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.
Сопротивление атмосферы
Приходится слышать опасения, что ракетный корабль, летящий с космической скоростью, должен, прорезывая земную атмосферу при взлете и при возвращении на Землю, подвергнуться той же участи, как и метеоры: переход энергии его движения в теплоту неизбежно раскалит, расплавит, даже превратит в пар весь звездолет. Соображение это кажется, на первый взгляд, очень серьезным; в действительности же, как мы уже имели случай отметить, оно очень мало основательно.
Дело в том, что межпланетная ракета прорезает толщу атмосферы вовсе не с космической скоростью. Мы видели, что при путешествии на Луну звездолет приобретает свою максимальную космическую скорость уже за пределами атмосферы, на высоте 1666 км, плотную же часть воздушной оболочки ракетный корабль пронизывает с сравнительно умеренной скоростью. Так, при отлете на Луну ракета имеет на высоте 1 км скорость по отношению к Земле 250 м/с, на высоте 2 км – 350 м/с, 5 км – 550 м/с, 10 км – 770 м/с, 15 км – 950 м/с, 20 км – 1100 м/с, 30 км – 1350 м/с. Как видим, скорость ракеты мала там, где воздух плотен, и велика там, где он крайне разрежен.
При обратном спуске на Землю ракета описывает строго рассчитанную спираль, прорезая сначала, пока скорость велика, самые разреженные слои атмосферы и лишь постепенно, по мере уменьшения скорости, проникая в более плотные слои. Опасность расплавления оболочки и здесь вполне может быть избегнута.
Опасность взрыва изнутри
В каюте ракеты будет находиться воздух под давлением в целую атмосферу, между тем как вокруг нее пространство свободно от воздуха и, следовательно, не оказывает на стенки ракеты никакого давления. Не угрожает ли каюте опасность быть разорванной внутренним давлением?
Рассуждающие так забывают, что, кроме избытка давления, существует еще и сопротивление стенок каюты и что ракета сделана не из бумаги. Напомню, что приблизительно в таких же условиях находились гондолы стратостатов в высшей точке подъема – и нисколько не пострадали от внутреннего давления, несмотря на то, что стенки их были довольно тонки. Давление в одну атмосферу слишком незначительно, чтобы разорвать металлический шар, даже и тонкостенный.
Космические и ультрафиолетовые лучи
В число возможных опасностей звездоплавания нередко включают и вредное, чуть не смертоносное действие так называемых космических лучей (иначе именуемых также лучами Гесса или Милликена). Вредное действие этого излучения, однако, сильно преувеличено. Авторитетный исследователь космических лучей проф. Кольхерстер считает подобные опасения, связанные с этими лучами, лишенными всякого основания.
Мнение это вполне подтвердилось недавними исследованиями проф. Вериго, произведенными во время его знаменитого подъема в 1935 г. на высоту 16 200 м. Целью полета было изучение хода изменения интенсивности космических лучей с высотой (земная атмосфера заметно поглощает эти лучи). Вериго установил, что на высоте 16 км интенсивность космического излучения в 240 раз больше, чем у Земли, и все же она не достигает степени, сколько-нибудь опасной для живого организма. На высоте 16 км Вериго имел под собой 90 % массы земной атмосферы; поэтому при дальнейшем поднятии вверх интенсивность космического излучения может возрасти лишь незначительно.
С этими результатами хорошо согласуются данные, добытые в 1932 г. проф. Регенером с помощью шара-зонда, пущенного на высоту 28 км с приборами, регистрирующими интенсивность космических лучей.
Словом, сенсационное наименование «лучей смерти» присвоено газетами этому излучению без малейшего основания: действие его слишком поспешно отождествили с действием лучей «электронной пушки» Кулиджа.
Что же касается вредного действия лучей ультрафиолетовых на той высоте, где действие их не ослабляется толщей атмосферы, то от них достаточно защитят пассажиров толстые стекла иллюминаторов звездолета.
