Карл Гильзин - Ракетные двигатели

В качестве первого этапа можно себе представить создание ракетного корабля, способного бесконечно долго летать вокруг земли, превратившись таким образом в ее искусственного спутника. Конечно, такой полет вокруг Земли должен происходить на очень больших высотах, в 500—1000 км, во всяком случае вне пределов земной атмосферы, сопротивление которой должно быть исключено. Можно подсчитать, какова должна быть скорость ракетного корабля, чтобы он превратился в такого спутника Земли. Подсчет показывает, что эта скорость равна примерно 8 км/сек, т. е. более 28 000 км/час на границе атмосферы; с увеличением высоты эта скорость уменьшается и на высоте 8 000 км равна 4,8 км/сек. Это, конечно, огромная скорость по нашим сегодняшним представлениям, но она, как показывают расчеты, вполне достижима даже в относительно недалеком будущем.

Фиг. 51. Космический ракетный корабль.

При таком круговом полете наш ракетный корабль будет совершать свой путь вокруг Земли за 1,5–2 часа.

Затрата энергии для осуществления такого бесконечного полета вокруг Земли будет иметь место только во время набора высоты и разгона ракетного корабля до указанной скорости в 8 км/сек («скорость циркуляции»). Все это время, конечно, ракетные двигатели корабля будут работать, развивая огромную мощность. Но как только заданная скорость будет достигнута и ракетный корабль начнет свой круговой полет вокруг Земли, этот полет будет совершаться сам собой. Двигатели будут остановлены и корабль превратится в небольшое космическое тело, вращаясь вокруг Земли по тем же законам, которые управляют вращением Земли вокруг Солнца, вращением Луны вокруг Земли и т. д. Для обитателей ракетного корабля он станет такой же «Землей», «центром вселенной», как была ее «центром» наша Земля для всех людей в течение многих тысячелетий. На этом корабле не будет тяжести, день будет сменять ночь через каждый час, многое там будет необычно с точки зрения земных представлений. Все это блестяще описано Циолковским в его работах, которые следует прочесть каждому, интересующемуся ракетоплаванием[20].

Циолковский, а после него Кондратюк, Цандер и другие исследователи серьезно рассматривали возможность использования таких искусственных «спутников» Земли для проведения научных наблюдений, не затрудняемых наличием атмосферы, а также в качестве промежуточных станций для ракетных кораблей «дальнего сообщения», совершающих перелеты с Земли на Луну и планеты солнечной системы. На этих станциях корабли могли бы пополнять запасы топлива, принимать «транзитных» пассажиров и т. д.

«Спутники» Земли могли бы быть использованы и для других целей. С их помощью можно было бы следить за передвижением облаков на очень больших площадях, что было бы ценным подспорьем службе погоды, или осуществлять точное картографирование. Можно было бы использовать «спутники» для нужд телевидения — одна передающая радиостанция могла бы обслужить телевизионной программой весь мир, если бы несколько спутников ретранслировали эту программу. Не исключена возможность, как это предполагал Циолковский, использования «спутников» для изменения климата на Земле. Для этой цели на большом числе «спутников» должны быть установлены огромные тончайшие зеркала для фокусирования неослабленных атмосферой солнечных лучей и направления их в полярные районы. Таким способом можно было бы постепенно растопить полярный лед и превратить всю нашу планету в вечно цветущий сад. В особенности удобно во всех этих целях заставлять ракету-«спутник» летать на высоте около 35 000 км, так как при этом время ее обращения вокруг Земли равнялось бы 24 часам, т. е. такой спутник «висел» бы над Землей в одной точке.

При увеличении скорости полета свыше 8 км/сек ракетный корабль станет описывать вокруг Земли не окружность, а все более вытянутый эллипс, с Землей в одном из его фокусов. Расчеты показывают, что когда скорость ракетного корабля увеличится примерно до 11 км/сек (около 40 000 км/час), то траектория корабля из эллипса превратится в параболу и наш корабль вовсе разорвет узы тяготения, связывающие его с Землей и удалится от нее в глубины мирового пространства. Уже при современном уровне развития ракетной техники можно было бы перебросить на Луну полезный груз в 50 кг (например радиолокационную установку) с помощью составной ракеты, состоящей из пяти ракет[21].

