В.А. Коноваленко
Жюль Верн и космос
        Фантастический роман Жюль Верна «Из пушки на Луну» появился, когда Костя Циолковский, будущий общепризнанный основоположник современной космонавтики, учился в начальной школе. Жюль Верн представил свой проект – послать на Луну исполинский пушечный снаряд-вагон с живыми людьми – в столь правдоподобном виде, что у большинства читателей, наверное, возникал вопрос: почему нет? В своё время известный популяризатор Я. И. Перельман очень подробно «обсчитал» эту идею, доходчиво вычислил космические скорости и показал, что принципиально это возможно. Правда, оказалось, что для обеспечения первой космической скорости (8 км/с) даже при десятикратной перегрузке экипажа потребуется пушка длиной от Бологого до Москвы. Желательно также установить её под углом ~30 к горизонту, чтобы её дуло оказалось в ближнем космосе. Потому-то космонавтика с лёгкой руки Циолковского и пошла по ракетному пути. Пошла успешно, но...
        Коэффициент полезности ракетных пусков (процентное отношение полезного груза к стартовой массе) колеблется от 2,2 % для ракет лёгкого класса до 3,1 % для тяжёлых ракет. Энергетически процесс выглядит ещё хуже: ведь сила тяги ракетного двигателя, его удельный импульс пропорциональны первой степени скорости реактивной струи, а уносимая этой струёй энергия – квадрату той же скорости. Более того, согласно законам сохранения энергии и импульса распределение энергии взаимодействия между двумя телами (ракетой m1 и реактивной струёй m2) обратно* их массам: E1 /Eоб= m2 /(m1+ m2) и E2/Eоб= m1/(m1+ m2). То есть самый не экономичный ракетный двигатель – фотонный, чтобы там не писали фантасты! Не исключено, что Жюль Верн, очень основательно обеспечивающий свои фантазии, знающий, как на необитаемом острове получить нитроглицерин, знал и о ракетах, но всё-таки предпочёл пушку...
        Понятно, что разрабатываемые сейчас во всех «космических» странах системы «самолётного» старта в разы повысят коэффициент полезности космических пусков и, скорее всего, будут применяться и дальше для стартов с экипажами – ведь даже 80 секунд с 10g при пушечном пуске не простое дело. Совсем иначе обстоят дела при запусках безлюдных космических аппаратов: многие из них испытываются даже при 500g, а уж 100g вообще не вопрос! Но при таких ускорениях для первой космической нужен «ствол» длиной менее 8 км, то есть под углом 30 на вершину Эльбруса. А если пушка электромагнитная (например, пушка Гаусса), то это даже не ствол, а система катушек. Панорама Эльбруса будет подпорчена, но зато никаких гептилов и керосинов!
А главное – почти вся энергия достаётся космическому аппарату. И затраты минимальные, особенно, для пушки из сверхпроводящих катушек! Такой стартовой пушкой может быть не только пушка Гаусса, но и рельсотрон** – электромагнитный ускоритель масс, разгоняющий токопроводящий снаряд вдоль двух металлических направляющих с помощью силы Лоренца.

* Легко видеть, что Eоб = E1 + E2 = Р12/2m1 Р22/2m2,  но Р= Р2   = Р, тогда   Eоб = Р2/2m1 + Р2/2m2 = Р2(m1 + m2)/2m1m2, =>  Р2/2 = Eоб m1m2/(m1 + m2), соответственно E1 = Eоб m2/(m1 + m2) и E2 = Eоб m1/(m1 + m2)
** Рельсотрон состоит из двух параллельных электродов, называемых рельсами, подключённых к источнику мощного постоянного тока. Пушку Гаусса и рельсотрон очень часто путают. Причина тому сходная природа работы этих устройств, но они используют разные подходы и физические законы для разгона снаряда. В рельсотроне использована сила Лоренца, а в пушке Гаусса – снаряд из ферромагнетика разгоняется по диэлектрической трубке через ряд соленоидов, при включении образующих магнитное поле, которое «проталкивает» снаряд из ферромагнетика вперед. Выбор пускового устройства определится конструкцией зонда и защищённостью его аппаратуры от магнитного поля.

В оглавление