Рис. 53. Жидкости в условиях невесомости
Слева – вода в бутылке (случай смачивания).
Справа – ртуть, жидкость, не смачивающая стекла, собралась внутри бутылки в большую каплю
Рис. 54. Бутыли для ракетного корабля
Чтобы из бутылки возможно было в среде без тяжести извлекать содержимое, стенки ее должны быть кожаные (слева) или резиновые (в середине), или бутыль должна снабжаться поршнем (справа)
По той же причине – отсутствию перемещения нагретых частей – весьма трудно будет отопить каюту каким-либо нагревательным прибором.
Развязывая мешок с мукой или крупой, мы рискуем малейшим толчком рассеять в воздухе все его содержимое.
В будущем межпланетном снаряде освещение необходимо устроить электрическое, и даже для кухни придется пользоваться исключительно электрическими беспламенными нагревателями.
Все эти житейские неудобства – курьезные, необычайные, неожиданные, но, по существу, безвредные и невинные – заставят будущих моряков Вселенной отрешиться от многих укоренившихся привычек. Едва ли, однако, из-за одного этого будут отказываться от путешествия в таинственные глубины мироздания. Люди терпели более серьезные лишения, чтобы изучить нашу маленькую Землю, – вспомним страдания полярных путешественников! – и, конечно, не остановятся перед ними, когда дело будет идти об исследовании Вселенной.Глава 20. Опасности звездоплавания
Слушатели моих публичных лекций по звездоплаванию и читатели моих книг и статей нередко обращаются ко мне с вопросами, касающимися опасностей межпланетных перелетов. Вопросы эти в большинстве случаев повторяют друг друга; нетрудно выделить среди них ряд наиболее типичных мыслей о возможных опасностях, подстерегающих ладью моряка Вселенной и несущих ему гибель. Здесь и встреча с метеорами, прорезающими в изобилии пустыни мироздания; и чудовищный холод мирового пространства; и невыносимая для живого организма скорость передвижения; и вредное отсутствие тяжести; и столь же вредное усиление тяжести при отлете; и неизбежное расплавление звездолета при проникновении через атмосферу с огромною скоростью; и смертоносные космические лучи; и давление солнечных лучей, способное нарушить расчисленный путь ракетного корабля; и еще много других опасностей, из которых каждая в отдельности достаточна, чтобы сделать предприятие невыполнимым.
Остановимся же на рассмотрении этих опасностей и выясним, в какой степени они реальны. Тем самым будут, я надеюсь, рассеяны и устранены наиболее распространенные недоумения и заблуждения, которые связаны с новым родом транспорта, рождающимся на глазах нынешнего поколения.
Встреча с метеорами
Возможная встреча звездолета с одним из тех твердых обломков, которые стремительно прорезают мировое пространство, представляет в глазах многих самую серьезную опасность для будущих ракетных кораблей. Количество метеоров, каждые сутки обрушивающихся на земной шар со скоростью десятков километров в секунду, исчисляется миллионами. От этой небесной бомбардировки нас спасает воздушная броня, окружающая Землю.
Но что оградит от нее звездолет, вынесшийся за пределы атмосферы? Не будет ли ракетный корабль сразу же осыпан градом метеоров, которые пронижут его тонкую оболочку, повредят механизм, выпустят запасы горючего и воздуха?
Ближайшее рассмотрение вопроса показывает, что подобные опасения лишены основания. Забывают, что если для огромного земного шара метеоры являются густым градом, то для звездолета, поверхность которого в десятки миллиардов меньше поверхности нашей планеты, те же метеоры рассеяны крайне просторно. Известный немецкий астроном К. Граф высказался по этому поводу так:
«С метеорной опасностью можно почти не считаться. Даже в густых метеорных потоках одна крупинка массою меньше грамма попадается в сотне кубических километров – в объеме, едва охватываемом нашим воображением. А опасность прямого столкновения с более крупными метеорами равна нулю».
Подтверждение этих слов находим и у других астрономов. В. Мейер в книге «Кометы и метеоры» писал:
«Для потока Леонид 1866 года найдено, что в самой плотной его части твердые крупинки разделены промежутками в 110 км».
