Битва за звезды-1. Ракетные системы докосмической эры - Антон Первушин

В то время как строился исследовательский центр в Пенемюнде приближалась к концу и работа над ракетами «А-3». Ракета «А-3» имела высоту 6,5 метра и диаметр 70 сантиметров. Ее носовая часть была заполнена батареями. Под ними размещался отсек с приборами, в число которых входили барограф и термограф с миниатюрной автоматической кинокамерой, фотографировавшей в полете их показания. Имелось также аварийное устройство отсечки топлива, действовавшее с помощью сигнала по радио. Ниже отсека с приборами был расположен бак с кислородом, внутри которого помещался меньший бак с жидким азотом. Затем шел отсек с парашютом, потом бак с горючим и, наконец, ракетный двигатель. Четыре пера хвостового стабилизатора своими нижними концами крепились к кольцу из пластмассы диаметром 254 миллиметра. Полный стартовый вес ракеты составлял 750 килограммов.

Ракета «А-3» была снабжена двигательной установкой тягой 1500 килограммов. Как и у ракеты «А-2», двигатель работал на жидком кислороде и спирте, однако баллон со сжатым азотом, который применялся для подачи топливных компонентов под давлением в ракете «А-2», был заменен системой, использующей жидкий азот, выпариваемый с помощью группы тепловых сопротивлений. Это позволило значительно снизить вес системы.

Кроме того, в ракете «А-3» имелась гиростабилизированная платформа с акселерометрами для корректирования ракеты в полете по тангажу и по курсу, а также электрические сервомоторы и молибденовые газовые рули. Система наведения и управления основывалась на идеях некоего Войкова, который в то время являлся «экспертом № 1» военно-морского флота в области корабельного гиростабилизированного оборудования для управления огнем.

Испытательные запуски трех ракет «А-3» были проведены осенью 1937 года. Хотя двигательная установка работала в соответствии с расчетами, система наведения во всех трех запусках не оправдала возлагавшихся на нее надежд. Проверка показала, что газовые рули «А-3» слишком малы, реакция сервосистемы на сигнал управления чересчур замедленна, датчики условий полета и ввод данных в систему управления весьма несовершенны.

Создание газовых рулей имеет длинную историю. Уже давно было ясно, что аэродинамические рули, устанавливаемые в воздушном потоке, не могут решить задачу регулирования направления движения ракеты на всей ее траектории. Плотность воздуха достаточна для работы аэродинамических поверхностей управления только на высоте не более 15 километров. Но поскольку предполагалось, что ракеты будут выходить из плотных слоев атмосферы, необходимо было придумать нечто новое.

К тому времени было уже известно, что если воздушный поток крайне непостоянен и изменчив как по скорости, так и по направлению, то струя истекающих из ракеты газов весьма постоянна по своим характеристикам. Это навело на мысль, что поверхности управления можно установить в струе истекающих газов. Впервые подобное предложил еще Циолковский. Позднее в своей работе эту проблему весьма подробно рассмотрел Оберт. Он особенно подчеркивал, что «газовые рули» должны действовать путем сжатия этой струи своими плоскими поверхностями.

Уже в то время, когда ракета «А-3» находилась в стадии проектирования (лето 1936 года), Вернер фон Браун и Вальтер Ридель задумали создать гораздо большую ракету, которая в дальнейшем стала известна как ракета «А-4». Намеченная для этой ракеты дальность полета в 260 километров означала, что ракета должна иметь максимальную скорость порядка 1600 м/с. Вес боевой части определял сухой вес ракеты, и он должен был примерно равняться 3 тоннам. Для достижения необходимой максимальной скорости было нужно, чтобы вес топлива в два раза превышал сухой вес ракеты. Таким образом, стартовый вес ракеты следовало довести до 12 тонн, а это, в свою очередь, означало, что тяга ракетного двигателя должна составлять приблизительно 25 тонн.

По этим данным, можно было бы спроектировать большое количество совершенно разных ракет, но выбор габаритов определился довольно простым образом: требовалось доставить новое оружие вплотную к линии фронта, а следовательно, максимально допустимые габариты диктовались шириной туннелей и кривизной закруглений железнодорожной колеи.

В первом приближении характеристики ракеты «А-4» были обоснованы еще до того, как закончена ракета «А-3». Поэтому, прежде чем продвинуть эту большую работу сколько-нибудь дальше, необходимо было довести ракету «А-3» до приемлемого уровня. Практически же даже при сохранении прежних габаритов следовало создавать новую ракету. Старое название «А-3» также не годилось, и новая ракета получила обозначение «А-5».

