Многие тысячи лет назад люди мечтали передавать энергию света на большие расстояния. Из глубины веков дошла до нас легенда о том, как Архимед с помощью зеркал сжег вражеский флот, стоящий на якорях около города Сиракузы. Идею «луча смерти» использовали и современные писатели. В романе Герберта Уэллса линкоры боровшихся сними англичан. В романе А. Н. Толстого «Гиперболоид инженера Гарина» так же уничтожается вражеский флот.
Но передача световой энергии на расстояние гораздо важнее для человечества в мирной жизни. Светом можно было бы резать алмазы и тугоплавкие металлы. В определенных условиях могут оказаться незаменимыми оптический телефон, оптический локатор, оптический микрофон.
В большинстве приборов оптической связи важно создать наибольшую освещенность на возможно большем расстоянии. Освещенность поверхности — это поток лучистой энергии, падающий за секунду на единицу площади освещаемой поверхности. Получить большую освещенность на очень далеком предмете — это значит создать на нем высокую концентрацию энергии. Для этого необходим источник света высокой яркости.
Примерно 160 лет назад Роберт Фультон впервые предложил установить на корабле паровую машину. «Когда я строил в Нью-Йорке свой первый пароход,— вспоминал он впоследствии,— люди отнеслись к моему замыслу презрительно, как к фантастической затее».
Еще совсем недавно основным типом кораблей были пароходы, сжигающие в топках своих паровых котлов каменный уголь. Паровая машина приводила в действие колеса или винт. Первым пароходам не хватало взятого на борт угля, чтобы пересечь Атлантику.На большинстве современных кораблей установлены дизельные двигатели, вырабатывающие электроэнергию. Вал винта приводится в действие электромотором. На ледоколе «Ленин» и американском грузо-пассажирском судне «Саванна» установлены атомные двигатели, позволяющие им совершать дальние плавания без пополнения запасов топлива — 1 кг урана им хватает на целый месяц плавания. Американские подводные лодки совершали кругосветные плавания, не пополняя запасы топлива.
Ходовой винт корабля, вращаясь в воде, создает усилие тяги. Корабль медленно набирает скорость. При движении с постоянной скоростью корабль рассекает воду и испытывает ее сопротивление. Сила этого сопротивления зависит от скорости корабля, от формы и величины его корпуса. Чем уже корабль, чем плавнее его «обводы», тем большую скорость он развивает при той же мощности двигателей. Поэтому у скоростных кораблей вытянутая стреловидная форма.
В нашей стране за годы Советской власти «создан сильный Военно-Морской Флот, в строительстве которого активное участие принимал А. Н. Крылов. Наши торговые суда бороздят все океаны мира, а на севере СССР работает самый мощный в мире ледокольный флот.
В 1959 г. в СССР вступил в строй первый атомный ледокол «Ленин», ставший флагманом Полярного флота. Это один из самых замечательных кораблей нашего времени (см. в т. 5 статьи «Водный транспорт», «Атом на службе человека»).
У ледокола «Ленин» большое водоизмещение — 16 тыс. т. Энергетическое сердце корабля — три мощных атомных реактора. Их суточная потребность в топливе — несколько десятков... граммов ядерного горючего. Без остановок
ледокол может продвигаться во льдах двухметровой толщины. Атомный ледокол продлил навигацию по Северному морскому пути почти в два раза.
В конструкции атомохода была использована и разработанная акад. А. Н. Крыловым теория непотопляемости. Одиннадцать водонепроницаемых переборок сохранят корабль на плаву даже в том случае, если будут затоплены два главных отсека.
На самом ли деле ледокол колет лед? Нет, это представление неверно. Корпусу ледокола придана такая форма, что нос его с разгона въезжает на лед, ломает и продавливает его.
Английский линейный корабль «Роял Джордж», стоявший в 1799 г. на рейде Саутгемптона, немного наклонили, чтобы очистить днище от ракушек и водорослей. Для этого пушки с одного борта откатили к осевой плоскости судна, пушки же другого борта оставили на своем месте. Судно получило безопасный для него крен. Огневые люки нижнего ряда пушек были выше поверхности моря. До вечера работу не успели закончить, а ночью на море поднялось небольшое волнение. Волны захлестнулись в пушечные люки, вода просочилась в трюм, и корабль перевернулся. Погибло около 1000 человек, вместе с ними и адмирал, командовавший эскадрой.Способность корабля оставаться на плаву при большем или меньшем крене называется запасом плавучести. Знаменитый кораблестроитель акад. А. Н. Крылов много лет работал над теорией остойчивости и непотопляемости корабля. Он часто приводил в пример эту катастрофу для подтверждения той мысли, что запас плавучести судна измеряется объемом его надводной части. Действительно, пусть даже борта корабля высоко подняты над поверхностью моря, но, если в них есть какие-либо незадраенные, т. е. не закрытые плотно, отверстия, запас плавучести резко снижается.
