в корзине (0 шт.) на сумму (0.00)

14.12.2010: Комментарий к книге Ж. Верна «С Земли на Луну. Вокруг Луны»

Проблема космических путешествий — одна из самых интересных, самых захватывающих научно-технических проблем, в течение многих веков волновавшая, да и поныне волнующая воображение изобретателей, ученых, писателей.
Несмотря на то, что романы Жюля Верна «С Земли на Луну» и «Вокруг Луны» были написаны около девяноста лет тому назад, в этих произведениях читатель найдет немало научных положений и фактов, бесспорных и при современном уровне знаний.
Однако многое уже устарело, многое оказывается неверным. Поучительно взглянуть на научную сторону романов Жюля Верна с точки зрения науки сегодняшнего дня, когда, по словам академика Н. А. Несмеянова, посылка стратоплана на Луну стала уже реальной возможностью.

Еще знаменитый английский ученый Ньютон, открывший закон всемирного тяготения, подверг строгому математическому анализу вопрос о возможности космических путешествий.
Представим себе, рассуждал Ньютон, что мы стреляем с вершины гигантской горы из артиллерийского орудия, ствол которого направлен строго параллельно поверхности Земли. Вот мы произвели выстрел, ядро вылетело и под влиянием притяжения Земли, описав крутую дугу, упало недалеко от подножия горы. Прибавим в заряд пороху и выстрелим снова. Дуга, описываемая снарядом, станет более пологой, и упадет он дальше от основания горы, чем первый снаряд. Еще и еще добавим пороха. Все более и более пологими будут траектории снарядов. И, наконец, настанет момент, когда кривизна этих траекторий сравняется с кривизной земного шара. В этом случае снаряд никогда не сможет упасть на Землю, он будет вечно вращаться вокруг нее, так же как вечно вращается вокруг Земли Луна. Снаряд станет второй Луной, искусственным спутником Земли.
А что же будет, рассуждал дальше Ньютон, если мы еще увеличим заряд орудия? Траектория вытянется, из круга превратится в эллипс. При дальнейшем увеличении зарядов эллипс становится все более вытянутым и, наконец, разрывается: снаряд полетит теперь не по замкнутой эллиптической траектории, а по разомкнутой параболической. Он никогда уже не вернется на Землю. Конечно, во всех этих рассуждениях не учитывается сопротивление воздуха.
Ньютон вычислил и скорость, с которой должен вылететь из дула орудия снаряд для того, чтобы навсегда покинуть Землю. Эта скорость оказалась очень большой — около одиннадцати километров в секунду.
Сообщить снаряду скорость порядка одиннадцати километров в секунду — вот первое условие, необходимое для того, чтобы снаряд, космический корабль мог отправиться в межпланетный рейс. Из этого и исходил Жюль Берн в своих романах. Но единственным возможным средством для достижения этой огромной скорости в 1865 году, когда был написан роман «С Земли на Луну», казался ему выстрел из артиллерийского орудия.
Так ли это? Можно ли выстрелом придать снаряду скорость, необходимую для космического путешествия?
Точные расчеты отвечают на этот вопрос отрицательно. Даже самые сильные взрывчатые вещества, известные нам сегодня (кроме атомных), не содержат в себе для этого достаточного количества энергии. Представим себе, что мы в абсолютной пустоте взорвали кусочек такого взрывчатого вещества. Вся скрытая химическая энергия вещества перейдет при этом в кинетическую энергию разлетающихся газов горения. Ничто не мешает их разлету, они будут двигаться с максимальной скоростью, на которую только способны. Но расчеты ­показывают, что эта скорость будет еще очень далека от космической, не свыше трех с половиной километров в секунду.
Правда, если взрыв произвести на дне канала орудия, имеющего только один выход для газов, скорость выходящих газов может превысить эту величину. Произойдет это за счет того, что часть газа у закрытой тыльной части дула останется неподвижной и ее энергия как бы передастся тем частицам, которые имеют возможность свободно двигаться. Но и в этом случае частицы газа, образующегося при взрыве, не смогут развить космической скорости.
Очевидно, еще меньшую скорость может приобрести снаряд, движимый этими потоками газов. Опыты показали, что даже в тех случаях, когда снаряд весит значительно меньше, чем пороховой заряд, в самом длинном орудии его не удается разогнать до скорости, превышающей пять-шесть километров в секунду. Из обычного, даже самого крупного артиллерийского орудия нельзя выпустить снаряд в мировое пространство.
Правда, в последнее время ученые научились концентрировать энергию большого взрыва в небольшом объеме. Для этого струи разлетающегося газа направляют таким образом, что их энергия как бы складывается, и небольшое количество этих газов приобретает скорости, в несколько раз превосходящие ту, которая необходима для космического корабля. Это явление называют комуляцией. Но, во‑первых, трудно, почти невозможно, представить себе снаряд, который сможет выдержать гигантские давления и температуры, возникающие в точке концентрации энергии, точке схода газовых струй взрыва. А во‑вторых, его пассажиры не выдержат гигантских ускорений, с которыми этот снаряд начнет двигаться…