Полностью освободиться от пленения в солнечной системе, т. е. от силы притяжения к Солнцу, и удалиться в звездный мир ракета сможет только тогда, когда скорость ее еще увеличится, превысив 16–18 км/сек. Развитие ракетной техники сделает достижение таких скоростей вполне возможным и тогда гигантские ракетные корабли понесут посланцев Земли в бескрайние просторы вселенной, которую до сих пор человеку было дано наблюдать только сквозь стекла телескопов и о строении которой можно было поэтому лишь строить различные гипотезы. Только непосредственное проникновение вглубь мировых пространств с помощью ракетных кораблей заменит эти научные предположения достоверностью истинного знания.

Мы знаем, что решить эту задачу под силу лишь сбросившему иго капитализма, свободному советскому человеку. Только науке и технике нашей социалистической отчизны по плечу дерзания такого размаха, начинания подобного масштаба. Это возможно только в нашей стране, могучей авиационной державе, родине ракетоплавания, ибо у нас наука служит народу, наша партия и правительство оказывают колоссальную помощь и поддержку всякой передовой, революционной идее в науке и технике, у нас труд ученых, исследователей, изобретателей, новаторов окружен вниманием и любовью всего советского народа.

Народ нашей родины, осуществляющий заветные мечты человечества о свободной и счастливой жизни, успешно строящий светлое здание коммунизма, строящий общество, в котором все силы человечества будут служить покорению природы и познанию ее тайн, наш советский народ осуществит и давнишнюю мечту людей, затаенную мечту многих и многих ученых и изобретателей, мечту о путешествиях по бескрайнему мировому пространству, об исследовании все новых и новых миров, где, может быть, как и на Земле, есть жизнь и живут мыслящие существа.

Слово «ракетный» происходит от итальянского «racchetto», что значит веретено, стержень. Этот термин объясняется тем, что первые ракеты (фейерверочные) своим внешним видом действительно напоминали веретено, да еще обычно снабжались для устойчивости полета деревянным стержнем. Именно ракеты, применявшиеся с давних пор в Китае, представляли собой первые реактивные двигатели, тогда как воздушно-реактивные двигатели появились лишь в последние годы.

Для оценки совершенства рабочего процесса обычно вводят так называемый внутренний коэффициент полезного действия двигателя. Его величина равна 0,3–0,6.

Это использование скоростной энергии струи для совершения полезной работы обычно оценивается величиной так называемого тягового коэффициента полезного действия двигателя, меняющегося в пределах от 0 до 1, в зависимости от скорости полета.

Такие насадки впервые были предложены в 1886 году русским изобретателем Гешвендом.

Расход топлива на 1 л. с. полезной мощности определяется величиной общего к. п. д. двигателя, равного произведению внутреннего и тягового к. п. д. Величина общего к. п. д. определяет долю тепловой энергии топлива, переходящей в полезную работу. При скоростях полета до 1000–1200 км/час эта доля для ракетного двигателя не превышает 10 %.

Так, например, 75-мм пушка, стреляющая снарядом весом в 6,3 кг, сама весит 1170 кг.

Эта температура зависит также от теплоемкости пороховых газов, времени сгорания и других факторов.

Об этом подробнее рассказано в разделе о ракетном двигателе на жидком топливе (ЖРД).

При переиздании этой работы в 1924 г. и позже она называлась «Ракета в космическое пространство».

При этом, естественно, подразумевается, что топливо при горении не только выделяет тепло, но и образует в большом количестве газообразные продукты сгорания, воспринимающие это тепло и способные производить работу.

Для полного сгорания 1 кг спирта потребовалось бы свыше 2 кг кислорода. В некоторых случаях соотношение весов кислорода и спирта на ракете отвечало расходу 1,2 кг кислорода на 1 кг спирта.