Парадоксы ракеты. Еще о парадоксах ракеты - [4]

Но почему дальний путь оказывается выгоднее короткого? И как ракета, пущенная в сторону, противоположную Солнцу, попадет в конце концов на это светило?

Дело в том, что при таком маршруте ракета сможет покинуть космический вокзал в момент, когда он движется в ту же сторону, что и Земля. В этом случае ракетному кораблю не прядется преодолевать центробежную силу. Мало того, к скорости ракеты прибавится еще и скорость движения Земли по орбите вокруг Солнца.

Благодаря этому ракета сможет отправиться в полет при собственной скорости, равной всего 8 километрам в секунду. Однако снабдим ракету запасом горючего, необходимым для начальной скорости в 10 километров в секунду. Чтобы сообщить такую скорость, понадобится на каждый килограмм веса ракеты только 11 килограммов горючего; это дает 40-кратную экономию топлива по сравнению с первым маршрутом.

Условимся, что когда корабль израсходует 80% топлива, работа моторов прекратится. Неиспользованное горючее нам пригодится в дальнейшем.

Рейс ракетного корабля будет протекать в пределах солнечного тяготения. Следовательно, притяжение Солнца будет тормозить движение ракеты и постепенно гасить ее скорость.

Когда ракета пройдет путь в двадцать раз больший расстояния от Земли до Солнца, скорость ее упадет до 2 километров в секунду. В этот момент необходимо сделать корабль в отношении Солнца неподвижным, и тогда он начнет падать на светило. Чтобы остановить ракету, т. е. погасить скорость в 2 километра в секунду, нужно сообщить ей такую же скорость в обратном направлении. Для этого и служит еще не использованный запас топлива.

Идея такого космического маршрута основана на использовании скорости естественного движения Земли, на использовании тех самых центробежных сил, которые обычно препятствуют движению ракетного корабля.

Чтобы забросить ракету весом в 10 килограммов на Солнце по кратчайшему маршруту, надо израсходовать 4 тонны горючего. Если же сначала удалить ракету от Солнца, то, следуя по такому длинному пути, она попадет на Солнце, израсходовав всего 110 килограммов горючего.

В № 1 нашего журнала за 1940 г. была помещена статья лауреата международной поощрительной премии по астронавтике А. Штернфельда «Парадоксы ракеты». Автор указывал на некоторые особенности ракетного двигателя и на те ошибки, которые делают исследователи, подходящие к ракетоплаванию без учета специфики этого дела. Положения и идеи, высказанные в этой статье, показались многим читателям настолько противоречащими здравому смыслу, что вызвали многочисленные письма и запросы в редакцию. Редакция печатает ниже дополнительные разъяснения А. Штернфельда, которые и являются ответом всем товарищам, приславшим свои вопросы.

Некоторые читатели выражают недоумение по поводу парадокса массы ракеты и массы топлива. Автор привел случай, когда тяжелая ракета может взлететь выше легкой и когда расходование топлива становится менее выгодным, чем сохранение его в качестве дополнительной массы, накопившей энергию и живую силу во время полета. Этот частный случай некоторые читатели приняли за общий закон и сделали совершенно неправильный вывод, будто всякая тяжелая ракета всегда взлетит выше, чем легкая.

Однако автор статьи «Парадоксы ракеты» такого закона не предлагал, а только разобрал особые случаи и особые условия, при которых полет ракеты может совершаться в кажущемся противоречии с установленными законами физики. Эти отступления возможны только для тех ракет, при конструировании которых не учтены все особенности ракетного двигателя. При всех расчетах и выводах, приводимых в статье, автор оперирует именно с такими ракетами. Само собой разумеется, что с правильно рассчитанными и построенными ракетами ничего парадоксального не случится.

Парадокс направления вызвал еще более оживленный обмен мнениями. В редакцию поступило много писем, опровергающих положения автора. Ученики 91-й школы г. Москвы пишут: «Когда мы проверяли автора, делая вычисления скоростей ракеты, свободно падающей вниз и пущенной с высоты 4 километров вертикально вверх, у нас получался результат, целиком совпадающий с выводами автора. Но если мы складывали не скорости, а энергии, то получали совсем другой результат: обе ракеты должны взлететь на одинаковую высоту».

Это письмо школьников правильно вскрывает тот момент, который позволит нам объяснить все кажущиеся противоречия здравому смыслу. В парадоксе направления говорится о том, что ракета, запущенная с высоты 4 километров вертикально вверх, взлетит на меньшую высоту, чем такая же ракета и с таким же запасом топлива, но предварительно сброшенная в четырехкилометровую пропасть. Подчеркиваем, что непременным условием парадокса ставится: 1) поворот ракеты в противоположную сторону с сохранением живой силы, накопленной ракетой во время ее падения в пропасть, и 2) отсутствие сопротивления воздуха.

В классической механике существует закон, согласно которому работа сил любого поля, в том числе и поля земного тяготения, не может увеличить кинетическую энергию тела, перемещаемого силами поля в границах эквипотенциальной поверхности. В применении к нашему случаю это значит, что ракета при падении с четырехкилометровой высоты хотя и приобретает некоторую энергию, но весь этот запас она израсходует для того, чтоб вернуться на прежний уровень. А из этого следует совершенно бесспорное положение, что сила земного тяготения не может увеличить энергию нашей ракеты.