Ракеты и полеты в космос - Вилли Лей

По сравнению с такой комбинированной системой, самолет, снабженный только ракетным двигателем, имел определенно лучшие характеристики. Несмотря на большой расход топлива, самолет развивал при наборе высоты (до 11 000 м) большую скорость подъема (около 6000 м/мин) при общей скорости полета порядка 800 км/час. На больших высотах теоретическая скорость набора высоты и скорость полета были еще выше, составляя максимально на высоте 36 000 м 36 000 м/мин и 2250 км/час. После сравнительного анализа проектов с различными двигательными установками было решено остановиться на ракетном двигателе.

Было рассмотрено много типов топлива, прежде чем выбор пал на жидкий кислород и этиловый спирт. Перекись водорода была отвергнута, потому что двигатели на этом топливе в то время давали очень низкие удельные импульсы. Азотная кислота и анилин считались не подходящими для пилотируемого самолета; эти топлива являются самовоспламеняющимися, и хранить их нужно раздельно, так как при одновременной их утечке может возникнуть сильный пожар. Значительно упростить топливную систему мог бы нитрометан, представляющий собой однокомпонентное топливо (монотопливо), но он опасен тем, что в определенных условиях, которые в то время еще не были хорошо изучены, сильно детонирует. Изучались также бензин и жидкий кислород. Но для бензинового ракетного двигателя с регенеративным охлаждением необходимо было устанавливать третий бак—с водой, так как бензин не мог быть использован в качестве охлаждающей жидкости. Выбранные компоненты топлива жидкий кислород и спирт—давали хороший удельный импульс, являлись относительно безопасными и удобными в обращении. Двигатель имел регенеративное охлаждение, обеспечиваемое циркуляцией топлива в рубашке охлаждения перед подачей в камеру сгорания. Для улучшения охлаждения одна часть воды смешивалась с тремя частями этилового спирта. Оказалось, что добавка такого количества воды очень мало влияет на импульс тяги, но заметно способствует улучшению охлаждения.

Ракетный двигатель был изготовлен фирмой «Риэкшн моторс» (Нью-Джерси), той самой, которая позднее строила двигатель для ракеты «Викинг». Двигатель получил обозначение 6000 С4, где цифра означала развиваемую тягу в фунтах (2720 кг). Он имел четыре камеры, работавшие независимо друг от друга. Сухой вес двигателя составлял 95 кг. Размеры его были следующими: длина 142 см, диаметр около 48 см.

Все четыре камеры ракеты могли работать раздельно и в любой комбинации по выбору пилота. Для запуска в передней головке цилиндра имелось небольшое запальное устройство, воспламенявшее поток смеси горючего и окислителя. Когда давление в камере сгорания поднималось до 3,6 кг/см2, открывались топливные клапаны, впуская горючее и окислитель в камеру. Конструкция не предусматривала регулировки подачи топлива в отдельные камеры, поэтому пилот мог выбирать только между 25, 50, 75 и 100 % полной тяги.

Для подачи компонентов топлива в ракетный двигатель использовался турбонасосный агрегат. Но пока его конструировали, на самолете временно были установлены баки с наддувом. Это сократило время пребывания самолета в воздухе приблизительно на 1,5 минуты, увеличило его посадочный вес почти на 900 кг и довело нагрузку на крыло при посадке до 268 кг/м 2. Это, однако, не имело особого значения, потому что война уже закончилась, а бомбардировщики В-29 вполне могли обеспечить подъем исследовательского самолета Х-1 на необходимую высоту.

Когда самолет Х-1 и бомбардировщик В-29 в качестве самолета-носителя были готовы к летным испытаниям, началось составление плана испытаний. Предварительные исследования показали, что отделение Х-1 от В-29 вполне обеспечивается встречным воздушным потоком. Чтобы не допустить смещения Х-1 назад, на фюзеляже бомбардировщика B-29 было укреплено несколько деревянных стоек, покрытых перед самым взлетом свежей красной краской. В случае касания этих стоек во время полета эта краска отпечаталась бы на самолете Х-1.

По плану все летные испытания должны были проводиться в Калифорнии на базе ВВС Мюрок, в 120 км восточнее Лос-Анжелеса. Эта авиационная база, известная сейчас под названием базы ВВС Эдвардс, расположена на берегу высохшего озера Роджерс Драй-Лейк. 9 декабря 1946 года в условиях хорошей погоды самолет Х-1 был запущен над озером на высоте 8200 м. Приблизительно через 10 секунд была включена первая камера двигателя, а через некоторое время — вторая. Самолет так быстро стал набирать скорость, что пилоту из соображения безопасности пришлось уменьшить тягу на 25%. Самолет медленно поднялся на высоту 11000 м, где пилот снова увеличил тягу на 50%. Стрелка индикатора показала скорость М = 0,795. В этот момент двигатель был выключен, и самолет спланировал до высоты 4500 м. Здесь все камеры двигателя были включены на полную мощность для повторного непродолжительного набора высоты. При этом пилот испытал очень большие перегрузки, подобные тем, которые возникают на истребителе во время взлета с форсажем. Одиннадцать последующих полетов прошли не менее успешно.

