Реактивное движение и его успехи (Циолковский)
Успехи работ над реактивные двигателем до сих пор невелики. Близ Берлина ракета Риделя поднялась на высоту 1½ км (1 500 м). Другие германские ракеты (там же) взлетели кверху на 700 м. Лион на склоне Альп запустил ракету на 9,5 км. При другом неудачном опыте (там же) убит один из помощников Лиона, а два других ранены. Успехи ракетных планеров и самолетов был еще менее значительны.
Как все это далеко от теоретических выводов и множества грандиозных проектов. Мы здесь хотим разобрать общие принципы, приложенные к устройству этих аппаратов, и причины пока небольших достижений.
Первые попытки относятся к употреблению готовых взрывчатых веществ, сгорающих постепенно. И теперь еще этим средством полета и движения не пренебрегают, в особенности при начале полета в низших слоях атмосферы. Это вполне естественно при первых шагах развития дела. Для небольших достижений и маленьких ракет конечно пригодны такие слабые взрывчатые вещества, как порох, другие же взрывчатые смеси, и жидкости (особенно при массивных ракетах) сразу взрываются и разрушают прибор. Однако порох не выгоден для массивных ракет еще и потому, что давление газов передается на всю оболочку сосуда. Это заставляет делать весь снаряд прочным и тяжелым. Вес пороха в ней не может превышать веса снаряда, а нам необходимо, чтобы вес взрывчатого вещества во много раз был больше веса содержащего его сосуда.
Второй этап в деле ракет — разделение элементов взрыва по отдельным сосудам. Это уже избавляет нас от опасности катастрофы. Тут соединение составных частей взрывчатой смеси совершается постепенно в продолжении нескольких секунд или минут. Одновременного взрыва всей массы произойти не может.
Действительно в большинстве последних экспериментов пользуются кислородом и бензином (изолированными от друга), которые понемногу химически соединяются и дают газ, производящий реактивное давление и движение.
В одних опытах ожиженный кислород вытекает под влиянием собственного давления (Ридель), а бензин под давлением газа (сжатого азота, углекислоты и пр.), в других же оба элемента выталкиваются давлением сжатого газа (Оберт).
Второй способ предпочтительнее, так как истечение и газообразование жидкого кислорода весьма медленно и капризно, зависит от внешнего притока тепла (от воздуха, солнца) и степени тепловой изоляции кислородного бака.
Но почему же и в приборах Оберта мы видим те же слабые результаты? Дело в том, что давление газа в резервуарах, как и в случае применения пороха, принуждает и самые резервуары делать массивными, тяжелыми. Поэтому и весь прибор получается слишком тяжелым.
Кроме того мы здесь неизбежно должны расширить огневую камеру и тем уменьшить реактивное давление, в противном случае оно воспрепятствует истечению кислорода и нефти. При нормально узкой дозе реактивное давление так велико, что давление сжатого газа не в состоянии его преодолеть. Расширение же огневой камеры (карбюратор и дюза обыкновенно сливаются вместе) также ослабляет реактивное давление на единицу поверхности дюзы.
Выгодное использование взрыва в атмосфере (при сильном внешнем ее давлении) возможно только при наибольшем давления в дюзе, примерно в несколько тонн на см2 (как в огнестрельных орудиях). Дюза требуется также длинная и коническая. Ни того, ни другого в летающих аппаратах пока нет.
Чтобы избежать давления в баках с горючим кислородом и бензином, необходимо накачивать его в камеру сгорания, тогда высокое давление будет лишь в небольших насосах, не требующих большой массы, а значит и легких, но для накачивания нужен особый двигатель. Однако и здесь огромное реактивное давление в дюзе (или взрывной камере) потребует очень сильного и потому тяжелого двигателя. Это затруднение можно устранить, если изрывать элементы залпами с промежутками. Подав насосом порцию горючего вещества, дать ему взорваться (выстрелить), а затем по освобождении дюзы от газового подать вторую порцию и т. д.
Тут сила взрыва будет зависеть от нас, двигатель же потребуется небольшой мощности, а значит и меньшего веса.
Выстрел, а тем более холостой, совершается в малую долю секунды, например в одну сотую (0,01) и даже меньше, смотря по длине дюзы и скорости смешения элементов взрывания. Поэтому число выстрелов в секунду может быть весьма значительно — 50 и более. Стало быть и реактивная работа (мощность) может быть весьма велика при сравнительно небольшом весе всего снаряда.
Охлаждение водой карбюратора и дюзы неэкономно, так как требует много жидкости и чехла. Этого средства можно избегать, окружая дюзу непрерывно перемешиваемою нефтью, а нефть — жидким кислородом. Никаких баков и охладительных чехлов тогда не понадобится: сам разгороженный снаряд послужит баком, а горючее — охладителем. Нагревание дюзы не будет очень сильно еще и потому, что выходная расширенная часть длинной конической дюзы может быть очень холодна вследствие расширения и охлаждения там газовых продуктов сгорания. Отсюда видно, что дюза должна быть длинной не только для того, чтобы лучше использовать энергию горения, но и для того, чтобы не давать взрывной трубе слишком нагреваться.
Все указанные изменения в реактивных летательных аппаратах, не говоря уже про управление (пилотаж), требуют многих сложных приборов, значительной величины машины и больших затрат.
Теория доказала возможность самых фантастических достижений в деле применения для полета реактивного двигателя. Надо двигать работу дальше и поощрять.
К. Э. ЦИОЛКОВСКИЙ