Ускорение… С этим понятием связано второе условие возможности осуществления космического полета для снаряда с живым экипажем.
Ускорение — это прирост скорости тела за секунду. Скорость тела, падающего под действием притяжения Земли, за каждую секунду увеличивается почти на десять метров в секунду. Притяжением Земли объясняется, в частности, и ощущаемый нами вес предметов. И вот, оказывается, что человеческий организм, привычный к земным условиям, может выдержать далеко не любое ускорение. Оказывается, что максимальное ускорение, которое может выдержать человек, да и то лишь кратковременно, не превышает семидесяти – восьмидесяти метров в секунду за секунду. И при этом ускорении человек чувствует себя так, словно все его члены налиты свинцом. Действительно, если в нормальных условиях человек весит семьдесят килограммов, то при таком ускорении он будет весить более полтонны! Каждый кулак превратится чуть ли не в десятикилограммовую гирю, а к ногам словно будут привешены гири по добрых полсотни килограммов!
У Жюля Верна снаряд имел в момент выстрела ускорение около трехсот тысяч метров в секунду за секунду. Вес каждого предмета в снаряде в этот момент увеличился в тридцать тысяч раз. Легкая шапочка, весящая всего сто граммов, на голове космического путешественника при таком ускорении способна раздавить своего хозяина — она весит в этот момент свыше трех тонн! Да и без нее путешественники были бы раздавлены своей собственной тяжестью — ведь их вес составлял бы в этот момент тысячи тонн! Использование воды в качестве пружины для уменьшения влияния ускорения не может практически оказать никакого влияния.
Интересно проследить, как от романа к роману увеличивались знания самого Жюля Верна, никогда не перестававшего учиться, и как умело он исправлял свои ошибки, стремясь согласовать содержание своих романов с последними данными науки.
В первом романе «С Земли на Луну», разбирая вопрос о скорости, которую должен развить снаряд, Барбикен не учитывал сопротивление воздуха полету снаряда: «…атмосфера простирается на высоту всего каких‑нибудь сорока миль, — заявляет он. — При скорости в двенадцать тысяч ярдов снаряд пролетит это расстояние в пять секунд, и за такой короткий промежуток времени можно пренебречь сопротивлением среды».
Видимо, за годы, отделяющие написание первого романа от второго, Жюль Верн узнал о тех колоссальных сопротивлениях, которые оказывает воздух быстро движущемуся в атмосфере телу. И пассажирам ядра приходится пережить на страницах второго романа несколько неприятных ­минут, когда Барбикен вспоминает, что не учтено уменьшение ­скорости от трения и снаряд благодаря этому может вернуться на Землю.

