1. Некоторые замечания критиков
Алексей Толстой начал работу над романом "Аэлита" в 1922 г. Тогда же начала выходить журнальная публикация. Окончательно роман увидел свет в 1923 г. В 1937 г. произведение было опубликовано в несколько сокращенной редакции, в которой самое существенное для научного анализа отличие состояло в исключении из произведения точных дат. Поэтому в дальнейшем будет обсуждаться самая первая версия романа [1].
Современники встретили роман прохладно. Юрий Тынянов (образование: историко-филологический факультет) не скрывая иронии, писал: "Взлететь на Марс, разумеется, не трудно - для этого нужен только ультралиддит (вероятно, это что-то вроде бензина). Но вся суть в том, что на Марсе оказывается все как у нас: пыль, городишки и кактусы... Марс скучен, как Марсово поле. Есть хижины, хоть и плетеные, но в сущности довольно безобидные, есть и очень покойные тургеневские усадьбы, и есть русские девушки, одна из них смешана с "принцессой Марса" - Аэлитой... Эта поразительная невозможность выдумать что-либо о Марсе характерна не для одного Толстого. Но - добросовестная фантастика обязывает. Очень серьезны у Толстого все эти "перепончатые крылья" и "плоские, зубастые клювы". И чудесный марсианский кинематограф - "туманный шарик". Серьезна и марсианская философия, почерпнутая из популярного курса и внедренная для задержания действия, слишком мало задерживающегося о марсианские кактусы. А социальная революция на Марсе, по-видимому, ничем не отличается от земной; и единственное живое во всем романе - Гусев..." [2].
Критик, пролетарский идеолог и руководитель ВАПП Г. Лелевич (образование? профессиональный революционер) писал: "Алексей Толстой, аристократический стилизатор старины, у которого графский титул не только в паспорте, подарил нас вещью слабой и неоригинальной".
Корней Чуковский (образование: 5 классов гимназии, филологическое самообразование) написал: "...Роман плоховат, ибо куда нам, писателям технически отсталого народа, сочинять романы о машинах и полетах на другие планеты! Все, что относится собственно к Марсу, нарисовано сбивчиво, неряшливо, хламно, любой третьестепенный Райдер Хаггард гораздо ловчее обработал бы весь этот марсианский сюжет..." [3].
Только писательница и критик Нина Петровская (образование?) в газете "Накануне" отметила литературные особенности "Аэлиты": "Гипербола, фантазия, тончайший психологический анализ, торжественно музыкальная простота языка, все заплетается в пленительную гирлянду"[4].
Уже ближе к нашему времени А. Бритиков (образование: филологический факультет) разглядел нечто большее, чем только художественные особенности и решил оценить и покритиковать научно-фантастическую концепцию: "Романтические картины марсианского человечества, легенды и мифы, людские судьбы и страсти - вот наиболее впечатляющий художественный план "Аэлиты". Космическая техника, описанная зримо, сочно, увлекательно была не особенно оригинальной и только наполовину фантастической. Писатель воспользовался готовыми проектами, правда еще не осуществленными. Устройство реактивного "яйца" Лося воспроизводит ракету К. Э. Циолковского... Толстой допустил неточности, бросающиеся в глаза современному читателю: "яйцу" сообщает движение не непрерывное горение, а серия взрывов, взрывная же работа двигателя мгновенно уничтожила бы Лося с Гусевым. Впрочем, в те времена это вряд ли было ясно даже крупным специалистам" [5].
Современные критики также недооценивают потенциал, который содержится в романе. Критик Е. Н. Ковтун (образование: филологический факультет) о романе "Аэлита" отмечает: "Здесь мотивация посылки, хотя и сохраняющая рациональный характер, значительно менее достоверна. Правда, Толстой приводит традиционный рассказ изобретателя - инженера Лося - о принципах создания космического аппарата. Но в своих объяснениях Лось краток и ограничивается общеизвестными фактами и постулатами (расстояние от Земли до Марса, понятие скорости света и т. п.)... Космический перелет Гусева и Лося оказывается только ширмой, кулисой для поэтического противопоставления "умирающего" Марса "полной жизни" Земле"[6].
В. А. Ревич (образование: филологический факультет) писал: "Аэлита" была зачислена в ранг фантастики "научной". Разве советская фантастика могла быть иной? Хотя ничего особо научного у Толстого нет. Такую фантастику можно называть приключенческой, отчасти социальной, но никак не научной. Известно, правда, что Толстой, кстати, инженер по образованию, был знаком с трудами Циолковского, и, возможно, позаимствовал у него идею ракеты, но это чисто литературная ракета, на какое-нибудь правдоподобие и не претендующая. Научная достоверность вовсе не заботила Толстого. Великолепный пример - пролет корабля через голову кометы..." [7].
Зато академик Л. А. Арцимович, известный советский физик, участник атомного проекта и руководитель работ по управляемому термоядерному синтезу, обратился однажды с таким пожеланием к писателям-фантастам: дайте читателям хотя бы раз в пять лет одну вещь, подобную "Аэлите" [8].
В целом единый хор литераторов несколько диссонирует с мнением академика. Критики оценивают только художественные достоинства романа и к их мнению нужно относиться с уважением. Это их профессия. Но как можно заметить, критики обычно не имеют технического образования. Возможно, академик в силу своего образования не обратил внимания на художественные, стилистические и композиционные недостатки романа. Разбираться в таких нюансах не его профессия. Но печально, когда некоторые из критиков демонстрировали полное невежество, не зная, что не только ракета Лося, но и двигатель внутреннего сгорания работает на принципе серии взрывов и никого из пассажиров автомобиля почему-то не разрывает на куски. Это не упрек, а констатация факта. Все видели либо антураж, либо явную научную чепуху, либо формальное объяснение изобретателя. Как раз то, что Стругацкие высмеяли в своей сатирической повести "Понедельник начинается в субботу": "Машины меня мало заинтересовали, наверное, потому, что на лобовой броне каждой сидел вдохновенный до полупрозрачности изобретатель, пространно объяснявший устройство и назначение своего детища. Изобретателей никто не слушал, да они, кажется, ни к кому в особенности и не обращались".
Если Корней Чуковский изначально был убежден, что в технически отсталой стране ничего подлинно научного написать не возможно, и такое мнение, в общем-то, не удивительно для его времени, но странно иное. Из приведенных примеров видно, что даже современные литературные критики, уж конечно не страдающие комплексом неполноценности по отношению к своей стране, отнеслись к научной стороне романа формально. Это отчетливо видно на примере набора слов: " Лось краток и ограничивается общеизвестными фактами и постулатами (расстояние от Земли до Марса, понятие скорости света и т. п.)". При этом не ведая, что Лось сообщает недостоверное расстояние от Земли до Марса и что особенно умиляет - якобы в романе дается: "понятие скорости света". Возникает вопрос, а читали ли некоторые критики сам роман, а если читали, то какая у них была оценка по школьной физике и астрономии?
Общий вывод такой. Чтобы содержательно, а не формально разбирать научную фантастику одного только филологического образования маловато. Надо хотя бы периодически освежать знания по школьному курсу естественных наук.
Впрочем, здесь больше сказался стереотип мышления. Действительно, можно ли было представить научно достоверное описание межпланетных путешествий в то время, когда космонавтика еще только зарождалась? А вот академик Арцимович разглядел в произведении А. Толстого нечто большее, чем тургеневские усадьбы, пыльные кактусы или заимствованная ракета.
Предваряя поиски научного содержания, замечу, что Алексей Толстой, прежде чем стать писателем хоть и не окончил, но все же учился на механическом факультете Петербургского технологического института. Соответственно слушал лекции и по астрономии и по механике реактивного движения, аэродинамике и был осведомлен о новой тогда теории относительности, а значит, обо всех этих научных знаниях мог писать со смыслом, а не только как попугай, упоминая те или иные наукообразные слова для общего антуража. Странно, что некоторые критики даже не прочитали биографию писателя. А если читали, но не сделали логических выводов.
2. Фантастические допущения
В фантастическом произведении всегда есть хотя бы одно сюжетообразующее фантастическое допущение. Хотя чаще всего таких допущений может быть несколько. Сюжетообразующие фантастические допущения разделяются на основные и локальные. Основные допущения определяют общий ход происходящих событий, а на основе локальных развивается отдельные эпизоды.
В произведениях обычно присутствуют художественные приемы, такие как гиперболы, аллегории, гипотетические или псевдонаучные пояснения, которые также могут находиться за гранью реальности. Нельзя исключать и отдельных ошибок и заблуждений, которые авроры выдают за те или иные фантастические допущения или воспринимаются как таковые читателями.