А. Н. Крылов отмечал, что иногда даже нужно искусственно уменьшать запас плавучести. В наше время каждый большой корабль разделен на водонепроницаемые отсеки. Попав в поврежденный отсек, вода может придать кораблю опасный крен. Пожертвовав некоторым запасом плавучести и затопив подводные отсеки другого борта, можно сохранить поврежденный корабль на плаву. Еще в 1904 г. А. Н. Крылов разработал для некоторых типов военных кораблей таблицы непотопляемости. Но царское адмиралтейство не осуществило предложение ученого.
Инженер броненосца «Орел» В. П. Костенко, знакомый с таблицами Крылова, по своей инициативе устроил на корабле систему выравнивания. И во время Цусимского боя, несмотря на тяжелые повреждения, этот корабль оставался на плаву. А получившие такие же повреждения броненосцы «Александр III», «Бородино», «Суворов» опрокинулись и затонули.
Выделяя основные вехи освоения космоса человеком, многие ученые в один ряд с запуском первого советского спутника и полетом Ю. А Гагарина ставят выход человека из кабины корабля в космическое пространство. Этот эксперимент подтвердил, что стало возможным активное пребывание человека в открытом космосе — пересадка с корабля на корабль, монтажные работы при сборке лабораторий и орбитальных станций и, конечно, выход на поверхность других планет и Луны. Человек перестал быть пленником космической ракеты.
Этот замечательный полет начался 18 марта 1965 г. Двухместный космический корабль «Восход-2» вышел на орбиту вокруг Земли, имея задание провести новый эксперимент — выход человека из корабля в космическое пространство. Командир корабля Павел Иванович Беляев и летчик-космонавт Алексей Архипович Леонов прошли специальную тренировку, до автоматизма отработали взаимодействие друг с другом, особенно на самых ответственных этапах — в момент выхода в космос и возвращения обратно в корабль.
Выход космонавта похож на выход водолаза из подводной лодки. Сначала человек, одев скафандр, из основного отсека переходит во вспомогательную камеру — шлюз — и закрывает входной люк. В подводной лодке после этого в шлюз постепенно напускают воду, а в космосе — выпускают, «стравливают» воздух, т. е. образуют в шлюзе вакуум. И в том и в другом случае шлюз заполняется той средой, которая окружает корабль. Выровняв давление, можно открывать выходной люк шлюза. Когда «Восход-2», совершая второй виток, пролетал на высоте 460 км над Черным морем, Леонов вошел в шлюз. Конечно, космонавт чувствует себя иначе, чем моряк в подводной лодке. Леонов не вошел, а, паря в невесомости, «вплыл» в шлюзовую камеру. Дав давление в скафандр, космонавт проверил его герметичность и подачу кислорода. Затем он проверил положение светофильтра на гермошлеме. Это было необходимо: когда командир корабля открыл крышку выходного люка, ослепительно яркий солнечный свет заполнил камеру.
Выбравшись из люка, Леонов легким толчком отделился от корабля и плавно отплыл в сторону на длину троса-фала, соединявшего его с кораблем. Медленно вращаясь, человек, впервые оказавшийся лицом к лицу с бесконечной Вселенной, с восторгом осматривался вокруг. Как и предсказывали ученые, как многократно описывали писатели-фантасты, яркое солнце и немигающие звезды сияли на «фоне темно-фиолетового с переходом в бархатную черноту бездонного неба...». Космонавт отчетливо различал очертания Крымского побережья, голубую линию Волги, хребет Урала, Обь, Енисей — огромная красочная карта нашей планеты медленно открывалась его взору.
Выполняя программу, Леонов совершал различные эволюции: разбросав руки, парил в космосе, подтягивался за трос к кораблю и отталкивался от него.
12 октября 1964 г. ракета-носитель вывела в космический орбитальный полет советский трехместный корабль «Восход». Это был первый в истории покорения космоса многоместный космический корабль. От полетов мужественных одиночек советские космонавты перешли к коллективным полетам специалистов разных профессий. Экипаж корабля состоял из командира корабля летчика-космонавта Владимира Михайловича Комарова, научного работника кандидата технических наук Константина Петровича Феоктистова и врача Бориса Борисовича Егорова.
