СОВРЕМЕННОЕ И БУДУЩЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ РАКЕТЫ В ПРЕДЕЛАХ ЗЕМЛИ
Пороховые ракеты чаще всего применяются для переброски разрывного или светящего снаряда. Воспламенение ракетного заряда производится с помощью запала. Для ракетного заряда обычно применяют порох, запрессованный в картонную или металлическую гильзу.

Ускорение ракеты зависит от состава пороха и от величины горящей поверхности заряда. Величина ускорения обычно бывает порядка нескольких сотен метров в секунду за секунду.

Если заряд выполнен в виде сплошного цилиндра, то горение происходит лишь на торце, обращённом к соплу, и расход газов в единицу времени остаётся постоянным и сравнительно небольшим. Иногда в заряде делают цилиндрический или конический канал, и тогда поверхность горения всё время увеличивается, вследствие чего расход газов в единицу времени постепенно возрастает, и увеличение скорости ракеты происходит быстрее.

Для обеспечения устойчивости ракеты в полёте обычно применяют стабилизатор в виде нескольких плавников, прикреплённых к хвостовой части корпуса.

В настоящее время изготовляются пороховые ракеты весом в сотни килограммов, дающие тягу в несколько тонн.

Пороховые ракеты применяются в самых разнообразных областях.

Фейерверочные и сигнальные ракеты настолько широко известны, что на них мы не будем останавливаться.

Осветительные ракеты применяются для освещения местности; они несут в качестве полезного груза заряд специального состава, дающий при воспламенении мощный источник света. Такой заряд (факел) обычно привязывается к парашюту; это замедляет скорость падения и, следовательно, увеличивает длительность освещения, которая доходит до нескольких минут. В настоящее время существуют ракеты с силой света в два миллиона (и больше) свечей, освещающие местность площадью в несколько квадратных километров.

Сигнальные и осветительные ракеты находят особенно широкое применение на войне.

Во время второй мировой войны получили очень широкое применение ракетные мины с пороховым движущим зарядом. Такие мины обычно выбрасываются из многоствольных миномётов, установленных на колёсных лафетах, грузовиках, танках, бронированных транспортёрах или неподвижных станках, а также на суднах. Силой огня и большой маневренностью особенно отличились в Великой Отечественной войне советские гвардейские миномёты, так называемые «Катюши».

Появились также противотанковые ружья, выпускающие небольшой снаряд-ракету. Такие ружья при большой эффективности отличаются исключительной лёгкостью: для переноски ружья и его обслуживания достаточно одного-двух человек.

Как известно, при выстреле из орудия происходит отдача: орудие или только его ствол откатывается назад. Если орудие установлено на самолёте, то получаемый при выстреле толчок нарушает равновесие самолёта. Кроме того, артиллерийские орудия довольно тяжелы. Это привело к появлению авиационной ракетной артиллерии, не обладающей указанными выше недостатками. В самом деле, орудия для стрельбы ракетными снарядами значительно легче обычных орудий, так как они должны только направить ракету в нужном направлении.

Ещё до начала второй мировой войны в военной литературе указывалось на целесообразность применения на самолётах реактивных бомб, у которых пороховой ракетный заряд сообщает им дополнительную скорость. Это позволяет значительно повысить пробивное действие бомбы и её меткость. Истребители, снабжённые установками для метания ракет, широко применялись в последней войне.

В авиации пороховые ракеты применяются иногда для облегчения взлёта тяжёлых самолётов и для сокращения длины их пробега при посадке. Кроме того, при взлёте самолётов с палубы судов прибегают к катапультам, у которых тележка, несущая самолёт, иногда приводится в движение пороховыми ракетами. На некоторых истребителях реактивный пороховой двигатель служит для увеличения скорости в нужный момент. Были предложения использовать пороховые ракеты в качестве вспомогательного двигателя на самолёте в случае потери им скорости, а также для уменьшения скорости падения в случае аварии.

Спасательные ракеты, как уже было сказано выше, применяются для переброски троса с корабля на берег или обратно. Такие ракеты несут с собой конец тонкого троса, который, попав на корабль, позволяет подтянуть к кораблю более толстый канат, достаточно прочный для осуществления связи терпящего бедствие корабля с берегом. Дальность полёта подобных ракет составляет около одного километра.

Противоградные пороховые ракеты применяются для предохранения против выпадения града. Хотя полезное действие этих ракет сомнительно, тем не менее в некоторых странах они применяются очень широко.

*   *
*

В настоящее время очень широкое распространение получили жидкостные ракеты. В ряде случаев жидкостные ракеты вытесняют пороховые. Жидкостные ракеты, несмотря на значительную сложность своего устройства, обладают перед пороховыми ракетами рядом значительных преимуществ, которые позволяют им взлетать на неизмеримо большую высоту, чем пороховым.