Лучевое давление
Здесь также видят помеху для звездоплавания. Звездолет как небесное тело, конечно, карлик; а если так, то не может ли быть его движение нарушено отталкивающим действием солнечных лучей? Не опрокинет ли этот фактор все расчеты астрономов, не спутает ли он так тщательно расчисленные маршруты звездоплавания? [45]
Бояться этого не приходится. Ракета в 5 т массы, подставляющая солнечным лучам поверхность в 50 м2, должна под действием светового давления приобрести ускорение в 0,000004 см/с за секунду. В течение суток скорость звездолета изменится менее чем на 2 мм/с. Это не может ни иметь рокового значения, ни даже служить сколько-нибудь значительной помехой, так как для восполнения разного рода непредвиденных мелких потерь скорости звездолет берет с собой некоторый избыток горючего.
Опасность заблудиться
Можно ли быть уверенным в том, что ракета, посланная на Луну, действительно достигнет ее, а не направится мимо и не заблудится в мировом пространстве – или, что столь же опасно, попадет на какую-нибудь планету, куда попасть вовсе нежелательно? Луна представляет такую крошечную мишень на небе (она видна под углом всего в полградуса), что промахнуться, направляя на нее ракету, очень легко.
Опасения эти столь же малоосновательны, как и все предыдущие. Прежде всего при отправлении ракеты на Луну приходится иметь дело с небесной мишенью вовсе не столь маленькой, как обычно думают. Луна – мишень особенная: она сама притягивает к себе летящие к ней снаряды. Чтобы ракета очутилась на Луне, достаточно закинуть ее за ту границу, где лунное притяжение сильнее земного. Граница эта представляет собою шаровую поверхность, окружающую Луну на расстоянии примерно 40 000 км от ее центра. Значит, мишенью является не шар Луны, диаметром 3500 км, а упомянутая сфера, диаметром 80 000 км. Мишень эта усматривается с Земли под углом в 111/2° – в 23 раза большим, чем лунный диск. Если «стрельба в Луну» равносильна стрельбе в круг диаметром 1 м с расстояния 115 м, то обстрел пограничной сферы соответствует стрельбе в тот же метровый круг с расстояния всего 5 м. Промах здесь маловероятен.
Что касается блуждания в мировом пространстве, то следует иметь в виду, что, покинув атмосферу, ракета оказывается в среде, свободной от трения, и уподобляется небесному телу. Известна точность, с какой астрономы предсказывают затмения и другие события на небе. Движение ракеты может быть предвычислено с такою же астрономической точностью, исключающей всякие уклонения. Не предусмотренные же последствия случайной ошибки (которая может быть лишь очень незначительна под пером опытного вычислителя) могут быть своевременно исправлены пилотом звездолета, располагающим достаточным избытком горючего.
Учитывать притяжение лунной ракеты планетами нет никакой надобности: оно исчезающе мало вследствие крайней отдаленности планет от Земли. Ничтожная масса ракеты не ухудшает положения: величина перемещения зависит лишь от массы притягивающего тела и нисколько не зависит от массы тела притягиваемого .
Притяжение солнца
Не будет ли ракетный корабль, направленный на Луну, притянут Солнцем? Люди, высказывающие это опасение, были бы еще более уверены в его основательности, если бы знали, что ракетный корабль, направляющийся с Земли на Луну, притягивается Солнцем в полтораста с лишком раз сильнее, чем Луною. Действительно, Солнце дальше от Земли, нежели Луна, круглым счетом в 400 раз, и значит, при равной массе должно было бы притягивать в 160 000 раз слабее; но зато масса Солнца превышает лунную в 27 000 000 раз; следовательно, сила притяжения ракеты Солнцем должна быть больше, нежели сила лунного притяжения, в 27 000 000/160 000, т. е. в 165 раз. При таких условиях, естественно, возникает опасение, что ракета скорее очутится на Солнце, нежели на Луне.
Вспомним, однако, что Солнце почти с одинаковою силою притягивает и ракету, и Землю, и Луну, сообщая каждому телу равные ускорения: оно перемещает всю систему из трех тел , почти не влияя на их взаимное расположение. Поэтому ракета, направленная па Луну, должна лететь на нее так, будто притяжения Солнца не существует.
