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.

---

Экспериментальные работы начались в 1939 году. Первый опытный образец представлял собой стальную трубу длиной 60 см с толщиной стенки 2.5 см. Один конец ее был закрыт, второй имел фланец, к которому крепилось сопло. Так как тяга стартового ускорителя должна была быть сравнительно низкой, а горение продолжительным, исследователи решили, что заряд должен гореть только с торца. Это означало, что заряд должен был прилегать к стенке. Но в этом случае заряд в результате теплопередачи мог загореться по всей длине, что было небезопасно. Поэтому заряд был помещен в гильзу, которая плохо проводила тепло, а сама гильза — в трубу. В таком виде образец стал очень похож на одну из ракет Зандера.

После двух лет работы, в течение которых было проведено несколько сот испытаний, сотрудники Калифорнийского института технологии создали небольшой, но надежный ускоритель весом 5,76 кг, из которых около 900 г приходилось на топливо. Двигатель мог развивать тягу 12,7 кг в течение 12 секунд. Топливо получило название «GALCIT-27». Заряд при формовке подавался в камеру сгорания двадцатью двумя отдельными порциями, причем каждая из них запрессовывалась под давлением 18 т.

В августе 1941 года с этим ускорителем был проведен ряд испытательных полетов, для чего использовался небольшой самолет «Эркуп» весом в 340 кг, к которому подвешивались сразу шесть ускорителей.

Испытания ускорителей показывали, что пороховая шашка, созданная с таким большим трудом, при длительном хранении уменьшалась в объеме. В результате между зарядом и гильзой возникал зазор, что превращало пороховую шашку с горением по торцу в пороховую шашку с горением по всей поверхности. Поэтому от топлива «GALCIT-27» пришлось отказаться.

В мае 1942 года было отработано улучшенное ракетное топливо — «GALCIT-46», которое не уменьшалось в объеме при длительном хранении, но было чувствительным к температурным колебаниям. Тот же самый недостаток отмечался и у баллистита, испытывавшегося примерно тогда же. Двигатель с расчетной тягой 450 кг, имеющий баллиститовый заряд, обеспечивал эту тягу только при температуре + 32°С, а при + 4°С он развивал тягу всего лишь порядка 270 кг. Время работы двигателя также не было постоянным: при низких температурах оно увеличивалось, при высоких — уменьшалось. Для боевой ракеты такая разница в продолжительности горения была бы, вероятно, допустимой, но для стартового ускорителя увеличение времени горения было бы недопустимым, особенно если он предназначался для самолетов, поднимавшихся в воздух с короткой взлетной палубы небольшого авианосца.

Рис. 85. Ракетное оружие США по состоянию на 1956 год.

Так как имеющиеся бездымные пороха (одноосновные, двуосновные и различные их комбинации) не удовлетворяли специальным требованиям, предъявляемым к топливу для стартовых ускорителей, то исследовательская группа попыталась создать нечто совершенно новое. Это топливо получило обозначение «GALCIT-53». Оно представляло собой смесь горючего и окислителя. Окислителем являлся перхлорат калия, горючим был асфальт с небольшой добавкой нефти.

Смесь приготовлялась путем нагревания (до +177° С) асфальта и нефти в смесительном котле и последующего добавления перхлората. Перед тем как запрессовать готовое топливо в камеры сгорания, их стенки покрывались горячей смесью асфальта и нефти. Когда топливо достаточно охлаждалось, оно заливалось в камеры сгорания. Чтобы обеспечить равномерное заполнение камеры сгорания, последняя подвергалась вибрации.

В затвердевшем состоянии «GALCIT-53» напоминал обычный дорожный гудрон. Он почти не поддавался детонации и с трудом воспламенялся от спички. Однако после воспламенения «GALCIT-53» горел ярким пламенем и выделял густой белый дым. При горении в камере сгорания под давлением 120 атм это топливо обеспечивало среднюю скорость истечения продуктов сгорания порядка 1600 м/сек при средней скорости горения 3,17 см/сек.

Рекомендуемый температурный предел для двигателей, снаряженных новым топливом, составлял 4,4°—38° С. При значительном увеличении температуры против рекомендуемой топливо становилось вязким и текучим. Ускоритель старта, созданный для работы на «GALCIT-53», имел длину 33 см и диаметр 14 см.

Руководство ВМС США заключило с фирмой «Аэроджет» (Эзьюса, штат Калифорния) контракт на поставку нескольких ракетных двигателей на топливе «GALCIT-53», а затем этой же фирме был дан заказ на их массовое производство. Одновременно ВМС США потребовали, чтобы фирма добилась увеличения тяги до 225—450 кг. Разработка этих двигателей проводилась частично лабораторией доктора Кармана, а частично—фирмой «Аэроджет». С 1942 года большая часть работ, выполняемых лабораторией по совершенствованию твердых топлив, была направлена на расширение эксплуатационных температурных пределов. В 1943 году лаборатория разработала топливо «GALCIT-61-C», которое использовалось военно-морскими силами вплоть до окончания войны.

