11,1 километра в секунду вместо 11,2 километра в секунду. Это кажется даже неправдоподобным и, во всяком случае, очень неожиданным — чтобы перенести корабль с расстояния 340 000 километров от Земли в бесконечность, взлетную скорость надо увеличить всего на 100 метров в секунду.
В этом заключается очень интересная особенность трасс в мировом пространстве. Когда взлетная скорость корабля близка к скорости отрыва, то ничтожное увеличение этой скорости очень сильно наменяет расстояние, которое корабль пролетает, удаляясь от Земли. Вот еще один такой пример. Если при скорости 11,1 километра в секунду корабль залетает на расстояние 340 000 километров от Земли, то для того, чтобы корабль долетел до орбиты Луны, то есть на 40 000 километров дальше, его взлетная скорость должна быть увеличена всего примерно на 10 метров в секунду. Скорость увеличивается на одну тысячную, а дальность полета возрастает на 40 000 километров!
Итак, мы установили, что минимальная скорость, которой должен обладать корабль при взлете с Земли, чтобы в конце концов достичь Луны, равна 11,1 километра в секунду. Если все же для корабля «Луна-1» избрана не эта наивыгоднейшая эллиптическая, а параболическая трасса с соответственно большей взлетной скоростью (скоростью отрыва 11,2 километра в секунду), то это объясняется тем, что ценой сравнительно небольшого увеличения затраты топлива таким способом удается существенно уменьшить продолжительность полета — со 115 до 50 часов. Это во всех случаях важно и особенно, конечно, важно для первого полета.
Обратный полет на Землю корабль «Луна-1» совершит тоже по параболическому маршруту, представляющему собой вторую симметричную ветвь той же параболы.
Само собой разумеется, что момент отправки корабля с Земли рассчитан нами с большой точностью, чтобы корабль встретил Луну в заданной точке ее орбиты. Что касается обратного полета, то взлет с Луны может быть осуществлен практически в любое время — Земля всегда находится в фокусе того эллипса, по которому вокруг нее движется Луна, искать ее не надо. Важно лишь установить точный момент выключения двигателя корабля, чтобы направление полета корабля при взлете с Луны было правильным.
В мировом пространстве еще нет расчерченных трасс. Но корабль «Луна-1» будет лететь по тем незримым путям, которые мы указали ему на основе законов небесной механики.
СО СПУТНИКОМ ИЛИ БЕЗ?
На бархатно-черном небе — ярко освещенный круг. Он похож на гигантскую шину, повисшую на фоне звезд. На освещенной стороне — вогнутая чаша, на противоположной — купол и решетки. Так выглядит искусственный спутник Земли, межпланетный транзитный вокзал, первая остановка на трассах солнечной системы.
Вогнутая чаша — это зеркало, собирающее солнечную энергию. В центре его — котлы солнечной электростанции, на противоположной стороне — купол обсерватории. Здесь нет воздуха, нет облаков и удобно вести астрономические наблюдения. Нет и веса, приходится искусственно создавать его, вращая круг. Внутри круга — жилые и служебные помещения, оранжерея, топливные баки. Топливо подвозят с Земли ракеты-танкеры. Вот одна из них мчится снизу, откуда виднеется одетый туманной дымкой покатый край Земли. Другая ракета заправляется топливом, вскоре она полетит на Луну.
Все это изображено на картине, висящей на стене в нашем конструкторском бюро. К сожалению, в межпланетном пространстве еще нет таких станций. И, глядя на картину, я вспоминаю горячие споры, которые велись много лет, вплоть до проектирования корабля «Луна-1».
Суть этих опоров можно свести к одному вопросу — со спутником или без него? Иначе говоря можно организовать полет без помощи искусственного спутника Земли или нельзя?
Два возможных метода осуществления межпланетного полета были предложены еще Циолковским. Один метод — использование искусственного спутника Земли в качестве топливозаправочной станции, другой — создание многоступенчатого ракетного поезда. Каковы же возможности, достоинства и недостатки этих методов? Какой из них избрать, если простой одноступенчатый корабль не способен решить задачу? Вот о чем велись споры. Как всегда бывает в таких случаях, были убежденные сторонники спутника и были его решительные противники — не менее убежденные поклонники идеи ракетного поезда. Находились и скептики, сулившие неудачу и тем, и другим.
