Ракеты и полеты в космос - Вилли Лей

Наибольшее внимание общественности привлекли два последних испытания из этой серии опытов. Профессор Годдард сделал о них сообщение на заседании научного общества в конце 1935 года и продемонстрировал два кинофильма, снятых во время испытаний. Из-за этого все решили, что пуски ракет были только что произведены, на самом же деле испытания состоялись 31 мая (высота — 2250 м) и 14 октября 1935 года (высота—400 м). В этих фильмах была четко видна работа стабилизатора и двигателя, и если первый функционировал хорошо, то последний действовал явно неудовлетворительно. Ракеты оставляли за собой заметный хвост дыма, а иногда ниже сопла наблюдались вспышки в результате взрыва паров бензина в воздухе. Вес этих ракет составлял соответственно 26 кг и 38 кг. В этих ракетах кислород подавался в двигатель под давлением за счет наддува, создаваемого в баке, а горючее — с помощью небольшого центробежного насоса.

После трагедии Пирл-Харбора профессор Годдард предложил свои услуги военно-морскому флоту США и некоторое время работал в Аннаполисе над созданием стартовых ракет для самолетов морской авиации. Он умер внезапно 10 августа 1945 года после неудачной операции горла[26].

В 1936 году в Калифорнийском технологическом институте группой исследователей по инициативе доктора Теодора Кармана было основано нечто вроде ракетного общества. В эту группу входили Фрэнк Мэлина, Чжу-шен Цзян, А. М. Смит, Джон Парсонс, Эдвард Форман и Уэлд Арнольд. Основной задачей первого этапа исследовательских работ, финансировавшихся Арнольдом, было конструирование ракеты для исследования верхних слоев атмосферы.

Как показали дальнейшие события, эта группа проделала огромную работу, не ограничившись созданием высотной ракеты. Ею была отработана целая серия ракетных топлив, сконструирован и запущен в массовое производство первый американский стартовый ракетный ускоритель и проведено много весьма ценных исследований[27].

* - См. JBIS, vol. 6, № 2, 1946; JARS 66/67. June—Sept., 1946.

Что касается проекта создания высотной ракеты, то он получил конкретную форму в памятной записке доктора Кармана, Мэлина и Чжу-шен Цзяна управлению артиллерийско-технического снабжения армии США в ноябре 1943 года. В ответ на нее генерал-майор Дж. Барнс потребовал, чтобы группа форсировала начатые работы. Программа этих работ получила название проекта «ORDICIT»[28].

Первой системой, разработанной согласно этому проекту, была ракета «Прайвит» А, имевшая длину около 2,4 м. Она была сконструирована для полета со сверхзвуковой скоростью и поэтому имела заостренный носовой конус. В нижней части ракеты были смонтированы четыре пера стабилизатора, причем каждое иа них выступало из корпуса двигательного отсека на 30 см. Полный вес ракеты составлял более 225 кг, включая полезную нагрузку в 27 кг. Снабженная двигательной установкой фирмы «Аэроджет» на твердом топливе, ракета создавала тягу порядка 450 кг в течение более 30 секунд.

Ускоритель старта представлял собой стальной корпус с четырьмя 114-мм артиллерийскими ракетами, запускаемыми одновременно. Снабженный отверстием в центре для прохода струи газов маршевого двигателя ракеты ускоритель создавал дополнительную тягу при взлете свыше 9700 кг. На пусковой установке были предусмотрены приспособления, препятствующие вращению как ракеты, так и ускорителя. Для предотвращения чрезмерной перегрузки, которая неизбежно могла возникнуть, если запуск ускорителя происходил после запуска маршевого двигателя, ускоритель крепился на ракете с помощью срезной шпильки.

Пусковая установка была выполнена в виде прямоугольной стальной фермы длиной 11 м с четырьмя направляющими рельсами внутри. Ферма устанавливалась на стальном основании, с которым она соединялась посредством шарниров, что обеспечивало возможность наводки в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Ферма предназначалась, во-первых, для поддержания ракеты и направления ее по траектории до тех пор, пока она не разовьет скорость, достаточную для приобретения аэродинамической устойчивости, а во-вторых, для обеспечения полного выгорания топлива ускорителя и его отсоединения от ракеты «Прайвит», прежде чем та покинет пусковую установку.

Пусковые испытания ракеты «Прайвит» А проводились с 1 по 16 декабря 1944 года в Лич-Спринге близ Барстоу (Калифорния). Всего было произведено 24 пуска. Средняя дальность составила примерно 16000 м, максимальная— 18 000 м. Весной вслед за ракетой «Прайвит» А была подготовлена к испытаниям опытная ракета «Прайвит» F. Она была построена для исследования влияния несущих поверхностей на полет управляемого снаряда и по существу мало чем отличалась от ракеты «Прайвит» А. Однако вместо четырех симметричных перьев стабилизатора в хвостовой части она несла только одно перо и две горизонтальные несущие поверхности с размахом до 1,5 м. В головной части снаряда для создания аэродинамического равновесия были установлены два тупых крыла с размахом несколько меньше 1 м.