В целом фантастическое произведение представляет сложный сплав фантастического и реалистического. При этом фантастическое наполнение решается в разных жанрах и поджанрах. Космические полеты могут быть описаны в рамках, как научной, так и псевдонаучной фантастики или их реализация может даже оказаться чисто сказочной или магической.
Какой же критерий того, что представленное автором фантастическое допущение является научной фантастикой? Перефразируя Кларка и Азимова можно дать такое определение: "Любая фантастическая технология отличимая от магии отчасти научна". Замечу, что к магии следует отнести и откровенно антинаучные идеи и средства.
Степень научности может разной. В конце концов, и научная гипотеза отчасти фантастична. К тому же надо учитывать уровень развития науки на момент написания романа и не журить слишком строго авторов за то, что их фантастические допущения по прошествии времени оказались ненаучными.
Также в любом произведении могут присутствовать вспомогательные фантастические допущения, которые используются автором для обоснования или пояснения тех или иных событий. Все указанные виды фантастических допущений представлены в романе А. Толстого. А в основе произведения "Аэлита" находятся четыре сюжетообразующих фантастических допущения.
Хорошо известно, что в конце ХIХ века стала популярной гипотеза о существовании на Марсе древнего, но умирающего мира, предложенная известным астрономом своего времени П. Лоуэллом. Поэтому к 20-м годам ХХ века идея о том, что на Марсе могут жить существа похожие на землян, уже прочно проникла в сознание людей. Неудивительно, что сразу несколько писателей разрабатывали тему космических полетов на красную планету. Автор любого подобного произведения должен был выбрать фантастическое допущение, которое бы объясняло способ, благодаря которому земляне попали на Марс. В написанном в 1911 г. романе Эдгара Райса Берроуза "Принцесса Марса" фантастический элемент привносился незамысловатым способом: смелый авантюрист не по своей воле попадает на Марс неким чудесным образом.
Однако неспроста Россия считается родиной космонавтики. И русский писатель Алексей Толстой все же выбрал научно-обоснованный способ достижения Марса. Итак, первое фантастическое допущение - ракета, которая, стартуя с Земли, способна доставить живого человека на Марс всего за несколько часов.
Но ракета только техническое средство. В романе со многими подробностями описан космический полет на Марс и обратно. Тогда как на тот исторический период сама возможность межпланетных путешествий еще остается научной теорией. Практически не разработана механика маневров в космосе, выведения в космос и посадки аппаратов на планеты. Совсем ничего неизвестно о физиологическом влиянии космического полета на людей. Поэтому от писателя требовалась немалая смелость и уверенность в своей интуиции, когда он брался за написание научно-фантастического романа, в котором космический полет не только ширма, а пространство развития сюжета. Описание астрономии, физики и физиологии межпланетного путешествия - это втрое фантастическое допущение в романе.
Первые два предположения претендуют на то чтобы по определению называться научно-фантастическими. Окончательно такой заключение можно будет сделать, если выясниться, что при описании этих предположений автор нигде не использовал магическую силу или явно антинаучные предположения.
Третье и четвертое допущение непосредственно связаны с гипотезой наличия жизни на Марсе. Автор допускает, что на Марсе природно-климатические условия весьма благоприятны для существования там жизни в разнообразных формах. Сейчас это третье фантастическое допущение пополняют архив несостоявшихся мечтаний. Но мы помним, что на момент написания романа ученые иначе представляли условия на планете Марс. Тогда такие допущения еще относились к научно-фантастическим предположениям.
На планетах где есть жизнь, должны присутствовать и существа похожие на людей. Вполне закономерно, что Толстой придумывает мир высокоразвитой цивилизации. Однако Толстой описал не столько марсианские хроники путешествия своих героев в мире марсиан, сколько антиутопию, которая могла бы существовать где-то или когда-то на Земле. Поэтому эпизоды жизни и социально-политического устройства на Марсе также можно отнести к научной хоть и социальной фантастике. Перенос земного мира в его искаженном виде на другую планету - такой прием использовали многие писатели. Достаточно вспомнить "Час бык" И. Ефремова в или "Обитаемый остров" Стругацких.
В фантастическом произведении А. Толстого присутствуют фантастические допущения сюжетообразующие конкретный эпизод. По предположению автора марсиане владеют техникой, которую мы теперь называем телевидением. Сейчас мы знаем, что во время написания романа механические системы телевидения уже находиться в стадии разработки и здесь, по сути, нет никакой фантастики. Так же у марсиан есть аппараты для чтения мыслей. Для нашего времени это уже где-то на грани реальности. Вокруг каждого такого предположения накручивается небольшой фрагмент развития сюжета. Гусев благодаря подсмотренной телепрограмме узнает о негативном отношении к землянам со стороны марсианского руководства. Но в дальнейшем марсианское телевидение уже не влияет на развитие сюжета. Поэтому принятое автором предположение о наличии у марсиан телевидения носит локальный характер. Ведь развитие событий в романе можно было осуществить и без "туманного шарика", используя какие-нибудь традиционные средства получения доступа к конфиденциальной информации.
В романе присутствуют поясняющие фантастические предположения. Именно такую нагрузку несет допущение о переселении атлантов на Марс. Сюда же следует отнести гипотезу гибели мамонтов и сдвига земной оси от удара гигантского астероида, или чрезмерно популярное объяснение парадокса замедления времени.
Также в произведение встречаются такие художественные приемы, как явное преувеличение. Например, упоминание, что скорость ракеты якобы могла достичь скорости света.
Это краткое перечисление использованных автором романа фантастических допущений. Ниже я разберу только два первых основных фантастических допущения.
3. Композиция
Для тех, кто уже порядком подзабыл произведение, кратко напомню содержание. Инженер Лось в 1921 г. строит в Петрограде ракету. Со своим спутником, в недавнем прошлом красноармейцем Гусевым, они прилетают на Марс. Земляне обнаруживают там цивилизацию похожих на них существ. Дочь главы Высшего совета Аэлита обучает пришельцев языку и влюбляется в инженера. Земляне, освоившись, узнают, что в марсианском обществе существуют некие социальные несправедливости. Они вмешиваются и устраивают революцию. Но революция терпит поражение. Отношения влюбленных не имеют перспективы, так как земляне бегут с Марса и на своей ракете возвращаются на Землю. В финале повести между Землей и Марсом устанавливается радиосвязь, а значит, автор оставляет читателям надежду, что романтические отношения Аэлиты и Лося могут иметь продолжение.
Роман начинается с того, что корреспондент американской газеты Скайльс читает объявление:
"Инженер, М. С. Лось, приглашает, желающих лететь с ним 18 августа на планету Марс, явиться для личных переговоров от 6 до 8 вечера. Ждановская набережная, дом 11, во дворе" [8].
"Но ведь это - вздор, - лететь в безвоздушном пространстве пятьдесят миллионов километров..." - говорит Скайльс еще одному любопытному.
Сразу отмечу, что журналист знает, какое же минимальное расстояние от Земли до Марса, хотя и называет округленное значение. На самом деле - 55.7 миллионов километров.
Журналист идет по объявлению и что же он видит: "Скайльс вошел на плохо мощеный двор, заваленный ржавым железом и бочонкам от цемента. Чахлая трава росла на грудах мусора, между спутанными клубками проволок, поломанными частями станков. В глубине двора отсвечивали закатом пыльные окна высокого сарая. Небольшая дверца в нем была приотворена, на пороге сидел на корточках рабочий и размешивал в ведерке кирпично-красный сурик... В глубине сарая возвышались до потолка леса. Здесь же пылал горн, раздуваемый рабочим. Сквозь балки лесов поблескивала металлическая, с частой клепкой, поверхность сферического тела".
Здесь описан скорее вид некой кузницы, чем производственного цеха. Читатель сразу должен задуматься о серьезности всего происходящего. Кроме описания захламленных задворок, автор, намеренно приводя множество деталей сугубо бытового свойства, подчеркивает обыденность предстоящего события, и те самым убеждает читателя, что ко всему написанному, необходимо относиться с определенным скептицизмом. Нереальность подчеркивается и следующим фрагментом диалога между журналистом и конструктором аппарата инженером Лосем:
- Во сколько, приблизительно, месяцев вы думаете покрыть расстояние между землей и Марсом? - спросил Скайльс, глядя на кончик карандаша.
- В девять, или десять часов, я думаю, не больше.
Уже ранее было сообщено, что расстояние до Марса 50 млн. км. Так как же можно преодолеть его за 10 часов, должны задаться вопросом читатели. Но автор еще более подчеркивает недостоверность объяснением Лося: "Восемнадцатого августа Марс приблизится к Земле на сорок миллионов километров..."