Высадка на луне
О том, как можно безопасно снизиться на Луну, не разбившись о ее твердую поверхность, мы уже беседовали раньше (стр. 140). Но как смогут звездоплаватели покинуть свой ракетный корабль, если на Луне нет воздуха? Путешественников ждет здесь, казалось бы, неминуемая гибель…
Наши эпроновцы [46] , однако, отлично работают как раз в такой среде, где человеку невозможно дышать. Они опускаются под воду в особых костюмах – скафандрах, куда им подается нужный для дыхания воздух. Лунные путешественники ступят на почву нашего негостеприимного спутника также в особых костюмах, имея запас кислорода в баллоне у себя за спиной или на груди. Опасаться того, что подобный костюм будет разорван изнутри давлением распирающего его воздуха при полном отсутствии напора снаружи, – нет оснований: костюму нетрудно придать прочность, достаточную, чтобы противостоять давлению в одну атмосферу. Отпадает и другое опасение, высказанное недавно одним ленинградским физиком, – что невозможно сконструировать скафандр, который, будучи раздуваем изнутри, позволял бы путешественнику свободно перемещать руки и ноги. Сомнение это опровергнуто самой жизнью: скафандр для полетов в разреженных слоях атмосферы, изготовленный и испытанный американским летчиком Постом во время его стратосферного подъема в открытой кабине аэроплана (декабрь 1934 г.), ничем существенным не отличается от костюма для будущей экскурсии на Луну [47] .
Само собою разумеется, что выход из ракетного корабля на лунную поверхность должен быть непродолжителен – примерно таков же, как пребывание водолаза на дне моря.
В связи с этим можно поставить вопрос о том, в каком месте лунной поверхности следует производить высадки. Дело в том, что температура лунной почвы не всюду благоприятна для пребывания на ней человека. В том месте Луны, где в данный момент полдень или послеполуденные часы, температура почвы достигает 100 °C и больше; на ночной же половине нашего спутника господствует страшный мороз в 200 °C и ниже. Будущему лунному путешественнику придется, очевидно, избирать для высадки ту зону лунного шара, где в момент снижения утро и почва успела уже нагреться солнечными лучами, однако еще не накалилась. К этому надо прибавить, что так как лунные сутки длятся целый земной месяц, то утро на Луне продолжается несколько земных суток. Зона, пригодная для высадки, довольно широка, особенно близ лунного экватора, и значит, время пребывания на Луне может быть достаточно продолжительно.
Звездоплавание и теория относительности
В числе опасений, высказываемых насчет межпланетных путешествий, есть и такие, которые черпают свои доводы из теории относительности. Один из рецензентов этой книги высказал мне на страницах авиационного журнала упрек в том, что я «ничего не сказал об относительности понятия одновременности для астронавта, летящего в мировом пространстве с космической скоростью и имеющего собственное поле тяготения».
«Сколько требуется «фактического» времени для полета на какую-нибудь планету? – пишет рецензент. – С нашей, земной, точки зрения это подсчитать нетрудно, но астронавт, вылетевший в космос с этими расчетами и земными часами, окажется жертвой теории относительности и будет проклинать «астрономическую» точность расписания полета, которая не сойдется с его собственным, так сказать, «внутриракетным» временем».
«Далее возникает второй тяжелый вопрос: куда лететь? Путешественник «без масштаба и часов» не знает ни собственной скорости, ни своего положения в пространстве. Единственным якорем спасения является метод непосредственной визуальной проверки, но здесь, кажется, имеет силу поговорка «не верь своим глазам», так как условия работы на ракете (не говоря уже об искажениях согласно теории Эйнштейна), конечно, не те, которые имеет астроном (подверженный обыденному ускорению 9,8 м/с2) в своей обсерватории».
«…Мы считаем, что на всем этом нужно было обязательно остановиться».
Приходится остановиться, раз подобные соображения высказываются даже на страницах специального журнала. Если бы рецензент произвел необходимые выкладки, он, впрочем, сам убедился бы, что при тех скоростях звездолета, о которых говорится в моей книге (несколько десятков километров в секунду), следствия теории Эйнштейна могут сказаться только за 7-м десятичным знаком . Другими словами, они едва уловимы для точнейших приборов, и опасаться каких-либо неувязок на этой почве нет оснований.