Во время второй мировой войны гитлеровцы варварски обстреливали мирное население Лондона дальнобойными реактивными снарядами «Фау-2». Эти снаряды, каждый из которых был снабжён жидкостно-реактивным двигателем, имели радиус действия, во много раз превышающий дальность полёта артиллерийских снарядов; они пролетали 270—300 километров, поднимаясь при этом на высоту свыше 100 километров. Снаряд «Фау-2» имел в вышину около 14 метров, а в поперечнике — до 1,65 метра. При начальном весе в 12 тонн, из которых 8,9 тонны приходилось на топливо и 1 тонна — на взрывчатые вещества боевого заряда, снаряд «Фау-2» развивал тягу около 25 тонн в течение 65 секунд.

В последнее время в США производятся опыты применения снарядов «Фау-2» для исследования высоких слоев атмосферы (см. стр. 16). При вертикальном запуске снаряды «Фау-2» поднимаются на высоту почти в 200 километров.

Наиболее важной областью применения жидкостных ракет, вернее жидкостных реактивных двигателей, в настоящее время является реактивная авиация. Раньше делались попытки применения в авиации пороховых реактивных двигателей. Однако дальность полёта, а также потолок пороховых реактивных самолётов получались малыми.

Между тем, только в высоких слоях атмосферы и вне её реактивный двигатель может проявить свои замечательные преимущества по сравнению с двигателями другого рода.

Для того чтобы понять, почему современная авиация стремится в стратосферу, почему всё большее и большее развитие получает реактивный двигатель, необходимо рассмотреть некоторые технические вопросы.

При постоянной тяге скорость летательного аппарата увеличивается с высотой благодаря уменьшению плотности воздуха. Аппарат, имеющий вблизи поверхности Земли скорость в 360 километров в час, на высоте 40 километров будет иметь скорость в 1200 километров в час, а на высоте 49 километров — скорость в 1600 километров в час. Отсюда понятны преимущества полётов на больших высотах.

Для использования обычного авиационного мотора на стратосферном самолёте (на стратоплане) необходимо применять специальные нагнетатели для сжатия воздуха, всасываемого в мотор. Однако эффективное нагнетание возможно только на высотах не свыше 9—12 километров. Кроме того, на больших высотах тяга обычной винтомоторной группы сильно уменьшается, между тем как тяга реактивного двигателя остаётся с увеличением высоты неизменной, а в некоторых случаях даже увеличивается.

Именно этим свойством реактивного двигателя и объясняются широкие перспективы его применения в авиации. Заметим, однако, что реактивные самолёты (ракетопланы), не имеющие воздушного винта, целесообразны только при условии очень больших скоростей полёта и при условии использования топлива, дающего большую скорость истечения выбрасываемой струи.

Напомним ещё, что все метеорологические явления разыгрываются в тропосфере; поэтому полёт самолёта в стратосфере не будет зависеть от метеорологических условий. Это обстоятельство имеет огромное значение для регулярности и безопасности воздушных сообщении.

*   *
*

Самолёты, оборудованные жидкостными реактивными двигателями, могут развивать громадные скорости, однако радиус их действия очень невелик. Причина такого положения заключается в том, что для питания жидкостного реактивного двигателя необходимо иметь не только запас горючего, но ещё больший запас окислителя. Это приводит к тому, что общее количество топлива, которое в состоянии поднять самолёт, оборудованный жидкостным реактивным двигателем, обеспечивает полёт только в течение непродолжительного промежутка времени. Поэтому жидкостные реактивные двигатели нашли применение только в истребительной авиации.

Рис. 20. Воздушно-реактивный двигатель. Атмосферный воздух нагнетается турбокомпрессором 1 в камеру сгорания 4, в которую при помощи насоса 2 подаётся одновременно и горючее. Образовавшиеся газы приводят во вращение газовую турбину 5, вращающую турбокомпрессор, и затем вырываются наружу, толкая самолёт вперёд.

Между тем, земная атмосфера содержит неограниченное количество окислителя — кислорода. Поэтому при полётах в атмосфере наиболее выгодным является такой тип реактивного двигателя, который позволил бы сжигать жидкое горючее при помощи кислорода воздуха. Это привело к созданию воздушно-реактивного двигателя. Схематический вид одной из конструкций такого двигателя изображён на рис. 20.

Атмосферный воздух засасывается в двигатель и здесь сжимается при помощи мощного компрессора 1. Насос 2 подаёт горючее через форсунки 3 в камеру сгорания 4, где горючее смешивается со сжатым воздухом и сгорает. Образующиеся газы приводят во вращение газовую турбину 5 и извергаются в атмосферу через сопло 6. Для регулирования истечением газов служит конус 7, перемещаемый при помощи механизма 8. При взлёте компрессор приводится во вращение при помощи пускового агрегата 9; в дальнейшем вращение компрессора обеспечивается газовой турбиной. Обшивка 10 воздушно-реактивного двигателя имеет удобообтекаемую форму.

Применение воздушно-реактивного двигателя значительно увеличивает дальность полёта самолёта. В настоящее время многие пассажирские самолёты, совершающие трансатлантические полёты, оборудованы воздушно-реактивными двигателями. Такие двигатели обладают ещё одним существенным преимуществом по сравнению с жидкостно-реактивными двигателями: они значительно понижают ту границу скоростей, начиная с которой реактивный самолет становится более выгодным, чем обычный винтомоторный самолёт. Так, например, для упомянутых выше трансатлантических реактивных самолётов экономичная крейсерская скорость полёта составляет около 600 километров в час.

Летающие бомбы «Фау-1», которые немцы применяли во время второй мировой войны для обстрела Лондона, представляли собой не что иное, как автоматически управляемые самолёты, снабжённые воздушно-реактивным двигателем пульсирующего типа (см. стр. 80). Такие самолёты-снаряды перебрасывали одну тонну взрывчатого вещества на расстояние до 260 километров.

В своё время для установления рекордов скорости применялись автомобили, снабжённые пороховыми и жидкостными реактивными двигателями. Для обычных целей такие автомобили лишены всякого будущего, так как при скоростях, доступных для колёсного наземного транспорта, топливо в пороховом и жидкостном реактивном двигателе используется очень неэффективно, и поэтому радиус действия реактивного автомобиля получается ничтожным. Однако применение воздушно-реактивного двигателя на автомобиле может оказаться вполне рентабельным. Что же касается установления рекорда скорости, то гоночный автомобиль, снабжённый воздушно-реактивным двигателем, безусловно перекроет все существующие рекорды для наземного транспорта.

Скорости, возможные для колёсного транспорта, ограничены прочностью колёс. При очень большой скорости, т. е. при очень большом числе оборотов колёс, они могут разорваться под действием центробежной силы. Этим недостатком не обладают надводные суда — глиссеры. Для них может оказаться рентабельным применение и жидкостных реактивных двигателей.

Существуют проекты и наземного бесколёсного транспорта, для движения которого должны быть устроены специальные пути. К. Э. Циолковский предложил создавать между бесколёсным вагоном и поверхностью пути своего рода воздушную подушку путём нагнетания воздуха. Такой способ движения представляет интерес и для целей космического полёта — он позволит сообщить очень большой разгон космической ракете при меньшей затрате запаса топлива, взятого ракетой.

*   *
*

Из сказанного на предыдущих страницах мы знаем, что для передвижения в высоких слоях атмосферы самым подходящим средством является самолет с воздушно-реактивным двигателем. Скорости порядка одной тысячи километров в час достигаются в настоящее время именно на таких самолётах. Однако и в стратосфере скорость передвижения ограничивается сопротивлением воздуха. Возникает вопрос, можно ли будет в пределах атмосферы увеличить максимальную достигнутую сейчас скорость полёта реактивного самолёта в три-четыре раза? Пока на этот вопрос ещё нельзя дать определённого ответа. Но зато со всей уверенностью можно утверждать, что на высоте нескольких сотен километров над земной поверхностью, т. е. вне пределов сколько-нибудь ощутимой атмосферы, скорость жидкостно-реактивного летательного аппарата может быть доведена до десятков тысяч километров в час.

Такой летательный аппарат должен быть осуществлён, очевидно, в виде бескрылой ракеты, имеющей размеры, достаточные для помещения большого запаса топлива и для пассажиров. Топливо будет необходимо только при взлёте для сообщения ракете необходимой скорости, после достижения которой реактивный двигатель уже не нужен, так как дальше ракета будет двигаться по инерции, сначала поднимаясь, а затем постепенно опускаясь под влиянием силы притяжения земли. Для торможения ракеты при приземлении можно будет использовать, повидимому, сопротивление воздуха.

О перспективах, которые сулит применение таких пассажирских ракет, можно судить по тому, что для перелёта из Москвы во Владивосток потребуется всего около ½ часа, а для перелёта с Северного полюса на Южный полюс — около ³/₄ часа (рис. 21).

Развитие современной техники позволяет надеяться, что осуществление таких сверхскоростных полётов является долом недалёкого будущего (рис. 22).

Взлёт человека на ракете вполне возможен, так как перегрузка во время работы двигателя не будет превышать ту границу, которая может быть безопасно перенесена натренированным организмом. Лишь при спуске ракеты понадобятся специальные мероприятия для обеспечения постепенного торможения. Вероятно, целесообразно будет совершать посадку на планирующем полёте. Такой приём в очень значительной мере увеличит дальность полёта ракеты и, кроме того, позволит уменьшить начальную скорость ракеты. Это полностью оправдает некоторую потерю времени, связанную с планирующим спуском.

