Развитие ракетной техники
Первые ракеты начали изготовлять очень давно. Их появление было связано с изобретением пороха. Пороховые ракеты применялись в Китае уже в X в. н. э. На протяжении сотен лет такие ракеты использовались в основном как фейерверочные и сигнальные. Несколько позже появились боевые (зажигательные) ракеты.
Боевые ракеты на черном дымном порохе массой от 3 до 6 кг и дальностью действия около 2 км применялись индийскими войсками в борьбе с английскими колонизаторами во время осады Серингапатама (конец XVIII в.). Находившийся в оккупационной армии английский полковник У. Конгрев заинтересовался этим (новым для Европы) оружием и по возвращении на родину разработал боевую ракету собственной конструкции. Однако ее первые испытания в 1804 г. были не очень удачны. Но в дальнейшем Конгрев настолько усовершенствовал свою ракету, что она превратилась в грозное боевое оружие. Дальность ее полета составляла 2,5 км при массе около 20 кг. При осаде англичанами Копенгагена в 1807 г. с кораблей британского флота было выпущено несколько тысяч таких ракет, в результате чего городу был нанесен значительный урон.
В России пороховые ракеты были приняты на вооружение в начале XIX в. Они с успехом использовались в русско-турецкой войне 1828—1829 гг., в Крымской войне 1853—1856 гг., а также в русско-турецкой войне 1877—1878 гг.
Большой вклад в развитие русского ракетного оружия внес ученый-артиллерист генерал-лейтенант К. И. Константинов. В 1850 г. в Петербурге под его руководством начал работать специальный «ракетный завод». Максимальная дальность полета русских ракет достигала 4 км при общей массе до 80 кг. В то время это были рекордные данные. Результаты своих исследований Константинов опубликовал в книге под названием «О боевых ракетах». Эта работа вызвала большой интерес и вскоре была переиздана во Франции и в Англии.
Однако в 80-х гг. XIX в., уступив место нарезной артиллерии, боевые ракеты на черном дымном порохе были сняты с производства и перестали поступать в армию. О ракетах стали забывать. И лишь отдельные изобретатели-одиночки, мечтающие об их применении в летательных аппаратах, продолжали о них помнить.
Автором первого в мире проекта реактивного летательного аппарата, предназначенного для полета человека, был русский революционер-народоволец Н. И. Кибальчич (1853—1881). В 1881 г. Кибальчич был осужден за изготовление бомбы, взорванной И. Гриневицким во время покушения на императора Александра II. Свой проект Кибальчич разработал в тюрьме после вынесения смертного приговора. 23 марта он передал тюремным властям следующее заявление:
«Находясь в заключении, за несколько дней до своей смерти я пишу этот проект. Я верю в осуществимость моей идеи, и эта вера поддерживает меня в моем ужасном положении. Если же моя идея после тщательного обсуждения учеными-специалистами будет признана исполнимой, то я буду счастлив тем, что окажу громадную услугу родине и человечеству. Я спокойно тогда встречу смерть, зная, что моя идея не погибнет вместе со мною, а будет существовать среди человечества, для которого я готов был пожертвовать своей жизнью».
Просьба Кибальчича передать его проект на обсуждение ученым не была выполнена. 3 апреля Кибальчич был повешен. Написанный же им проект был найден в делах жандармского управления только после революции. В 1918 г. он был опубликован, и люди впервые узнали об изобретении, которое оставалось никому не известным на протяжении 37 лет.
Первые ракеты были пороховыми (твердотопливными). Схема жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) была разработана в 1903 г. К. Э. Циолковским. В США разработкой такого двигателя занимался Р. Годдард. Первые испытания ЖРД были осуществлены под его руководством в 20-х гг. XX в. В России жидкостные ракетные двигатели были построены и испытаны в 1930— 1931 гг.
Значительное развитие ракетная техника получила во время второй мировой войны. В СССР были разработаны реактивные снаряды на бездымном порохе, которые были использованы советской авиацией уже в 1939 г. (в боях на реке Халхин-Гол). Вслед за этим были созданы многозарядные пусковые установки, размещаемые на грузовых автомобилях. Эти реактивные установки («катюши») сыграли важную роль в боевых действиях нашей армии во время Великой Отечественной войны.
В 1942 г. под руководством В. фон Брауна в Германии были начаты испытания жидкостной управляемой ракеты Фау-2. Она имела дальность полета до 300 км, высоту траектории 70—80 км и массу около 13 т. В 1944—1945 гг. по Лондону и другим городам было выпущено свыше 10 тыс. таких ракет. Однако из-за несовершенства конструкции и малой точности полета эффективность этих ракет оказалась невысокой (38 %).
Современные боевые ракеты имеют как обычные, так и ядерные заряды и способны за несколько десятков минут преодолеть расстояние в несколько тысяч километров. В зависимости от места старта и нахождения цели их делят на классы: «земля—земля» (запускаются с поверхности земли или моря для поражения наземных и морских целей), «земля—воздух» (запускаются с поверхности земли или моря для поражения целей в воздухе), «воздух—земля» (запускаются с самолетов для поражения наземных и морских целей) и т. д.
Для вывода в космос спутников и различных космических станций с 1957 г. (когда в СССР под руководством С. П. Королева был запущен первый искусственный спутник Земли) применяют космические ракеты (ракеты-носители).
Скорости, достигаемые современными космическими ракетами, позволяют с успехом осваивать Солнечную систему. К настоящему времени автоматические межпланетные станции побывали в окрестностях почти всех планет нашей системы. Однако для межзвездных полетов нужны значительно большие скорости — не 10—20 км/ч, а скорости, близкие к скорости света c (c ≈ 300 000 км/с). Но такие скорости не могут быть достигнуты при скорости истечения газа v = 4 км/с. Расчеты показывают, что даже при v=10 км/с (что сейчас недостижимо) для разгона ракеты до скорости vр = 0,01 с нужно, чтобы стартовая масса ракеты превышала конечную массу в 2*10130 раз. Это означает, что масса топлива в такой ракете должна во много раз превышать массу не только Земли, но и всей наблюдаемой части Вселенной! Построение такого звездолета, конечно, невозможно. Поэтому для осуществления межзвездных перелетов необходимо искать принципиально иные способы разгона космических кораблей. Одним из таких способов является создание фотонного двигателя. Роль газовой струи в таком двигателе должен играть мощный поток света. В этом случае скорость истечения v = c, благодаря чему фотонная ракета (рис. 24) могла бы разогнаться до околосветовой скорости. Путешествия к другим звездам стали бы при этом реальностью. Однако создание таких ракет — дело далекого будущего.
1. Какое топливо использовалось в первых ракетах? 2. Кем впервые была разработана схема жидкостного ракетного двигателя? 3. В каком году и под чьим руководством был запущен первый искусственный спутник Земли? 4. Пригодны ли ракеты на химическом топливе для межзвездных перелетов? Почему?
Порассуждаем! «Я говорю человеку: поверь в себя! Ты все можешь! Ты можешь познать все тайны вечности, стать хозяином всех богатств природы. У тебя крылья за спиной. Взмахни ими! Ну, взмахни, и ты будешь счастлив, могуществен и свободен» (К. Э. Циолковский). Как вы думаете, зависят ли счастье и свобода человека от его веры в себя, от уверенности в своих силах? Чувствовали ли вы когда-нибудь у себя за спиной крылья?