенный из пушки) должен стать на орбиту Земли или пролететь поблизости планет нашей системы. Так же и в том случае, когда он должен освободиться от притяжения Солнца и блуждать среди иных солнц, в Млечном Пути.

Во всяком случае пушки (и электромагнитные) вследствие своего большого протяжения страшно дороги, мало осуществимы (в настоящее время), и притом реактивный прибор может обойтись и без них.