Согласно проф. Ньютону, знатоку метеорной астрономии, расстояние между соседними метеорами в рое еще больше: около 500 км. Меньшую, но достаточно внушительную оценку взаимной удаленности метеоров дает советский астроном С.Г. Натансон для звездного роя Драконид, встреча с которым породила «звездный дождь» 9 октября 1933 г.: в наиболее густой части этого богатого роя «отдельные частицы [37] отстояли друг от друга на 60 километров, – что дает один метеор на 250 000 куб. километров». После этого для читателя не будет неожиданным расчет проф. Оберта, утверждающего, что «ракета должна странствовать в мировом пространстве 530 лет, прежде чем встретит один метеор… С этой точки зрения путешествие в звездолете во всяком случае не столь опасно, как, например, езда на автомобиле» [38] . К сходному выводу пришел, на основании своих вычислений, и проф. Р. Годдард. По его расчетам, вероятность встречи ракеты с метеором во время перелета Земля – Луна определяется дробью порядка 1: 100 000 000.
Холод мирового пространства
Другая опасность, по мнению многих, подстерегающая будущего моряка Вселенной, – страшный холод мирового пространства, достигающий 270 °C. Такой сильный холод неизбежно должен проникнуть сквозь металлические стенки космического корабля и заморозить его пассажиров.
Опасения эти, однако, основаны на простом недоразумении. Когда о «температуре мирового пространства» говорит физик, он хорошо знает, что надо под этим разуметь. Но в широкой публике с теми же словами связаны крайне смутные и сбивчивые представления. Температурой мирового пространства называют ту температуру, какую принимает абсолютно черное тело [39] , защищенное от солнечных лучей и удаленное от планет. Но звездолет ни в коем случае не есть тело, защищенное от солнечных лучей. Напротив, он непрерывно купается в лучах Солнца, непрерывно прогревается ими. Расчет показывает, что шар из теплопроводного вещества (металла), помещенный в подобных условиях на расстоянии 150 миллионов километров от Солнца, должен иметь температуру на 12° выше нуля Цельсия, а тело формы ракеты – даже на 29° выше нуля. Если же одна сторона ракеты зачернена, а другая блестящая, то температура звездолета может колебаться – в зависимости от поворота его к Солнцу – между 77° выше нуля Цельсия и 38° ниже его. Мы видим, что пассажиры ракетного корабля будут иметь возможность, поворачивая его различным образом относительно Солнца, поддерживать внутри каюты, смотря по желанию, любую температуру – от сибирского мороза до зноя Сахары.
Практика подъемов на стратостатах вполне подтверждает эти теоретические соображения. Так, при первом подъеме на высоту 16 км, когда термометр снаружи гондолы показывал мороз более чем в полсотни градусов, проф. Пикар испытывал внутри нагреваемой солнечными лучами гондолы жар в 40 °C. «Пришлось раздеться донага. Очень жарко», – записал он в дневнике. Гондола, которая была окрашена наполовину в черный, наполовину в белый цвет, оказалась повернутой к Солнцу черной половиной – отсюда и сильное нагревание (поворотный механизм не действовал). Во втором полете Пикара, когда гондола была окрашена вся в белый цвет, температура внутри нее, при достижении высоты 16 км, была минус 17 °C. «Мы сильно зябнем», – записывает Пикар в дневнике. Советские стратонавты избегали крайностей тепла и холода в гондоле благодаря удачно выбранной окраске ее наружной поверхности.
Чрезмерная скорость
Многих пугает огромная скорость, с какой звездолет будет мчаться в мировом пространстве. Человеческий организм, однако, способен выдержать любую скорость по той простой причине, что он вообще не ощущает никакой скорости. Разве чувствуем мы, что наше тело ежесекундно перемещается вместе с земным шаром на 30 км, а вместе с Солнцем – еще на 20 км? Для организма опасна не скорость сама по себе, как бы велика она ни была, а изменение скорости, переход от одной скорости к другой, т. е. то, что в механике называется «ускорением». Ускорение же ощущается нами как усиление или ослабление силы тяжести – эффект, который, как и полная невесомость, будет сейчас рассмотрен особо.
Отсутствие тяжести
Часто высказываются опасения, что последствия для живого организма от помещения его в среду без тяжести должны быть роковыми. Опасения эти, однако, ни на чем, в сущности, не основаны. Вспомним, что обитатели вод, т. е. 3/4 всего земного шара, почти невесомы, – во всяком случае, живут в условиях, весьма сходных с состоянием невесомости. Кит, млекопитающее, дышащее легкими, может жить только в воде, где чудовищный вес его сводится к нулю. Вне воды он раздавливается собственным весом. Если систематически рассматривать, какие именно функции нашего организма могли бы серьезно расстроиться вследствие утраты веса, то окажется, что таких функций нет [40] .
