Мечтая о завоевании людьми мирового пространства и разрабатывая планы этого завоевания, Циолковский намечал постепенные этапы решения этой небывалой задачи. Циолковский понимал, что только шаг за шагом – по мере совершенствования реактивной техники, увеличения наших знаний о мировом пространстве, расширения научной и экспериментальной базы астронавтики – может вестись штурм мирового пространства. Сначала все более высотные полеты в атмосфере, затем прыжки за атмосферу, в преддверье мирового пространства; все более глубокая разведка этого пространства, полеты вокруг Луны, посадка на Луну; потом полеты вокруг планет, посадка на них, постепенное освоение мирового пространства – вот очевидные вехи на пути к осуществлению этой заветной мечты человечества.

Прошло полвека с того времени, как Циолковский начал набрасывать схему сражения за мировое пространство. Эти десятилетия не пропали даром. Сам Циолковский был свидетелем только первых, робких шагов по намеченному им пути: первых теоретических работ по астронавтике, первых попыток изобретателей-энтузиастов создать жидкостные ракетные двигатели, первых запусков таких ракет. После смерти Циолковского, и в особенности за последнее десятилетие, началось бурное развитие реактивной техники, являющейся технической основой астронавтики. Это позволило достичь серьезных успехов в борьбе за скорость полета, позволило начать тот штурм мирового пространства, о котором мечтал Циолковский.

Каких же успехов в этом штурме уже удалось добиться с помощью реактивной техники?

Современные реактивные самолеты свободно летают в стратосфере. Официальный мировой рекорд высоты полета на самолете, равный 20 094 метрам, был поставлен в 1955 году на реактивном самолете с двумя турбореактивными двигателями. Турбореактивный двигатель был установлен и на самолете, достигшем в том же 1955 году рекордной скорости полета, равной 1323 километрам в час (на высоте 12 300 метров.

Значит ли это, что с тех пор авиация не добилась новых успехов? Вовсе нет. Есть все основания считать, что эти рекорды перекрыты новейшими реактивными самолетами. Мы, вероятно, не сильно ошибемся, если скажем, что новейшие реактивные самолеты, с новыми, мощными и совершенными турбореактивными двигателями, летают сейчас со скоростью, превосходящей скорость звука.

Еще большие высоты и скорости полета достигнуты с помощью экспериментальных ракетных самолетов с жидкостными ракетными двигателями. Так как запаса топлива на таких самолетах хватает только на несколько минут полета (жидкостные ракетные двигатели расходуют очень много топлива), то часто эти самолеты поднимают на большую высоту с помощью тяжелых самолетов-«маток». Легкий и небольшой ракетный самолет обычно подвешивается под такой «маткой» и освобождается от нее, переходя на самостоятельный полет, лишь на большой высоте. Благодаря этому экономится топливо, которое в ином случае пришлось бы израсходовать на взлет и набор высоты.
 

Ракетный самолет подвешен под самолетом-"маткой". На большой высоте он отцепляется и начинает самостоятельный полет.

В подобных полетах удавалось достигать таких высот и скоростей полета, которые, вероятно, являются рекордными для полета человека. Так, по некоторым данным, была достигнута скорость полета порядка 2500 километров в час и высота примерно 27 километров. Летчик в этих случаях находился в условиях, очень напоминающих полет в мировом пространстве. Конечно, кабины этих самолетов, да и других высотных самолетов, в том числе и пассажирских, сделаны герметичными. Это значит, что они полностью изолированы от окружающей атмосферы, в них поддерживается давление, соответствующее давлению атмосферы на уровне моря, обеспечивается снабжение экипажа кислородом и удаление продуктов дыхания, то-есть так называемое кондиционирование воздуха. Значит, и в этом отношении летчики таких самолетов находились в условиях, очень похожих на условия полета в межпланетном корабле.

