Ракета на колесах

История ракетостроения изобилует всевозможными, подчас довольно яркими примерами, когда какой-нибудь летающий снаряд, не совершив и половины пути до цели, спокойно разворачивался и направлялся прямо в то самое место, откуда был запущен. Согласитесь, что впечатление от такого эксперимента нельзя назвать слабым. Причина нам теперь хорошо известна, поэтому, услышав подобные рассказы, мы можем отнестись к ним с полным доверием. Достаточно было чему-то переместиться внутри аппарата, например топливу в баке, как менялось и направление полета. Конечно, существенную роль в подобных неудачах играло и то обстоятельство, что двигались эти аппараты не в открытом космосе, а хотя бы частично в земной атмосфере. Небольшой порыв ветра или просто изменение плотности воздуха — ив результате изменение курса.

Интересно, что к тому же выводу о неустойчивости направленного движения реактивного аппарата мы могли бы прийти и не прибегая к бобовой модели. Можно рассуждать так, как мы это делали в самом начале рассказа. Ракетный двигатель — это бутылка, а силу тяги в нем создает давление газов на ее дно. Сила давления, как мы в этом неоднократно убеждались, всегда направлена перпендикулярно плоскости, на которую оказывается давление, а значит, в нашем случае — перпендикулярно донышку и параллельно оси бутылки. Куда направлена ось ракеты, туда и тянет ее сила давления газов. Изменилось направление оси — газы столь же исправно начинают тянуть ракету в новом направлении.

Каков же выход из создавшегося положения? Если вернуться к бобовой модели, то выход отыщется довольно просто. Барону Мюнхгаузену, если он твердо решил добраться до Луны, нужно на время превратиться в муравьиного пастуха. Пополз муравей не туда — отклонилось направление роста бобового растения. Надо заставить муравья совершить такой же точно путь в обратном направлении, и все вернется на место.

Можно производить и более сложные эволюции, нужно лишь знать правильное направление. К услугам современных космонавтов, производящих вручную стыковку космических объектов, имеются специальные маломощные рулевые реактивные двигатели. Они работают точно так же, как муравей, перегоняемый с места на место или в крайнем случае отбрасываемый прочь от космического корабля. Но все это возможно лишь тогда, когда объект, с которым надо состыковаться, находится в зоне видимости и когда относительная скорость сближения стыкуемых объектов не очень велика.

Для полетов вне земной атмосферы гораздо более типичны случаи, когда скорости огромны, а космонавт не видит цели.

Наконец, космонавта на борту корабля просто может и не быть. И вот тут-то на помощь приходит колесо. В первом рассказе мы уже познакомились с замечательным свойством колеса стремиться сохранять неизменным направление оси своего вращения. Теперь мы можем еще раз использовать это свойство. Нужно лишь поместить колесо в конструкцию, называемую кардановым подвесом. Эта конструкция показана на рисунке.

Ось колеса вращается в подшипниках, укрепленных в первой, внутренней рамке. Две другие стороны рамки также имеют оси, которые, в свою очередь, вращаются в подшипниках, укрепленных во второй рамке, внешней по отношению к первой. Если мы станем вращать вторую рамку, положение первой рамки с закрепленным в ней колесом останется неизменным. Вторая рамка также снабжена осями, закрепленными в подшипниках третьей рамки. Это позволяет поворачивать третью рамку в горизонтальной плоскости, оставляя положение второй неизменным. Теперь как следует раскрутим колесо — и получим конструкцию, названную гироскопом. Как бы мы ни перемещали гироскоп в пространстве, направление оси вращающегося колеса останется неизменным. Ось может только сдвигаться параллельно самой себе.

Вторая из отмеченных выше проблем оказалась успешно разрешенной, когда на борту реактивных летательных аппаратов установили гироскопы и автоматические приборы. Эти приборы способны улавливать различие между направлением собственной оси и направлением, указываемым гироскопом. Ежели такая разница обнаружена, приводятся в действие рулевые устройства.

А мы с вами, дорогой читатель, можем испытывать чувство глубокого удовлетворения от одного того факта, что и на ракете нельзя обойтись без колеса.