В XVIII веке философы, писавшие аллегорические нравоучительные рассказы, отправляли иногда своих героев на звёзды, пользуясь для этого воздушным шаром как средством передвижения. Но и позже, когда шар более лёгкий, чем воздух, был вытеснен аппаратом тяжелее воздуха — самолётом, человек убедился, что и он всё ещё далёк от совершенства в передвижении во всех измерениях пространства. Летательные аппараты могли летать только там, где была достаточно плотная атмосфера. Воздушные корабли должны были кружить низко над Землёй, на самом дне воздушного океана, окутывавшего нашу планету более чем двухсоткилометровым слоем.
До того как в конце XIX века зародилась астронавтика, наука о межпланетных путешествиях, писатели-фантасты, а среди них самый замечательный — Жюль Верн, отправляли своих героев в мировое пространство с помощью снаряда, выпущенного из гигантской пушки. Однако даже при поверхностных расчётах становится ясно, что это невозможно. Причин для этого три. Прежде всего, чтобы оторваться от Земли, тело должно развить скорость не менее 11,2 километра в секунду, или сорок тысяч триста двадцать километров в час, тогда как в результате взрыва даже самых лучших взрывчаток газы распространяются со скоростью не свыше трёх километров в секунду. Выпущенный из пушки снаряд должен будет, поднявшись на определённую высоту, неминуемо упасть обратно на Землю. Помочь нельзя ничем: ни удлинением канала ствола, ни увеличением количества взрывчатки. Во-вторых, страшное ускорение, действующее на путешественников в момент выстрела, раздавило бы их насмерть. Чтобы понять, насколько огромны его размеры, достаточно представить себе, что в момент выстрела дно снаряда ударит путешественников с силой и скоростью гранаты, попадающей в цель. Наконец, в-третьих, если бы даже людям, находящимся в снаряде, удалось каким-нибудь чудом уцелеть при выстреле и если бы, вразрез с законами механики, снаряд не упал на Землю, то при падении на Луну он должен был бы разлететься на куски.
Чтобы преодолеть притяжение Земли и в то же время освободиться от влияния атмосферы, на которую опираются крылья самолётов, понадобилось изобретение, которое поистине совершило переворот. Додумались до него очень давно. Уже приблизительно в 1300 году нашей эры китайцы запускали первые ракеты, движимые силой пороховых газов. Однако должно было пройти ещё около шестисот лет, пока русский учёный Циолковский впервые начертил план межпланетного корабля. Вслед за ним появились Годдар, Оберт и многие другие. Они заложили фундамент астронавтики, которая разрослась со временем в самостоятельную отрасль техники.
Принцип движения был ясен. Он основывался на известном законе Ньютона, по которому действие равно противодействию. Ракета должна была иметь запас горючего, превращающегося в струю газов с большой скоростью истечения. Сила реакции толкала ракету в противоположную сторону. Здесь, однако, конструкторов поджидала первая трудность. При самой бурной из всех химических реакций — соединении кислорода с водородом — взрывные газы получают скорость пять километров в секунду. До скорости 11,2 километра в секунду, которую называют отрывной, ещё далеко. К тому же эту скорость нужно сообщить телу, движущемуся свободно, — например, выстреленному снаряду. Ракета — другое дело. Она может взлететь с Земли со скоростью и меньше отрывной, при условии, что её двигатель будет работать непрерывно до той минуты, пока она отдалится от Земли на значительное расстояние. Однако такое решение не может удовлетворять. Кислородно-водородным горючим, казалось бы самым совершенным, не пользовались никогда, так как эти газы трудно сжимаются, а применять их в жидком виде затруднительно и небезопасно. Кроме того, очень высокая температура реакции быстро разрушает двигатель. Поэтому пришлось применять, виды горючего, выбрасывающего газовую струю со скоростью всего лишь один-три километра в секунду. Но в таких условиях вес горючего, которое необходимо затратить для освобождения от земного притяжения, должен в несколько сот раз превышать вес самой ракеты. Даже если бы удалось использовать наиболее эффективное кислородно-водородное горючее, ракета, весящая десять тонн и несущая десять тонн груза, должна была бы взять для полёта от Земли до Луны сорок тысяч тонн горючего. Это была бы громада величиной с большой трансатлантический пароход, и притом с чрезвычайно тонкими стенками попросту говоря, огромных размеров резервуар с крошечной, на самом кончике его, каютой для пассажиров. Управлять таким аппаратом было бы чрезвычайно трудно, так как его устойчивость изменялась бы по мере убывания горючего, а к концу пути такая ракета превратилась бы в огромную пустую скорлупу.