Как мы видим, пушка и ядро представляют непригодную систему для космического полета. Но ни в 1865 году, когда писался роман «С Земли на Луну», ни в 1870 году, когда появилось его продолжение — «Вокруг Луны», Жюль Верн не знал и не мог знать о единственном реальном способе осуществления космических полетов — использовании реактивного движения. Первый проект летательного аппарата, работающего по этому принципу, создал замечательный русский революционер и ученый Николай Иванович Кибальчич в 1881 году. Работы Константина Эдуардовича Циолковского, ученого, открывшего человечеству путь к звездам, также появились значительно позднее названных романов Жюля Верна и вряд ли были ему известны.
В чем же сущность идеи, впервые высказанной Кибальчичем, математически обоснованной и развитой Циолковским, а ныне уже воплощенной в конкретных работоспособных конструкциях?
Всем известно, что ружье при выстреле «отдает». Откатывается в момент выстрела и тяжелое артиллерийское орудие. Нередко считают, что и отдача ружья и откат орудия объясняются тем, что вылетающие из дула пороховые газы отталкиваются от воздуха. Но это неправильно. И отдача, и откат происходили бы точно так же и в абсолютной пустоте. Отталкивает назад ружье и откатывает орудие ничем не уравновешенное давление газов на заднюю стенку ствола.
Циолковский не только объяснил это явление и предложил его использовать для целей космического полета, но и вывел основные законы и формулы реактивного движения. Этими формулами Циолковского и доныне пользуются конструкторы реактивных двигателей. А такие двигатели разных типов находят все более широкое применение. Они помогли нам победить на фронтах Отечественной войны, где широко использовались легендарные «катюши», они позволили резко повысить скорости самолетов, которые нынче почти обогнали звук. Реактивные двигатели позволили значительно поднять «потолок» высоты, достигнутый человеком. Ныне ракеты с автоматически записывающими или радиопередающими приборами поднялись уже на высоту свыше четырехсот километров над земной поверхностью. С этой высоты очень неотчетливо видны подробности земного рельефа, заслоненного слоями облаков, но зато совершенно отчетливо видна шарообразность Земли. Недалеко то время, когда подобная ракета отправится и в первый космический рейс.
Что же встретили в космическом пространстве смелые путешественники Жюля Верна и что действительно могут встретить там наши космонавты?

Два метеора, точнее небольших астероида, попались на пути Барбикена и его спутников за время всего космического полета. Один из них искривил траекторию ядра, и это спасло его пассажиров от падения на поверхность Луны. Конечно, он не был вторым спутником Земли, гипотеза о существовании у Земли второго спутника давно оставлена астрономами. Второй метеор встретился им у Луны — где он «воспламенился»… вне атмосферы. В данном случае писатель допустил неточность. Когда мы в ясные ночи видим на небосклоне светящиеся следы «падающих звезд», мы знаем, что вызываются они «трением» стремительно летящего метеора в верхних слоях земной атмосферы. На Луне нет газовой оболочки. Поэтому свечения метеоров там быть не может.
Пассажирам космических ракет, которые отправятся с Земли на Луну и на другие планеты, не раз, видимо, придется повстречаться на своем пути с метеорами. По современным научным данным, в космическом пространстве близ Земли метеоры весом в десятки милиграммов находятся на расстоянии пятидесяти – ста километров друг от друга. Более крупные метеоры встречаются, конечно, значительно реже. Однако, если учесть, что расстояние, которое должен преодолеть космический корабль для того, чтобы, например, достичь Марса, измеряется сотнями миллионов километров, а полет должен продлиться несколько месяцев, станет очевидным, что встреча с метеором не такая уж невозможная вещь. По всей вероятности, эти встречи будут неизбежны. И очень мало приятного принесут они пассажирам космических кораблей.
Дело в том, что метеоры в космическом пространстве движутся с колоссальными скоростями, в несколько десятков километров в секунду. При столкновении с обшивкой космического корабля вся кинетическая энергия такого метеора мгновенно перейдет в тепловую, вещество метеора превратится в пар, занимающий в первый момент объем метеора и, значит, находящийся под очень высоким давлением. Этот пар, расширяясь, произведет взрыв, который приведет к разрушению корпуса ракеты. Расчеты показывают, что метеор весом в один грамм, имеющий скорость тридцать километров в секунду, встретившись с кораблем, может выбить из корпуса корабля до пяти – десяти килограммов стального покрытия, пробить стальную стенку толщиной в несколько десятков сантиметров.
Трудно в настоящее время говорить о мерах борьбы с метеорной опасностью для космического корабля. Однако уже сейчас очевидно, что будет применена двойная обшивка космических кораблей. Крупные метеоры, видимо, будет возможно обнаруживать с помощью радиолокаторов на достаточном расстоянии и избегать встреч с ними лавированием корабля.

