Наибольшая скорость ракеты (1935)

(Глава X из «Основ построения газовых машин»).

А. ЗАВИСИМОСТЬ МЕЖДУ СКОРОСТЬЮ РАКЕТЫ И МАССОЙ ЭЛЕМЕНТОВ ВЗРЫВА

• 1. Мы будем основываться на простейших формулах моего «Исследования» 1926 г. (при отсутствии тяжести и сопротивления среды). Значение их приблизительное и имеет применение в следующих случаях:
  • а) когда действие производится вне поля тяжести и в пустоте;
  • б) когда прибор движется на горизонтальном пути и форма его очень удлиненная и очень хорошая;
  • •в) когда полет совершается в атмосфере почти горизонтально; прибор мало уклоняется от горизонта благодаря быстроте движения и плоским крыльям.

'Мы будем применять эти формулы и при движении снаряда с небольшим наклоном к горизонту — при его полете в воздухе.

2. Имеем v=v_A In (—, где v — скорость ракеты,.

М_х — масса со всем содержимым, кроме взрывчатых веществ, v_} — относительная скорость их отброса (она постоянная), М₂ — полная масса взрывчатых веществ и М— масса оставшихся, еще не сгоревших, не выброшенных взрывчатых веществ. Понятно, что v и М суть величины переменные.

3. Если положим /И=0, т. е. что весь запас взрывчатых веществ сгорел, то получим наибольшую скорость ракеты:

4. На основании этой формулы составим табл. 4 наибольших скоростей ракеты >в зависимости от полного сгоревшего запаса взрывчатого вещества и относительной скорости отброса. Первый столбец показывает всю израсходованную массу взрывчатого вещества по отношению к массе ракеты (без взрывчатого вещества), последующие шесть — скорость ракеты в м/сек при относительной скорости отброса в 1, 2,* 3, 4, 5 и С км/сек. Теория показывает, что энергия взрывчатых вешеств, имеющихся. сейчас в распоряжении человека, не может дать скорости продуктов взрыва, большей G км/сек. Наконец, последний столбец указывает в процентах, какая часть полной энергии взрыва идет на’движение ракеты. Как видно, процент этот сначала очень мал, потом, по мере увеличения относительного количества взрывчатых веществ, он возрастает, достигает максимума при запасе, близком к 4, достигая почти' 65%, затем начинает падать до нуля. Между запасом 0,7 и 30 он очень приличен и больше 40%.

Абсолютные скорости ракеты достигают космических, достаточных не только для удаления от Земли, но и для вечного Таблица 4.

Скорость ракеты.

удаления от нашего Солнца и скитания среди солнц 'Млечного Пути.

5. Однако на практике скорость отброса далеко пока не достигает 5—б км/сек^ да и запасов взрывания нельзя брать таких больших, какие требуются для получения космических скоростей — по крайней мере для одоления 'тяготения Солнца и блуждания среди звезд 'Млечного Пути.

Какие же скорости достижимы при самых скромных условиях и как, имея такие скорости, отыскать приемы для получения космических?

• 6. Нельзя целиком использовать тепловую энергию взрыва: вылетающие продукты не могут охладиться (при расширении) до абсолютного нуля и таким образом все тепло обратить в кинетическое движение газов. Беспредельному расширению газов и паров препятствует внешнее давление среды (например атмосферное), а также сжижение и отвердение продуктов горения. Идеальному использованию химической энергии мешают еще ограниченные размеры трубы. От этого скорость отброса будет меньше, чем вычислено в табл. 4.
• 7. Последующая таблица это выражает:
• 50% 60% 70% 80% 90% 100%
• 0,707 0,7/5 0,837 0,891 0,949 1,000

Первая строка показывает использование теплоты горения в процентах или величину относительного превращения ее в кинетическую энергию (движение отброса), вторая — уменьшение скорости ракеты, пропорциональное уменьшению скорости отброса. Если тепловая или механическая работа уменьшается, например, в 9 раз, то скорость уменьшается в 3 раза. Надо числа табл. 4 умножить на одну из дробей второй строки, чтобы получить истинную наибольшую скорость ракеты, сообразную проценту использования теплоты взрыва.

• 8. Применим это к составлению новой таблицы, предполагая 70% использования тепла и относительную скорость продуктов в 4 км/сек. Последняя, конечно, зависит от рода взрывчатых материалов.
• 9. В табл. 9 первая строка показывает скорость продуктов. взрыва (от 2 до 4 км/сек), вторая — утилизацию тепла в процентах, последующие — окончательную скорость ракеты после израсходования всего запаса взрывчатого вещества. Первый столбец таблицы показывает запас взрывчатого вещества по отношению к весу ракеты. Как видно, практическая скорость едва достаточна для 1роли близкого земною спутника.

Но мы сейчас укажем на иные приемы получения гораздо больших скоростей ракеты. Они состоят в том, чтобы отправляться в путь нескольким одинаковым и скромным (по скорости) Т а.6 л и ца 9.

Таблица скоростей при ратном использовании теплоты горения и полном расходе взрывчатых веществ

пакетам. Они, кроме последней, расходуют только половину взятого запаса взрывчатого вещества, а остальной половиной снабжают друг друга. Только последняя ракета приобретаем наибольшую скорость. Остальные освободившиеся от запаса снаряды планированием спускаются на землю.