В самом деле, зависимость между продолжительностью какого-либо явления на Земле и продолжительностью того же процесса для наблюдателя в звездолете, который движется относительно Земли со скоростью, например, 50 км/ с, такова:
Выполняя вычисление, получаем
Продолжительность явления должна действительно возрасти, но, как видим, всего на одну 72-миллионную. Это значит, что космическое путешествие, длящееся для земного наблюдателя целый год, будет для ракетного пилота длиться на треть секунды больше. Такая прибавка не может иметь для астронавигации ровно никакого значения.
Примерно того же ничтожного порядка и влияние различия полей тяготения Земли и звездолета.
Другое дело, если бы звездолет несся со скоростью десятков тысяч километров в секунду – эффекты теории относительности сказались бы тогда ощутительно. Но я в моей книге в подобные фантазии не вдаюсь.
О них уместно будет завести речь лишь в том случае, если шансы на овладение внутриатомной энергией сделаются технически реальными.Заключение
Мы видели, что проблема звездоплавания – если не в полном объеме, то в существенной своей части – может считаться разрешенной уже в наши дни. Разрешенной не в техническом, конечно, смысле, а в механическом и физическом: найдены в инвентаре современной науки те физико-механические принципы, на которых может быть построен звездолет будущего. Таким принципом является закон противодействия, и прообразом звездолета является ракета. Сам Ньютон, провозгласивший закон противодействия, пророчески сказал, что если удастся когда-нибудь людям летать в пустом пространстве, то сделано это будет только с помощью аппаратов, основанных на этом начале. Теперь уже нет сомнения, что человечеству суждено вступить когда-нибудь в прямое сообщение с другими планетами, начать новый, «вселенский» период своей истории, и осуществится этот шаг при помощи исполинских ракет – единственного средства, разрешающего проблему межпланетных путешествий.
Гений Ньютона открыл человечеству закон действия могучей силы, приковывающей нас к Земле. Но тот же гений провозгласил и другой закон природы, опираясь на который, человек свергнет иго тяжести и вырвется из земного плена на простор Вселенной, в необъятный мир миров.
Приложения
1. Сила тяготения
Приведенные в главе 2 примеры действия силы тяготения могут быть проверены несложными расчетами, основанными на законе Ньютона и элементах механики. Читатели, имеющие начальные сведения из алгебры, без затруднения проследят за ними. Напомним, что за единицу измерения силы в механике принята сила, которая, будучи приложена к свободному телу массою в 1 грамм, ежесекундно увеличивает его скорость на 1 сантиметр в секунду. Эта единица силы называется диной. Так как сила земного притяжения ежесекундно увеличивает скорость свободно падающего грамма почти на 1000 см/сек (9,8 м/с), то сила, с какой притягивается к Земле 1 г, больше дины почти в 1000 раз, т. е. равна (почти) 1000 дин. Другими словами: вес гирьки в 1 г (сила ее притяжения к Земле) равен почти 1000 дин. Это дает представление о величине дины в единицах веса: дина равна примерно 1000-й доле грамма.
Далее: установлено, что два шарика, по 1 грамму каждый, расстояние между центрами которых равно 1 сантиметру, притягиваются между собою с силою в одну 15-миллионную долю дины. Эту величину называют «постоянной тяготения».
После сказанного нетрудно, на основании закона Ньютона, вычислить силу взаимного притяжения двух человеческих тел, разделенных промежутком в 1 м (или 100 м). Принимая вес человеческого тела в 65 кг (65 000 г) и имея в виду, что взаимное притяжение прямо пропорционально произведению масс и обратно пропорционально квадрату расстояния (закон Ньютона), – имеем для силы взаимного притяжения
Итак, два человеческих тела на расстоянии 1 м притягиваются взаимно с силою 0,028 дины (около 40-й доли миллиграмма).
Таким же образом может быть вычислена сила взаимного притяжения и двух линейных кораблей, разделенных расстоянием в 1 км. Масса каждого корабля равна 25 000 т = 25 000 000 000 г; расстояние равно 100 000 см. Поэтому взаимное притяжение равно: