Г. Оберт еще в 1923 году обратил внимание, что при водородно-кислородном топливе выгоднее расходовать «…больше водорода, чем нужно для соединения НО. При превращении в газ этот (избыточный – Г.С.) водород отнимет тепло и уменьшит температуру в камере сгорания. Несмотря на это, истекающий (из сопла – Г.С.) газ имеет более легкий удельный вес и большую С (скорость истечения – Г.С.)» [с. 27].
К.Э. Циолковский, по-видимому, вообще не подозревал об этой важнейшей особенности некоторых ракетных топлив, широко использовавшейся специалистами СССР на спиртокислородных двигателях. Не понимая существа проблемы выбора топлива, он даже не включил в требования к нему охлаждающие способности различных компонентов.
В настоящей работе рассмотрены фактически все идеи К.Э. Циолковского по ракетно-космической технике. Если какие-нибудь из них и остались за рамками этого анализа, то только потому, что они второстепенны, иногда избыточны, редко подтверждаются респектабельными расчетами и в большинстве своем экзотичны.
Наземные технические объекты
Выше уже отмечалось, что идея воздушной подушки вела свой отсчет еще с начала XVIII в.
К.Э. Циолковский активно сотрудничал с заведующим кафедрой Петербургского (Ленинградского) Института инженеров железнодорожного транспорта Н.А. Рыниным и, видимо, в результате этого ему пришла идея приспособить эту подушку к скоростному поезду.
Сама по себе такая задача содержит внутреннее противоречие, состоявшее в том, что идея К.Э. Циолковского требовала строительства специального пути, в то время как воздушная подушка представляется привлекательной именно потому, что позволяет обеспечивать движение по бездорожью, по воде и пр.
В 1927 году он опубликовал результаты своих проектно-конструкторских работ . Сущность конструкции его вагона сводилась к следующему.
На рис. 22 представлено сечение вагона (В), полутрубы (Т,Т) в его основании, рельсы (Р) и полотно между ними, находящееся в одной плоскости с рельсами.
В Т,Т независимыми насосами накачивается воздух, который распространяется в узкой щели между вагоном и дорогой. Он поднимает поезд на несколько миллиметров и вырывается по краям основания вагона. Благодаря закраинам вагон не может сойти с рельсов.
По всему вагону проложена большая расширяющаяся труба с входным (Ж) и выходным (От) отверстиями, которые могут сообщаться с каналами (Т,Т) или быть независимыми от них.
«Воздух поступает снаружи через переднее жерло (Ж) вагона и отчасти вытекает через щели кругом его, отчасти выходит через заднее отверстие (От), где через реакцию, или отдачу дает давление на поезд, заставляющее его двигаться» [с. 325]. Мотор, накачивающий воздух в заднее отверстие, также может быть независим от других моторов.
К.Э. Циолковский писал, что давление реактивной воздушной струи сзади вагона будет создаваться независимыми моторами и насосами [с. 326]. При этом:
«Работа моторов на поезде будет трех видов: 1) накачивание воздуха для поддержания вагона на весу слоем сжатого под полом воздуха; 2) накачивание воздуха под другим давлением для получения сзади давления, одолевающего сопротивление встречного воздуха (в покойной атмосфере, т.е. без ветра) и, наконец, 3) мы должны встречному воздуху сообщить скорость, равную скорости поезда» [с. 327].
Тут трудно понять, что он имел ввиду. Он, как уже отмечалось, считал, что проходящий по трубе воздух будет создавать реактивную силу, которая будет появляться за счет создания с помощью насосов избыточного давления струи. Вместе с тем, из его математических выкладок следовало, что он попросту не понимал принцип работы реактивного двигателя. Он писал, что:
P = (P – P)S
где по порядку обозначены:
реактивное давление, разность давления в потоке и атмосферного давления и площадь поперечного сечения струи. Ошибка тут состоит в том, что такой двигатель работать не будет, поскольку избыточное давление воздействует на воздух. Это заблуждение К.Э. Циолковского представляется устойчивым и проявляется и в последующих его выкладках. В самом деле, он далее писал, что:
«Установившееся равномерное движение поезда требует равенства:
P = Х
т.е. реактивное давление должно равняться полному сопротивлению воздуха
Х = K V n, откуда
S = K V n (P – P)
(тут он ошибся, поскольку S = K V n / (P – P)
«Отсюда, – писал он, – мы можем вычислить площадь и диаметр круглого сечения струи или отверстия в задней стенке вагона» [с. 326].
Именно это отверстие по замыслу К.Э. Циолковского и должно воспринимать на себя избыточное давление воздуха. В том, что он недопонимал принцип работы реактивного двигателя, нет (по крайней мере для нас) ничего удивительного: в его работах вообще не встречается не только вывод, но и само выражение для силы тяги, а отсюда и существовала эта его неясность в отношении того, на что воздействует избыточное давление.
Если руководствоваться его схемой, то эта сила должна возникнуть от воздействия избыточного давления воздуха на кольцо площадью S = (FОТ – FЖ) и, знай об этом К.Э. Циолковский, вряд ли в его проекте появилась бы эта труба, тем более, что создать с помощью насосов избыточное давление в мощном набегающем потоке воздуха технически сложно. В отношении ее эффективности он питал большие иллюзии. Он писал: «Тяга поддерживается задним давлением вырывающегося из отверстия вагона воздуха. Работа накачивания тут также довольно умеренна (если вагон имеет хорошую, легко обтекаемую форму птицы или рыбы). Является возможность получать огромные скорости.
Вследствие этого поезд по инерции, т.е. с разбега, одолевает все наклоны и взбирается на все горы без всякого усилия тяги» [с. 324].
В рукописях К.Э. Циолковского, опубликованных впервые в его «Собр. соч.», остались и другие варианты скоростного транспорта. В работе , он рассматривает вариант, при котором плотность среды будет вдвое меньше, диаметр вагона – вдвое больший (видимо, диаметр трубы в вагоне) и продолговатость его – в 5 раз больше. Тогда, по его мнению, при тех же энергозатратах можно будет обеспечить скорость 8 км/с. Далее он рассмотрел различные варианты двигателей: поршневой, ракетный, электрический (как в трамвае).
Вывод был неутешительным: «Все это не практично и для начала не годится» [с. 344].
В 1934 году К.Э. Циолковский подготовил еще одну рукопись, посвященную скоростному вагону, движущемуся со скоростями 200-720 км/ч . Несмотря на то, что ничего интересного эта работа не содержала, она поражает предлагаемым типом двигателя.
Еще в VII отделе ИРТО было выявлено, что работа вентиляторов, направляющих поток воздуха в трубу, оказывается заметно эффективнее их работы в открытом воздухе [с. 58]. Но остается неразгаданной еще одна историческая загадка К.Э. Циолковского, который, отметив что опорой для поступательного движения вагона на воздушной подушке может служить только воздух, далее писал: «Но воздушный винт не годится, так как неизбежно разрывается при скорости, большей 200-300 м/с. Однако тот же винт может служить при особом для него приспособлении. Он должен находиться в трубе с двумя изменяющимися отверстиями (рис. 23). Такой винт может выносить любые скорости вагона, потому что всегда вращается с неизменной небольшой скоростью. Необходимое для этого условие: во сколько раз увеличивается скорость винта, во столько раз уменьшается площадь крайних отверстий» [с. 350].
