Цандер и мечты о полетах на другие планеты
Удивительные всё-таки люди жили в начале 20 века. Один из таких чудо-людей - Фридрих Артурович Цандер (1887-1933) - один из пионеров ракетной техники и один из создателей первой советской ракеты на жидкостном двигателе ГИРД-Х (1933, создана по идеям и чертежам Цандера в бюро С. П. Королёва). До старта этой ракеты Цандер не дожил: он скончался от тифа.
Ф. А. Цандер. Экспонат выставки в Музее космонавтики. Фото моё, 2024
С детства увлекаясь астрономией и познакомившись еще на школьной скамье с работами Циолковского, Цандер мечтал о межпланетных полётах в то время, когда лететь было, в сущности, не на чем.
"Вперёд, на Марс!" стало его личным девизом и путеводной звездой. Собственно, ради этого он и посвятил себя изобретательству новых летательных аппаратов, попутно обдумывая способы освоения космического пространства.
"Перелёты на другие планеты"
В 1923 году он написал статью, опубликованную годом позже:
Перелёты на другие планеты // Техника и жизнь № 13, 1924.
Экземпляр журнала. С выставки в Музее космонавтики. Фото моё
На выставке, посвященной юбилею В. Н. Челомея, была представлена и экспозиция, связанная с Цандером и группой ГИРД, которой он руководил в 1931-32 годах. Там, среди прочих интересных экспонатов, демонстрировалась и черновая рукопись статьи про межпланетные перелёты.
Почитать было бы интересно, однако разбирать рукописный текст, снятый в неярком освещении через стекло трудновато.
К счастью, в Викитеке есть полный текст в нормальном формате.
Далее будут длинные цитаты с моими комментариями. Текст Цандера я не буду выделять курсивом, а то читать неудобно.
Предварительное замечание: о межпланетных путешествиях тут говорится как о вещи словно бы само собой разумеющейся, притом, что в 1920-е годы даже самолеты летали довольно низко, а за пределы атмосферы никто еще не проникал. Тем не менее, Цандер верил, что к другим планетам люди полетят... "в течение ближайших лет". Фантастика.
Да здравствуют планеры
"Интересуясь математическим и конструктивным изысканием, касающимся межпланетных путешествий, я уже в течение ряда лет делал расчеты по этому вопросу и пришел к выводу, что при существующей технике перелеты на другие планеты будут осуществимы, по всей вероятности, в течение ближайших лет.
Мною были выработаны следующие главнейшие положения:
1. Для полета в высшие слои атмосферы, а также для спуска на планеты, обладающие атмосферою, будет выгодно применять аэроплан, как конструкцию, поддерживающую межпланетный корабль в атмосфере. Аэропланы, обладающие возможностью производить планирующий спуск — в случае остановки двигателя, во многом превосходят парашют, предлагаемый для обратного спуска на землю Обертом, в его книге: «Ракета к планетам».
При парашюте отпадает возможность свободного выбора места спуска и дальнейшего полета, в случае временной остановки двигателя; так что его следовало бы применять лишь для полетов без людей. Ту же часть ракеты, которою управляет человек, необходимо снабжать аэропланом. Для спуска же на планету, обладающую достаточной атмосферой, пользоваться ракетою, как это предлагает К. Э. Циолковский, также будет менее выгодно, нежели пользование планером или аэропланом — с двигателем. Ибо ракета израсходует на спуск много горючего, а спуск с нею будет стоить, даже при ракете на 1 человека, десятки тысяч руб. Между тем, как спуск на аэроплане стоит лишь несколько десятков руб., а на планере совсем ничего не стоит.
Произведенные расчеты ясно указывают на полную возможность медленного безопасного планирующего спуска на землю".
Планер А-11 (1957). Монино, Музей ВВС. Фото моё, 2024
В первой половине 20 века планеры были чрезвычайно популярны. Их строили даже любители, в том числе дети, в виде маленьких моделей. Серьезные же машины, способные совершать перелеты на довольно большие расстояния, создавали ведущие конструкторы.
Утверждение Цандера о том, что спуск на планере "совсем ничего не стоит" - это, конечно же, сильное преувеличение. Денег стоит и сама машина, и ее обслуживание, и доставка на другую планету, и работа летчика. Подразумевалось, вероятно, отсутствие расходов на топливо.
Интересно, однако, каким образом доставлять пилотируемые планеры на другие планеты, если размах их крыльев весьма внушителен, да и вес очень не маленький. Но об этом в 1920-х годах еще не задумывались.
О ракетах
"2. В наших слоях атмосферы следует применять малые скорости, по мере же увеличения высоты над земной поверхностью, в соответствии с убыванием плотности воздуха, эти скорости непрерывно могут возрастать.