Неосведомленный в астрономии читатель еще может подумать, что в этом объяснении есть некий смысл. Но на самом деле расстояние между Землей и Марсом никогда не бывает меньше уже приведенного выше, к тому же заниженного значения. Автор как будто намеренно приводит явно ложное значение и дискредитирует свого героя, как специалиста разбирающегося в астрономии. Далее следует сумбурный рассказ изобретателя, который при поверхностном восприятии местами напоминают абсурдные рассуждения убежденного в своей правоте параноика:
"В безвоздушном пространстве, где нет сопротивления, где ничто не мешает полету, - ракета будет двигаться со все увеличивающейся скоростью, очевидно, там я могу достичь скорости света, если не помешают магнитные влияния. Мой аппарат построен, именно, по принципу ракеты. Я должен буду пролететь в атмосфере Земли и Марса 135 километров. С подъемом и спуском это займет полтора часа. Час я кладу на то, чтобы выйти из притяжения Земли. Далее, в безвоздушном пространстве я могу лететь с любою скоростью. Но есть две опасности: от чрезмерного ускорения могут лопнуть кровеносные сосуды, и второе - если я с огромной быстротой влечу в атмосферу Марса, то удар в воздух будет подобен тому, как будто я вонзился в песок. Мгновенно аппарат и все, что в нем - превратятся в газ. В междузвездном пространстве носятся осколки планет, нерожденных, или погибших миров. Вонзаясь в воздух, они сгорают мгновенно. Воздух - почти непроницаемая броня. Хотя, на земле, она, однажды, была пробита... Итак, чтобы не расплавиться, вонзаясь в атмосферу Марса, мне придется сильно затормозить скорость. Поэтому, я кладу на весь перелет в безвоздушном пространстве - шесть-семь часов. Через несколько лет путешествие на Марс будет не более сложно, чем перелет из Москвы в Берлин".
Сюда добавляется описание конструкции аппарата, которое выглядит формальным и поверхностным. Эти абзацы романа многие читатели наверно просматривали по диагонали, будучи убежденными, что ничего важно здесь нет и вставлены они в роман только для придания ему соответствия жанру научной фантастики. Именно так и восприняли его роман современники и последующие критики.
После всего изложенного в самом начале романа читатель уже не верит достоверность написанного автором далее. Хотя обычно авторы научно-фантастических произведений наоборот стремятся создать иллюзию реальности.
Но тогда к чему нарочитое стремление автора поставить под сомнение все, о чем рассказывает его герой инженер Лось. Возможно, Толстой не был уверен в своих фантастических допущениях и думал над тем, как воспримут его роман читатели спустя несколько десятилетий? В его время космические полеты за атмосферу еще были только смелым научным прогнозом. Поэтому все, о чем он писал, являло из себя плод синтеза имевшихся к тому времени научно-технических набросков с фантастической экстраполяцией самого автора. Чтобы нивелировать возможные упреки в наличии явных ошибок, автор заранее создает в романе фон некой преувеличенной недостоверности. Толстой, безусловно, знал, какой критике подвергся Жуль Верн за свое вольное фантазирование на научно-технические темы, и хотел застраховаться от подобных упреков. Но в таком случае он добился обратного эффекта, и критики ничего не поняли из его научных рассуждений. Героев на Марс можно было доставить в ступе или верхом на метле. Однако Толстой приводит много технических подробностей и ему очевидно не безразлично, как его научные фантазии воспримет читатель.
В приведенной выше интерпретации усматривается некая логическая неувязка. Само по себе фантастическое произведение должно изобиловать допущениями, которые вовсе не обязательно должны быть реальными и никто особо автора за это не пожурит. Но тогда зачем же автор намеренно занижает достоверность своего повествования? Ответ может показаться парадоксальным. То, что в романе выглядит фантастическим, на самом деле может оказаться научно обоснованным. Автор намеренно прячет от читателя достоверность своего описания подробностей путешествия ради сохранения общего стиля. Ведь дальше героев ждут приключения в выдуманном мире, который сейчас относят скорее к жанру фэнтези, и при описании этого мира автор не хочет быть скованным жесткими рамками реалистично происходящего действа. Прочитав достоверное и подробное описание полета на Марс, читатель будет ждать такого же продолжения, а его не может быть, ибо все, что происходит на Марс придумано автором.
К тому же мир Марса, как его задумал писатель это своего рода отражение нашего земного мира, только в несколько кривом зеркале. Изложенная автором история Марса весьма напоминает библейские сказания. Присутствует даже родство землян и марсиан. Это и не Марс вовсе, а альтернативная история нашей планеты, которую так же может в будущем ждать упадок. Для усиления параллелей в начале романа мы встречаемся с типичными обывателями на фоне петроградских окраин, а потом за 10 часов переносимся в иной мир, в котором живут такие же люди и описаны подобные картины. Неспроста автор дает нам историю личной жизни героев здесь на Земле и продолжает её там на Марсе. Рассказывает о близких героям женщинах и сводит их с такими же марсианками.
Поэтому мне представляется, что стилистическое и композиционное пространство, объединяющее Землю и Марс, задумано автором специально, и на этом фоне чрезмерная научная достоверность выглядела бы вычурной и излишней. Но, следуя своим познаниям в области точных наук, автор все же не мог исключить из романа научную основу, а с учетом выше сказанного постарался уравнять её со всем остальным художественным содержанием. Именно поэтому научный реализм остался скрытым для большинства критиков. Но пока это только предположение. Нужно еще доказать, что фантастический элемент в романе не досужие фантазии, а научно обоснованные допущения.
4. Краткая хроника полета и конструкция ракеты
Автор решает отправить своих героев на Марс, но при этом не хочет сильно уходить от физической реальности. По уже упомянутой причине Толстой как бисер рассыпает важные указания о том, как же он планирует осуществить эту затею. Если собрать "пазлы" то получим такие основные этапы полета:
1. Путешествие начинается в 7 часов вечера 18 августа 1921 года из Петрограда.
2. Взлетает аппарат немного наклонно к западу против вращения Земли и должен, плавно увеличивая скорость, подняться выше 75 км, чтобы преодолеть атмосферу Земли.
3. К высоте 100 км аппарат, постепенно отклоняясь под влияем вращения Земли к востоку, на большой скорости летит в безвоздушное пространство вертикально к поверхности.
4. Через час полета в космосе аппарат покидает сферу притяжения Земли.
5. Далее ракета пролетает с огромной скоростью (близкой к скорости света) половину расстояния между планетами.
6. Аппарат тормозиться, чтобы не сгореть в атмосфере Марса.
7. Преодолев за 6-7 часов расстояние в 40 миллионов километров, достигает окрестностей Марса.
8. Аппарат, используя парашютное кольцо на корпусе и двигатели, опускается с высоты 65 км на поверхность Марса. В общей сложности на преодоление атмосферы обеих планет автор выделяет полтора часа.
9. Весь перелет продолжался 10 час. 40 минут.
Сюда следует добавить:
10. Ракета, которую построил Лось, имела вид яйца высотой около 8.5 метров и 6 метров в диаметре.
11. Корпус изготовлен из листов тугоплавкой стали соединенных клепкой.
12. Внутри имеется кабина, оббитая войлоком, резиной и желтой кожей.
13. В кабине находятся органы управления, запасы воздуха, поглотители углекислоты, пища и вода. Из приборов имеется "компас", который показывает вертикаль.
14. Для наблюдения предусмотрены небольшие перископические "глазки".
15. В центральной части "яйца" закреплен неширокий металлический парашют в виде кольца охватывающего корпус.
16. Под яйцеобразным корпусом на пружинным демпфере укреплены взрывные камеры.
17. Топливом является тонкий порошок ультралиддита обладающий большой взрывчатой силой, который малыми порциями взрывается в камерах и толкает ракету.
18. Интенсивность взрывов регулируется реостатами, что позволяет изменять скорость и тягу ракеты.
19. Имеется возможность отклонять направление вектора тяги двигателей от оси ракеты и менять направление полета.
20. Ракета стартует и садиться вертикально.
Теперь следует проанализировать, что же здесь фантастично, а что научно допустимо, а заодно по астрономическим данным установить, куда же на самом деле могли лететь Лось и Гусев. Но прежде немного уделим внимания механике космических полетов.
5. Основы межпланетных перелетов
Любой полет в космос начинается со старта ракеты. Автору надо выбрать подходящий способ достижения космического пространства. Сейчас принята схема, когда ракета сначала выводит полезный груз на орбиту. Для этого, стартуя вертикально, ракета на высоте примерно 50 км разворачивается к востоку, и далее летит фактически под небольшим углом к горизонту, постепенно набирая первую космическую скорость. Восточное направление запуска выбрано для того, чтобы использовать прибавку от вращения Земли. Хотя для решения специальных задач спутники запускают на орбиту и в направлении других сторон света. В наше время предварительный запуск на орбиту диктуется целесообразностью. Так экономичнее расходуется топливо и уже с орбиты удобнее стартовать в дальний космос.
