Вилли Лей - Ракеты и полеты в космос

• Название: Ракеты и полеты в космос
• Автор: Вилли Лей
• Издательство: 1-я типография Министерства обороны Союза ССР
• Жанр: Техническая литература
• Год: 1960

Книга известного американского популяризатора ракетного дела и космических исследований Вилли Лея преследует цель показать в доступной форме развитие ракетной техники и идеи полета человека в космос, к другим небесным телам, с момента зарождения этой идеи и до наших дней.

Книга рассчитана на широкий круг читателей, интересующихся вопросами ракетостроения и космонавтики.

---

В самых плотных слоях атмосферы силы, действующие на корпус ракеты и стабилизаторы, имеют тенденцию к тому, чтобы удержать ракету в вертикальном положении, но, как обстоит дело выше, сказать было трудно. Тем не менее было известно, что если воздушный поток крайне непостоянен и изменчив как по скорости, так и по направлению, то струя истекающих газов весьма постоянна. Это навело на мысль, что поверхности управления можно установить в струе истекающих газов. Впервые это было предложено Циолковским. 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. В 1935 году Годдард применил такие «рули» на практике.

Уже в то время, когда ракета А-3 находилась в стадии проектирования (лето 1936 года), фон Браун и Вальтер Ридель задумали создать гораздо большую ракету, которая в дальнейшем стала известна как ракета А-4. К ним присоединился и Дорнбергер, который имел на этот счет свои соображения. Так как во время первой мировой войны он служил в тяжелой артиллерии, он, конечно, не мог не знать о существовании сверхдальнобойного орудия, официально называвшегося «Кайзер Вильгельм гешютц», но более широко известного по прозвищу «Большая Берта» или, как именовали его англичане, «Парижская пушка».

Эта пушка обстреливала в 1918 году Париж, причем ее огневые позиции располагались в районе Крепи, на расстоянии 129 км от города. Но, имея такую невероятную в то время дальнобойность, эта система была сравнительно небольшого калибра. Кроме того, большая часть снаряда приходилась на металл, в связи с чем боевой заряд весил всего лишь 10,5 кг. Именно эта пушка и привела Дорнбергера к мысли о необходимости создания мощной дальнобойной ракеты. Предполагалось, что ракета будет иметь дальность стрельбы в два раза большую, чем у «Большой Берты», а боевая часть будет весить целую тонну. Намеченная дальность полета в 260 км означала, что ракета должна иметь максимальную скорость порядка 1600 м/сек. Вес боевой части определял сухой вес ракеты, и он должен был примерно равняться 3 т. 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 т, а это, в свою очередь, означало, что тяга ракетного двигателя должна составлять приблизительно 25 т.

По этим данным, однако, можно было бы спроектировать большое количество разных ракет. Одни могли оказаться очень длинными и тонкими, другие—короткими и толстыми. Следовательно, были нужны какие-то соображения для определения габаритов ракеты. Новая ракета должна была быть таким оружием, которое можно подтягивать если не вплотную к линии фронта, то уж во всяком случае куда-то поблизости от нее. Кроме того она должна была отвечать требованиям, связанным с ее перевозкой на дальние расстояния по шоссейным или железным дорогам. Максимально допустимые габариты диктовались шириной туннелей и кривизной закруглений железнодорожной колеи.

Таким образом, характеристики ракеты А-4 были определены и в первом приближении обоснованы еще до того, как была закончена ракета А-3, не оправдавшая, как известно, возложенных на нее надежд. 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 нужно было 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, что и у более поздней ракеты А-4. И что важнее всего — ракета была снабжена принципиально новой системой управления. Фактически для нее было создано целых три системы управления, причем все они работали успешно. Первая ракета А-5 были запущена осенью 1938 года, но почему-то без системы управления, и только через год, когда уже шла война с Польшей, первая ракета А-5 взлетела с полным оборудованием и безупречно поднялась на высоту 12 км. 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/сек. 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 по нескольку раз.

