Бобовая модель

На примере цветочного горшка с бобовым семенем мы установили основные законы реактивного движения. Но этим законам должен подчиняться и любой другой аппарат, действующий по принципу реактивного движения. Мы даже не станем сейчас давать такому аппарату имя, хотя выбор достаточно велик. Можно было бы назвать его и просто ракетой, и ракетоносителем, и космическим кораблем, и любым другим именем, заимствованным со страниц популярной или серьезной научной литературы. Важно для нас одно: в сходных условиях аппарат, действующий по принципу реактивного движения, будет вести себя точно так же, как и горшок с бобовым семенем.

А коли так, то изучать это поведение мы можем на примере цветочного горшка. Как говорят ученые, цветочный горшок с бобовым семенем может служить для нас моделью (бобовой) реактивного движущегося аппарата. Знаем мы теперь и главный закон. Он гласит так: при отсутствии взаимодействия с другими телами отдельные части системы «цветочный горшок — бобовое растение» могут совершать лишь такие движения, при которых положение центра масс останется неизменным.

Предположим теперь, что вместе с цветочным горшком, наполняющей его землей и семенем мы занесли в открытый космос муравья. Муравей быстро освоился с непривычными для него условиями и начал путешествовать по стеблю. Но муравей такая же частица системы, как и все остальное. Поэтому любое его перемещение по стеблю немедленно должно сопровождаться перемещением всех остальных частиц системы, сохраняющим неизменным положение центра масс.

Проще говоря, сдвинется муравей — сдвинется и горшок вместе со стеблем. Конечно, масса муравья ничтожно мала по сравнению с массой горшка, наполненного землей. Поэтому если муравей переместится немного, то горшок с землей совершит в ответ совсем уж незаметное движение. Важно другое: сейчас мы хотим привлечь внимание читателя не столько к самому движению, сколько к его направлению.

Действительно, предположим, что мы хотим использовать нашу бобовую конструкцию для того, чтобы доставить барона Мюнхгаузена на Луну. Из всего, что было сказано, ясно: никаких принципиальных препятствий к этому нет. Но есть одно условие. С самого начала, когда семечко еще не стало расти, мы должны сориентировать горшок так, чтобы стебель растения в конце концов уперся в Луну. Предположим, что мы знаем, как это сделать, но дальше все становится совеем плохо...

Любое небольшое движение внутри системы (не надо даже муравья — просто у бобового растения вырастает очередной листочек) — и ориентация всей системы в пространстве изменяется. Ничего нельзя исправить, ведь самое главное условие состоит в том, чтобы система не подвергалась никаким внешним воздействиям. Все, что нам остается, это, плавая в космосе рядом с горшком, наблюдать за неудачей так хорошо начавшегося путешествия.

Возможно, многим из вас бобовая модель кажется слишком уж фантастической и поэтому малодостоверной. Но на самом деле все происходит именно так. Представим себе космический корабль, каким он обычно описывается в научно-фантастических романах. Корабль нацелен носом к какой-нибудь Тау Кита и с работающим двигателем совершает свой нелегкий путь. Так вот, достаточно одному из пассажиров не то что перейти в другое помещение, а хотя бы немного поерзать в своем кресле, нос корабля немедленно отклонится от заданного направления. Ничтожно малое отклонение обязательно скажется в конечном счете, учитывая огромное расстояние, которое предстоит преодолеть, — корабль пролетит мимо цели.

Все эти затруднения были хорошо знакомы реальным конструкторам реальных движущихся аппаратов. Реактивный двигатель, способный вынести достаточный груз, если не в космос, то хотя бы в верхние слои атмосферы, был построен почти одновременно в нашей стране, Германии и США еще в начале тридцатых годов XX столетия. Именно в это время конструкторы столкнулись с очень серьезными проблемами. При всем своем многообразии они сводились в основном к двум: двигатели часто взрывались, а аппараты с исправными двигателями не хотели лететь туда, куда нужно.

Первую проблему удалось решить тогда, когда инженеры и ученые — химики, металлурги и технологи — создали подходящие сорта топлива и подходящие материалы, способные выдерживать огромные давления и температуры. А вот о второй следует поговорить особо.