В 20-е годы многие аспекты выведения ракет на орбиту еще не были разработаны теоретически. Даже если Толстой бы знаком с таким способом полета в космос, то вряд ли мог достоверно описать все аспекты выведения на орбиту Земли. Запуск на орбиту требует сложной техники. Ракетой на участке выведения нужно управлять по определенному закону. А для этого необходимы датчики положения ракеты, например, трехосные гироскопы. Отчасти из-за отсутствия такой техники у фантастов того времени ракеты стартуют по специальной эстакаде под углом к горизонту. Но ведь длиннющую эстакаду во дворе не построишь, да и все равно в конце участка выведения нужно включать управляющие двигатели.
Тогда как вертикальный старт не требует сложного управления, кроме стабилизации курса ракеты относительно вертикали. Для этого нужен прибор для построения вертикали. И такой прибор на корабле есть: "Компас показывал, - земля была - вертикально внизу". Это не мог быть магнитный компас, от него нет ни какого толку в железном корабле. А вот гирокомпас вполне подходящий прибор для построения вертикали. Гирокомпас тогда уже известен и применялся на подводных лодках. Глядя на гирокомпас, инженер Лось вполне мог выдерживать вертикальный полет ракеты, управляя работой двигателя.
Согласно фантастическому допущению инженер Лось построил ракету, в которой используется чудо порошок, что позволяет легко набирать большие скорости. Отсюда следует выбор схемы с вертикальным стартом и полетом в межпланетное пространство, минуя орбитальный полет. Но есть и другие причины, о которых будет упомянуто ниже.
Когда лететь на Марс? Вот второй вопрос, который встанет перед любым автором, который затеет реалистично описать полет на красную планету.
Основываясь на житейском опыте можно ответить так. Наверно тогда, когда расстояние между планетами наименьшее. Даты наибольших сближений планет хорошо известны не только астрономам, но и большинству читателей хоть немного интересующихся исследованиями космоса. Если автор в романе указывает точные даты, то он должен учитывать такую осведомленность читателей и не может в произвольный день посылать в космос своих героев. Следовательно, его выбор не случаен.
Наибольшие сближения планет или противостояния повторяются каждые 26 месяцев. Хотя расстояние при этом может меняться значительно. Те сближения, которые происходят каждые 15 или 17 лет, являются самыми тесными и называются великими противостояниями. В эпоху, когда происходили описанные в романе события, с августа 1921 г по июнь 1925 г. положения планет было таким. В августе 1924 г расстояние до Марса было одним из самых минимальных. Всего на 1900 км больше, чем в 2003 г, когда оно составило рекордных 55 758 006 км. Противостояние 1924 г. находиться на 10 месте самых тесных сближений планет за последние 3000 тысяч лет и останется таковым еще 3000 лет.
Предыдущее противостояние происходило в июле 1922 г. Хотя расстояние тогда было несколько большим. За год до противостояния 1922 года в августе 1921 г. планеты находиться по противоположные стороны от Солнца, и расстояние может достигнуть максимальных 400 миллионов километров. Поэтому дата старта в августе 1921 г не подходит с позиции минимального расстояния между планетами. Зачем лететь так далеко, если можно перенести время старта на несколько месяцев, и тогда расстояние сократиться в несколько раз? Это первый вопрос, который возникает при анализе даты перелета указанного автором. Положение планет приведено на рис. 1.
Рис. 1. Взаимные положения Земли и Марса во время действия романа. В августе Земля находиться в одной и той же точке орбиты. Короткие пунктиры показывает позиции планет в годы ближайших противостояний.
Здесь надо пояснить, что взять и перелететь с планеты на планету просто так нельзя. Упрощенно можно описать ситуацию следующим образом. Пусть один поезд обгоняет другой, двигаясь с полтора раза большей скоростью. Надо перепрыгнуть с одного поезда на другой. При этом прыгать можно только так, чтобы попасть на порог задней двери последнего вагона и при этом не разбиться о стенку и не сорваться на колею. Демпфировать силу удара руками и ногами нельзя. Такой трюк можно совершить без травматизма, если перед соприкосновением с задней стенкой вагона скорость прыгуна окажется равной скорости второго поезда. Но до этого надо еще прыгнуть с первого поезда в длину на расстояние между колеями, точно выбрав момент прыжка. Потом неким чудесным способом уменьшить скорость полета, которая в момент прыжка не меньше скорости первого поезда, и оказаться там, где нужно именно в тот момент, когда дверь вагона второго поезда окажется у прыгуна перед носом. Для успешной реализации такого прыжка необходимо оторваться от первого более быстрого поезда, когда он немного отстает от второго медленного поезда. Двигаясь по траектории догоняющей медленный поезд, за счет торможения о воздух снизить скорость на столько, что в момент касания она точно уравняется со скоростью медленного поезда. Как мы видим момент, скорость и направление и плоскость прыжка должны быть точно рассчитаны.
Перелет между планетами происходит примерно также. Космический корабль стартует в точно назначенное время. Направление его полета заходиться в одно плоскости с орбитой планеты назначения. По мере удаления от Солнца скорость корабля плавно уменьшается из-за особенностей движения в поле притяжения нашей звезды и в момент сближения с Марсом кораблю требуется собственными двигателями окончательно выровнять скорость и направление полета так чтобы выполнить нужный маневр, например, выйти на заданную орбиту вокруг планеты. Перелеты по такой схеме требует минимальных затрат топлива. Но время в пути может достигать девяти месяцев.
Следуя законам небесной механики корабль на Марс должен стартовать за несколько месяцев до противостояния. Но стартовать за год до противостояния как в романе, когда планеты находятся в противофазе, может только самый тихоходный корабль. Такой перелет займет очень много времени. Что совсем не соответствует тому, что нафантазировал автор о возможностях ракеты, которую построил инженер Лось.
А если воспользоваться фантастическим кораблем то, как измениться механика межпланетного перелета? Для такого корабля есть только одно препятствие - скорость движения Земли по орбите вокруг Солнца.
Как известно, для преодоления притяжения Земли необходимо развить вторую космическую скорость или чуть больше 12 км/с. Но корабль остается в плену у Солнца, и продолжит двигаться вслед за Землей по орбите вокруг нашего светила, постепенно удаляясь и переходя на более удаленные околосолнечные орбиты. Причина в том, что корабль имеет такую же начальную скорость как Земля на своей орбите. И эту скорость можно только несколько изменить по величине и по направлению, но не более того. Для нынешней космической техники скорость орбитального движения Земли слишком велика и составляет 29.8 км/с.
Чтобы относительно свободно летать в пределах Солнечной системы корабль должен иметь возможность развивать большую скорость. Тогда стартуя против движения Земли по орбите, и достигнув скорости в почти 30 км/с, удающийся от нашей планеты корабль начнет фактически падать на Солнце. В этом нет ничего ужасного, потому что Солнце находиться далеко и кораблю достаточно развить параболическую скорость, а это на расстоянии земной орбиты составит 42,10 км/сек чтобы удалиться хоть даже за пределы Солнечной системы. Корабль, который развивает еще большую скорость, будет лететь сквозь Солнечную систему по гиперболической траектории. Для достаточно больших скоростей кривизна дуги гиперболы может быть близка к прямой линии. Именно так и движется пучок света, который испытывает весьма незначительное отклонение в поле тяготения Солнца даже в близи его поверхности.
Но полеты с большими скоростями имеют свою оборотную сторону. Марс ведь движется вокруг Солнца со скоростью 24.1 км/с. Значить корабль при подлете к Марсу должен уравнять свою скорость по величине и направлению с движением Марса. Иначе войдя в атмосферу планеты, корабль просто сгорит подобно метеору. Тогда как, уравняв скорость со скоростью планеты, корабль будет падать на планету и достигнет скорости падения меньше первой космической. Для Марса она не превысит 3.6 км/с. Очевидно, что погасить такую скорость не так и сложно.
Конечно, имея скоростной корабль можно стартовать незадолго до противостояния, и перелететь на Марс, используя описанный выше принцип. Но при этом для быстрого перелета придется развить гиперболическую скорость, которая направлена примерно перпендикулярно скорости орбитального движения Земли. Изменение вектора скорости требует больших затрат энергии. По энергозатратам это практически все равно как если бы в начале корабль превысил скорость орбитального движения Земли, а потом набрал необходимую скорость радиально по отношению к Солнцу. Но экипаж корабля, который способен совершать такие маневры может не особенно беспокоиться о взаимном расположении Земли и Марса. Цена вопроса во времени перелета, которое зависит от скорости. Формально время достижения Марса во время противостояния будет отличать от длительности перелета во время верхнего соединения грубо в семь раз. Для скоростного корабля, придуманного А. Толстым, речь идет о разнице оцениваемой в несколько суток. Наверно писатель на такое различие мог и не обращать особого внимания. Поскольку все равно есть одно принципиальное ограничение, которое делает не возможным достижении Марса пилотируемым кораблем за указанные 10 часов. Но об этом я расскажу дальше.