В одном из протоколов допроса сотрудников Пенемюнде разведывательной службой союзников сказано, что двигатель ракеты А-5 работал не на сжигании топлива, а генерировал газы за счет разложения концентрированной перекиси водорода. Это неверно. Ошибка, вероятно, объясняется тем, что протоколы нескольких допросов велись параллельно, и произошла путаница. Фактически же дело обстояло так. Ввиду отставания в разработке механизма управления и хвостовых стабилизаторов решить эту проблему было поручено профессору Гельмуту Вальтеру, на заводе которого в Киле было изготовлено несколько уменьшенных моделей ракеты А-5 диаметром 20 см, длиной 160 см и весом 27 кг. В баках таких моделей имелось 20 кг перекиси водорода, создававшей тягу порядка 120 кг в течение 15 секунд. Модели использовались для испытания хвостовых стабилизаторов различной формы. Эти мо-.дели и были приняты в ходе допроса за полноразмерные ракеты А-5.

Перекись водорода (H2O2) давно привлекала внимание некоторых экспериментаторов ракет как возможный заменитель жидкого кислорода. Но дальше предложений дело не шло, так как приобрести в готовом виде перекись водорода надлежащей концентрации было почти невозможно. Лишь немногие заводы могли производить 30% раствор, но и он в качестве заменителя кислорода был совершенно бесполезным.Чистая перекись водорода содержит 92,4% кислорода, но при разложении две ее молекулы обязательно переходят в две молекулы воды и одну молекулу кислорода (2H202=2Н2О+О2). Это означает, что половина кислорода, имеющегося в перекиси водорода, выделяется связанной в молекулах воды. Поэтому, например, в 30% растворе перекиси водорода выход свободного кислорода составит всего лишь около 14%. Такой раствор, разумеется, не может заменить чистый кислород. Перекись водорода неудобна еще и тем, что ее разложение происходит с выделением тепла. Так, 13,5% перекись водорода при разложении нагревается теоретически до 100° С. При концентрации в 64,5% вода раствора и вода, образованная из перекиси водорода, может перейти в пар. Если же разлагать химически чистую (100%) перекись водорода, то температура пара достигнет 940° С; для 80% перекиси водорода температура пара равнялась бы 465° С.

Метод промышленного получения 80% растворов переписи водорода был разработан только к 1936 году. Было также установлено, что очень сильными катализаторами процесса разложения перекиси водорода являются медь и ее сплавы, содержащие более 2% меди. Сохраняя крепкие растворы чистыми и применяя контейнеры из свободных от меди сплавов никеля или из чистого алюминия, можно избежать нежелательного разложения перекиси водорода. Быстрого же разложения перекиси водорода всегда можно добиться путем смешивания перекиси водорода с водным раствором перманганата калия или кальция. Если это происходит в ракетном двигателе, то в результате получается струя парогазовой смеси[22].

К этому времени каждая мысль, каждая начерченная линия и каждое движение логарифмической линейки в Пенемюнде имели прямое или косвенное отношение к «большой ракете», той самой ракете, которая довольно преждевременно была названа А-4. Именно она позднее стала называться ракетой «Фау-2», которую союзники или, по крайней мере, европейские газеты, выходящие на английском языке, называли «ракетой Гитлера». В действительности же Гитлер даже не интересовался ею. За все время он только один раз видел, как разрабатываются ракеты. В марте 1939 года он был в Куммерсдорфе. Ему показали диаграммы и чертежи, а полковник Дорнбергер доложил о работе станции. Доктор фон Браун прочитал техническую лекцию, после чего Гитлера пригласили на испытательный полигон и показали самые различные ракеты. Некоторые из них были даже запущены. Во время объяснений Гитлер ничего не говорил, к большому удивлению сотрудников станции, которые знали, что обычно при показе нового орудия или танка он проводил около них по несколько часов, задавая вопросы о самых мельчайших подробностях.

После ленча Гитлер уехал, сухо поблагодарив хозяев за показ. Специалистам по ракетам пришлось утешиться тем, что генерал Браухич, находившийся в свите Гитлера, выразил им свое удовлетворение. Геринг, нанесший такой же визит в Куммерсдорф неделей позже, был настолько очарован ракетами, что посоветовал строить ракетные двигатели для самолетов, дирижаблей, океанских лайнеров, поездов и автомашин, совершенно игнорируя их теоретическую и техническую осуществимость