Ускоритель старта ракеты «Прайвит» F почти целиком повторял конструкцию ускорителя старта ракеты «Прайвит» А, однако наличие крыльев и несущих поверхностей на ракете потребовало переделки пусковой установки. Новая установка имела ажурную конструкцию, выполненную из стали, с двумя рельсами снаружи вместо прежних четырех внутри. Летные испытания ракеты состоялись с 1 по 13 апреля 1945 года на полигоне Гуеко в форте Блисс (Техас). Полигон был оборудован радиолокатором наблюдения за траекторией полета ракет и кинокамерами для съемки начального участка траектории. Всего было запущено 17 ракет.

Как «Прайвит» А, так и «Прайвит» F были опытными ракетами; они предназначались только для изучения конструкции ракет. Приборы, которые на них устанавливались, должны были давать сведения о поведении ракеты в полете. Однако вскоре из управления артиллерийско-технического снабжения поступило задание определить возможность создания такой ракеты для исследования верхних слоев атмосферы, которая могла бы поднять полезный груз весом около 11 кг на высоту до 30000 м.

Эта ракета, получившая название «ВАК-Капрал», была сконструирована в расчете на жидкие топлива, однако при этом не имелись в виду ни комбинация из бензина и жидкого кислорода, которую применял Годдард, ни немецкая смесь из спирта и жидкого кислорода. На первом этапе работы калифорнийская группа провела глубокое теоретическое исследование жидких окислителей, которые могли бы заменить жидкий кислород. Они остановились на азотной кислоте (HNO3), которая при разложении выделяет 63,5 % свободного кислорода. Вначале они работали с относительно чистой промышленной азотной кислотой, однако спустя некоторое время было установлено, что ее свойства можно улучшить путем растворения в ней двуокиси азота (NO2), то есть путем превращения ее в так называемую дымящую азотную кислоту. Горючим по-прежнему оставался бензин. И хотя эта топливная смесь нашла тогда применение, ее свойства никого до конца не устраивали.

Исследователи в Аннаполисе испытывали примерно такие же затруднения. В то время там активно работали две группы, перед которыми стояла одна и та же задача — разработать реактивный ускоритель старта для летающих лодок типа PBY. Одну группу возглавлял Годдард, другую— капитан 3 ранга Труэкс. Группа Труэкса, проводя опыты с рядом топлив, установила, что некоторые жидкости при соприкосновении с азотной кислотой воспламеняются самопроизвольно. Впервые это явление наблюдалось на скипидаре; потом оказалось, что и анилин дает такой же эффект. Приблизительно в это время в Аннаполис приехал Фрэнк Мэлина и детально ознакомился со всем, что здесь делалось. О своих наблюдениях он сообщил по телефону в Калифорнию доктору Мартину Саммерфилду. После этого ракета «ВАК-Капрал» была переконструирована для использования в качестве топлива смеси анилина с 20% фурфурилового спирта для понижения точки замерзания. Это была первая американская баллистическая ракета, в которой применялось данное топливо.

В Германии же азотная кислота была использована как окислитель еще в 1930 году Вильгельмом Зандером, который продемонстрировал тогда свой жидкостный двигатель представителям прессы и заинтересованным лицам, но, к сожалению, не назвал применяемое им топливо. Еще до окончания отработки ракеты «ВАК-Капрал» понадобилось установить экспериментальным путем несколько основных характеристик ракеты. Для этого была сделана модель (в одну пятую натуральной величины) ракеты, получившая название «Бэби-ВАК». Опытные запуски модели производились на полигоне Голдстоун с 3 по 5 июля 1945 года. Эти опыты подтвердили правильность выбора трех стабилизаторов вместо обычных четырех и обоснованность конструкции стартового ускорителя на твердом топливе. В окончательном виде ракета «ВАК-Капрал» представляла собой трубу с длинной конической носовой частью и тремя стабилизаторами; общая длина ракеты составляла 5 м, а диаметр — 30 см. Стартовый вес ракеты без ускорителя несколько превышал 300 кг, а «сухой» вес с полезной нагрузкой равнялся 130 кг. Двигатель ракет создавал на протяжении 45 секунд работы тягу порядка 680 кг.Давление для подачи компонентов топлива в камеру сгорания создавалось сжатым воздухом, а не азотом, как это делалось раньше. Такая замена позволила значительно упростить эксплуатацию ракеты в полевых условиях.Двигательная установка ракеты включалась с помощью особого инерционного клапана. Когда ускоритель сообщал ракете скорость, достаточную для отрыва от пусковой установки, клапан под действием силы инерции автоматически открывался и сжатый воздух устремлялся одновременно в топливные баки и к приводному поршню главного топливного клапана.