Ракета «А-5» имела первый вариант двигателя ракеты «А-3» с большими графитовыми газовыми рулями и усовершенствованным корпусом, которому была придана почти такая же аэродинамическая форма, как и у более поздней ракеты «А-4». И что важнее всего — ракета была снабжена принципиально новой системой управления.

Принципиальная схема двигателя ракеты «Фау-2» 1 — бак с перекисью водорода; 2 — бачок с перманганатом натрия (катализатором для разложения перекиси водорода); 3 — баллоны со сжатым воздухом; 4 — парогазогенератор; 5 — турбина; 6 — выхлопной патрубок отработанного парогаза; 7 — насос горючего; 8 — насос окислителя; 9 — редуктор; 10 — трубопроводы подачи кислорода; 11 — камера сгорания; 12 — форкамеры.

Первая ракета «А-5» была запущена осенью 1938 года, но пока без системы управления. Только через год, когда уже шла война с Польшей, «А-5» стартовала с полным оборудованием и безупречно поднялась на высоту 12 километров. Всего было сделано 25 пусков ракет «А-5»: сначала они запускались вертикально, а затем — по наклонной траектории. Все ракеты имели по два парашюта: вытяжной парашют, который мог раскрываться даже на околозвуковых скоростях, и основной парашют, вытягивавшийся через 10 секунд после первого, уменьшали скорость падения примерно до 14 м/с. Ракеты «А-5», как и ракеты «А-3», запускались с острова Грейфсвальдер-ойе. Система возвращения ракет на землю с помощью парашютов работала вполне надежно, поэтому многие ракеты удавалось запускать несколько раз.

К этому времени основные силы Пенемюнде были сосредоточены на «Большой ракете» — той самой ракете, которая преждевременно была названа «Агрегат-4». Именно она позднее стала называться ракетой «Фау-2» — «ракетой Гитлера».

Реальность программы «Фау»

Первые образцы ракеты были изготовлены летом 1942 года. Они были почти на целую тонну тяжелее ракет «А-4», впоследствии запущенных в серийное производство. В законченном виде ракета выглядела следующим образом.

Ракета «А-4» состояла из четырех отсеков. Носовая часть представляла собой боевую головку весом около 1 тонны, сделанную из мягкой стали толщиной 6 миллиметров и наполненную аматолом. Выбор этого взрывчатого вещества объяснялся его малой чувствительностью к тепловым и ударным воздействиям. Ниже боевой головки находился приборный отсек, в котором наряду с аппаратурой помещалось несколько стальных цилиндров со сжатым азотом, применявшимся главным образом для повышения давления в баке с горючим. Ниже приборного располагался топливный отсек — самая объемистая и тяжелая часть ракеты. При полной заправке на топливный отсек приходилось три четверти веса ракеты. Бак со спиртом помещался наверху; из него через центр бака с кислородом проходил трубопровод, подававший горючее в камеру сгорания. Пространство между топливными баками и внешней оболочкой ракеты, а также полости между обоими баками заполнялись стекловолокном. Заправка ракеты жидким кислородом производилась перед самым пуском, так как потери кислорода за счет испарения составляли 2 килограмма в минуту. Поэтому даже 20-минутный интервал между заправкой и пуском приводил к потере около 40 килограммов жидкого кислорода. Это считалось (и считается) допустимым, но более длительная задержка требовала дозаправки бака с кислородом.

Самой важной новинкой в этой ракете было наличие турбонасосного агрегата для подачи компонентов топлива. В небольших ракетах проблема подачи жидких топлив в ракетный двигатель решалась путем наддува баков. При этом требуемое давление составляло около 21 атмосферы. В большой же ракете подобная система неприменима. Задача обеспечения давления для подачи топлива в ней может быть выполнена только специальными насосами.

Схема ракеты «Фау-2» («А-4»)

В то время построить такой насос казалось почти невозможным, тем более что он должен был выполнять ряд функций: подавать компоненты топлива, одним из которых являлся сжиженный газ, под давлением порядка 21 атмосфер и перекачивать более 190 литров топлива в секунду. Кроме того, ему следовало быть достаточно простым по конструкции и очень легким, а в довершение всего насос должен был запускаться на полную мощность в течение очень короткого (6 секунд) промежутка времени. Когда фон Браун излагал эти требования персоналу завода, выпускающего насосы, он невольно ожидал возражений. Однако оказалось, что требуемый насос напоминает один из видов центробежного пожарного насоса.