Перелеты во время противостояния имею еще одно ограничение. Удобно стартовать в темное время суток, поскольку Марс в это время находиться на ночном небосводе. Более того, желательно сразу запустить ракету так, чтобы она двигалась в одной плоскости с Марсом. Но планета бывает в зените только в экваториальных широтах и в строго определенные дни, что накладывает ограничения на момент запуска и широту места. Конечно, скоростная ракета имеет возможность преодолеть указанные ограничения, но автор пишущий реалистичный роман должен учитывать и такие астрономические нюансы. Посмотрим, как же упомянутые особенности межпланетных перелетов решает автор в своем романе.
6. Почему вертикально вечером из Петрограда?
Автор мог выбрать самый простой вариант и запустить ракету прямо на Марс во время противостояния. Учитывая, что ракета очень быстрая и время перелета короткое, автор должен бы выбрать место запуска где-то в экваториальных широтах в момент времени незадолго до кульминации Марса в зените. Очевидно, что это будет глубокая ночь. Примерно также как выстреливал на Луну своих героев Жуль Верн.
При установке ракеты в экваториальной зоне перелет Земля - Марс на сверх скоростной ракете можно осуществить примерно также как летали герои Жуля Верна на Луну. Отличие только в том, что полет по прямой линии осуществить не получиться. После вертикального старта предстоит полет по некой дуге из-за необходимости компенсировать орбитальную скорость Земли. В конце пути необходимо опять же двигаясь по дуге уровнять скорость корабля и Марса и затормозить корабль.
Жуль Верн специально выбирал место на территории США, где Луна бывает в зените. Для согласия с астрономией его героям пришлось строить свою пушку на маленьком каменистом острове посредине болот Флориды. Очевидно, что Толстой читал Жуль Верна и знал об этих астрономических рассуждениях. Поэтому перед ним могла возникнуть проблема выбора места для старта расположенного ближе к экватору.
В отличие от Жуль Верна, для которого характерен космополитизм, Толстой в своих произведениях патриотичен и видимо изначально хотел запустить своих героев с территории России. Юг России и Украины находиться севернее 45 параллели. В Средней Азии и Закавказье как раз шел процесс установления советской власти и обстановка на окраинах бывшей российской империи была явно не стабильной, чтобы описывать запуски от туда космических аппаратов.
Расположение старта севернее тропика приведет к тому, что придется еще и отклонять вектор скорости в плоскость эклиптики. Поэтому расположение ракеты на юге является предпочтительным. Одного только нахождения стартовой площадки ближе к экватору не достаточно. Инженер Лось подобно Циолковскому мог жить где-то в провинциальном городе, но его работа не продвинулась бы дальше публикаций, чертежей и моделей аппарата. Смешно ведь строить ракету на окраине захолустного Таганрога. Значит, требовался город с развитым машиностроением. Такие промышленные центры можно сосчитать на пальцах одной руки. Причем на юге ракету можно было строить только на судостроительных заводах Николаева. Но учтем, что в 1921 году еще только окончилась гражданская война, и большая часть страны пребывала в разрухе.
Выходит, что автор выбрал Петроград потому, что иного подобного города, где концентрировалась и наука и самое передовое машиностроение, в тогдашней России просто не было. Хотя с астрономической точки зрения город, расположенный на 60 градусе северной широты, не очень подходит.
Время старта также не может быть случайным. С точки зрения художественного описания ночь не очень подходящее время для эпохального события. Ведь первый полет людей на Марс, превращается камерное, чисто производственное мероприятие. Перед писателем могла возникнуть проблема, а как собрать массовку среди ночи, когда люди имеют обыкновение спать? Кто из обывателей, которых беспокоит, где будут продавать ситец, и упал ли с утра английский фунт, пойдет среди, пусть даже и белой, ночи в Петрограде смотреть на космическую ракету?
Поэтому ракета на Марс должна улететь днем и лучше во второй половине дня. Даже ближе к вечеру, когда уже спала летняя жара, и горожане могут отвлечься от повседневных забот. Начало того периода суток, которое сейчас называют прайм тайм, во всех отношениях удобное время, чтобы во всех деталях описать феерическое зрелище.
Старт днем или вечером, когда Марс в этот момент находиться на ночной стороне небесной сферы, несколько усложняет динамику полета. Как уже отмечено выше обычно эту проблему решают путем предварительных маневров на орбите или уже в открытом космосе. Описание подобных действий могут усложнить и утяжелить произведение рассуждениями ненужными для развития художественного сюжета.
Обобщу так. Поскольку изобретатель простой русский инженер, а ракета строиться на деньги советской республики, то местом запуска может быть только Петроград. Выбор места старта прямо из сарая во дворе и уровень тогдашней техники допускает только вертикальный старт ракеты. Законы встраивания сюжета в общественную среду определяют время старта - летний вечер. Поскольку автор знает о положении планет, то писать явно, что пуск происходит во время противостояния, значит, снизить научную достоверность. Поэтому он переносит время старта на дату, отстоящую от противостояния, но зато в этот момент Марс пребывает на дневной полусфере. Однако автор знает, что Марс находиться далеко и для обеспечения реальности достижения планеты он вводит фантастическое допущение о том, что ракета может лететь с очень и очень большой скоростью. Опять же чтобы намеренно снизить достоверность происходящего, о чем уже писалось выше, намеренно указывает значение расстояния между планетами уменьшенное ровно в десять раз.
Как именно думал автор нам конечно доподлинно не известно и приведенные рассуждения не более чем предположения. Но я исхожу из того, что человек, который учился на механическом факультете Петербургского технологического института, знал основы астрономии.
7. Куда полетела ракета инженера Лося?
В августе в полдень угол между экватором и плоскостью эклиптики составляет примерно 15 градусов. Это значение надо отнять от значения широты места, тогда мы получим, что угол между вертикалью в Петрограде и плоскостью эклиптики составит примерно 45 градусов. В полночь, когда Земля развернется на 180 градусов, тот же угол составит 105 градусов. То есть ракета должна будет стартовать почти перпендикулярно к плоскости эклиптики, которой как раз и движется Марс. Угол между вектором орбитальной скорости Земли и направлением на Марс будет составлять 90 градусов. А ведь именно так пришлось бы запустить ракету во время противостояния с широты Петрограда. Такие условия старта могли смутить автора и стать еще одним мотивом для выбора другой даты, когда Марс будет находиться на дневной стороне.
Спустя два месяца после прохождения верхнего соединения, то есть примерно в августе 1921 г Земля и Марс переместятся по своей орбите. Теперь они уже не будет находиться на линии проходящей через Солнце. Угол будет меньше 180 градусов и составит примерно 165 градусов. Это еще один астрономический мотив.
Корабль стартовал в семь часов вечера. После полудня прошло 7 часов, что эквивалентно углу в 105 градусов в плоскости эклиптики между направлением на Солнце и проекцией траектории ракеты.
В итоге получаем, что улетел корабль под углом 105 градусов в плоскости эклиптики от направления на Солнце и под углом порядка 70 градусов вверх от плоскости эклиптики.
Взлетев в семь часов вечера, корабль устремиться на восток в направлении созвездия Андромеда. В это время Марс находиться низко над горизонтом почти прямо на юге.
Чтобы оказаться на линии Земля - Марс, надо было стартовать ближе к полудню, но так чтобы корабль не полетел близко к Солнцу. Оптимально было стартовать спустя 3-4 часа после полудня. По какой причине автор сдвинул время старта на вечер, уже было предположено выше. Но есть и другая причина. Автор стремится специально направить ракету против движения Земли по орбите. Он видимо считает, что его сверх скоростная ракета легко превысит скорость движения Земли по орбите и сможет лететь на Марс вдоль прямой линии не завися от орбитальной скорости Земли.
Ограничения на место и момент старта привели к тому, что Лось и Гусев полетели куда-то в сторону от направления на Марс. Смогут ли они в таком случае достичь цели?
Уже ясно, что путешественникам надо как-то управлять ракетой, чтобы развернуть её курс на 90 градусов и наклонить его в плоскость эклиптики примерно на 70 градусов. Предусмотрел ли автор такую возможность?
