В ней он указал рациональные пути развития космонавтики и ракетостроения, нашел ряд важных инженерных решений конструкции ракет и жидкостного ракетного двигателя. Технические идеи Циолковского находят применение при создании ракетно-космической
техники.
Его вклад в развитие разнообразных летательных аппаратов неоценим, именно поэтому мы выделили его в отдельный этап.
2.6 V этап. «Освоение космоса».
В этот этап мы включили научно-фантастические произведения XX века.
Он описал в своём романе обитаемый спутник, представляющий собой астрономическую обсерваторию – несколько шаров, соединенных трубами-переходами. Сообщение между отдельными помещениями станции поддерживается с помощью портативных ракетных двигателей индивидуального пользования. В воронкообразном тоннеле, закрытом огромной стеклянной полусферой, размещается оранжерея, в которой произрастают удивительные растения. Беляев описывает металлургический завод, сооруженный в небесной колонии. Солнечные установки в изобилии обеспечивают его энергией. Ракеты добывают для него сырье, вылавливая метеоры. Со станции отправляется экспедиция на Луну и возвращается с богатейшими научными материалами.
Автор выдвинул интересное предложение - воспроизвести на Земле, в лаборатории, условия, подобные тем, какие существуют на других планетах. Так можно "побывать" на Марсе, на Венере, а также изучить, какие представители земной флоры и фауны могут приспособиться к жизни на этих планетах.
В повести автор описывает путешествие на Марс на двух ракетах. Одна из них оборудована атомными двигателями. Для полета в атмосфере она имеет крылья и шасси, подобно обычному самолету. Старт с Земли производился с направляющего устройства, а с Марса корабль взлетел, разгоняясь на колесах, как самолет. Для того чтобы предотвратить перегрев корпуса солнечными лучами, в ракете установлен массивный диск, вращение которого вызывает поворот корабля. Совершенная автоматика позволяет поддерживать необходимые для жизни условия в кабине.
В произведении использовалась невиданная доныне новая деталь - особенностью полета было управление ракетой с Земли при помощи радиосигналов.
В произведении рассказывается о полете "Униона" - универсальной ионосферной летающей лаборатории с экипажем и подопытными животными - прототипа будущих обитаемых внеземных станций. "Унион" представлял собой гигантский диск с реактивными двигателями на ядерном горючем. Автор высказывает идею использования с помощью аппаратов, подобных "Униону", и сверхмощных аккумуляторов энергии излучений, пронизывающих космическое пространство. Небольшие радиоуправляемые планеры могли доставлять на Землю аккумуляторы, заряженные "небесной силой", которая была превращена в электричество.
Идеи авторов в 20 веке уже не казались столь невероятными, потому что авторы все тщательнее продумывали свои идеи и опирались на существующие законы физики.
Этим разделением на этапы мы хотели показать, что с течением времени и развитием общества идеи авторов становились всё невероятнее, но в то же время с развитием науки их идеи всё легче было воплотить в жизнь. Так, многие писатели описывают не просто полет на луну, а уже и освоение других межпланетных пространств. Как, например, А. Беляев описал в своём романе «Звезда Кэц» (1936 г.) обитаемый спутник, представляющий собой астрономическую обсерваторию – несколько шаров, соединенных трубами-переходами. Уже сейчас, в 21 веке, эта идея не кажется столь невероятной и невоплотимой.
3. Недочеты в идеях фантастов.
Каждый из нас на вопрос: «Возможно ли, подобно Барону Мюнхгаузену, полететь на ядре?» с уверенностью ответит: «Нет!» Но каждый ли сможет объяснить почему?
Мы решили доказать используя законы физики невозможность такого полета.
Давайте пропустим тот факт, что человек не способен запрыгнуть на ядро при выстреле пушки, т.к. скорость ядра достаточно велика.
Тогда наше доказательство будет состоять из следующих пунктов:
1. Сопротивление воздуха.
Любое ядро имеет обтекаемую форму, и во время полета его сопротивление будет намного меньшее сопротивления барона Мюнхгаузена, следовательно, он не сможет удержаться на ядре.
2. Сила трения.
Ядро летит с высокой скоростью, а из-за сопротивления воздуха возникает сила трения, вследствие чего ядро нагревается. Усидеть на таком ядре просто невозможно.
Опираясь на законы физики, мы доказали, что такой полёт на ядре невозможен.
3.2 Жюль Верн «С Земли на Луну».
Путешествие в пушечном снаряде.
А теперь давайте докажем, что путешествие, описанное Жюлем Верном, невозможно.
Вы, конечно, помните, что члены Пушечного клуба Балтимора, обреченные на бездеятельность с окончанием Североамериканской войны, решили отлить исполинскую пушку, зарядить ее огромным полым снарядом и, посадив внутрь пассажиров, выстрелом отправить снаряд-вагон на Луну.
