Теперь главные препятствия, которые необходимо преодолеть, для того чтобы осуществить полет в мировое пространство, нам известны. Мы знаем также, что для того чтобы тело весом в 1 кг смогло пробить панцирь земного притяжения, необходимо произвести работу по меньшей мере в 6,37 млн. кгм. При этом еще не учтены потери, которые будут обусловлены сопротивлением воздуха и которые будут измеряться примерно величиною в 1,7 млн. кгм. Таким образом в итоге, для того чтобы совершенно вырвать массу в 1 кг из оков земного притяжения, необходимо произвести работу примерно в 8,1 млн. кгм. На первый взгляд это число кажется нам ужасающим. В действительности же работа, необходимая для поднятия 1 кг в мировое пространство, равна работе, необходимой для поднятия 8100 т на высоту 1 м над земной поверхностью. Таким образом это число не является столь страшным по своей абсолютной величине, но чрезвычайно трудно достижимым по тому способу, которым в данном случае должна быть произведена эта работа. В самом деле, работа в 8,1 млн. кгм. равна работе, производимой двигателем мощностью в 30 л.с. в течение 1 часа, для которой требуется лишь затрата в 8 кг бензина и в 120 кг всасываемого воздуха, необходимого для его горения. И все же это было бы осуществимо и являлось бы только вопросом стоимости, если бы мы в данном случае могли поднять этот груз, подвесив его на канате, подобно тому как мы это делаем обычно на Земле, когда нам бывает нужно поднимать значительные тяжести на небольшие высоты. Как известно, этот способ состоит в том, что к одному концу каната, перекинутому через неподвижный блок, мы подвешиваем поднимаемый груз, а к другому концу каната прилагаем тянущую силу. На таких подъемных машинах мы поднимаем уголь и руду из шахт и поднимаемся сами в высоких домах. Никому не придет в голову каким-либо другим способом выбрасывать уголь из шахт. Но зато во время постройки невысоких домов еще и сейчас можно видеть, как каменщики перебрасывают кирпичи из рук в руки с земли на верхние этажи. Такой способ поднятия кирпичей наводит нас на мысль о другой возможности преодолеть поле земного тяготения.

В первом случае мы действуем, прилагая к поднимаемой тяжести силу несколько большую ее веса и направленную при этом вверх, т.е. в направлении противоположном тому, по которому груз оказывает давление на свою «подставку»; в данном случае, выражаясь языком техники, поднимаемый груз обладает точкой опоры на протяжении всего пути. Он является подвешенным и поэтому не может произвести ускорения свободного падения. Во втором случае мы действуем бросая тело вверх, т.е. сообщая ему движение в направлении противоположном ускорению свободного падения.

С точки зрения теоретической механики оба эти способа являются равноценными. Это объясняется тем, что работа, необходимая для поднятия определенного груза на определенное число метров, не изменится от того, будем ли мы этот груз втягивать или взбрасывать на эту высоту. При нашей повседневной работе мы благодаря этому, вообще говоря (как мы это видели на примере с поднятием кирпичей на постройку), можем выбирать тот из двух основных способов подъема тяжестей, который для поставленной цеди будет более удобен. Совершенно иным образом обстоит дело в том случае, если мы захотим поднять груз в пустое мировое пространство. В этом случае нам негде укрепить блок, через который мы могли бы перекинуть канат. Однако в пустом мировом пространстве изменятся не только способ подъема канатной тягой, но и способ подъема тягой винтов, обычно применяемый в воздухоплавании. Это объясняется тем, что и винт может тянуть только в том случае, если он может при этом ввинчиваться в окружающую среду (воду или воздух) и благодаря этому до известной степени опираться на нее. Поэтому у нас выбора не остается. Для того чтобы при подъеме груза пробить двойной панцирь земного притяжения и сопротивления воздуха, мы должны сообщить ему каким-нибудь устройством необходимую для этого начальную или конечную скорость.

Первой нашей задачей явится исследование теоретических возможностей сообщения телам больших скоростей по законам механики. А после этого надо будет произвести обзор технических возможностей действительного получения таких скоростей. С этой целью мы рассмотрим четыре способа сообщения телу скорости, а именно бросок, метание, выстрел и принцип отдачи (обратный толчок).

Всегда лучше разобрать все имеющиеся возможности, не пренебрегая теми, которые на первый взгляд могут показаться неприложимыми в силу своей простоты.

Глава I. Рычажные и центробежные метательные машины.

Под броском или метанием мы понимаем все способы метания, при которых используется принцип неравноплечего рычага. Это использование происходит таким образом, что в результате приложения значительной силы к короткому плечу рычага, грузу, прикрепленному к длинному плечу рычага, сообщается большая скорость.

