После употребления сжечь

Как бы ни гордились конструкторы своими достижениями, сколько бы ни восхищались творениями своего ума и опыта, они ни на минуту не забывают, что каркас ракеты и обшивка — всего лишь неизбежный балласт. Поэтому конструкторы сами заботятся о том, чтобы тщательно продуманная ими и до мелочей отработанная конструкция, освобождаясь от топлива, отделялась от ракеты в полете, отваливалась по частям. Хорошо бы делать это без промедления, ежеминутно и ежесекундно, чтобы не расходовать ни капли горючего на разгон ненужной уже массы. Но масса современных ракет уменьшается в полете скачками, в моменты отделения выгоревших ступеней. Так почему не выбирают ступени помельче? Почему не увеличивают их число, чтобы как можно чаще отбрасывать опорожняющуюся часть конструкции? Ведь это сулит несомненный выигрыш.

Конечно, ракетная ступень не может быть сколь угодно малой. Некоторые детали конструкции или системы управления никак не изготовишь в миниатюрном варианте. Но до этих производственных трудностей дело так и не дошло. У современных ракет-носителей по три-четыре ступени, не больше. Интерес к дальнейшему дроблению ракеты конструкторы потеряли раньше, чем технологи. Что-то остановило их на пути наиболее полного воплощения в жизнь идеи К. Э. Циолковского. Что же? Давайте еще раз обратимся к той многоступенчатой ракете, выводящей космический аппарат на орбиту вокруг Солнца, о которой мы говорили в начале книги.

Достаточно увеличить в этой ракете число ступеней с двух до трех, как необходимые запасы топлива снижаются примерно в 4,5 раза. Четырехступенчатой ракете нужно уже в шесть раз меньше топлива, чем двухступенчатой. А вот последующие шаги в сторону большего числа ступеней не так впечатляющи.

В пятиступенчатой ракете топлива почти в семь раз меньше, чем в двухступенчатой. По сравнению с конструкцией из четырех ступеней выигрыш невелик — всего в 1,13 раза. Добавив одну ступень к двухступенчатой ракете, мы получили куда более значительное снижение веса. И с каждой новой добавляемой ступенью эффект становится все менее ощутимым. Содержимое топливных баков шестиступенчатой ракеты лишь в 1,07 раза легче, чем у пятиступенчатой. Согласитесь, что игра не стоит свеч. Ведь, совершая очередное дробление ракеты, мы намного усложняем ее конструкцию: на каждой ступени приходится ставить свой двигатель с обслуживающими его устройствами, свои органы управления, свой механизм отсоединения от остальных частей. Мало того, с увеличением числа ступеней заметно снижается надежность запусков, так как растет число отказов и неисправностей из-за возросшего количества элементов в ракете.

Конструкторы столкнулись со своеобразным «барьером» числа ступеней и решили, что нет смысла двигаться дальше. Но воображению не прикажешь, оно не хочет считаться ни с какими препятствиями и, оставляя «барьер» далеко позади, увлекает ракетостроителей к совершенно фантастической конструкции, в которой дробление доведено до предела. Мысленно увеличив число ступеней до бесконечного количества, они получили самую многоступенчатую ракету, какую только можно себе представить и к которой не прибавишь уже ни одной ступени. А так как ступени бесконечно малы и слились в одну сплошную массу, то их отбрасывание происходит непрерывно. Каждое мгновение ракета теряет крохотную долю конструкции, уже освободившуюся от топлива. Что может быть заманчивей и эффективней! Жаль только, что ракета воображаемая.

Но ракетостроители не желают расставаться со своей фантазией. Махнули рукой на шести-, семи— и восьмиступенчатые ракеты, а бесконечноступенчатую то и дело удостаивают вниманием в научных трудах. Только как же к ней подступиться? Придется, видимо, шаг за шагом продвигаться вперед, постепенно наращивая число ступеней?

Нет, не собираются ракетостроители брать «барьер» числа ступеней ни штурмом, ни осадой. На уме у них совсем другое.

Еще в 20-х годах русский изобретатель Ю. В. Кондратюк в своей книге «Завоевание межпланетных пространств» предложил использовать в качестве ракетного топлива некоторые металлы. Такая возможность существенно меняет взгляд на конструктивную массу ракеты. Если в топке ракетного двигателя будет сгорать металл, какая тогда разница между конструкцией и топливом? И то, и другое может давать энергию для полета. Именно так был поставлен вопрос в трудах Ф. А. Цандера, выдвинувшего смелую идею — сжигать части конструкции ракетоплана, как только отпадает в них необходимость. Поедая сам себя, ракетный летательный аппарат будет обретать силу для своего движения.

Вот вам и конструктивное воплощение бесконечноступенчатой ракеты! Незачем отбрасывать пустые, отработавшие ступени. Их нужно сжигать постепенно, по мере освобождения. Идея Цандера помогает конструкторам представить себе воображаемую ракету, непрерывно избавляющуюся от лишней массы. Больше того, можно даже превзойти этот казавшийся недостижимым идеал. Ведь освобождающаяся от топлива конструкция будет не просто отбрасываться, облегчая ракету, а истекать высокоскоростной реактивной струей, дающей тягу. Выигрыш получается двойной. А если вдуматься как следует, то даже тройной.

Возьмем, к примеру, такой широко распространенный в ракетной технике металл, как алюминий. Сгорая, он дает почти столько же тепла, сколько выделяет уголь самого высшего сорта. Но на один килограмм угля расходуется 2,7 килограмма кислорода, а на килограмм алюминия — меньше килограмма. И даже по сравнению с водородом, нередко используемым как ракетное горючее, алюминий более выгоден. Хоть водород и выделяет при сгорании в четыре раза больше энергии, чем этот металл, зато он требует в девять раз больше запасов окислителя.

Когда научатся сжигать вместе с топливом освобождающуюся конструкцию ракеты, появится возможность увеличить движущую тягу.

Дело за конструкторами. Вот тут-то и должны они показать свое искусство — пропустить сквозь камеру сгорания ракетного двигателя отслужившую конструкцию. Пускай послужит еще раз, теперь уже в другом качестве! Задача не из легких, поэтому не видим мы пока таких ракет. Но кое-какие результаты получены. Например, в двигателях первых американских ракет «Поларис» сжигали не только полиуретановое топливо, но и содержавший его алюминиевый резервуар. Это увеличивало тягу ракеты на 20 процентов.