3. Двигательною силой в низших слоях атмосферы должен быть особый двигатель высокого давления, работающий горючим и жидким кислородом. Двигатель должен приводить в движение пропеллеры, которые могут быть построены либо с переставными, либо с обыкновенными лопатками. В последнем случае двигатель должен быть устроен так, чтобы он на земле работая с малый числом оборотов, а по мере увеличения высоты — со все большим числом оборотов. Взамен винтомоторной группы можно применять ракету, приспособленную к летанию в воздухе, действующую своей толкательной силой по направлению полета.
Под названием «ракеты» здесь следует понимать раструб, аналогичный соплам турбин: через узенькое горлышко раструба под большим давлением поступают в него продукты горения; газообразные части, отталкиваясь от стенок раструба, быстро расширяются и получают — по направлению оси раструба — большую скорость, равную от 4000 до 5000 метр. в сек.
Ракетою, приспособленной к летанию в воздухе, называется такая, которая притягивает в раструб наружный атмосферный воздух. При смешивании его с газами получается меньшая скорость всей массы газов в ракете, но зато вся ускоряемая масса газа и воздуха и коэффициент полезного действия получаются больше, чем при обыкновенной ракете, для которой коэффициент полезного действия при скоростях полета — до 400 метров в сек. — очень мал.
4. При скоростях полета, больших, нежели 400 метров в сек., следует применять в качестве двигательной силы либо ракету, приспособленную к летанию в воздухе, либо обыкновенную — чисто реактивную ракету".
Экспонат Музея космонавтики. Фото моё
Этот жутковатый на вид монстр, напоминающий фантастическое гигантское железное насекомое - фрагмент жидкостного ракетного двигателя, разработанного в 1950-е годы под руководством В. П. Глушко.
В 1920-х годах читателям журнала еще нужно было объяснять, что такое ракета и примерно как она работает. Через 30 лет ракеты уже вовсю летали.
Межпланетный аэроплан
"5. Во время полета ракетою необходимо втягивать несущих поверхностей... расплавлять их в особом сосуде или котле и выбрасывать расплавляемый металл для увеличения действия ракеты. Для этой цели аэроплан должен иметь соответственную конструкцию: должен снабжаться троссами и приспособлениями для производства всех необходимых движений. Согласно произведенных расчетов, вес разбираемого аэроплана будет лишь немногим выше веса обыкновенного аэроплана".
Для наглядности Цандер снабдил статью схемой-рисунком:
"6. При скоростях, близких к 8 килом. в секунду, выгодно вылететь из земной атмосферы под малый уклоном к горизонту, т. к. при этой скорости центробежная сила, развиваемая от кружения вокруг земного шара, равна силе притяжения земли, т.-е. аппарат, предоставленный самому себе, не будет падать обратно на землю, а если он находится уже вне атмосферы, будет вечно кружиться вокруг земли, как лука. Воздух, который служил опорой для аэроплана, теперь лишь замедлял бы полет; аэроплан в межпланетном пространстве делается вполне излишним и годится лишь снова при спуске в атмосферу".
Космический парус и будущий лазер?
"7. При желании перелететь на другие планеты, необходимо довести ускорение полета до скорости в 11,18 килом. в сек. и в таком случае можно воспользоваться ракетою, но, вероятно, выгоднее будет лететь при помощи зеркал или экранов из тончайших листов. Экраны должны вращаться вокруг их центральной оси — для придания им жесткости. Зеркала не требуют горючего, но они, в случае надобности, могут быть использованы в ракете в качестве горючего. Это — два из их преимуществ; затем они не производят больших напряжений в материале корабля и будут иметь меньший вес, нежели ракета вместе с ее горючим, но зато они могут быть легче взорваны метеорами, нежели ракета.
8. Взамен экранов можно будет, по всей вероятности, применять кольца, по которым течет электрический ток, при чем внутри кольца будет расположена железная пыль, удерживаемая вблизи плоскости кольца силами электрического тока. Пылинки должны быть наэлектризованы статическим электричеством для того, чтобы они держались на некотором расстоянии друг от друга.
Если солнечный свет упадет на зеркало, экран или пылинки, он произведет на них определенное давление. При огромных расстояниях, с которыми мы имеем дело в межпланетных пространствах, малые силы дают сравнительно большие скорости полета".
Идея Цандера была реализована не очень скоро, но оказалась совсем не фантастической.
Первое развёртывание солнечного паруса в космосе было произведено на российском корабле «Прогресс М-15» 24 февраля 1993 года в рамках проекта «Знамя-2».
Из-за распада СССР и начавшегося у нас в 21 веке ретроградного движения в скрепную архаику лидерство в этой сфере перешло к странам, уделяющим развитию космической техники должное внимание.
НАСА в апреле 2024 года отправила в космос новую модель солнечного паруса ACS3, доставив с его помощью аппаратуру на высоту около 966 км над поверхностью Земли (более чем в два раза выше, чем орбита МКС).
Конечно, это еще не межпланетные перелеты. Однако в научной фантастике солнечный парус укоренился давно и прочно.
Что касается "зеркал", то эта идея также отчасти использована в частном проекте Breakthrough Starshot, который ставит себе целью запустить в космос тысячи микрозондов к системе Альфа Центавра, и эти зонды будут лететь на солнечных парусах, приводимых в движение лазером.