Уже одно это говорит о несовершенстве такого аппарата, но и этот недостаток далеко не единственный. Даже такое невыгодное соотношение между весом горючего и полезным весом, которое получается при использовании кислородно-водородного горючего, является недостижимым идеалом. Из-за других трудностей в камере сгорания во время работы возникает температура приблизительно в три тысячи градусов, при которой самые жароупорные сплавы размягчаются в несколько минут, а если температуру понизить, то скорость истечения газов падает. Для конструкторов получился замкнутый круг. На поиски новых видов горючего ушли целые годы. Пробовали дать ракетам движение с помощью аммиака и окиси азота, пироксилина, смесей бензина с кислородом, анилина с азотной кислотой, спирта с перекисью водорода, даже с помощью твёрдых тел, например угля, алюминия и магния, вдуваемых в пылевидном состоянии в струю чистого кислорода. Не было недостатка и в способах, вызывавших недоумение, как, например, способ Гоманна. Этот учёный предлагал поместить каюту пилота в виде конуса на вершине большого цилиндра, состоящего из твёрдого пороха; подожжённый снизу, порох сгорал бы равномерно, давая движущую силу. В этот период первых опытов, ошибок и упорных поисков инженеры всё яснее отдавали себе отчёт в том, что современная им наука ещё не в состоянии решить проблемы астронавтики. Мощность двигателей крупнейших самолётов и даже кораблей была до смешного мала в сравнении с мощностью, необходимой для борьбы с земным притяжением. Одной из первых ракет, способных преодолеть большое расстояние, была так называемая «Фау-2», сконструированная немцами во время второй мировой войны. Снаряд этот — стальная сигара длиною около десяти метров — имел в носовой части тонну взрывчатки. Вся цилиндрическая часть его корпуса была заполнена горючим — спиртом и жидким кислородом. Там же помещались топливные насосы и камера сгорания. Этот снаряд весил около тринадцати тонн, из которых девять приходились на горючее. Такой запас позволял двигателю проработать одну минуту. Ракета, развивавшая к этому времени мощность в шестьсот тысяч лошадиных сил, могла при вертикальном полёте подняться на высоту двухсот с лишним километров — высоту незначительную по сравнению хотя бы с радиусом земного шара, превышающим шесть тысяч километров. Строить ракеты для межпланетных путешествий по этому принципу было невозможно.
Нужно было искать другие пути для решения вопроса. Возникла мысль о многоступенчатых ракетах, то есть ракетах, расположенных друг над другом. При взлёте работала нижняя ступень, а когда запасы горючего в ней кончались, она автоматически отделялась, и в работу включался двигатель следующей ступени. Таким образом возникли в шестидесятых годах XX века «ракетные поезда» для перелётов через океаны. В продолжение всего полёта они находились в полной пустоте, на высоте пятисот километров, благодаря чему набранная ими скорость почти не уменьшалась до момента посадки. Сначала ограничивались строительством двухступенчатых ракет, потом, чтобы успешнее бороться с огромной диспропорцией между начальной и конечной массой ракеты, стали строить огромные «стратосферные поезда». Величайшим аппаратом такого типа был «Белый метеор», состоявший из восьми постепенно уменьшавшихся ракет. Самая большая из них весила девять тысяч тонн, а самая маленькая, последняя, — около одиннадцати тонн. Этот гигант, выпущенный в пространство приблизительно в 1970 году, должен был сделать облёт вокруг Луны, произвести съёмку её невидимого с Земли полушария и вернуться после ста восемнадцати часов непрерывного полёта. В телескоп было видно, как «Белый метеор» исчез в небе, оставляя за собою оболочки использованных ракет, в назначенный срок достиг Луны и скрылся за краем её диска. Вынырнув вскоре по другую сторону её, он направился к Земле, с высоты триста восемьдесят тысяч километров. Однако в расчёты вкралась ошибка, в результате которой корабль перелетел через широкое пространство Сахары, предназначенное для его приземления, и упал в Атлантический океан, на глубину шесть тысяч метров. Подъём корабля был связан с такими большими трудностями, что его там и оставили, пожертвовав ценными материалами и фотоснимками.