Выбор этих твердотопливных двигателей, вероятно, объяснялся соображениями материально-технического обеспечения; сами же военно-морские силы разрабатывали в Аннаполисе жидкостные стартовые ускорители (см. главу IX). Группа Труэкса создала ускоритель с тягой 680 кг. Двух таких ускорителей, крепившихся к распоркам крыльев, было достаточно для обеспечения взлета летающей лодки PBY. Годдард в то время работал над ускорителем с еще большей тягой; его предполагалось устанавливать в хвостовой части летающей лодки.

Естественно, что лаборатория уделяла большое внимание и проблеме разработки жидкостных стартовых ускорителей. Первый отработанный образец такого ускорителя развивал тягу 450 кг в течение 25 секунд, работая на азотной кислоте и анилине. Двигатель прошел летные испытания на бомбардировщике «Дуглас» А-20-А на базе ВВС Мюрок в период с 7 по 24 апреля 1942 года. После этого были изготовлены и более крупные ускорители такого типа. В 1945 году два ускорителя старта, XCALT-6000 и X40ALD-3000, демонстрировались в Райт-Филде. Их тяга, как показывают индексы, равнялась 6000 фунтов (2720 кг) и 3000 фунтов (1360 кг).

Пуск испытательного управляемого снаряда «Тиамат» НАКА  (США, 1946 год)

Все, что мы рассказали здесь о ракетных самолетах и реактивных ускорителях старта, можно назвать сейчас почти «древней историей». Армия, военно-морские и военно-воздушные силы, а также корпус морской пехоты США в настоящее время располагают стартовыми ускорителями с любыми желаемыми характеристиками. Подобные ускорители могли давно бы быть внедрены и в гражданском воздушном флоте, однако их стоимость пока еще остается для этого слишком высокой.

Взлёт реактивного бомбардировщика B-47 с помощью стартовых ускорителей на твёрдом топливе фирмы «Аэроджет»

Взлёт реактивного бомбардировщика B-47 с помощью системы самолётных жидкостных стартовых ракет YLR45-1 фирмы «Аэроджет»

Приложение II. Дополнения и таблицы

РАКЕТНЫЕ ОБЩЕСТВА

После основания Немецкого ракетного общества в Европе и Америке возник целый ряд ракетных обществ, первым из которых было «Австрийское общество высотных исследований», основанное доктором Хёфтом. Позднее на его основе было создано «Австрийское общество ракетной техники» во главе с фон Пирке и Рудольфом Цверина.

Старейшим из американских обществ является «Американское ракетное общество» в Нью-Йорке, основанное в марте 1930 года Эдуардом Пендри и Давидом Лассером под названием «Американское межпланетное общество». Это общество первым в США разработало и построило ракету, испытанную осенью 1932 года. Она была точной копией репульсора, созданного Немецким ракетным обществом. Многие ее детали, в частности баки и двигатель, сохранились.

Вскоре были созданы еще три ракеты, одна из которых (ракета № 4) 9 сентября 1934 года прошла летные испытания. Она удачно стартовала и поднялась почти вертикально до высоты 90 м. На этой высоте одно из четырех сопел двигателя вышло из строя и ракета странно завиляла. Максимальная высота, достигнутая ракетой, составила 116 м, а дальность по горизонту—около 400 м.

После этих экспериментов проводились только наземные испытания. 22 июня 1941 года двигатель с керамической облицовкой конструкции Альфреда Африкано обеспечил тягу порядка 120 кг в течение 2 секунд. Отсутствие постоянной мастерской и испытательного полигона в сочетании с почти болезненным желанием избежать «обычных методов» привело к тому, что примерно с 1935 года «Американское ракетное общество» посвятило себя исключительно проведению лекций и изданию специальных трудов. Сейчас оно является ведущим ракетным обществом в США. К концу 1956 года общество насчитывало около 6000 членов. Вторым ракетным обществом в США было «Кливлендское общество», основанное Эрнестом Лобеллом и просуществовавшее с 1933 по 1937 год. В настоящее время только два общества в Соединенных Штатах все еще активно экспериментируют на испытательном полигоне в пустыне Мохаве: «Ракетное исследовательское общество» (бывшее «Ракетное общество Гленделя») и «Тихоокеанское ракетное общество», научные центры которых расположены в районе Лос-Анжелоса.