Отсутствие тяжести
Часто высказываются опасения, что последствия для живого организма от помещения его в среду без тяжести должны быть роковыми. Опасения эти, однако, ни на чем, в сущности, не основаны. Вспомним, что обитатели вод, т. е. 3/4 всего земного шара, почти невесомы, – во всяком случае, живут в условиях, весьма сходных с состоянием невесомости. Кит, млекопитающее, дышащее легкими, может жить только в воде, где чудовищный вес его сводится к нулю. Вне воды он раздавливается собственным весом. Если систематически рассматривать, какие именно функции нашего организма могли бы серьезно расстроиться вследствие утраты веса, то окажется, что таких функций нет [40] .
«Отсутствие тяжести, – пишет Г. Оберт , – не может причинить нам никакого физического вреда. Уже тот факт, что все жизненные процессы протекают в нашем теле как при его отвесном, так и при горизонтальном положении, доказывает, что мы (в отличие от растений) не приспособлены лишь к определенному направлению тяжести».
Невесомость, по исследованиям Оберта, может оказывать на человека вредное психическое действие. В первые моменты, особенно при внезапном переходе к условиям невесомости, ощущается безотчетный страх. Но мозг и внешние чувства функционируют необыкновенно интенсивно, мысли четки и безукоризненно логичны. Течение времени кажется замедленным; устанавливается своеобразная нечувствительность к боли и чувство безразличия. Позднее эти явления исчезают и уступают место ощущению свежести и повышенного напряжения жизненных явлений, сходному с действием возбуждающих нервы средств. Наконец, по истечении некоторого времени, психическое состояние возвращается к нормальному, хотя пребывание в среде без тяжести продолжается.
Рис. 55. Обитатели вод практически невесомы. Исполинский кит, находясь в воде, полностью утрачивает свой вес
Того же мнения о физиологической безвредности отсутствия тяжести придерживался и К.Э. Циолковский:
«Во время падения или простого прыжка на нашей планете, пока мы еще не коснулись ногами ее почвы, мы также находимся, по отношению к нашему телу, одежде и предметам, при нас находящимся, в среде, свободной от тяжести, но явление это продолжается много-много полсекунды; в течение этого промежутка времени части нашего тела не давят друга на друга, пальто не отягчает плеч, часы не оттягивают кармана. При купании на Земле вес нашего тела также почти парализуется выталкивающим действием воды. Такое отсутствие веса может продолжаться неопределенно долгое время. Отсюда видно, что едва ли нужны какие-либо особые опыты для доказательства безвредности среды, лишенной тяжести».
Во время свободного падения тело не имеет веса, так что человек, падающий с высоты, находится в условиях невесомости. Но падение само по себе не причиняет никаких расстройств. Летчики, сбрасывающиеся с парашютом, около 12 секунд падают с возрастающей скоростью. Они не становятся совершенно невесомыми, так как из-за сопротивления воздуха ускорение их падения меньше ускорения свободно падающего тела. Но все же вес их уменьшается довольно значительно, и это не отражается на самочувствии опытного парашютиста. Артисты, выполняющие номер «человек-снаряд» (их выстреливают из пружинного [41] орудия), пребывают во время своего перелета в состоянии невесомости до 4 секунд, не испытывая при этом никаких болезненных ощущений [42] .
Отметим еще ошибочность мнения (высказанного некоторыми критиками моей книги), будто невесомый воздух внутри межпланетного дирижабля не должен оказывать никакого давления. Если бы это было верно, то, конечно, целый ряд явлений внутри небесного корабля происходил бы не так, как описано в главе 19. Но в действительности давление воздуха при данных условиях нисколько не связано с его весомостью. Весомость, конечно, была причиною того, что воздух близ земной поверхности сжат и давит во все стороны. Но этот сжатый воздух должен полностью сохранить свое давление и в том случае, если в закрытом помещении он становится невесомым. Ведь сжатая пружина не утратила бы упругости в среде без тяжести; карманные часы не изменили бы хода от перенесения с Земли на Луну или на самый маленький астероид. Сжатый газ – та же пружина и не должен утрачивать своей упругости при ослаблении тяжести или полной потере веса (если, конечно, газ заключен в герметически замкнутом пространстве). Воздух утратил бы свою упругость только при одном условии: если бы температура его понизилась до абсолютного нуля (т. е. до —273 °C); при температуре выше этой всякий газ должен обладать упругостью независимо от того, подвержен ли он тяжести, или нет.
Поэтому барометр-анероид показал бы в летящем небесном дирижабле то же самое давление, какое он показывал там до отлета. (Барометр же ртутный вовсе непригоден в таких условиях, потому что он измеряет давление воздуха весом ртутного столба, вес же в среде без тяжести равен нулю.)