Я честно признаюсь, что стоял тогда за спутник, как стою за него и сейчас. Должен сказать, что эта моя точка зрения основана на неоспоримых общеизвестных фактах.
Чтобы доказать свою силу, лучше всего показать слабость противника. В самом деле, чего можно достичь с помощью метода ступенчатых ракет? Пусть даже в нашем распоряжении имеется наилучшее из возможных в будущем химическое топливо для жидкостных ракетных двигателей. Будем считать, что это топливо обеспечит скорость истечения газов при полете в межпланетном пространстве (то есть когда газы вытекают практически в абсолютный вакуум), равную 5 километрам в секунду.
Чтобы определить запас топлива для любого межпланетного полета, нужно знать соответствующую идеальную скорость. Для полета на Луну идеальная скорость корабля должна быть не меньше 23 километров в секунду. Такая величина и принята для корабля «Луна-1». Почему именно 23? Посмотрим, из чего складывается эта скорость.
В любом межпланетном полете нужно преодолеть земное тяготение. Для этого требуется 11,2 километра в секунду. Воздушное сопротивление и потери под действием силы тяжести при взлете будут стоить не менее 1 километра в секунду, а то и все 1,5 километра. Торможение корабля при посадке на Луну потребует примерно 2,9 километра в секунду, да при взлете с Луны в обратный путь понадобится столько же. На маневрирование в межпланетном пространстве, то есть исправление курса, и на резерв, без которого нельзя пускаться в путь, — еще не менее 1 километра. Вот уже получилось 19 километров в секунду.
Все? Нет еще. Как быть теперь с посадкой на Землю? Если всю скорость корабля погашать двигателем, то для этого понадобится еще примерно 12 километров в секунду. Тогда общая идеальная скорость будет равна около 31 километра в секунду. Можно ли уменьшить эту огромную цифру? Да, можно, если затормозить корабль за счет сопротивления атмосферы. Правда, и в этом случае придется сначала включить двигатель, чтобы уменьшить скорость корабля на 4 километра в секунду. К 19 прибавим не 12, а 4. Получается идеальная скорость, равная примерно 23 километрам в секунду.
Сколько же топлива нужно запасти на корабле, чтобы обеспечить такую идеальную скорость? Ответ на это дает формула Циолковского. По этой формуле получается, что вес топлива на корабле при взлете должен составлять 99 процентов общего веса корабля! Конечно, построить такой корабль нельзя, даже если на нем нет никакого полезного груза — только стенки, двигатель и топливо. При этом в лучшем случае можно получить 90 процентов. Да и то чрезвычайно трудно У нас же, как известно, имеется большая полезная нагрузка. По заданию она должна равняться 5 тоннам — столько весит кабина с пассажирами, оборудованием, приборами, запасами и прочим.
Посмотрим же, насколько облегчает дело ракетный поезд, состоящий из четырех ступеней; увеличение числа ступеней дает малый выигрыш, но очень усложняет поезд. Вот какие результаты даст произведенный нами довольно сложный расчет, который, конечно, мы здесь опустим.
Первая ступень поезда должна весить 3500 тонн, из которых 3150 тонн — топливо и 350 тонн — вес самой ракеты. Когда при взлете все топливо на этой ступени будет израсходовано, она автоматически отделится от поезда и упадет на Землю. В то же мгновение включится двигатель второй ступени. Эта ступень весит 752 тонны, из которых 677 тонн топлива.
После выработки всего топлива второй ступени она тоже отделится от поезда. В этот момент поезд будет лететь уже с заданной скоростью отрыва. Таким образом, к Луне приблизится укороченный поезд: вместо четырех он будет состоять всего лишь из двух ступеней общим весом 218 тонн.
На торможение при посадке на Луну будет израсходовано все топливо третьей ступени. Вес этого топлива равен 138 тоннам, а вес самой ступени — 15 тоннам. Третья ступень будет отделена от последней, четвертой, уже на Луне и оставлена там — она не нужна для обратного полета.
