Открытия и изобретения, о которых должен знать современный человек - Сергей Бердышев

Если оно станет ежесекундно терять большую часть своей массы и на высокой скорости ее отбрасывать, то в результате придет в движение в любой среде — воздухе, воде и даже вакууме. Запасом такой балластной массы послужит топливо. Оно будет непрерывно сжигаться и выбрасываться через сопло. Возникнет реактивная тяга, и ракетный снаряд будет увлечен ею в направлении, обратном потоку газов от сгоревшего топлива. Интерес к ракетным летательным устройствам возник в обществе после научного признания трудов Циолковского.

Ученый активно сотрудничал с энтузиастами ракетной техники. Приверженцем идей Циолковского и его последователем был М. К. Тихонравов — изобретатель первой в мире жидкостной ракеты ГИРД-09. Естественно, этот снаряд не был предназначен для полетов в космическое пространство. Он был рассчитан на полеты в высшие слои атмосферы. Аббревиатура ГИРД расшифровывается как Группа изучения реактивного движения. В состав этой группы, помимо Тихонравова, входили замечательные конструкторы ракетной техники ФА. Цандер и С. П. Королев.

Дальнейшая история отечественной и мировой космонавтики связана с именем Королева, под руководством которого проводилось создание и запуск первых искусственных спутников Земли, первых орбитальных биолабораторий, первых лунников и первых пилотируемых космических кораблей. Современные космические ракеты представляют собой сложные, высокотехничные устройства.

Эти снаряды имеют четыре т. н. ступени — блоки с реактивными двигателями и запасами топлива. Дело в том, что пустые, отработавшие топливные баки создают балластную массу для ракеты. Поэтому понадобилось оснащать ее отделяемыми ступенями. Как только одна из ступеней истратит свой запас горючего, она отбрасывается. Это значительно уменьшает массу ракеты.

Среди последних крупных достижений мировой космонавтики следует отметить создание Международной орбитальной станции, сборка и заселение которой начались в 2001 г. Примечательны также и другие проекты, например полет зонда «Галилей» к Юпитеру в 1989–1995 гг. Работа зонда на орбите вокруг этой планеты продолжалась по 2000 г. В 1997 г. был запущен и подключился к нему Зонд «Кассини», окончательной целью путешествия которого является прибытие к Сатурну и детальное обследование его спутника Титана. Прибытие к этой планете произойдет в 2004 г.

Интересны полеты автоматических станций (АС) «Лунар Проспектер» в 1998 г. и «Марс Одиссея-2001», продолжающиеся в настоящий момент (2001–2002 гг.). На каждой из этих станций был установлен детектор нейтронов, необходимый для поиска грунтовых вод. Детектор АС «Лунар проспектер» обнаружил ледяные шапки в полярных районах Луны. Детектор АС «Марс Одиссея-2001» ведет поиск грунтовых вод на красной планете.

Итак, возможен ли полет к звездам, о котором никто никогда не слышал? Вполне возможен, причем как в теории, так и на практике. В такой полет было отправлено уже несколько автоматических станций, проводивших исследования дальних планет Солнечной системы.

Американский аппарат «Пионер-10» удалился за орбиту Плутона 15 февраля 1986 г., став первым устройством, покинувшим пределы Солнечной системы. Это устройство несет на борту рисованное послание разумным обитателям других миров, которых когда-нибудь, возможно, достигнет. В настоящее время межзвездные перелеты осуществляют, кроме «Пионера-10», несколько других аппаратов, запрограммированных на полет за пределы Солнечной системы: «Пионер-11», «Вояджеры-1 и 2» и «Улисс» (Улисс — латинизированное имя мифического царя Итаки, путешественника Одиссея).

Разумеется, человек мечтает о гораздо более значительных событиях — о пилотируемых полетах к звездам. К сожалению, они почти неосуществимы. Во-первых, такой полет будет длиться как минимум сотни тысяч лет. До ближайшей к нам звезды Проксимы Центавра полет на максимальной скорости, которую может развить современная космическая ракета (11,2 км/с), затянется на 112,5 тыс. лет.

Впрочем, теоретически эта проблема разрешима, если погрузить космонавтов в состояние анабиоза. Но значение этого полета для земной науки будет ничтожным, т. к. за 112 тысячелетий добытые звездоплавателями измерения и фотоснимки окажутся малоинформативными.

