Павел Клушанцев - Дом на орбите
Мы говорим: «Чемодан тяжёлый, его трудно поднять». Земля тянет чемодан к себе, вниз. А мы тянем чемодан к себе, вверх. Нам приходится бороться с Землёй, отнимать у неё чемодан. Конечно, трудно. Тяжесть — это и есть притяжение Земли. А «низ» — это то место, где находится Земля и куда она тянет. А точнее: низ — это направление к центру земного шара.
Земное притяжение проявляется вокруг нас всюду. «Жадная» планета тянет к себе решительно всё.
Камни не летят в небо, а скатываются с гор в ущелья, поближе к центру Земли. По той же причине вода не карабкается по склону вверх, а течёт вниз, в долину. Вниз, на Землю, падают листья с деревьев, оседает пыль из воздуха. Вниз, а не на потолок, падаем мы, если споткнёмся. И сколько бы мы ни бросали к небу мячик, не было ещё случая, чтобы он улетел к облакам. Земля неизменно возвращала его назад.
И всё же люди научились бороться с земным притяжением.
Мячик, скатившийся со стола, не в состоянии с ним бороться и покорно падает на пол тут же рядом.
Возьмите теперь этот же мячик и бросьте его изо всей силы вдаль. Он и через дерево перемахнёт, и широкую поляну перелетит. Только после этого Земля его одолеет, притянет к себе, и он наконец упадёт на её поверхность.
Почему же мячик вдруг стал таким сильным? Почему смог бороться с земным притяжением? Что к нему добавилось?
Добавилось движение, скорость. Мы рукой разогнали мячик, толкнули его, дали ему скорость — и он полетел. Летящий мячик оказался гораздо сильнее неподвижного. И смог хоть несколько секунд сопротивляться земному притяжению.
Чем сильнее бросить мячик, тем быстрее он полетит. Тем больше будет его скорость. Тем успешнее и дольше будет он бороться с земным притяжением. Тем дальше успеет улететь.
Бороться скоростью с земным притяжением может любой предмет. Примеры — на каждом шагу.
Мальчик разбежался и прыгает через канаву. Земля «хотела», чтобы он шлёпнулся. А мальчик сопротивлялся и благополучно долетел до того берега. А сопротивляться смог потому, что хорошо разбежался. Имел достаточную скорость.
Стрела, выпущенная из лука, уносится вдаль.
Пороховые газы разогнали и вытолкнули из ружейного ствола пулю. И она пролетает несколько километров.
Снаряд из пушки летит ещё дальше. У большой пушки — на десятки километров! За далёкий лес, за высокую гору! У снаряда огромная скорость — он очень сильный!
Ну, а если представить себе пушку ещё более мощную?
Рисуем часть земного шара. Пока он будет у нас без атмосферы. Изображаем высокую гору. На ней — огромную пушку.
Стреляем! Чертим траекторию — путь, по которому летит снаряд. Вначале он летит прямо вперёд. Туда, куда его вытолкнули пороховые газы. Земля с первой же секунды начинает его притягивать. Она как бы «гнёт» траекторию к себе. Подобно ветке дерева. Траектория получается изогнутой. Своим концом она склоняется до самой Земли. В этом месте снаряд падает на поверхность земного шара.
Ставим пушку ещё более огромную, ещё более сильную. Стреляем! Снаряд полетел ещё быстрее. Траектория распрямилась. Как будто «ветка» стала толще. Снаряд огибает чуть ли не половину Земли и только тогда падает на её поверхность.
Ещё немного увеличиваем пушку. «Ветка» теперь сгибается ещё меньше. Лишь настолько, насколько круглится под ней поверхность земного шара. Снаряд облетает Землю, проносится мимо пушки и уходит на второй круг. Потом на третий. Начинает летать вокруг Земли. Его траектория замкнулась в кольцо.
Снаряд вышел на орбиту. Стал спутником Земли.
Но вдумайтесь! Земля ведь не перестала притягивать снаряд. И он не перестал подчиняться её притяжению, продолжает послушно падать. Если бы не падал — летел прямо, ушёл бы к звёздам. Он непрерывно заворачивает в сторону Земли, как положено делать всем падающим предметам. Вот только чтобы шлёпнуться на Землю, ему надо бы завернуть покруче. А скорость не позволяет. Вы же знаете, как трудно сделать крутой поворот, когда быстро мчишься на велосипеде. Заносит. Приходится заворачивать полого, постепенно. То же самое получилось и со снарядом. Не может он на такой большой скорости круче завернуть. А заворачивая полого, всё время уносится слишком далеко, «за край Земли». Падает к Земле, а упасть на неё никак не может. Пролетает мимо. Ходит по кругу.
И сделала это только скорость. Она уравновесила земное притяжение.
Какова же эта «круговая скорость»? Она огромна! Восемь километров в секунду!
Восемь километров в секунду! Вы только попробуйте представить себе эту огромную скорость!