Несколько страниц посвятил Жюль Верн описанию ощущения невесомости при прохождении снарядом области, где силы земного и лунного притяжения равны и как бы уравновешивают друг друга. На самом деле невесомость должна была появиться в снаряде в тот момент, когда он покинул жерло орудия и полетел по инерции. В космической ракете явление невесомости будет возникать всегда, когда будут выключены ее двигатели.
Насколько неблагоприятно отразится невесомость на человеческом организме, сказать сейчас трудно. Кратковременное — в течение нескольких секунд — отсутствие тяжести человек переносит без всяких осложнений. Не было обнаружено изменений и в организмах животных после пребывания их в свободно падающей с высоты ста пятидесяти километров ракете, когда состояние невесомости продолжалось значительно дольше.
Во всяком случае, создать искусственно тяжесть в космическом корабле путем ли систематической работы двигателей, благодаря чему корабль будет двигаться ускоренно, приданием ли ему вращения, чтобы центробежная сила заменила силу тяжести, будет не сложно.
Пассажиры снаряда в романе Жюля Верна вели систематические научные наблюдения. В частности, их интересовал вопрос о том, какова температура межпланетного пространства. В романе указано, что температура межпланетного пространства оказалась около 140° ниже нуля по Цельсию.
По данным современной науки, это не соответствует действительности. Температура межпланетного пространства в области, заслоненной от лучей солнца, так сказать «в тени», близка к абсолютному нулю и равна 270° ниже нуля.