Во-вторых, полеты на световой или субсветовой скорости технически невозможны. Теоретически вполне реально сконструировать воспетый фантастами фотонный двигатель, который «сжигает» антивещество и порождает чудовищную тягу. Но летательный аппарат, движущийся на столь большой скорости, немедленно взорвется под действием космических лучей, которые поступают из глубин Галактики и пронизывают космическое пространство насквозь. Для обычной ракеты они не опасны, но для фотонной губительны. Если им навстречу движется на субсветовой скорости какой-то объект, то эти лучи для него уплотняются и превращаются в непробиваемый поток разрушительной энергии. С таким потоком предстоит столкнуться фотонной ракете. Способов защиты от него не существует даже теоретически.

Тяготение универсально

В 1609 г. немецкий астроном и математик И. Кеплер издал свой труд «Новая астрономия», в котором обосновал вращение Земли и остальных планет вокруг Солнца. Еще раньше, в 1543 г., это сделал великий польский астроном и врач Н. Коперник, но он не мог найти объяснения некоторым странностям планетных орбит.

Кеплер справедливо заключил, что планетные орбиты имеют форму немного вытянутого эллипса, оттого движение этих светил на небе представляется земному наблюдателю неправильным.

Открытие немецкого астронома значительно продвинуло науку вперед и упорядочило систему физических знаний человечества. За формулировку законов обращения светил Кеплеру присудили полушутливый, но торжественно звучащий титул «законодателя неба». Однако астроном не смог ответить на главный вопрос: что заставляет космические тела двигаться вокруг Солнца и почему это движение происходит по столь необычной, замкнутой траектории. Ответ на него был найден спустя более чем полвека гениальным английским физиком И. Ньютоном.

Закон Всемирного тяготения

О Ньютоне, как и о любом великом человеке, существует множество удивительных легенд. Говорят, что еще в детстве он проявлял неординарные способности, например, соорудил занимательную игрушку, двигателем которой служило беличье колесо.

Естественно, никаких книг или журналов «Сделай сам» под рукой у мальчика не было. Говорят также, что маленький Ньютон не любил учиться, но поставил перед собой цель стать первым учеником школы, чтобы превзойти заносчивых отличников. И это мальчику удалось.

Этому ученому приписывают постройку деревянного моста в Кембридже, собранного без единого гвоздя. Имеются также сведения о том, что Ньютон был крайне рассеян. Как-то раз, например, он, задумав сварить яйцо, опустил в кипяток свои часы.

Рассеянность гения — явление обычное, т. к. научная работа требует максимальной концентрации и не позволяет отвлекаться на посторонние вещи. Сам физик признавался, что успех в изысканиях возможен лишь тогда, когда ум не занят ничем другим, кроме поиска ответа к поставленной задаче. Насколько сложен был этот поиск, легко судить каждому, кто помнит приемы дифференцирования из школьной программы. Если ученики в школе решают дифференциальные уравнения по готовым формулам, то Ньютон так сделать не мог. Формул в те времена не существовало, равно как и самого дифференцирования. Оно было открыто самим Ньютоном. А решал он свои задачи (бывшие гораздо сложнее школьных) путем геометрических построений и расчетов. Геометрические приемы великого физика, по выражению одного из его биографов, напоминают старинное рыцарское оружие, которое современный человек не в силах ни поднять, ни представить, как с его помощью можно сражаться. Без дифференциальных же уравнений Ньютон никогда не смог бы получить желаемого результата.

Он измерял связанное с силой ускорение, которое является производной скорости, а скорость представляет собой производную от пройденного расстояния. Точное определение понятию «сила» дал именно Ньютон. Сила — это действие одного тела на другое (пассивное), вызывающее ускорение или деформацию пассивного тела. Если тело под действием силы приобретает ускорение, то оно направлено одинаково с вектором силы. Обе величины тесным образом взаимосвязаны и даже пропорциональны друг другу.

Интересно в таком случае, какая сила заставляет тела падать на Землю. Эта сила должна быть направлена к центру Земли и сообщать падающим телам одинаковое ускорение свободного падения практически в любом месте планеты. На самом деле, как сейчас достоверно установлено, ускорение свободного падения сильно меняется в зависимости от широты и массы вещества в данном участке планеты. По этой причине земной шар не является идеальным шаром. Он сильно сжат в Северном полушарии, имеет отчасти грушевидную, а отчасти картофелевидную форму, за что называется среди географов не шаром, а геоидом. Впрочем, из-за сходства с картофелиной некоторые предлагают называть форму нашей планеты потатоидом (буквально «картошковидный»).