Однако достижения реактивной авиации вовсе не исчерпывают успехов, достигнутых современной техникой в штурме мирового пространства. Реактивная техника позволила осуществить полет, правда пока еще без человека, на таких скоростях и высотах, которые оставляют далеко позади рекорды ракетных самолетов. Этот полет осуществлен с помощью тяжелых, управляемых в полете ракет, снабженных жидкостным ракетным двигателем. Некоторые такие ракеты залетали на высоты в сотни километров, то-есть, по существу, совершили прыжки за атмосферу, побывали в преддверье мирового пространства. Мечта Циолковского начинает сбываться!

Уже ракеты, применявшиеся во время минувшей войны в качестве сверхдальнобойных снарядов, достигали высот до 100 километров и скорости полета до 5500 километров в час. После окончания войны подобные же ракеты стали применяться для высотных полетов с различными исследовательскими целями, чаще всего метеорологическими, то-есть интересующими науку об атмосфере и службу погоды. Использование ракет для этой цели было также предложено еще Циолковским.

Неудивительно, что в таких полетах ракеты залетали на еще большие высоты. Ведь в этих случаях ракета летит только вверх, да и взрывчатку не приходится с собой возить. Кроме того, время шло – и ракеты, как и их двигатели, становились более совершенными. Эти стратосферные, или, как их иногда называют, метеорологические, ракеты достигали высот 150, 200 и даже 250 километров, то-есть забирались далеко в ионосферу.

С помощью приборов, установленных на таких ракетах и производящих свои измерения во время полета, удалось получить много новых научных сведений самого различного характера, в том числе и данные исключительной ценности. На самом деле, ведь это пока единственный способ, с помощью которого ученый может поднять свои приборы на такую огромную высоту, вынести их, по существу, за пределы атмосферы, в непосредственное соседство с мировым пространством.

Представляют интерес фотоснимки Земли, сделанные с большой высоты с помощью фотоаппаратов, установленных на высотных ракетах. Имеются снимки, сделанные с высот до 200 километров. Конечно, на этих снимках Земля наша не похожа на ту Землю, которую мы видим не только из окна железнодорожного вагона, но даже из окна высоко летящего самолета. Никаких деталей земной поверхности на этих снимках разглядеть невозможно, но зато на них много другого, очень интересного. Достаточно сказать, что на этих снимках удается зафиксировать территорию протяженностью до 5000 километров, что открывает совершенно новые возможности в отношении картографирования, изучения движения облаков и проч. Кстати сказать, на таких снимках уже совершенно отчетливо заметна шарообразная форма Земли.
 

С высоты 200 километров отчетливо видна кривизна земной поверхности.

Рекордные достижения современной реактивной техники в отношении высоты и скорости полета удалось получить путем использования идеи Циолковского о составных ракетах, или «ракетных поездах».
 

Двухступенчатая ракета. Справа показан момент отделения верхней ракеты.

Для таких рекордных полетов была использована двухступенчатая ракета. Первая, задняя, ступень представляла собой примерно такую же тяжелую ракету, которая была описана выше, в главе 6. Передняя ракета (меньшая) была установлена на задней вместо ее боевой головки и весила примерно полтонны. Когда двигатель задней ракеты останавливался из-за выработки всего топлива, запасенного на этой ракете, то она отделялась от передней. В то же мгновение автоматически запускался двигатель передней, меньшей, ракеты, и она продолжала свой вертикальный взлет. Понятно, что эта передняя ракета залетала выше и приобретала большую скорость, чем одна большая задняя ракета. В одном из таких полетов была достигнута, как сообщается, высота около 400 километров* и скорость полета около 8300 километров в час, то-есть примерно 2,3 километра в секунду.
 

Это и представляет собой уже завоеванный рубеж в штурме мирового пространства**. Теперь дело за тем, чтобы из преддверья мирового пространства забираться все дальше вглубь него, дальше от Земли, ближе к далеким целям космических полетов.
 

