Введение
Мы живем в замечательное время. На наших глазах человек овладел атомной энергией и научился применять ее в мирных целях. Перед человечеством открылись неограниченные перспективы использования сил атома в практической жизни.
Вместе с тем и другие области техники, не связанные непосредственно с атомной энергетикой, переживают период бурного роста. Так, например, в начале века казалось невозможным увидеть предмет, удаленный на расстояние в десятки километров. Ныне телевидение стало обычным делом, и вблизи телецентров редко встретишь дом, на котором бы не стояла телевизионная антенна.
Радиотехника проникла за пределы Земли, в окружающий нас космос. Приняты и расшифрованы радиосигналы, исходящие от Солнца и других небесных тел. В 1946 году радиолуч, посланный специальным радиолокатором, достиг Луны, и тем самым человек как бы дотронулся до поверхности нашего спутника. Строятся мощные радиотелескопы, позволяющие обнаружить то, что недоступно обычным оптическим средствам исследования.
Человек побеждает пространство и время. Если еще в начале века самолеты внешне напоминали этажерки, а полет на сотни метров считался рекордным, то в наши дни реактивные самолеты достигают скоростей, превышающих 2500 километров в час!
Далекое становится близким. Путешествие из Москвы во Владивосток в начале века занимало недели, а сейчас оно может быть совершено за десятки часов! Недалеко время, когда кругосветные беспосадочные перелеты станут обычным делом.
На очередь выдвинут вопрос о межпланетных путешествиях.
Еще два-три десятка лет тому назад полеты на другие планеты большинству людей казались сказочной, несбыточной мечтой. Даже те, кто серьезно работал над этой проблемой, относили сроки первых космических полетов в отдаленное будущее.
В наши дни положение резко изменилось. Бурное развитие техники во всех ее областях и в особенности в области реактивной авиации заставляет смотреть на межпланетные полеты не как на фантастическую мечту, а как на техническую проблему, решение которой может быть достигнуто в ближайшие десятилетия.
В последнее время постепенно сформировалась и новая наука «астронавтика» — наука о межпланетных полетах. Все большее и большее число исследователей начинает принимать участие в разработке теории космических полетов. С каждым годом успехи астронавтики привлекают к себе все большее и большее внимание мировой общественности. Межпланетные путешествия становятся общечеловеческим делом, областью, в которой может и должно осуществляться научное сотрудничество различных народов.
Во многих странах организованы общества астронавтов, регулярно созываются международные съезды по вопросам астронавтики. В Советском Союзе, родине основателя астронавтики Константина Эдуардовича Циолковского, последнее время уделяется большое внимание проблеме межпланетных перелетов. При Академии наук СССР создана Междуведомственная комиссия, которая руководит всеми работами в данной области техники. Советское правительство возложило на Академию наук научно-теоретическую разработку главнейших проблем астронавтики. Что же касается любителей астронавтики, то они объединяются в секции астронавтики при Центральном аэроклубе имени Чкалова.
Очередная и на данном этапе главная задача астронавтики — это создание искусственных спутников Земли, которые, по идее Циолковского, должны служить топливными базами будущих космических ракет. Но кроме роли трамплина для достижения первой космической станции — Луны, спутники будут выполнять и другие функции. Их используют как своеобразные космические лаборатории, где в условиях безвоздушного пространства можно выполнить ряд исследований, невозможных на Земле.
Вряд ли стоит доказывать, как увлекательна и интересна эта грандиозная техническая задача. В создании искусственных спутников Земли примет участие большой коллектив разнообразных специалистов: астрономов, инженеров, медиков, биологов. Вот почему познакомить школьников с важными проблемами современности — проблемами астронавтики — вполне своевременно и полезно. Среди юных читателей этой книжки несомненно найдутся такие, которые пожелают свою дальнейшую жизнь посвятить овладению космическим пространством. Несомненно, что уже сейчас среди детского населения земного шара живут те, которым посчастливится первыми вступить на лунную поверхность. Им, юным астронавтам, и посвящается в первую очередь эта книга.
Однако и те, кто изберет себе иную, «земную», профессию, все же, вероятно, не останутся равнодушными к историческому событию в жизни человечества — его выходу за пределы Земли. Вот почему и для них эта книжка может быть не безинтересной.
Автор старался сделать изложение понятным для каждого школьника старших классов. В то же время он стремился, где это возможно, простыми расчетами подтвердить теоретические рассуждения. Пугаться формул и расчетов не следует — математика позволяет выразить мысль предельно ясно и лаконично. Кроме того, будущим астронавтам надо учесть, что в астронавтике физика, математика и астрономия играют решающую роль. Кто еще на школьной скамье полюбил точные науки, тот может смело рассчитывать на овладение астронавтикой. К рассмотрению одной из интереснейших ее проблем мы теперь и приступим.
Задача Ньютона и ее решение
В главном творении Исаака Ньютона, его книге «Математические принципы натуральной философии», опубликованной в 1687 году, есть такое рассуждение:
«Если свинцовое ядро, брошенное горизонтально силою пороха из пушки, поставленной на вершине горы, отлетает по кривой — прежде чем упасть на Землю — на две мили, то (предполагая, что сопротивления воздуха нет), если бросить его с двойной скоростью, оно отлетит приблизительно вдвое дальше; если с десятикратной, то в десять раз. Увеличивая скорость, можно, по желанию, увеличить и дальность полета и уменьшить кривизну линии, по которой ядро двигается, так что можно бы заставить его упасть в расстоянии 10°, 30° и 90°, можно заставить его окружить всю Землю и даже уйти в небесные пространства и продолжать удаляться до бесконечности».
Рис. 1. Задача о ньютоновой горе.
Вдумаемся в смысл сформулированной здесь задачи. Первая часть рассуждения Ньютона не вызывает сомнений. Кому неизвестно, что чем сильнее бросишь камень или иной предмет, тем он дальше полетит. Понятно и то, что с увеличением скорости вылета снаряда, кривизна пути его полета уменьшается — снаряд летит на большее расстояние, поэтому его траектория становится более пологой.
Правда, никому еще из артиллеристов не удалось стрельнуть так далеко, чтобы снаряд пролетел четверть меридиана (90°), т. е. 10 000 км. Однако можно поверить и в это — все зависит от той скорости, с которой снаряд покидает ствол орудия. Если увеличить скорость вылета, увеличится и дальность полета снаряда.
Но вот чтобы снаряд можно было заставить облететь вокруг земного шара, т. е., по выражению Ньютона, «окружить всю Землю» или, тем более, отправить его навсегда за пределы Земли в мировое пространство, — это кажется невероятным.
Давайте, однако, не спешить с выводами, а попробуем обосновать рассуждения Ньютона численными расчетами.
Известно, что брошенное тело падает на Землю вследствие ее притяжения.