Что такое восемь километров? Это расстояние, которое мы проходим пешком за два часа.
Что такое секунда? Это кусочек времени, за который мы успеваем сделать два шага. Левой!.. Правой!.. — прошла секунда. Левой!.. Правой!.. — ещё секунда.
Скорость восемь километров в секунду — это как бы ходьба гигантскими шагами, по четыре километра каждый шаг. Левой!.. Правой!.. — прошли восемь километров.
Так шагая, мы двигались бы в сорок раз быстрее самолёта ТУ–104!
Так вот, к вашему сведению, со скоростью 8 километров в секунду около Земли вообще никто и ничто двигаться не может. Ни самолёт, ни пуля, ни артиллерийский снаряд. И не потому, что не хватает мощности двигателей или количества пороха. А потому, что… воздух не пускает. Да, да. Воздух «жиденький» только пока сквозь него пробираешься шажком, тихонько. Он вежливо «расступается» перед нами, любезно «разрешает пройти». 'Поедешь побыстрее, он уже задевает нас, рвёт на нашей голове волосы. А если попытаешься мчаться со скоростью хотя бы один километр в секунду, воздух сопротивляется, как вода. Кажется, что он стал густой и вязкий. Артиллерийские снаряды ещё кое-как пробивают эту «гущу», летят со скоростями до двух — трёх километров в секунду. Но быстрее лететь уже не могут. Снаряду придётся с таким трудом протискиваться сквозь воздух, что он быстро выдохнется, потеряет скорость. От сильнейшего трения о воздух раскалится. Может даже сгореть. Воздух окажется для него непробиваемой стеной даже при скорости 4–5 километров в секунду. О круговой скорости восемь километров в секунду уж и говорить не приходится.
Но как же быть? Ведь воздух есть!
Есть. Но не всюду. Он обволакивает земной шар воздушной оболочкой, или атмосферой. Она не такая уж толстая. Впрочем, назвать её толщину вообще невозможно. У самой поверхности Земли воздух густой. Потом, с высотой, редеет и незаметно сходит на нет. На расстоянии в несколько тысяч километров от Земли его уже нет совсем.
Скорость восемь километров в секунду невозможна у поверхности Земли, в густом воздухе. А в разреженном?
Мы ощущаем разреженность воздуха на высоких горах. Трудно дышать. Не хватает воздуха. На самолётах наглухо закрывают двери и внутрь накачивают воздух привычной нам густоты, чтобы людям было легко дышать. Если во время полёта открыть дверь, воздух выйдет и люди погибнут.
Но пассажирские самолёты летают на высотах не больше девяти—десяти километров. Там воздух разрежен всего в три раза.
На высоте в сто километров он разрежен уже в миллион раз. Тут можно было бы отправиться в полёт с круговой скоростью восемь километров в секунду. Но далеко и здесь не улетишь. Даже такой «реденький» воздух всё же очень быстрому движению мешает. Придерживает. Тормозит. Снаряд довольно быстро потеряет скорость, начнёт снижаться и упадёт на Землю.
А вот на высоте уже, скажем, двести километров, где воздух разрежен в миллиард раз, наш снаряд может летать вокруг Земли долго. Значит, надо ставить пушку на горе высотой в двести километров!
Но извините, это опять какая-то несуразность. Не бывает таких высоких гор. Шутка сказать — двести километров!
Самая высокая гора на Земле — Эверест, и та всего около девяти километров. Построить башню высотой в двести километров, конечно, нечего и думать. Подняться на такую высоту на самолёте или воздушном шаре тоже невозможно. Ведь они летают только в воздухе. И никак не могут взлететь выше, туда, где его уже нет. Нельзя залезть по дереву выше самого дерева.
Получается какой-то заколдованный круг.
На поверхности Земли нельзя мчаться со скоростью восемь километров в секунду потому, что мешает плотный воздух. А туда, где воздуха нет и где можно было бы мчаться с любой скоростью, никак не добраться.
Вот тут-то и пригодилась ракета. Подсказал людям это решение знаменитый русский учёный Константин Эдуардович Циолковский.
Действительно. Ракета ведь не самолёт. Она не опирается крыльями на воздух. Она как бы отталкивается от газов, которые сама в себе создаёт. Воздух ей не нужен. Он даже мешает. Кроме того, она отправляется в путь не резким толчком, как артиллерийский снаряд, а мягко и плавно трогается с места и постепенно разгоняется. Это удобно для пассажиров. А главное, позволяет вначале, в густом воздухе, двигаться медленно. Потом, по мере того, как воздух редеет, полёт ускоряется. И окончательно можно набрать круговую скорость только на большой высоте, в самых разреженных слоях атмосферы. Вроде того, как рыбак на моторной лодке, отчалив от берега, сперва тихонько пробирается сквозь густые камыши. А когда выйдет на чистую воду, даёт «полный вперёд».