Многие думают также, что в среде без тяжести невозможно глотание . Это совершенно ошибочно. Акт глотания вовсе не обусловлен тяжестью: пища проталкивается по пищеводу действием его мускулов. Лебедь, страус, жирафа пьют при опущенной шее; акробаты могут пить, вися вниз головой. Проглоченная жидкость продавливается мускулами пищевода в желудок чрезвычайно быстро – в течение доли секунды. Твердая пища перемещается медленнее – у человека секунд 8—10 (в зависимости от величины проглоченного куска), – но, во всяком случае, без участия силы тяжести.
Рис. 56. Акробат пьет, вися вниз головой. Проглоченная жидкость проталкивается в желудок действием мускулов пищевода
Усиленная тяжесть
Что касается, напротив, усиленной тяжести, то она, вообще говоря, представляет для человека серьезную опасность, если превосходит известный предел. Животные могут переносить усиление тяжести в довольно широких пределах, как видно из опытов Циолковского.
«Я делал опыты с разного рода животными, – говорит Циолковский, – подвергая их действию усиленной тяжести на особых центробежных машинах… Вес рыжего таракана я увеличивал в 300 раз, а вес цыпленка раз в 10; я не заметил, чтобы опыт принес им какой-нибудь вред».
То же подтвердили и опыты, произведенные в Ленинграде в 1930 г. в Институте гражданского воздушного флота [43] .
Удвоенную тяжесть человек переносит легко. При крутом снижении («пикировании») летчики при выходе из пике подвержены, как показывает расчет, трехкратной и даже четырехкратной искусственной тяжести; отмечен случай, когда летчик подвергся при таком спуске действию семикратной тяжести (т. е. двигался с ускорением в 70 м/с за секунду) и перенес ее – конечно, в течение всего нескольких секунд – без вреда для здоровья. Известно, что люди совершенно безвредно переносят прыжки с большой высоты в воду, – хотя, по расчетам Оберта, такой прыжок с 8 м подвергает организм четырехкратному усилению тяжести. Названный ученый полагает, что человек может переносить без вреда в направлении от головы к ногам ускорение 60 м/с за секунду (6-кратную тяжесть), а в поперечном – 80–90 м/с за секунду (8—9-кратную тяжесть) [44] .
Такое же мнение высказывал и Макс Валье. В статье «Медицина и звездоплавание» («Ракета», 1928 г.) он писал:«Можно принять, что человек способен без вреда для себя в течение нескольких минут переносить 3—4-кратное усиление тяжести, особенно когда его тело расположено поперек действующей силы, т. е. поперек к направлению движения аппарата. Отправляться надо, следовательно, лежа, располагаясь на мягком ложе (хороший тюфяк в свободно висящей койке), чтобы возможно больше квадратных сантиметров тела имели опору. Испытание человека по отношению к усилению тяжести можно выполнить с помощью специально для этого устроенной карусели, вращаемой настолько быстро, что действие центробежной силы в несколько раз превышает нормальное напряжение тяжести. Отправляться в полет с большим ускорением без предварительного испытания было бы рискованно: всякому понятно, что усиленная тяжесть затрудняет деятельность сердца, легких и других органов, выполняющих жизненные функции».
Весьма показательны опыты, производившиеся еще в 1928 г. в Бреславле над человеком, подверженным действию центробежной силы; напомним, что давление, обусловленное этой силой, ничем не отличается от давления, порождаемого тяжестью. Человек, предоставивший себя для опытов, производил самонаблюдения по определенной программе. Опыты велись на карусели. Расстояние центра тяжести испытуемого от оси вращения было 3,2 м. При 24 оборотах в минуту равнодействующая центробежного ускорения и ускорения тяжести равнялась 23 м/с за секунду, т. е. больше нормального ускорения тяжести в 2,3 раза. При этом сердце, дыхательный аппарат и мозг работали нормально. Самочувствие и мышление – такие же, как и в нормальных условиях. Заметно ощущалось лишь давление тела на наружную стенку. Руки и ноги казались тяжелевшими, но все же ими легко было управлять. Мускулы щек при боковом положении головы ощутительно оттягивались. С трудом удавалось держать голову прямо, не подпирая ее. При более быстром вращении карусели достигалось ускорение в 4,3 раза больше нормального. Но и при этих условиях не замечалось расстройств в деятельности сердца и дыхательного аппарата; сознание и все ощущения были нормальны. Руки и ноги заметно тяжелели, но ими все же можно было двигать. Чувствовалось, что одежда гораздо тяжелее. Всего ощутительнее было давление тела на наружную стенку. Производить наблюдения при еще более быстром вращении на этой карусели нельзя было из-за неприспособленности карусели.