8. Принцип управления ракетой
Двигатель описан так: "В толще горла были высверлены вертикальные каналы. Каждый из них расширялся наверху в так называемую взрывную камеру. В каждую камеру проведены искровая свеча от общего магнето и питательная трубка. Как в цилиндры мотора поступает бензин, точно так же взрывные камеры питались "Ультралиддитом", тончайшим порошком, необычайной силы взрывчатым веществом"
А вот старт ракеты:
"Тогда Лось взялся за рычажек реостата и слегка повернул его. Раздался глухой удар, - тот первый треск, от которого вздрогнула на пустыре тысячная толпа. Повернул второй реостат. Глухой треск под ногами и сотрясение аппарата стали так сильны, что Гусев схватился за сиденье, выкатил глаза. Лось включил оба реостата. Аппарат рванулся. Удары стали мягче, сотрясение уменьшилось".
Двигатель состоит из нескольких взрывных камер, и, регулируя реостатом, можно менять частоту взрывов. Как прямо указывает автор, он фактически списал принцип работы с двигателя внутреннего сгорания. Но в этом нет никакой ошибки или наивного упрощения, как могут подумать иные читатели. В цилиндре двигателя внутреннего сгорания взрывается порция топлива и толкает поршень. В камере ракеты взрывается некий фантастический порошок и толкает всю ракету. По принципу работы двигателя ракета Лося отличается от тех ракет, которые летают сейчас. В камере сгорания современных ракет непрерывно сгорает топливо, и раскаленный газ, вырываясь через узкое сопло, создает реактивную тягу. Величина тяги регулируется количеством подаваемого топлива. В ракете Лося тяга определяется количество взрывов в единицу времени. Каждый взрыв передает ракете импульс. Больше взрывов секунду, сильнее тяга и больше скорость. Сейчас ракеты, основанные на подобных взрывных принципах, еще не вышли из стадии проектирования, и называются они взрыволетами.
Направление полета изменяют или с помощью специальных рулей установленных за соплом в факеле пламени, именно так делали на первых ракетах, или просто поворачивая относительно оси специальные двигатели управления.
Но как же можно было управлять такой ракетой по направлению полета? Рули не упомянуты. Зато описан маневр с изменением вектора тяги:
"В черной тьме тепло сиял серебристо-синеватый шар. В стороне от него и ярче светился шарик, величиной с ягоду смородины. Аппарат мчался немного в сторону от них. Тогда Лось решился применить опасное приспособление - поворот горла аппарата, чтобы отклонить ось взрывов от траектории полета. Поворот удался. Направление стало изменяться. Теплый шарик понемногу перешел в зенит".
Точно также как и в современных ракетах, Лось отклоняет двигатель от оси ракеты и меняет направление полета. Однако в конструкцию ракеты заложена еще одна возможность управления прямо не описанная автором. Понятно, что взрывные камеры находятся симметрично относительно оси проходящей через центр массы ракеты. Если взрывы будут происходить в камерах с разной интенсивностью, то ракета получит импульс, который будет отклонять её в ту или иную строну. Подобный способ управления ракетой названый инженерами "разнотягом" был реализован в советском проекте сверхтяжелого носителя Н1, на котором собирались в 70-е годы летать на Луну.
У Лося было два реостата. Один явно регулировал малую тягу, другой - большую тягу. Если поставить реостаты малой тяги на каждую взрывную камеру, то можно управлять и направлением полета, даже не отклоняя двигатель целиком.
Итак, мы установили, что конструкция ракеты позволяет управлять ею в полете. Теперь самое время обсудить подробности полета
9. Взлет и преодоление атмосферы
Вот описание взлета: "В сарае оглушающе треснуло, будто сломалось дерево. Сейчас же раздались более сильные, частые удары. Задрожала земля. Над крышей сарая поднялся тупой нос, и заволокся облаком дыма и пыли. Треск усилился. Черный аппарат появился весь над крышей и повис в воздухе, будто примериваясь. Взрывы слились в сплошной вой, и четырехсаженное яйцо, наискось, как ракета, взвилось над толпой, устремилось к западу, ширкнуло огненной полосой, и исчезло в багровом, тусклом зареве туч.
Аппарат мчался по касательной, против вращения земли. Центробежная сила относила его к востоку. По расчетам, на высоте ста километров, он должен был выпрямиться и лететь по диагонали, вертикальной к поверхности земли".
Автор подробно верно описывает вертикальный старт ракеты. Центробежная сила вращения Земли отклоняет аппарат к востоку, но изначально ракета стартует чуть к западу, тем самым компенсируя вращение планеты.
Автор указывает: "Первое, - высота земной атмосферы - 75 километров... Я должен буду пролететь в атмосфере земли и Марса 135 километров. С подъемом и спуском это займет полтора часа. Час я кладу на то, чтобы выйти из притяжения Земли".
Считается, что выше 50 км уже находиться верхние слои атмосферы переходящие в космос. Условно безвоздушное пространство начинается выше 100 км. Здесь оценки автора верные.
Не много ли выделено времени на преодоление атмосферы? Автор понимает, что в атмосфере корабль не может двигаться с произвольно большой скоростью. Поэтому он закладывает достаточно большое время на взлет и указывает, что скорость нарастала медленно: "Счетчик скорости показывал - 50 метров в секунду, стрелка продолжала передвигаться вперед".
Теперь мы знаем, что космонавты испытывают перегрузки, а ракета в полете встречается с так называемым скоростным напором. Усилия, возникающие при слишком быстром движении в воздухе, могут разрушить ракету.
Современной ракете для выхода в космическое пространство приходиться пролететь несколько тысяч километров. В итоге, несмотря на высокую скорость, которую набирает ракета, преодоление атмосферы занимает десятки минут. Точно также снижение современного корабля и его торможение в атмосфере планеты происходит по дуге протяженностью в сотни и тысячи километров. На это также требуется десятки минут.
Конечно, время порядка часа, которое корабль тратит на взлет, явно преувеличено. При вертикальном взлете хватило бы вдвое или даже втрое меньшего времени. Но здесь автора можно понять. В отличие от ракеты, которая выходит на орбиту, при вертикальном взлете нет такого четкого промежуточного финиша. Поэтому возникает простой вопрос, что считать временем потраченным на взлет, если ракета летит прямо, а атмосфера не имеет четких границ?
При вертикальном полете к времени по преодолению атмосферы можно с полным правом приплюсовать время на уход из сферы притяжения Земли.
Читать может спросить, а зачем нужно суммировать время? Для ответа нужно вычислить, как далеко может удалиться ракета, двигаясь с постоянным ускорением. И станет ясно, можно ли ракета за час улететь за пределы радиуса притяжения Земли, двигаясь с допустимым ускорением? Для этого надо удалиться на расстояние порядка 900 тыс. км.
Здесь нельзя игнорировать фактор перегрузки. Ведь и автор хорошо понимает проблемы достижения больших скоростей: "...от чрезмерного ускорения могут лопнуть кровеносные сосуды".
Ощущения при взлете описаны так: "Он пополз к счетчику. Стрелка стремительно поднималась, отмечая невероятную быстроту. Кончался слой воздуха. Уменьшалось притяжение. Компас показывал, - земля была - вертикально внизу. Аппарат, с каждой секундой наддавая скорость, с сумасшедшей быстротой вносился в мировое, ледяное пространство. Лось, ломая ногти, едва расстегнул ворот полушубка, - сердце стало".
Уже одно то, что человек передвигается ползком, указывает на многократные перегрузки. Вряд ли Толстой мог знать, какое ускорение смертельно для человека. В те времена еще никто не раскручивал людей на центрифугах, и сверхзвуковые самолеты еще не летали. В начале 20-х годов была достигнута скорость в 300 км/час в воздухе и 250 км/час на земле. При таких скоростях большие перегрузки возникают только в момент аварии, когда машина резко тормозиться. Но каков предел может выдержать человек, длительно подвергаясь воздействию ускорения? Этого тогда никто не знал. Описывая условия полета, автор мог опираться только на свою интуицию.
Понятно, что физически человек не может длительное время выдержать перегрузки, которые в несколько раз увеличивает вес его тела. Теперь мы знаем, что, находясь в специальном кресле, можно выдержать ускорение до 15g. Но длительная перегрузка не должна превышать 8 - 10g. При выведении или сходе с орбиты перегрузки могут достигать 3-4g. В рамках реальности следует остановиться на последних значениях.
И так дано: время 1 час = 3600 с, ускорение a = 4g = 39 м/c2. По формуле s = (a*t2)/2 определим расстояние: s = 253 тыс. км. Даже двигаясь со столь "тяжелым" ускорением за одни час ракета Лося пролетит половину расстояния до Луны. На таких удалениях еще действует притяжение Земли. А надо улететь как минимум вчетверо дальше. Видимо, оценка в один час все же занижена, хотя и не очень критично. Считая, что атмосферу корабль "пробил" за 20 минут, а 1 час и 40 минут удаляется от Земли, то тогда путешественники могут улететь примерно до лунной орбиты. Формально этого не достаточно, но уже достигнутая скорость позволяет покинуть Землю навсегда. Так что представленные автором условия взлета выглядят вполне достоверными.