Это определение в полной мере подходит для случая метания камня рукой, когда мы совершаем вытянутой рукой широкий размах или даже полный круг, а затем в подходящий момент выпускаем камень. Здесь мышцы нашего плеча прилагают свою силу к короткому плечу рычага, в то время как груз (камень) зажат у нас в руке, т.е. находится на конце длинного плеча рычага. Уже воины древнего мира, невидимому, хорошо усвоили этот принцип метания, потому что они пытались увеличить дальность осуществимого рукой метания применением различных метательных приспособлений, искусственно удлинявших радиус размаха человеческой руки. Широкое применение этот способ метания получил в древнем мире и в средние века при постройке баллист (рис. 18). Эти метательные машины иногда строились огромных размеров и могли перебрасывать значительные массы довольно далеко; а для этого они должны были сообщать им большие начальные скорости. Вероятно в первые годы применения огнестрельного оружия разница в силах лучших метательных машин такого рода и первых плохих стрелявших порохом мортир была не так велика.
Рис. 18. Схема рычажной метательной машины

Принцип баллисты сводится к действию неравноплечего рычага. К концу короткого плеча рычага подвешивался весьма тяжелый груз, а на конец длинного плеча клалась сравнительно легкая масса, которую нужно было метнуть. Отношение обеих этих масс и длин плеч, разумеется, было не таково, чтобы вся система устанавливалась почти в равновесии (что было бы достигнуто в том случае, если бы обе массы были обратно пропорциональны длине плеч), но таково, что тяжелый груз, подвешенный к короткому плечу, совершенно легко перевешивал гораздо более легкую метаемую массу. Если сначала отвести длинное плечо с положенным на него метаемым снарядом книзу, а затем сразу отпустить его, то длинное плечо быстро взвивается вверх, вследствие того что земное притяжение тянет тяжелый груз вниз.

Рассуждая теоретически, не существует никакого затруднения для расчета такой метательной машины этого типа, которая сообщила бы снаряду начальную скорость в 12 000 м/сек. Но только длинное плечо рычага пришлось бы сделать для этого в несколько сот метров, а к короткому плечу привесить настолько огромную тяжесть, что технически это, разумеется, было бы совершенно невыполнимо.

Однако уже при метании непосредственно рукой, используя лишь естественный рычаг, образуемый ее скелетом, мы можем производить как бы накапливание метательной силы или, правильнее говоря, кинетической энергии, заключающейся в движущейся массе нашей руки, и благодаря этому достигать больших конечных скоростей. Для этого нужно продлить размах, описав рукой несколько последовательных полных кругов, как это делается при метании диска с поворотом корпуса. Этот же принцип может быть технически лучше использован путем применения не рычага, как такового, как это дела ?

Присоединяя к этому механизму зубчатую или червячную передачу, мы можем достичь того, что наружные размеры самого колеса-маховика будут оставаться сравнительно небольшими.

Не представляет никаких теоретических затруднений произвести расчет числа оборотов колеса, необходимого для того, чтобы точка, лежащая на его окружности, приобрела скорость, например, в 12 000 м/сек. Так как длина окружности составляет приблизительно тройную длину диаметра (точнее говоря 3,14159), то для этого колесо диаметром в 4 м должно вращаться со скоростью в 1 000 об/мин, колесо диаметром в 40 м - со скоростью в 100 об/мин., а колесо размерами с гигантское «колесо смеха» в Венском городском парке, обладающее диаметром в 80 м, - со скоростью всего лишь в 50 об/мин. Несмотря на это, ие может быть и речи о практическом разрешении задачи этим способом, потому что ни один известный нам материал не оказался бы в состоянии выдержать огромной, развивающейся при таком вращении центробежной силы. Эта сила разорвала бы колесо еще до того, как линейная скорость точек, лежащих на его окружности, достигла бы 1/5 необходимой величины. Для большей ясности приведем несколько числовых примеров: линейная скорость вращения концов винта самолетов составляет от 210 до 350 м/сек; у электромоторов и паровых машин с большим количеством оборотов эта скорость может быть повышена до 400 - 600 м/сек. Достичь таким образом скоростей, больших 800 м/сек, по-видимому, никогда не удастся, даже применяя колеса, спицы и ободья, которые изготовлены из сплетенных стальных проволок (вместо стального литья или стальных поковок). Всякая попытка осуществить движение с параболической скоростью в 12 000 м/сек с помощью каких-либо коленчатых или центробежных метательных машин должна поэтому считаться практически невыполнимой и потому безнадежной.