Достигнутые успехи в развитии тяжелых высотных ракет открывают совершенно новые возможности в области сверхскоростных дальних перелетов на Земле. Для этого нужно еще значительно увеличить начальную скорость ракеты. Взлетев с этой скоростью, ракета в состоянии вырваться за пределы плотной атмосферы и, летя там с большой скоростью, перелететь на огромные расстояния. Если начальная скорость ракеты (в момент выключения двигателя) равна, например, 5 километрам в секунду, то ракета может пролететь примерно 3000 километров за 14–15 минут, забравшись при этом на высоту 800 километров. Еще больший эффект можно получить, если снабдить эти ракеты крыльями.
 

Траектория полета различных дальних ракет: 1 - исходная дальняя ракета, описанная в главе 6; 2 - та же ракета, но снабженная крыльями; 3, 4 - составная ракета.

Идея крылатой ракеты также родилась в нашей стране. Эта идея принадлежит Цандеру. Он предложил снабжать ракету крыльями, подъемная сила которых могла бы быть использована как при взлете, так и при посадке космического корабля.

Уже простое добавление крыльев к ракете, описанной в главе 8, может существенно увеличить дальность ее полета. Эта ракета залетала на расстояние около 300 километров, причем ее полет длился примерно 5 минут. Такая же, но крылатая ракета совершала бы втрое более продолжительный полет, до 15 минут, и залетала бы почти вдвое дальше, на расстояние 550–560 километров. Вот какую роль играет подъемная сила крыла!

Составная ракета (проект).

Если же сочетать идею Цандера о крылатой ракете с предложенной Циолковским идеей ракетного поезда, то это может дать замечательные результаты. Представим себе такой простейший ракетный поезд, состоящий из двух ракет: задней – обычной, бескрылой, и передней – крылатой. Если передняя ступень – это все та же, уже известная нам дальняя ракета, но только с крыльями, то задняя, бескрылая, ракета должна быть гораздо больше по размерам и ее двигатель должен обладать, естественно, большей тягой. По одному из подобных проектов тяга задней ракеты должна составлять примерно 180 тонн, общий вес поезда при взлете – почти 100 тонн (из них около 2/3 – топливо), длина поезда – более 30 метров. В зависимости от назначения будет изменяться и характер полета такого поезда. 
 

Схема кругосветного беспосадочного полета самолета с жидкостным ракетным двигателем.

Сначала задняя ракета уносит весь поезд на высоту примерно 25 километров, на которой двигатель этой ракеты останавливается из-за выработки всего топлива, и она автоматически отделяется, опускаясь с помощью парашюта на землю. Теперь вторая ракета благодаря тому, что жидкостный ракетный двигатель в состоянии обеспечить огромную высоту и скорость полета может лететь на этой постоянной высоте в горизонтальном полете со скоростью 2600 километров в час, пока двигатель и этой ракеты не выработает всего топлива. В этом случае общая продолжительность полета составит примерно 70 минут, и за это время ракета покроет расстояние около 2500 километров. Значит, за час с небольшим – из Москвы в Караганду!

Но можно и значительно увеличить дальность этого полета и вместе с тем сократить его продолжительность. Гораздо дальше, но... гораздо быстрее! Звучит парадоксально, но это строгий научный расчет, основанный на использовании замечательных свойств несущего крыла и особенностей земной атмосферы. Если после отделения задней ракеты передняя продолжает вертикальный взлет, то она в состоянии достичь высоты около 300 километров, а затем совершить пологий планирующий полет с использованием подъемной силы крыла. Общая дальность такого полета составит около 5000 километров, при продолжительности всего в 45 минут. За 3/4 часа из Москвы до Якутска! Скорость полета при этом будет большей, чем когда-либо достигнутая человеком, – до 12 тысяч километров в час (З 1/3 километра в секунду).