Для того чтобы из места старта иметь возможность достичь любой точки нашей планеты, радиус действия пассажирской ракеты должен быть равен, очевидно, половине длины земной окружности.

Рис. 21. Ракетные перелёты на Земле. Для перелёта с Северного полюса на Южный потребуется приблизительно три четверти часа.

Однако, взглянув на карту северного полушария, можно сразу заметить, что при старте из Европы в большинстве случаев будет вполне достаточно ракеты с радиусом действия, равным всего лишь четверти земной окружности. (В досягаемую площадь входят: Европа, Азия, Африка, Северная Америка, северо-восточный берег Южной Америки и некоторые другие места земного шара.)

Траектории бескрылых пассажирских ракет будут представлять собою дуги эллипсов, тем более близкие к дуге круга, чем больше расстояние между точками взлёта и посадки. По мере подъёма по инерции (т. е. с выключенным двигателем) скорость ракеты будет постепенно уменьшаться. У потолка это уменьшение может составить до 30% максимально достигнутой скорости. При падении скорость будет опять возрастать.

С точки зрения быстроты сообщения всегда выгодно совершать перелёт без промежуточных посадок. Однако с точки зрения экономии топлива в некоторых случаях будет выгоднее перелёт с промежуточными посадками (рис. 23). В основном это будет зависеть от качества применяемого топлива; при больших скоростях истечения газов расход топлива на километр пути тем меньше, чем дальше точка ближайшей посадки. Если же скорость истечения газов сравнительно небольшая, то расход топлива получается минимальным для сравнительно небольших расстояний между точками взлёта и посадки.

Рис. 22. Взлёт трёхступенчатой ракеты, отправляющейся в дальний перелёт.

Может показаться неясным, почему бескрылая пассажирская ракета должна лететь не на постоянной высоте с постоянной скоростью, а на переменной высоте с переменной скоростью. Конечно, можно было бы построить такую ракету, которая поднялась бы выше сколько-нибудь плотных слоев атмосферы (для освобождения от сопротивления воздуха) и здесь летела параллельно земной поверхности с постоянной скоростью. Но для этого необходимо, чтобы двигатель ракеты непрерывно работал. Для этого же потребуется громадный расход топлива, в десятки раз превышающий вес самого ракетного снаряда. Вполне понятно, что осуществление такой ракеты невозможно, так как не существует достаточно прочных материалов, способных вынести столь большую нагрузку.

При безоблачной погоде по мере подъёма перед глазами пассажиров ракеты будет развёртываться величественная панорама земной поверхности. В некоторых случаях точки взлёта и посадки, отдалённые друг от друга на многие тысячи километров, будут одновременно видны на горизонте. Впрочем, необходимо заметить, что вследствие быстрого движения ракеты многие детали земной поверхности не смогут быть восприняты глазом.

Рис. 23. Если скорость истечения газов для ракеты мала, то расход топлива на километр пройденного на земле пути увеличивается с увеличением расстояния; если те эта скорость велика, то расход топлива на километр пути уменьшается с увеличением радиуса действия.

При полёте на ракете днём Земля предстанет перед пассажирами в виде огромного яркого шара на чёрном фоне. В большинстве случаев некоторая часть поверхности шара будет погружена в тень. Следовательно, пассажирам ракеты будут видны такие же фазы освещения земной поверхности, какие мы видим на Луне, но Земля покажется человеческому глазу значительно ярче нашего спутника. Как только ракета вылетит за пределы сколько-нибудь ощутимой атмосферы, т. е. через одну-две минуты после взлёта, небесный свод станет для пассажиров ракеты абсолютно чёрным.

От одного меридиана к другому ракета будет лететь со скоростью, во много раз большей скорости вращения Земли (до 17 раз). Вследствие этого наблюдаемые пассажиром фазы Земли будут меняться со сказочной быстротой.

Существует библейская легенда, согласно которой Иисусу Навину удалось на некоторое время задержать движение Солнца. Для пассажиров ракеты, летящей на запад, Солнце окажет ещё большую честь: оно не только остановится в своём пути на небесном своде, но даже повернётся и с огромной скоростью двинется с запада на восток!

Из изложенного видно, насколько полёт в бескрылой ракете не будет похож на полёт в самолёте.

Физиологические ощущения пассажира в такой ракете будут такими же, как в космической ракете: он будет чувствовать увеличенную перегрузку при увеличении скорости и при торможении и полное отсутствие перегрузки при полете с выключенным двигателем. Вообще такой скоростной перелёт на Земле будет отличаться от космического путешествия только малой продолжительностью.

---

в начало назад