Фантастична ли эта мысль? И прежде всего: можно ли сообщить телу такую скорость, чтобы оно безвозвратно покинуло земную поверхность? Так как осуществить такой проект в реальности достаточно трудно, то и говорить о физических характеристиках полета также затруднительно. Мы описываем в своей работе несколько мнений по этому поводу.
Вот одно из них.
Рассмотрим техническую идею романа Жюля Верна «С Земли на Луну». Она довольно проста: огромная пушка стреляет в зенит снарядом со скоростью порядка 16км/сек. По мере того как снаряд набирает высоту, скорость его непрерывно уменьшается под действием силы земного тяготения. В первое время эта скорость будет уменьшаться на 9,75м/сек, потом на 9,4м/сек, на 9,14м/сек и т. д., становясь все меньше и меньше с каждой минутой.
Несмотря на то, что степень уменьшения скорости под воздействием силы земного тяготения непрерывно убывает, снаряд Жюля Верна израсходует весь запас скорости фактически только через 300 000 секунд полета. Но к этому времени он окажется на таком расстоянии, где гравитационные поля Земли и Луны уравновешивают друг друга. Если в этой точке снаряду не хватит запаса скорости всего лишь в несколько см/сек., он упадет обратно на Землю. Но при наличии даже такого запаса скорости он начнет падать в направлении Луны. Еще через 50000 секунд он разобьется о поверхность Луны при скорости падения около 3,2км/сек, затратив на все путешествие 97 часов 13 минут.
Вычислив заранее продолжительность этого полета, Жюль Верн нацелил свою пушку в расчетную точку встречи, то есть туда, где Луна должна была появиться через четыре дня после команды «Огонь!».
Несмотря на то, что исходные данные в романе очень близки к истине, технические детали осуществления грандиозного проекта либо недоработаны, либо весьма неопределенны. Так, в ствол гигантской «пушки», отлитой прямо в земле, закладывается произвольное количество пироксилина (181000кг), причем автор полагает, что этого количества пироксилина будет достаточно для обеспечения снаряду дульной скорости 16км/сек. В другом месте романа утверждается, что для снаряда с такой высокой начальной скоростью сопротивление воздуха не будет иметь значения, потому что, мол, на преодоление атмосферы уйдет всего лишь несколько секунд.
Последнее замечание аналогично утверждению, что броневая плита толщиной 1м не сможет задержать 16-дюймовый снаряд, так как расстояние в 1м он преодолевает за 0,001 секунды.
Если бы эксперимент с «пушкой» Жюля Верна был осуществлен на практике, то исследователи, вероятно, пришли бы в величайшее удивление, так как снаряд упал бы в 30м от дула «пушки», поднявшись примерно на такую же высоту. При этом снаряд был бы сплющен, а часть его могла бы даже испариться. Дело в том, что Жюль Берн забыл о сопротивлении воздуха, встречаемом снарядом в 210-м стволе пушки. После выстрела снаряд оказался бы между двумя очень горячими и чрезвычайно мощными поршнями, то есть между бешено расширяющимися газами пироксилина снизу и столбом нагретого при сжатии воздуха сверху. Разумеется, все пассажиры такого снаряда были бы раздавлены огромной силой ускорения снаряда.
Члены Пушечного клуба отливают гигантскую пушку, длиной в четверть километра, отвесно врытую в землю. Изготовляется соответственно огромный снаряд, который внутри представляет собою каюту для пассажиров. Вес его 8 тонн. Заряжают пушку хлопчатобумажным порохом — пироксилином — в количестве 160 тонн. В результате взрыва снаряд, если верить романисту, приобретает скорость в 16 км в секунду, но вследствие трения о воздух скорость эта уменьшается до 11 км в секунду. Таким образом, очутившись за пределами атмосферы, жюль-вернов снаряд обладает скоростью, достаточной, чтобы долететь до Лупы.
Так описывается в романе. Что же может сказать об этом физика?
Проект Жюля Верна уязвим совсем не в том пункте, куда обычно направляется сомнение читателя. Во-первых, можно доказать, что пороховые пушки никогда не смогут сообщить снарядам скорости, большей 3 км в секунду.
Кроме того, Жюль Верн не посчитался с сопротивлением воздуха, которое при такой огромной скорости должно быть весьма велико и совершенно изменит картину полета. Но и помимо этого имеются серьезные возражения против проекта полета на Луну в артиллерийском снаряде.
Главные опасения вызывает участь самих пассажиров. Не думайте, что опасность грозит им во время полета от Земли до Луны. Если бы им удалось остаться живыми к тому моменту, когда они покинут жерло пушки, то во время дальнейшего путешествия им нечего уже было бы опасаться. Огромная скорость, с которой пассажиры будут мчаться в мировом пространстве вместе с их вагоном, столь же безвредна для них, как безвредна для нас, обитателей Земли, та еще большая скорость, с какой земной шар мчится вокруг Солнца.