Модели ракет

Сколько потребуется моделей реактивных двигателей для того, чтобы поднять в космос настоящую ракету?

— Грег Щок, Пенсильвания

Около 65 000 штук, плюс-минус несколько.

Вам следовало бы разместить их следующим образом:

Ракета будет при этом весить почти как грузовик. Не будет места ни для чего, кроме двигателей, аэродинамической оболочки и минимального набора оборудования для отсоединения ступеней.

Каждый реактивный двигатель работал бы около трёх секунд. Благодаря взаимному расположению в виде своего рода «слоёного пирога», каждые три секунды нижний слой отработанных двигателей отрывался бы и в дело вступал бы следующий слой. Таким образом ракета, пройдя через 25-30 подобных стадий, в итоге находилась бы в реактивном движении полторы минуты, после чего продолжила бы движение по инерции и едва задела бы воображаемую границу между космосом и атмосферой.

(В этой конструкции я беру за основу, что двигатели будут взяты наподобие Estes E9-4 — завершающих стандартную серию моделей двигателей ракет. Есть двигатели и побольше, их классификация продолжается вплоть до буквы О и дальше, но в какой-то момент они перестают быть моделями реактивных двигателей и становятся просто реактивными двигателями.)

30-стадийная ракета — это, мягко говоря, кошмар инженера. Конструкция подразумевает, что масса части летательного аппарата без двигателя ограничена массой человека (60 кг). Фактически, космический корабль будет представлять собой твёрдый блок реактивных двигателей. Они должны быть отделены друг от друга, чтобы верхние не начинали работу раньше времени, а сбрасывание отработанных ступеней и аэродинамика вместе дают крайне сложную задачу.

Совокупность двигателей сужается от низа к верху. К тому времени, когда топливо будет сжигаться уже на верхних уровнях, ракета сбросит б_о_льшую часть своей массы, так что ей уже не понадобится большая тяга, чтобы сохранить требуемое ускорение.

Причина, по которой совокупность двигателей выпуклая в середине — профиль ускорения, который будет выглядеть следующим образом:

Реактивные двигатели лучше всего работают, когда тяга, создаваемая ими, в несколько раз превышает силу гравитационного притяжения. Но нет необходимости ускоряться слишком быстро пока вы ещё на малой высоте. Сопротивление воздуха увеличивается прямо пропорционально квадрату вашей скорости, и если вы будете ускоряться слишком быстро, то обнаружите, что тратите топливо на поддержание скорости. Необходимо медленно лететь в начале, а затем ускоряться, когда воздух станет более разреженным.

Теперь как вы, наверное, уже заметили, эта ракета доставит вас в космос (по крайней мере, на несколько секунд), но не на орбиту. Можно ли использовать модели реактивных двигателей, чтобы состыковаться с МКС?

Нет.

С учётом сопротивления воздуха, чтобы улететь в космос, вам нужна ракета, способная ускоряться (в вакууме) примерно до 2 километров в секунду. Чтобы выйти на орбиту, вам понадобится ракета, способная ускоряться почти до 10 километров в секунду.

Если вы попытаетесь создать орбитальную ракету, используя такую же схему конструирования, какую мы применили для суборбитальной ракеты, то получите в результате блинообразную гору реактивных двигателей шириной больше мили. Она бы сужалась к концу в виде шпиля 10-метровой высоты, а вес её был бы сравним с весом Великой Пирамиды.

Этот летательный аппарат не только никогда не выйдет из атмосферы, но и вероятно не сможет устоять даже под своим собственным весом.

Откровенно говоря, называя это «летательным аппаратом», мы сильно кривим душой. По существу то, что мы создали — нестабильная гора чёрного пороха размером с Центральный парк. Если она бы загорелась — а это бы случилось обязательно — то она бы побила исторический рекорд мощности взрыва не ядерного происхождения, сделанного человеком. (Интересно, что текущий обладатель этого сомнительного рекорда — именно ракета, взорвавшаяся при запуске.)

Практический эффект в том, что будет очень трудно, но, пожалуй, не невозможно, — запустить нечто на границу атмосферы и космоса, используя модели реактивных двигателей. Однако, если вы попытаетесь построить корабль, способный выйти на орбиту, сегодня вы в космос не улетите.