В новом корабле уже можно различить черты будущих космических лабораторий и космических стратопланов. Если в нем пока еще не очень просторно, нельзя, например, ходить, нет спальных мест и письменных столов, то нет уже и катапультируемых кресел и космонавты не одеты в стесняющие движения скафандры...
Три специалиста разных профилей вели одновременно комплексные физико-технические и медико-биологические исследования, помогая и дополняя друг друга
Врач проверял на себе действие невесомости и сравнивал свои впечатления с ощущениями других членов экипажа; ученый наблюдал за горизонтом, полярным сиянием, светящимися частицами за окнами иллюминаторов; а командир экипажа оценивал управляемость корабля, проверял ориентировку по звездам и наблюдал ориентиры на Земле. Все трое могли проверить и сравнить свои впечатления, обменяться мнениями, посоветоваться друг с другом и, наконец, поспорить.Сбор научной информации в космосе не прекращался ни на минуту. Их предшественники вынуждены были часть времени в полете тратить на сон, на прием пищи и прерывать исследования. А на «Восходе» постоянно работали два члена экипажа, а один отдыхал. За сутки полета ракета сделала 16 витков вокруг Земли, и трое космонавтов провели обширные наблюдения и даже исследования.
Программа полета полностью выполнена. Испытаны конструкция и эксплуатационные характеристики нового пилотируемого корабля, его системы и оборудование; исследованы работоспособность и взаимодействие в полете группы космонавтов; проверены в полете их режим труда и отдыха и взаимозаменяемость на некоторых этапах полета; проведены научные исследования в условиях длительного космического полета; продолжено изучение, как влияют различные факторы космического полета на человеческий организм.
На корабле «Восход» было установлено новое, более совершенное и разнообразное оборудование. Кроме использовавшихся ранее систем ориентации, была применена новая, позволяющая точно определять расположение корабля в пространстве и уточнять положение его относительно поверхности Земли. Космонавты располагали многочисленными средствами радиосвязи и новой, более совершенной системой телевидения.
Опыт, накопленный советскими учеными и конструкторами при запусках спутников, лунников и автоматических межпланетных станций, позволил создать космический корабль для полета человека. В марте 1961 г. были произведены два последних контрольных пуска корабля «Восток». В кресле пилота сидел манекен, облаченный в космический скафандр. Кроме того, в кабине находились собаки. Оба полета прошли в точном соответствии с программой и подтвердили высокую надежность конструкции и всех систем, а также полную безопасность полета для человека.
Корабль «Восток» состоит из кабины сферической формы, рассчитанной на одного пилота, приборного отсека и отсека с тормозной двигательной установкой. После выведения на орбиту корабль-спутник отделяется от последней ступени ракеты-носителя.Внешняя поверхность кабины покрыта слоем тепловой защиты, предохраняющим ее от высокой температуры, которая развивается от трения при спуске в плотных слоях атмосферы.
Через три иллюминатора с толстыми жаропрочными стеклами космонавт видит Землю и звезды, фотографирует. Наблюдая за линией горизонта и направлением «бега» поверхности Земли, космонавт может ориентировать корабль в пространстве с помощью двигателей системы ориентации. Для предохранения глаз от лучей Солнца, которое, по словам Гагарина, настолько ярко, что на него нельзя смотреть даже зажмурившись, иллюминаторы снабжены шторками.
Кресло пилота — это и его рабочее место, и своеобразный домик, в котором есть все для жизненных нужд. В кресле находится запас кислорода и вентилирующее устройство для отвода тепла из скафандра. В кресле размещены приемо-передающие радиостанции, запас продуктов и предметов первой необходимости, которые могут понадобиться после приземления. Поверхность кресла точно соответствует форме тела космонавта и выложена мягкими пластмассовыми подушками.
При аварийной ситуации на старте или в процессе вывода на орбиту кресло с космонавтом автоматически катапультируется через люк, быстро открывающийся в корпусе кабины. Парашютные системы кресла обеспечивают плавный спуск на землю или воду. При спуске на воду автоматически разворачивается надувная лодка. Но и без нее поддерживать космонавта на воде может скафандр. Теплоизоляция скафандра и его герметичность таковы, что космонавт не ощутит холод, даже находясь 12 часов в ледяной воде.