идет на преодоление двух сил: притяжения Земли и сопротивления воздуха. Если двигатель остановится, самолет, пропланировав какое-то время в атмосфере, опустится на земную поверхность.
Иначе ведут себя искусственные спутники Земли. Выведенные в безвоздушное пространство за границы атмосферы, они обращаются вокруг Земли без помощи двигателя, исключительно за счет силы собственного веса, или, иначе говоря, силы притяжения Земли.
При горизонтальной скорости около 8 километров в секунду вес тела становится равным центростремительной силе, заставляющей тело обращаться вокруг Земли по круговой орбите, близкой к ее поверхности. Тяготение Земли в данном случае не только не мешает полету, но, наоборот, управляет им. Если орбита спутника целиком находится за границами земной атмосферы, то его полет вокруг Земли может продолжаться неограниченно долгое время.
В будущем, вероятно, будут созданы самолеты, совершающие беспосадочные полеты вокруг земного шара. Но, двигаясь в атмосфере и обладая скоростью, меньшей 8 километров в секунду, они не смогут соперничать в количестве оборотов вокруг земного шара с искусственными спутниками Земли. Ведь двигатели их должны непрерывно работать, растрачивая горючее, и без регулярной заправки «на ходу» такие самолеты смогут облететь Землю весьма ограниченное количество раз.
Теперь должно быть понятным, почему полет на Луну с малой скоростью практически пока невозможен. Ведь при малой скорости (точнее говоря, при скорости, меньшей 11,2 километра в секунду) двигатели космического корабля, борясь с земным тяготением, должны работать непрерывно. Только влетев в ту область пространства, где притяжение Луны будет преобладать над земным тяготением, можно, выключив двигатель, свободно падать на Луну. До этого момента борьба с земным тяготением совершенно необходима, и на эту борьбу пойдет так много горючего, что захватить его с собой в космический корабль, работающий на обычном химическом топливе, не представляется возможным. Рассчитывать же на дозаправку в пути не приходится.
В будущем, когда человек создаст мощные атомные ракеты, ограничения в скорости и в направлении полетов будут сняты. Тогда станут возможны полеты в любом направлении и с любой, даже очень малой скоростью.
А пока, как это ни парадоксально, поездки на Луну в космических экспрессах будут обходиться дешевле, чем преодоление того же пути малой скоростью.
Все дело заключается в том, чтобы тяготение Земли превратить из врага в друга и попытаться использовать его при полете на Луну. Это вполне возможно.
В популярных книгах и статьях о межпланетных путешествиях часто пишут, что для достижения других небесных тел надо якобы преодолеть притяжение Земли. Далее утверждается, что полная победа над земным тяготением одерживается в том случае, когда тело приобретает скорость в 11,2 километра в секунду. «Преодолев» подобным образом земное притяжение и «освободившись» от него, космический корабль, как уверяют такие статьи, устремляется в глубины мироздания.
Все это, конечно, не просто неудачные выражения, а грубые ошибки. «Преодолеть» земное тяготение невозможно, какой бы скорости космический корабль ни достиг. Силу притяжения нельзя побить скоростью. Где бы ни находился космический корабль и как бы он ни двигался, Земля всюду и всегда будет притягивать его с той силой, которая может быть найдена по закону всемирного тяготения.
Секрет здесь в другом. Развив скорость в 11,2 километра в секунду, космический корабль улетает от Земли по параболе, которая, в отличие от эллипса, уходит в бесконечность. При этом наш корабль вовсе не освобождается от притяжения Земли. Наоборот, именно земное тяготение заставляет его лететь по параболе, как вес искусственных спутников заставляет их обращаться вокруг Земли по эллипсам, а вес сорвавшегося с дерева яблока направляет его падение по прямой к центру Земли.
Во всех трех случаях движением тел по разным кривым управляет одна и та же сила — сила земного притяжения. Разница же в траекториях возникает в результате того, что тела начинают свое движение с различной скоростью и в разных направлениях.