Конкуренты не дремлют: у НАСА в 2017 году появился аналогичный проект 2069 Alpha Centauri mission. Технология предполагается та же: солнечный нанопарус, направляемый лазером.
Художественное изображение космического нанопаруса. Википедия
Сфера Дайсона? Или Цандера?
"9. Если в межпланетном пространстве будут устроены огромные вогнутые зеркала, которые будут вращаться вместе с астрономическими направляющими трубами вокруг планет, то солнечный свет, собранный ими и направленный на пролетающий на другую планету межпланетный корабль, даст скорости, во много раз превышающие скорости ракет.
10. На основании всех этих положений можно построить ряд межпланетный кораблей".
Сфера Дайсона. Художественное изображение.
Если докапываться до истоков, то первым идею сооружения в космосе системы зеркал, улавливающих энергию Солнца, придумал Циолковский в работе 1895 года Грёзы о Земле и небе (гл. 37):
Прямой интерес жителей — превратить свою планету в диск, который захватывал бы сравнительно громадное количество солнечных лучей, давая обитателям жизнь и силу.
Кольцо это, или диск, рассеиваясь в пространстве, обращался в «ожерелье», в цепь селений без почвы, вертящихся вокруг Солнца, как обод колеса вокруг его втулки.
Огромное число даже не маленьких астероидов превратилось в такие обручи, или «ожерелья». В солнечной системе они, как тонкие нити, тянутся вокруг светила.
Цандер труды Циолковского читал, а вот Фримен Дайсон не читал ни Циолковского, ни Цандера, а вдохновлялся романом американского фантаста Олафа Стэплдона "Создатель звёзд" (1937).
Обложка первого издания романа
Идеи, как мы можем убедиться, способны рождаться в разных головах - дух веет, где хочет. Сфера Дайсона (или Цандера, или Циолковского) пока не построена и даже не найдена нигде в космосе. Но - вдруг?..
Многоразовый звездолет?
Часть текста статьи Цандера мы пропустим, там снова говорится о преимуществах его системы перед проектом, предложенным Циолковским.
Макет звездолета Циолковского. Экспонат Политехнического музея в Москве. Фото моё
"Создается практическая возможность израсходована горючего материала при полной весе корабля в 10.000 кгр до веса в 500 кгр (веса маленьких земных аэропланов); это представляет собою полную гарантию в отношении достижения огромных скоростей, необходимых для преодоления притяжения земного шара. Этим большим расходом горючего материала устраняется необходимость в применении взрывчатого вещества огромной силы.
При под‘емкой ракете — большое ускорение, производимое ею, является причиной сильного увеличения кажущегося веса, что заставляет пилота лежать в течение периода ускорения в ванне, наполненной жидкостью. Это в моей конструкции ракеты отпадает, в виду того, что ускорения в ней много меньше, так как она сама меньше и период ускорения может длиться дольше, нежели у под‘емной ракеты.
В виду же того, что двигатель и ракета могут быть во время полета остановлены и снова пущены в ход, с межпланетным кораблем моей системы весьма легко производить опыты, постепенно увеличивая высоту и скорость полета.
Комбинациею ракеты с аэропланом, а также использованием строительного материала аэроплана — в качестве горючего в ракете, устраняется, между прочим, и препятствие к межпланетный полетам, отсутствие достаточно сильного взрывчатого вещества, про которое говорит И. Я. Перельман.
В моей конструкции сильного взрывчатого вещества не требуется, огромного же веса ракета мною заменена ракетой, которая от 10 до 30 раз меньше под‘емной ракеты, про которую говорит Перельман. Таким образом, препятствия к межпланетным путешествиям, высказанные Перельманом, отпадают".
Книга Я. И. Перельмана. Краснодарский музей. Фото из Википедии
Яков Исидорович Перельман (1882-1942) - математик, физик и научный просветитель (его книга "Занимательная физика" - просто шедевр, даже я ею в детстве зачитывалась, хотя в физике мало что смыслю).
Он выпустил также ряд работ о полетах на другие планеты:
- Далёкие миры. Астрономические очерки. Пг., Изд-во П. П. Сойкина, 1914.
- Межпланетные путешествия. Полёты в мировое пространство и достижение небесных тел. Пг., Изд-во П. П. Сойкина, 1915 (10).
- Путешествия на планеты (физика планет). Пг., Изд-во А. Ф. Маркса, 1919.
Вероятно, Цандер полемизировал с идеями, изложенными в двух последних книгах. Я их не читала, точно сказать не могу.
В статье Цандера привлекают внимание идеи многоразового космолета и изящное решение проблемы восполнения топлива во время полёта: использовать... материал аэроплана, с помощью которого осуществлялся старт.
Без многоразовых аппаратов путешествие на другие планеты действительно невозможно. Допустим, долететь - долетим, а как улететь обратно? Маск над этим, как мы знаем, усердно работает. Посмотрим, что получится.