И вместе с тем мозг человека обладает гигантской творческой силой, позволяющей подчас увидеть будущее настолько далеко вперед и настолько отчетливо, что, когда это будущее становится настоящим, остается только поражаться точности и смелости предвидения, основанного не на случайных догадках и фантазии, а на строгих научных гипотезах и теориях, согласующихся с законами окружающего нас мира.
Скромный учитель арифметики, геометрии и физики уездного училища в одном из дальних уголков Калужской губернии, К. Э. Циолковский, в результате болезни почти полностью лишившийся слуха, большую часть своей жизни посвятил научным исследованиям. Он впервые высказал мысль об использовании ракет для полетов в мировое пространство, а затем строго математически обосновал свою мысль. В 1903 году, то есть тогда, когда братья Райт жребием решали, кто из них впервые попытается «оторвать» от земли самолет, Циолковский разрабатывал теорию ракетного движения и проекты многоступенчатых ракет, рассчитывал количество топлива, необходимого, чтобы ракета могла вырваться в космос, изучал вопрос о создании искусственных спутников Земли, развивал идею постройки внеземных станций — промежуточных баз для межпланетных сообщений, и даже рассматривал условия жизни и работы людей на искусственных спутниках и межпланетных станциях.
Эти исследования и работа над изобретениями заняли сорок лет его жизни. И значительную часть из этих сорока лет он работал в дореволюционной России, когда многие действительно новые и оригинальные изобретения отклонялись царскими чиновниками с чудовищно странной формулировкой — «по причине новизны и неизвестности»…
Насколько глубоко уверенным в правоте и полезности своего дела надо было быть, чтобы десятилетиями продолжать работу, несмотря на равнодушное, а подчас и презрительное отношение окружающих к «чудачествам» странного учителя!
Можно по-разному чтить память выдающихся ученых. Память К. Э. Циолковского наша страна почтила достойным образом. Он родился в 1857 году. Столетие со дня его рождения Советский Союз отпраздновал запуском первого искусственного спутника. И, как предсказывал К. Э. Циолковский, этот спутник был доставлен на орбиту ракетным двигателем.
Ракетный двигатель действует примерно так же, как уже известный нам реактивный двигатель. Но между ними есть одно важное различие. В обычный реактивный двигатель кислород, необходимый для сжигания топлива, поступает вместе с засасываемым воздухом. А ракетный двигатель не нуждается в воздухе: необходимый запас кислорода он несет с собой. Поэтому ракетный двигатель пригоден для космических кораблей, летящих в безвоздушном пространстве.
Ракетное топливо, соединяясь с чистым кислородом, сгорает с невероятной скоростью. Без преувеличения можно сказать, что внутри ракетного двигателя в течение всего времени его работы происходит непрерывный взрыв. Поток газов вырывается с гигантской скоростью; при этом ракетный двигатель развивает мощность в полмиллиона, в миллион лошадиных сил, сообщая ракете скорость, достаточную для вылета в космическое пространство.
Сколько фантастических романов, повестей и рассказов написало о Луне, Венере и Марсе! Кем только фантасты не населяли эти планеты; какими причудливыми растениями и существами, какие необычайные свойства приписывали всему находящемуся там живому и неживому!
«Первые люди на Луне» — этот заголовок обязательно перекочует с обложек фантастических романов на первые полосы газет всей Земли. Теперь эта задача вполне реальна, над ее решением работают, и, значит, ее решения осталось не так уж долго ждать.
Много нового и интересного узнают межпланетные путешественники, достигнув цели. Это будет намного неожиданней и интересней того, что способно нарисовать воображение человека. Хотя, быть может, они не увидят там летающих трехногих марсиан, самодвижущихся камней, обросших серой шерстью, мыслящих растений, телеграфных столбов или папиросных окурков.
А фантасты уже теперь вынуждены переселять героев своих произведений за пределы нашей солнечной системы, в далекие звездные миры. Оставят ли их там в покое ученые и инженеры? Наверное, нет; хотя они ясно себе представляют, что для таких сверхдальних путешествий уже не годятся даже самые совершенные тепловые ракетные двигатели, какие только можно себе представить. Подсчитано, что подобные двигатели могут сообщить ракете скорость «всего лишь» около полумиллиона километров в час. Такая «черепашья» скорость явно непригодна для межзвездного корабля.
Лучу света, движущемуся со скоростью свыше миллиарда километров в час, нужно несколько лет, чтобы пройти расстояние от Земли до ближайшей к нашей солнечной системе звезды. Значит, чтобы пассажир межзвездного корабля успел побывать у «соседей» и живым вернуться обратно, скорость корабля должна быть порядка нескольких сотен миллионов километров в час!
Расчеты количества энергии, необходимой для такого перелета, приводят к самым невероятным результатам. Если пользоваться химической энергией, которой обладают обычные топлива, то ее понадобится почти столько, сколько содержится во всех разведанных до сих пор горючих ископаемых нашей Земли!
