Среди различных тепловых двигателей особое место занимает ракета. Ей принадлежит будущее. Скорости ракетного корабля во много раз превосходят скорости всех других летательных аппаратов. Недаром с ракетой связана заветная мечта человечества о межпланетных сообщениях.
Ракетный двигатель отличается некоторыми особенностями. Этого не учитывают иногда даже многие специалисты. Между тем при решении проблем ракетоплавания необходимо отрешиться от обычных представлений, сложившихся при работе с другими двигателями. Об этом свидетельствуют предлагаемые ниже «парадоксы ракеты», вскрытые А. Штернфельдом, автором труда «Введение в космонавтику», удостоенного Международной поощрительной премии по астронавтике в 1934 г.
Парадокс массы ракеты
Две ракеты подготовлены к полету. Форма и общие размеры обеих ракет одинаковы, запасы горючего тоже одинаковы. Разница только в весе: одна ракета весит 193 килограмма, другая, облегченной конструкции, весит 98 килограммов, т. е. почти вдвое меньше. Какая же из них поднимется выше?
Бесспорным считается положение, что более легкая ракета достигнет большей высоты: ведь ей придется поднимать меньший груз.
Однако исследования показывают, что это может быть не всегда так.
Произведем соответствующие вычисления для разбираемого здесь конкретного случая. Нам придется учесть скорость истечения газов, секундный расход горючего и все другие условия, которые влияют на быстроту движения ракеты.
Расчеты показывают, что тяжелая ракета весом в 193 килограмма поднимется на высоту 6725 метров, а вторая, более легкая, взлетит на высоту только 6160 метров. Таким образом, тяжелая ракета поднимется выше легкой.
В чем же секрет этого кажущегося противоречия?
Чтобы разобраться в этом, необходимо рассмотреть общие условия полета ракеты. Начнем с момента старта. Ракета отрывается от земли и летит вверх потому, что в двигателях ее непрерывно взрывается горючая смесь и энергия взрыва толкает весь аппарат все выше и выше.
Но вот наступает момент, когда все горючее израсходовано. В этот момент дальше от Земли будет находиться легкая ракета, обладающая большей скоростью подъема, чем ракета тяжелая.
Однако, когда горючее израсходовано, оба летательных аппарата продолжают еще некоторое время полет по инерции. И с этого момента как раз вступают в действие силы, приводящие к парадоксальным результатам. Что же это за силы?
Поднимаясь вверх, ракета преодолевает не только притяжение Земли, но и сопротивление воздуха. А это сопротивление растет пропорционально квадрату скорости и для быстро двигающихся тел достигает громадной величины. На высоте 80 километров плотность воздуха ничтожно мала. Современные самолеты, обладающие сравнительно небольшими скоростями, не смогли бы там летать: разреженный воздух давал бы слишком слабую опору их крыльям. Тем не менее даже в этой среде болиды и метеориты, падающие с огромной скоростью, испытывают такое колоссальное сопротивление воздуха, что сгорают, не долетев до Земли.