Ракетный самолет Х-1 под крылом самолета В-29 (база ВВС Мюрок)

Первые полеты на самолете Х-1 совершил летчик-испытатель Гудлин, которого затем сменил прославившийся в воздушных боях над Англией летчик-истребитель Чарльз Егер. 14 октября 1947 года ему посчастливилось первым в мире осуществить сверхзвуковой полет, однако в течение нескольких лет ВВС США упорно отказывались сообщить об этом. Фактически была достигнута скорость 1216 км/час, и на той высоте, где она была зафиксирована, она, конечно, являлась сверхзвуковой.

Чтобы не приостанавливать работ по программе испытаний из-за какой-нибудь случайной поломки, были построены два образца самолета Х-1. Максимальная проектная скорость, которую самолет Х-1 мог показать на высоте 18000 м, составляла 1570 км/час. Эта скорость была почти достигнута в 1948 году (1547 км/час). Во время одного полета в 1949 году Х-1 поднялся на максимальную высоту (21378 м). В январе 1949 года капитан Егер стартовал на самолете Х-1 с высохшего озера без самолета-носителя. Со всеми четырьмя ракетными камерами, работающими на полную мощность, самолет оторвался от земли, пробежал 700 м и набрал высоту в 7000 м за 100 секунд. В августе 1950 года, по окончании программы, самолет Х-1 был снят с испытаний и передан в Национальный музей авиации в Вашингтоне.

К этому времени на базу ВВС Эдвардс прибыл новый сверхзвуковой самолет—«Дуглас» D-558-II, больше известный под названием «Скайрокет». Конструировал его специалист ВМС Хейнеманн, но построен он был фирмой «Дуглас» и испытывался ее летчиками Джином Мэем и Уильямом Бриджменом. Исследовательская программа, разработанная для «Скайрокет», была значительно шире, чем программа для самолета Х-1. Основная задача при испытаниях Х-1 состояла в том, чтобы довести его скорость до сверхзвуковой, пролететь так не менее 2 минут и проверить, как ведет себя самолет на этих скоростях. Новый самолет предназначался для исследований поведения машины при околозвуковых скоростях полета. Самолет «Скайрокет» рассматривался как прототип будущих самолетов-истребителей.

«Скайрокет» был закончен конструированием в конце 1947 года, а в феврале 1948 года совершил свой первый полет. Планер самолета был изготовлен в основном из алюминиевого сплава 75-ST. В отличие от Х-1 крылья и хвостовое оперение самолета были стреловидными (крылья — 33°, хвостовое оперение — 40°). Размах крыльев составлял 7,6 м, общая длина — 14,4 м, высота — 3,45 м, стартовый вес — около 6800 кг. Хейнеманн сделал как раз то, от чего отказались инженеры фирмы «Белл»: его машина была рассчитана как на турбореактивный, так и на ракетный двигатели. В качестве первого использовался двигатель 24-С с тягой 1360 кг (фирма «Вестингауз»); в качестве второго— двигатель фирмы «Риэкшн моторс», очень похожий на двигатель самолета Х-1, с тягой при работе всех четырех камер порядка 2700 кг. Расход топлива достигал почти 1 т/мин.

Для отрыва полностью заправленного топливом самолета «Скайрокет» от земли необходимо было включать турбореактивный двигатель и две камеры ракетного двигателя. Первые 59 полетов провел летчик Джин Мэй, а с шестидесятого полета его заменил Уильям Бриджмен. К этому времени обычной практикой стало сопровождение экспериментальных самолетов серийными реактивными самолетами. В роли пилотов для сопровождения «Скайрокет» часто выступали Чарльз Егер и подполковник Фрэнк Эверест.

К ноябрю 1949 года выяснилось, что самолет «Скайрокет» не может самостоятельно оторваться от земли, развить сверхзвуковую скорость и сохранить ее в течение необходимого времени. Поэтому его тоже нужно было сбрасывать с бомбардировщика В-29. Но так как у существующего образца «Скайрокет» не было необходимых приспособлений для этой цели, фирма «Дуглас» построила еще два самолета, один из которых имел устройство для запуска в воздухе с самолета-носителя.