Таким образом, можно выбрать для космического корабля такую скорость и такое направление вылета, при которых он полетит по параболе, неограниченно удаляясь от Земли. Для этого при отсутствии сопротивления воздуха нужна горизонтальная скорость именно в 11,2 километра в секунду. Развив такую скорость, космический корабль может далее лететь с выключенным двигателем, не расходуя ни грамма горючего. Притяжение Земли, как это ни парадоксально, уведет его в «бесконечность» от нашей планеты. То же произойдет и при скоростях, превышающих 11,2 километра в секунду, но только в этом случае полет будет совершаться не по параболе, а по одной из гипербол.
Не случайно мы указываем точное значение «скорости отрыва» от Земли — 11,2 километра в секунду. При скорости, даже слегка меньшей (например, 11 километров в секунду), космический корабль останется пленником Земли. Земное тяготение заставит его или упасть на Землю, или (при скоростях больше 7,9 километра в секунду) обращаться вокруг Земли по эллипсу.
Теперь уже практический метод достижения Луны становится более ясным. Путешествие разбивается на три этапа.
Первый этап — отлет с Земли, который должен быть выполнен в определенном, связанном с расположением Луны направлении со скоростью не меньшей 11,2 километра в секунду.
Второй этап — полет к Луне с выключенным двигателем, что составит и по времени и по расстоянию основную часть путешествия.
Третий этап — падение на Луну в той области окружающего ее пространства, где притяжение Луны преобладает над тяготением Земли.
Не уточняя пока вопросы, связанные с безопасностью посадки на Луну и с возвращением космического корабля обратно на Землю, рассмотрим детали намеченного плана.
Осуществление первого этапа вполне реально. Уровень советской реактивной техники столь высок, что сообщение какому-либо небольшому телу скорости в 11–12 километров в секунду вполне возможно, что уже доказано запуском первой советской космической ракеты.
Представьте себе, что это уже сделано, что за пределы земной атмосферы с параболической или гиперболической скоростью вырвалось какое-то тело. Как оно будет двигаться дальше?
Во Вселенной существует не только Земля и притягиваемый ею космический корабль. Ракета, превратившись в самостоятельное небесное тело, будет, строго говоря, притягиваться не только Землей, а всеми телами Вселенной.
Может показаться, что бесчисленное множество сил создаст такой «силовой вихрь», который увлечет космический корабль, как смерч увлекает пылинку! Не затеряется ли наш корабль в бездонных глубинах Космоса, вместо того чтобы попасть на Луну?
К счастью, этого не произойдет. Мы ведь не учли одного важного обстоятельства — величину сил.
Силы тяготения с увеличением расстояния между притягивающимися телами очень быстро ослабевают. Поэтому силы, с которыми далекие от Земли звезды, планеты и даже Солнце притягивают корабль или ракету, летящие на Луну, так малы, что ими вполне можно пренебречь. Мешать полетам на Луну они не будут.
Другое дело — Луна. Не принимать в расчет ее воздействие на космический корабль ни в коем случае нельзя. Значит, при полете на Луну ракета будет «управляться» не только Землей, но и Луной.
В небесной механике давно уже сформулирована так называемая «ограниченная задача трех тел». Представим себе, что в мировом пространстве имеются три притягивающих друг друга тела, из которых одно обладает ничтожно малой массой в сравнении с массами двух других тел. Задача заключается в том, чтобы найти кривые, по которым будут двигаться все три тела.
Неспециалистам трудно себе представить, насколько сложна эта задача. В течение многих десятилетий она исследовалась крупнейшими математиками, но до последнего времени удавалось получить лишь небольшое число ее частных решений.
С изобретением электронно-счетных машин положение изменилось. Значительно облегчая утомительный труд вычислителя, машины позволяют быстро решать сложнейшие задачи, в том числе и «ограниченную задачу трех тел».
Итак, даны три тела: Земля, Луна и ракета. Масса последней ничтожно мала в сравнении с массами Земли и Луны. Известно, как движется Луна относительно Земли. Считая известными скорость и