Такое количество энергии нужно при самых скромных размерах корабля, несоизмеримо малых по сравнению с объемом топлива, которое он должен нести с собой.
Казалось бы, эти расчеты и цифры могут остудить пыл самых ярых «межзвездных скитальцев».
Но нет! Идея межзвездного полета, какой бы сверхдерзкой она ни представлялась, в конечном счете не противоречит известным нам законам природы. Ведь реактивный способ движения принципиально позволяет разогнать звездолет до скоростей, приближающихся к скорости света.
А что касается энергии, необходимой для полета, то, уж конечно, в качестве ее источника никто (в том числе и сам Циолковский, который прекрасно представлял себе все эти трудности) не собирается использовать обычное топливо.
В великую кладовую Природы, туда, где хранятся гигантские запасы энергии, «упакованной» невероятно экономно, обращены взоры ученых, инженеров, изобретателей. А точные расчеты показывают, что если решить задачу полного превращения массы в энергию, то принципиально можно построить такой звездолет, который сумеет совершить полет, не «съев» полностью самого себя. А кроме того, может быть, удастся организовать «заправку» звездолета на промежуточных станциях? А может быть, достаточно взять с собой энергии только на дорогу «туда»? На обратный же путь удастся запастись энергией «там»?
И во всем мире кипит работа. Разрабатываются проекты электротепловых двигателей, в которых реактивный поток частиц разгоняется не только за счет обычного теплового процесса, но и за счет действия на этот поток электрических сил. А вещество, состоящее из этих частиц, нагрето до температуры в десятки тысяч градусов и находится уже не в обычном для тепловых двигателей газообразном состоянии, а в состоянии плазмы — смеси ионов, представляющих собой обломки молекул, атомов и свободных электронов. И думают о том, как бы нагреть поток этих частиц до температур в сотни тысяч градусов и еще больше. Тогда плазменный двигатель превратится в фотонный или квантовый двигатель; энергия, введенная в поток частиц, будет превращаться в световое излучение, а звездолет будет получать ускорение за счет реактивного действия излучаемого им светового пучка.
Разработка звездолетных двигателей — одно из направлений космонавтики, науки, основы которой заложены Циолковским. Космонавтика, если можно так выразиться, — поэзия современной техники. Пока еще в ней фантастики немногим меньше, чем науки. Люди пока еще только догадываются о тех трудностях, с которыми им придется встретиться в завоевании космических пространств. Но ведь так дело обстоит всегда, когда человек берется за новую и грандиозную по своим масштабам задачу.
И может быть, к лучшему, что, еще не зная точно, как нужно решать эту задачу, он в то же время не представляет себе, какие трудности ему придется преодолеть.
Веря в свои силы, он храбро берется за дело, а успешно закончив его, оглянувшись и оценив всю сложность сделанного, удовлетворенно восклицает: «Знал бы — не брался!..», а затем берется за еще более сложную задачу.
Борьба за энергию, как всегда, в самом разгаре. Идет непрерывный процесс создания и совершенствования машин-двигателей — самых различных по назначению, конструкции и принципу действия. Но теперь мы уже знаем, что все они — от первой паровой машины и до еще не существующих плазменного и квантового двигателей — служат одной и той же цели: преобразуют различные виды энергии в механическую.
Человек автоматизировал процессы преобразования энергии и тем самым удесятерил свои силы.
Как ни жаль расставаться с космосом, все же придется от межзвездного корабля вернуться к лягушечьей лапке. А чтобы немного оживить беседу, займемся теперь уже лапкой не мертвой лягушки, а живой. Причем нас будет интересовать даже не вся лапка в целом, а одни только мышцы, покрывающие кости этой лапки, так же как они покрывают скелет любого позвоночного животного — от золотой рыбки в аквариуме до человека.
Прыгает ли лягушка в пруд, спасаясь от преследования, исполняет ли балерина сложнейшее па, пишет ли ученый новый труд с интригующим названием «Машина умнее человека», все время работают мышцы — работают десятки, сотни живых двигателей, непрерывно превращая энергию топлива — пищи — в механическую энергию, нужную, чтобы двигаться, работать, говорить, писать.
Вспомните, как действуют паровая машина, паровая турбина, двигатель внутреннего сгорания, газовая турбина, реактивный двигатель, ракета. Во всех случаях химическая энергия топлива сначала преобразовывается и тепловую и только после этого в механическую.
В мышце преобразование энергии происходит при постоянной температуре, химическая энергия непосредственно преобразуется в механическую энергию. Каждому понятно, что чем короче цепочка преобразований, тем меньше энергии расходуется впустую, тем экономнее оказывается двигатель, осуществляющий преобразование энергии. И действительно, в мышцах тренированного спортсмена преобразуется в полезную работу до 45 процентов химической энергии, заключенной в пище, — другими словами, коэффициент полезного действия (или как его сокращенно называют, кпд) живого двигателя достигает 45 процентов, в то время как кпд лучшего теплового двигателя — современной паровой турбины — не превышает 40 процентов.