Подлегая к Луне, герои Жюля Верна с жаром обсуждают те условия, которые их там ожидают. Жюль Верн дает достаточно точное описание лунной поверхности, рассказывает о холодных длинных ночах и жарких днях, приводит доводы за то, что на видимой с Земли стороне Луны нет ни воды, ни атмосферы.
Относительно другого полушария Луны в то время существовало много различных гипотез. Одной из них и воспользовался Жюль Верн, описывая пейзаж невидимой с Земли стороны Луны, открывшийся пассажирам в момент встречи снаряда с болидом. Однако сейчас можно с уверенностью сказать, что условия на Луне везде одинаковы. Нигде нет там сколь‑либо ощутимой атмосферы.
Следует отметить, что земное притяжение отнюдь не причастно к потере Луной ее газовой оболочки. Луна просто не может удержать на своей поверхности достаточно ощутимую атмосферу — она слишком мала для этого. Как известно, всякий газ состоит из хаотически движущихся молекул. Скорость движения этих молекул зависит от температуры и состава газа. Так для азота средняя скорость движения молекул при температуре 0° равна 490 метрам в секунду, для кислорода — 460 метрам в секунду и так далее. Однако в газе всегда имеются молекулы, движущиеся в данное мгновение со скоростью значительно большей, чем средняя. Могут оказаться в нем молекулы, скорость которых превысит критическую, то есть ту, при которой частица газа может улететь от планеты как крохотный космический снаряд. Для Земли, как мы уже знаем, критическая скорость равна почти одиннадцати километрам в секунду — приобрести такую скорость молекуле газа в атмосфере Земли сравнительно трудно. Для Луны же критическая скорость оказывается меньше: два с половиной километра в секунду — такую скорость молекула газа может приобрести довольно легко. Расчеты показывают, что если у Луны когда‑нибудь и была атмосфера, она должна была рассеяться целиком всего за несколько десятков тысяч лет. Согласно современным космогоническим гипотезам Земля и Луна — сестры-планеты — образовались примерно одновременно. Значит, прошло уже несколько миллиардов лет с тех пор, как Луна потеряла свою атмосферу.
По тем же причинам на поверхности Луны нет воды ни в твердом, ни в жидком виде, ни в виде пара. В первых двух состояниях она не смогла бы существовать в жаркие лунные «дни», когда поверхность нашего спутника нагревается до 100–120° выше нуля. В парообразном же состоянии она должна была рассеяться в пространстве, не удерживаемая слабым лунным притяжением. Итак, если на Луне и была когда‑нибудь вода, она давно рассеялась в космическом пространстве. Барбикен и Николь не могли увидеть на вершинах лунных гор снега и ледники, как не увидят их и космонавты недалекого будущего. Кстати говоря, высота лунных гор не только относительно к диаметру планеты выше земных, но несколько выше их и абсолютно. Так, высочайшая из лунных вершин имеет высоту почти девять километров, Эверест — высочайшая вершина земного шара — поднимается над уровнем моря на 8882 метра. Правда, на Луне нет морей, и в этом сравнении не учитывается глубина земных впадин, скрытых поверхностью моря.
Луна безжизненна и, видимо, всегда была такой. Ежедневно и ежечасно поверхность Луны бомбардируется потоком мелких и крупных метеоров. Не испытывая торможения и не распыляясь в атмосфере, как это бывает при падении метеоров на Землю, они со скоростью в несколько десятков километров в секунду ударяются о лунную поверхность. При этом происходят сильные взрывы, приводящие к тому, что с лунной поверхности в пространство вылетает значительно большая масса, чем та, которая падает. Поверхность Луны имеет чрезвычайно пористое строение и, видимо, покрыта толстым слоем пыли, образовавшейся из‑за резкой смены температуры дня и ночи, из‑за взрывов бесчисленных метеоров.
В романе «С Земли на Луну» Жюль Верн коротко излагает космогонические гипотезы происхождения звезд и солнечной системы. Эти гипотезы только в общих чертах похожи на современные. Сейчас считают, что звезды могли образоваться не только несколько миллиардов лет тому назад, но что процесс звездообразования продолжается и поныне. Внешние периферийные части газовой или пылевой материи пошли на образование планет.
Таким образом, сейчас, как и во времена Жюля Верна, считают, что Солнце и планеты образовались из единой газопылевой материи.
Однако нельзя согласиться с мнением Барбикена о том, что существование жизни на Земле обязано ее внутреннему теплу и что через четыреста тысяч лет Земля остынет и превратится в ледяную могилу человечества.
Во-первых, основным источником тепловой энергии, обеспечивающим на поверхности Земли ее среднюю температуру, является Солнце. Постоянная интенсивность солнечного излучения поддерживается ядерными реакциями, происходящими в недрах Солнца. Во всяком случае, в течение ближайших нескольких миллиардов лет ослабления солнечного излучения ожидать нет никаких оснований.
Во-вторых, и внутреннее тепло земного шара, роль которого в тепловом балансе поверхности невелика, поддерживается за счет ядерных реакций радиоактивных элементов, содержащихся в земной коре. Причем, сказать определенно, происходит ли в настоящее время разогрев глубинных областей нашей планеты или их охлаждение, современная наука еще не может.
Читая романы Жюля Верна, воочию видишь прогресс науки и техники. Замечаешь это не только по развитию основных проблем, поднимаемых писателем, но и в тех бесконечных по количеству мелких научных сообщениях, намеках, которыми пестрят его романы. Оказывается, Жюль Верн еще не знал, что скорость электрического тока равна скорости света, оказывается, он предполагал, что углерод, входящий в состав метеоритов, может иметь только органическое происхождение, верил в существование эфира, наличие которого отвергнуто современной наукой. И это не «промахи», «не ошибки» писателя, а уровень знаний того века, в котором он жил и творил.