Исследования советских ученых показали, что сочетание огромной скорости полета с подъемной силой крыла позволяет осуществить и гораздо более эффективный полет. Уже современный уровень развития реактивной техники дает принципиальные возможности создания сверхдальнего ракетного самолета, способного совершить беспосадочный кругосветный перелет, то-есть осуществить заветную мечту великого летчика нашего времени – Валерия Павловича Чкалова – о полете «вокруг шарика». Правда, Чкалов мог мечтать об этом полете лишь как об очень продолжительном, ибо он жил еще до эры реактивной авиации с ее небывалыми скоростями, так не похожими на скорости обычных самолетов. Реактивная техника позволяет осуществить такой полет совсем иначе – за ничтожно короткое время и с помощью самолета, имеющего лишь самое отдаленное сходство с самолетами времен Чкалова.

Создание сверхдальнего ракетного самолета возможно, только ведь такой двигатель работает считанные минуты, в течение которых он израсходует все топливо, запасенное на самолете. Конечно, за эти несколько минут полета с работающим двигателем самолет не в состоянии совершить дальний полет. Но мощный жидкостный ракетный двигатель заносит за несколько минут своей работы самолет на колоссальную высоту и сообщает ему огромную скорость. Планирующий полет самолета с остановленным двигателем, совершенный с этой высоты, может быть очень продолжительным и дальним.

Кругосветный полет самолета с жидкостным ракетным двигателем можно представить себе следующим образом. Мощный двигатель такого самолета за несколько минут своей работы забрасывает самолет на высоту 300–400 километров и сообщает ему скорость не менее 4 километров в секунду, то-есть примерно 14 тысяч километров в час. Для этого, правда, двигатель должен работать на новых, более совершенных топливах, обеспечивающих большую скорость истечения газов, чем в настоящее время.

Двигатель работает только в течение этих первых минут полета, затем он останавливается и во всем остальном полете не расходует ни капли топлива. Самолет летит вперед, расходуя накопленную при разгоне кинетическую энергию. В этом отношении такой полет очень напоминает полет в мировом пространстве.

С огромной высоты, на которой оказывается самолет, он начинает свой пологий планирующий полет вокруг Земли. На первый взгляд кажется, что ни о каком планировании на таких больших высотах не может быть и речи. Ведь при планировании вес самолета должен быть лишь немногим больше подъемной силы его крыла, а на высотах в сотни километров подъемная сила крыла практически отсутствует просто потому, что там и сам воздух почти отсутствует. Значит, самолет будет не постепенно снижаться, а камнем падать с той высоты, на которую его забросит двигатель.

Это верно – самолет будет падать камнем. И он, конечно, очень скоро упал бы, если бы был неподвижен. Но, падая камнем на Землю, самолет вместе с тем с огромной скоростью мчится вокруг Земли. Это не изменило бы дела, если бы Земля была плоской. Но она – шар, и это приводит к тому, что, непрерывно падая на Землю, самолет, летящий вокруг нее с огромной скоростью, успевает пролететь большое расстояние – 6000–7000 километров. Но мало этого: когда самолет, снижаясь таким образом, врывается с огромной скоростью в нижние, более плотные, слои атмосферы, то вступает в действие подъемная сила его крыльев. Он как бы отражается от этих плотных слоев атмосферы, рикошетирует, как плоский камень от поверхности воды, и снова взмывает вверх. Прежней высоты он, естественно, не достигает, так как скорость его уже уменьшилась, но все же он снова может забраться на высоту 200 и более километров.

Совершая такие, как бы постепенно затухающие, волнообразные движения с заключительным пологим планированием в плотных слоях атмосферы, самолет способен, как показывают расчеты, совершить посадку на том же аэродроме, откуда он взлетел. Весь такой кругосветный полет займет не более нескольких часов, причем самолету не придется даже разворачиваться, чтобы сесть против ветра, как это обычно делается, – он будет садиться в том же направлении, что и взлетел.

От совершения кругосветного полета уже совсем недалеко до создания искусственного спутника Земли, но об этом – в следующей главе.