Запомним, что из выделенного Лосем времени у них остается еще полчаса на торможение в атмосфере Марса.
Но пролетят ли они мимо Луны? Конечно нет. Ведь орбита Луны наклонена только на 5 градусов к плоскости эклиптики, а корабль улетает под углом порядка 70 градусов "вверх" от плоскости, возле которой движется Луна. Автор тоже не пишет о полете мимо Луны, хотя для фантастического романа описание такое эпизода выглядело бы вполне обоснованным. Но как мы уже могли убедиться, Толстой не хочет уходить от достоверности.
10. Уход от Земли и маневры в космосе
Приведенный выше расчет не полный. Нужно установить какую же скорость наберет ракета за выделенное автором время в один час. Мы уже выяснили, что корабль летит от плоскости эклиптики под углом 70 градусов и практически точно противоположно направлению движения Земли по орбите. Скорость, с которой Земля обегает Солнце составляет 30 км/с. Следовательно, пока скорость корабля не превысит это значение, он будет находиться рядом с Землей, от неё не удаляясь. Надо сказать, что сейчас еще не созданы корабли, способные развить столь большую скорость, чтобы состязаться Землей, а потому все современные корабли стартуют на межпланетные траектории по ходу движения Земли по орбите.
Воспользуемся формулой V = a*t. И получим: V = 140 км/с. Ракета Лося довольно быстро справляется с этой задачей и теперь сможет свободно удалиться от Земли и дальше лететь почти в любом направлении. Хотя и Земля и Солнце своим притяжением влияют на её траекторию. Однако уже через пару часов полета притяжением Земли можно будет пренебречь.
Автор пишет, что вскоре после взлета: "Аппарат покрывал около пятисот верст в секунду". Это практически тоже самое, что 500 км/с. В рамках сделанного выше предположения такую скорость корабль наберет менее чем за три часа полета.
Но сильно разгонять корабль сейчас не нужно. Ведь чтобы направит корабль к Марсу инженеру надо отклонить вектор тяги в сторону противоположную от Солнца. Тогда ракета полетит, наоборот, в сторону Солнца по широкой дуге, огибая наше светило. Конечно, и притяжение Солнца несколько изменит траекторию полета. Учитывая, что путь предстоит неблизкий, отклонение может быть плавным (рис. 2).
Рис. 2. Возможная траектория перелета Земля - Марс в августе 1921 г.
Кривизна дуги сильно завит от скорости, которую может развить корабль и предельных перегрузок. И что важно отметить, никаких сложных маневров в космосе не требовалось. Надо было только развернуть вектор тяги на небольшой угол относительно первоначальной траектории. Это можно было сделать, задав меньшую тягу в одной из камер двигателя. Далее измеряя хотя бы секстантом углы между опорными светилами контролировать реальную траекторию и при необходимости регулировать ослабленную тягу.
11. Сколько времени лететь до Марса?
Величина скорости на фантастическом корабле ничем кроме фантазии автора не ограничивается. Толстой указывает, что в полете к Марсу была достигнута скорость близкая к скорости света. Но мы сделаем вид, что все написанное по этому поводу включая релятивистские эффекты, добавлено автором в популяризаторских целях. На самом деле скорость полета ограничивается предельными перегрузками. Выясним, с каким ускорением должен бы двигаться корабль, чтобы пролететь 400 млн. км за 10 часов при условии, что половину пути он разгонялся, а вторую половину тормозился.
Дано: расстояние 200 млн. км, время 5 часов. Найти ускорение. а = 2*s/t2. Получим: а = 126g. Ясно, что такое ускорение человеческий организм не выдержит. Возможно, писатель недооценивал проблем с ускорением при движении в космическом пространстве, и полагал, что такие неприятности возникают только при старте с Земли?
Мы же должны принять, что в данном случае это еще одно фантастическое допущение.
Осталось определить скорость, которую разовьет корабль. V = a*t. V = 22 тысячи км/с., что составляет 7.4% от скорости света. Запомним эту цифру. Почти такое же число нам еще встретиться.
Определим время полета из выражения: t2 = 2*s/a при условии, что а = 4g. Получим 28 часов. Даже двигаясь со столь одуряющим и выматывающим ускорением, половину пути корабль преодолеет более чем за сутки. Весь путь до Марса можно пролететь за 56 часов или за двое суток и 8 часов. Учитывая, что полет будет происходить по дуге, время надо еще увеличить.
Но теперь имеет смысл оценить, а, сколько же понадобиться времени на перелет, если расстояние между планетами составит фантастических 40 млн. км. Считаем по той же формуле и получаем 18 часов. Но это при ускорении 4g. А если выбрать ускорение 10g, то вполне можно уложиться в 10 часов. А скорость, достигнутая кораблем в середине пути, составит: V ~ 1700 км/с.
Если автор хотел доставить своих героев на Марс за 10 часов, то он должен был указать подходящее расстояние между планетами. Вот откуда появились фантастические 40 млн. км.
А чтобы снять все вопросы автор не спроста упомянул о возможности корабля лететь почти со скорость света. Кстати создается впечатление что, обсуждая релятивистские эффекты, автор намеренно путает читателя, описывая разные показания часов.
"Вылетели мы в семь. Сейчас - видите два часа дня. Девятнадцать часов тому назад мы покинули землю, - по этим часам. А по часам, которые остались у меня в мастерской - прошло около месяца". В то же время: "По биению моего сердца, по движению стрелки хронометра в моем кармане, по ощущению всего моего тела - мы прожили в пути десять часов сорок минут".
Половину пути мы пролетели почти со скоростью света. Тут уже разница ощутима. Биение сердца, скорость хода часов, колебание частиц в клеточках тела - не изменились по отношению друг друга, покуда мы летели в безвоздушном пространстве: - мы составляли одно целое с аппаратом, все двигалось в одном с ним ритме. Но, если скорость аппарата превышала в пятьсот тысяч раз нормальную скорость движения тела на земле". Но при этом намеренно не указано, какая же скорость считается нормальной на Земле. Если скорость света 300000 км/с мы разделим на 500000, то окажется, что нормальной на земле автор считает скорость 0.6 км/с или 2160 км/час. Как-то слишком быстро для нормальной скорости. Явно здесь автор перемудрил с наукообразностью. Или Лось просто прикалывается над простоватым Гусевым, рассказывая, что они не кушали уже около месяца.
Здесь резонно задать вопрос, а так ли на самом деле летели герои на Марс?
12. Перелет Земля - Марс
Время пути зависит от кривизны траектории. Но кривизна дуги может быть и небольшой, особенно если корабль направиться во внутренние области солнечной системы. Важно только не приблизиться к Солнцу. И не только потому, что там жарко, но и потому что ближе к светилу поле тяготения создаст дополнительное ускорение. На таком более коротком пути корабль может оказаться к Солнцу ближе, чем Венера или даже Меркурий. Намек на то, что именно так и летит корабль, мы находим в тексте, когда герои видят Солнце: "Четким очертанием, огромным, косматым клубком солнце висело в пустой темноте. С боков его, как крылья, были раскинуты две световые туманности. От плотного ядра отделился фонтан и расплылся грибом: это было, как раз, время, когда начали распадаться солнечные пятна. В отдалении от светлого ядра располагались, еще более бледные, чем зодиакальные крылья, - световые спирали: океаны огня, отброшенные от солнца и вращающиеся вокруг него, как спутники".
Столь крупно и подробно можно увидеть Солнце, только находясь недалеко от него или в сильный телескоп. О том, что в смотровом окуляре был вмонтирован телескоп, автор нам ничего не сообщает. Только то, что в зрительных "глазках" использован принцип перископа. Если перископической системе использовать две призмы, то появляется прямой резон поставить как в бинокле увеличивающую и переворачивающую оптику. Но увеличение не может быть большим потому, что тогда сузиться поле зрения. Допустим, что в "глазках" была встроена оптика дающая увеличение не более чем 8-10 раз.
Выясним, где же должен был находиться корабль, чтобы путешественники увидели крупный диск Солнца? Ближайшая к Солнцу планета Меркурий. Видимый с Меркурия диаметр Солнца в 2.5 раза больше чем с Земли. Но надо учесть, что на Земле из-за атмосферы размер Солнца кажется большим, чем он есть на самом деле. Угловой диаметр Солнца видимый с Земли всего 0.5 градуса. С орбиты Меркурия Солнце видно под углом 1.25 градуса. Под таким же углом видна окружность диметром 1 см рассматриваемая с расстояния 0.5 м. Это даже больше чем видимый диск Солнца, увеличенный атмосферой Земли. При наличии в зрительном "глазке" оптики подобной простой подзорной трубе, видимый размер Солнца с орбиты Меркурия действительно мог поразить воображение путешественников. Так что описанный вид нашего светила можно считать намеком, что корабль действительно опустился довольно близко к Солнцу.