Как же, в какой последовательности будет происходить решительный штурм неба, воплощение в жизнь этой еще не осуществленной мечты Жюля Верна?
Совсем недавно мы представляли себе старт космического корабля с Земли в виде одновременного взлета целой армады — нескольких сотен — связанных друг с другом ракет. Полыхая фонтанами пламени из своих бесчисленных дюз, армада взлетает в небо. Но едва ракеты успели сжечь половину топлива, далеко еще не развив космической скорости, начинается переливание оставшегося топлива в половину ракет, так что половина армады возвращается на Землю, а другая с полными баками продолжает полет. Снова сгорает половина топлива, снова начинается переливание остатков и т. д., пока, наконец, единственная, последняя ракета не приобретает требующейся скорости — одиннадцати километров в секунду.
Каждому ясно, как это неудобно и как это трудно осуществимо.
Предлагался и другой вариант — конструкции составных ракет, которые по мере сгорания в них топлива отделяются и возвращаются на Землю. К сожалению, и этот вариант немногим улучшал положение.
Однако в настоящее время, когда ученые все глубже овладевают могучей силой энергии расщепленного ядра, можно представить себе значительно более простой космический корабль, все горючее которого вместе с двигателями, приборами, аппаратурой уместится в одном корпусе. Атомный реактор такого корабля будет служить для разогрева до очень высоких температур подаваемого туда жидкого или газообразного вещества. Достигнув нужной температуры, это вещество будет расширяться в соплах реактивного двигателя и с большой скоростью вырываться наружу, создавая реактивную силу. Расчеты показывают, что запас этого вещества, необходимый для сообщения ракете скорости в одиннадцать километров в секунду, сравнительно со всеми другими видами топлива очень невелик.
Вряд ли первая ракета, которая отправится на разведку других миров, будет иметь экипаж. Слишком трудно предусмотреть с Земли все случайности, которые могут попасться ей на пути, учесть все, с чем придется встретиться в космическом пространстве. Слишком рискованным будет этот первый рейс, чтобы можно было полететь человеку. Вместо него в этот полет отправятся приборы.
Где‑то в большом зале научно-исследовательского института будет размещена аппаратура связи и управления космическим кораблем. Механические карандаши час за часом будут бесшумно вычерчивать на бумажных лентах получаемые от автоматических приборов ракеты сведения о температуре космического пространства, составе солнечной радиации, интенсивности космических лучей. Ученые будут по радио в свою очередь передавать механизмам ракеты необходимые распоряжения. Пройдет день, другой, третий. Ракета достигнет нашего вечного спутника — Луны и, повторяя путь героев Жюля Верна, начнет ее облет. На зеленоватой поверхности гигантского экрана появится первый кратер «той» стороны Луны, первая горная цепь, еще никогда никем не виданная и никак не названная. И постепенно люди увидят второе лицо Луны, о котором пока мы ничего не знаем.
Потом ракете будет передан приказ возвратиться на Землю. Подлетев совсем близко к нашей планете, она затормозит скорость своего полета, возможно, встречной работой реактивного мотора, возможно, выбросив крылья, трением о воздух. Обработка всех данных, которые она принесет о космическом пространстве, позволит послать в межпланетный рейс и первого звездоплавателя — человека…
А затем настанет время и больших научных экспедиций. Люди потрогают своими руками серую пыль лунных «морей», возьмут пробы таинственной атмосферы Венеры, соберут коллекции марсианских растений.
Это будет, ибо нет непознаваемого, есть только непознанное…

Инж. М. Васильев
Проф. К. Станюкович

1954 г.

© 2018 издательство Лекстор, дизайн - Круглова Кристина, разработка - Кропотин Святослав