Следующий по сюжету эпизод, когда они чуть не столкнулись каким-то небесным телом: "В эту долю секунды Лось заметил на ледяной равнине, близ скал, - словно развалины города. Затем, аппарат скользнул над остриями ледяных пиков... но там, по ту их сторону, - был обрыв, бездна, тьма. Сверкнули на рваном, отвесном обрыве жилы металлов. И осколок разбитой, неведомой планеты остался далеко позади, - продолжал свой мертвый путь к вечности. Аппарат снова мчался среди пустыни черного неба".
Автор не указывает, что это такое. Мы знаем, что это может быть Луна. И автор придерживается такой же точки зрения, поскольку встреча с небесным странником происходит где-то в середине пути. Остается допустить, что это может быть астероид или даже Меркурий.
Реальна ли эта версия? Все же Меркурий большая планета. В середине пути скорость определим из выражения V = а*t, где t и а зависят от принятой схемы полета. Если придерживаться реалистичной схемы, где корабль летит до Марса трое суток, то скорость в середине пути будет свыше 5000 км/с. Диаметр Меркурия 4878 км. Так что расстояние равное диаметру планеты корабль Лося прошмыгнет за 1 секунду. Действительно они могли недолго крупным планом наблюдать эту планету.
Расстояние от Меркурия до Солнца всего 56 млн. км или в три раза ближе, чем Земля. Поток тепла в девять раз сильнее. Равновесная температура планеты аж 240 градусов. Но следует учесть, что поверхность Меркурия довольно таки темная. Альбедо всего 0.07, такое же, как у Луны. Потому он сильно нагревается на солнечной стороне. Тогда как блестящий корабль, конечно, отражает большую часть солнечной энергии. Так что корабль может спасти только теплоизоляция из войлока, блестящая поверхность металла его корпуса и отчасти высокая скорость. Если траектория только касалась орбиты Меркурия, все равно корабль мог находиться на опасном расстоянии от Солнца несколько часов. Вполне достаточно, чтобы нагреется до состояния финской бани. Но ничего фантастического в таком полете нет. В схеме принятой автором, время пролета вблизи Солнца сокращается еще в несколько раз, и у уже проблемы не могут возникнуть. Другой вопрос, а на каком участке своей орбиты находился Меркурий 18 августа 1921 г? Любознательный читатель может поискать ответ на этот вопрос.
Рис. 3. Маневры на трассе перелета. Показана проекция на плоскость эклиптики.
Можно выделить такие этапы перелета (рис. 3). На этапе I корабль плавно разворачивается на 90 градусов и выходит в плоскость эклиптики. На участке II корабль разгоняется половину пути, двигаясь почти по прямой линии, и только притяжение Солнца отклоняет его траекторию. На участке III тормозиться. Этап IV включает маневры, предшествующие посадке, которые я разберу ниже.
13. Посадка
Как можно видеть на рис. 3, корабль приближался навстречу Марсу. Скорость движения Марса по орбите составляет 24 км/с. При подлете суммарная скорость будет заведомо больше чем 24 км/с. Для посадки необходимо уравнять скорость корабля со скоростью движения Марса по орбите. Это означает, что Лосю надо было сначала затормозить корабль относительно Солнца до нуля, а потом разогнать его в направлении движения Марса по орбите. Фактически сделать то же самое, что и при удалении от Земли, но только в обратном порядке. Эти маневры не описаны в книге. Но поскольку они ничем особенным не отличают от подобных, когда корабль покидал сферу притяжения Земли, то мы можем считать, что экипаж мог сделать такой вираж в космосе.
Автор указывает на необходимость снижения скорости: "...если я с огромной быстротой влечу в атмосферу Марса, то удар в воздух будет подобен тому, как будто я вонзился в песок. Мгновенно аппарат и все, что в нем - превратятся в газ. В междузвездном пространстве носятся осколки планет, нерожденных, или погибших миров. Вонзаясь в воздух, они сгорают мгновенно. Воздух - почти непроницаемая броня... Итак, чтобы не расплавиться, вонзаясь в атмосферу Марса, мне придется сильно затормозить скорость".
После того как корабль практически уравнял скорость и сближается с Марсом, его движение в сфере притяжения планеты зависит от направления и величины относительной скорости.
Согласно хронологии полета где-то здесь в конце пути корабль летит по инерции и на корабле наступает невесомость: "Он обернулся, отделился от стены, и повис в воздухе, раскорячился лягушкой, и, ругаясь шопотом скверными словами, силился приплыть к стене. Лось отделился от пола и, тоже повиснув, держась за трубку глазка, - глядел на серебристый, ослепительный диск Марса".
В зависимости от направления остаточной скорости по отношению к кромке атмосферы корабль либо выйдет на орбиту, либо упадет на поверхность. Но в любом случае корабль будет двигаться по дуге над планетой. Именно такое движение отображено в описании проплывающих перед взором путешественников марсианских пейзажей. Они в начале видят южную полярную шапку, потом область экватора. Но при этом северный полюс теряется во мгле. Это означает, что направление скорости не попадает по касательной к верхней кромке атмосферы, дуга не превращается в эллипс орбиты и посадка предстоит где-то в южном полушарии. В это момент корабль входит в более плотные слои атмосферы, и путешественники чувствуют рывок:
"Вдруг, диск Марса дрогнул и поплыл в окуляре глазка. Лось кинулся к реостатам:
- Попали, Алексей Иванович, притягиваемся, падаем.
Аппарат поворачивал горлом к планете. Лось уменьшил и совсем выключил двигатель. Перемена скорости была теперь менее болезненна. Но наступила тишина, настолько мучительная, что Гусев уткнулся лицом в руки, зажал уши.
Лось лежал на полу, наблюдая, как увеличивается, растет, становится все более выпуклым серебряный диск. Казалось, - из черной бездны он сам теперь летел на них.
Лось снова включил реостаты. Аппарат затрепетал, преодолевая тягу Марса. Скорость падения замедлилась. Марс закрывал теперь все небо, тускнел, края его выгибались чашей.
Последние секунды были страшными, - головокружительное падение. Марс закрыл все небо. Внезапно, стекла глазков запотели. Аппарат прорезывал облака над тусклой равниной, и, ревя и сотрясаясь, медленно теперь опускался.
- Садимся! - успел только крикнуть Лось и выключил двигатель".
В этом описании есть явная неточность. Она касается эпизода: "Лось уменьшил и совсем выключил двигатель. Перемена скорости была теперь менее болезненна. Но наступила тишина, настолько мучительная, что Гусев уткнулся лицом в руки, зажал уши. Лось лежал на полу...". Как только был выключен двигатель в кабине должна была наступить невесомость. Поэтому Лось не мог лежать на полу, а должен был хотя бы парить над полом.
Автор, описывая конструкцию корабля, указал, что: "Нижняя его часть значительно тяжелее верхней, поэтому, попадая в сферу притяжения планеты, аппарат всегда поворачивался к ней горлом". А также: "Посредине, по окружности его, шел стальной пояс, пригибающийся книзу, к поверхности аппарата, как зонт, - это был парашютный тормоз, увеличивающий сопротивление аппарата при падении в воздухе". Но писатель не указал, что именно наличие этой "юбки", а не только смещенный вниз центр масс приводят к тому, что набегающий поток разворачивает корабль кормой вниз подобно тому, как действует небольшой вытяжной парашют. Площади самого же "зонта" явно не достаточно для торможения корабля. Зато у автора получился хороший гиперзвуковой парашют. В разряженной атмосфере посадить корабль только на парашюте невозможно. Автор это понимает, и окончательное торможение Лось осуществляет с помощью двигателей.
Удивительно, но почти какая же конструкция парашюта в виде плоского металлического кольца охватывающего корпус была применена на советских автоматических аппаратах, которые садились на Венеру. Там благодаря плотной атмосфере вполне хватило такого маленького парашюта.
Посадка на Марс явно продолжалась всего несколько минут. Собственно так и должно быть в реальности. В конце Лось несколько поспешил выключить двигатели. Он мог удержать корабль над поверхностью и даже выбрать ровное место для посадки. Тогда корабль сел бы плавно и не завалился бы набок. Но инженера извиняет то, что у него не было практического опыта в пилотировании летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. А писатель не стал изображать из него крутого воздухоплавателя.
14. Истинная хроника возвращения
|