Ракетостроение

Давайте, теперь обратим свой взгляд на Запад, где, по – мнению ведущего британского исследователя космоса, Тима Фернисса, «были сделаны первые шаги на пути к звёздам».

Американский исследователь реактивных двигателей Роберт  Годдард начал  исследовать принципы реактивного движения в 1903 году и сделал  ряд открытий. Годдард создал основы теории жидкостного ракетного двигателя, работающего на сжиженном кислороде и водороде, разработал концепцию многоступенчатой ракеты и также предложил установить на ракете фотокамеру, чтобы сделать снимки планет, к которым полетят ракеты, которые затем вернутся на Землю. Он даже предугадал концепцию ионных двигателей. С 1912 по 1916 год он напряжённо трудился над этой темой, результатом чего стала знаменитая статья «О методах подъёма на большие высоты», опубликованная  Смитсоновским институтом в 1920 году. В этой статье Годдард продемонстрировал исключительное понимание тех принципов, на которых основана вся современная космонавтика.

«Ракета идеально подходит для подъёма на большие высоты и не требует наличия воздуха для создания тяги, » - писал он.

Он получил ряд патентов, в том числе на принцип «подачи горючего в камеру сгорания малыми порциями с целью получения стабильной тяги».

Затем в жизни учёного следовали пятнадцать лет кропотливой работы. За эти годы он разработал принцип управляемости ракеты, добился рекордной высоты подъёма ракеты в 2.28 (км).

В период с 1930 по 1935 год  Годдард работал с различными методами стабилизации ракет, используя маятники и гироскопы для управления рулевыми поверхностями. Гироскоп в этом случае оказался более эффективным. Однако в те времена США было больше заинтересованно в разработке собственной атомной бомбы, поэтому результаты работ Годдарда не привлекли внимания. Но научный прогресс не стоял на месте, и другие люди - в другой стране – добились значительных успехов. В какой  именно? На этот вопрос мы ответим позже. Пока же на лицо уже зарождавшийся факт соперничества, в будущем именуемого как «Космическая гонка» или «Битва за космос», которое получило своё развитие благодаря умозаключениям великого «отца русской космонавтики» и не менее великого американского исследователя и инженера.

Вернёмся в СССР. В 1922 году в Ленинграде была создана  Газодинамическая лаборатория, занимавшаяся усовершенствованием существующих конструкций твёрдотопливных ракет военного назначения. Были созданы жидкостные ракетные двигатели, а также новые конструкции двигателей с однокомпонентным топливом. Первый  жидкостный ракетный  двигатель, получивший название ОРМ – 1, был испытан на стенде в 1931 году. После более чем 40 испытательных запусков инженеры начали разрабатывать новые модификации ОРМ, совершенствуя основные узлы двигателя, такие, как камера сгорания, и экспериментируя с различными видами топлива,- в частности, была отработанна комбинация с газолином в качестве топлива и азотной кислоты в качестве окислителя.

Кроме того, в 1931 году была открыта Группа  Изучения Реактивного Движения (ГИРД), которая сосредоточила свои усилия на разработке жидкостных ракетных двигателей. На следующий год советское правительство создало филиал  ГИРД в Москве, получивший название Научно-исследовательского ракетного центра. Его возглавил Сергей Королёв, инженер и лётчик – испытатель. Группа под руководством Королёва сначала разработала серию жидкостных ракет, использовав в  качестве топлива твёрдый (гелированный )  газолин и жидкий кислород. 17 августа 1933 года была запущена ракета «ГИРД 9». Она достигла высоты 1.5 (км), и её можно считать первой советской зенитной ракетой. Следующая ракета, «ГИРД 10», работала на жидком газолине и жидком кислороде. Она была запущена 25 ноября 1933 года и достигла высоты примерно 5(км).

Идеи Роберта Годдарда в Германии

Теперь давайте ответим на вопрос о той самой загадочной стране, в которой получили воплощение в жизнь самые перспективные идеи  Роберта Годдарда. Я бы хотел заострить наше с вами внимание на определённые этапы создания смертоносного оружия периода Второй мировой войны – ракеты «ФАУ – 2». Таким образом, речь наша пойдёт о Германии, где, как считает всё тот же Тим Фернисс, «упали семена будущей космической эры», когда 5 июня 1927 года в городе Бреслау  Герман  Оберт основал «Общество исследователей космических путешествий». Спустя год членами общества был произведён успешный запуск  ракеты с двигателем, работавшем на жидком кислороде и керосине. Позже были запущены ещё две небольшие ракеты, названные «Мирак»  и  « Репульсор». Запуски проводились на специальной ракетной площадке  Ракетенфлюгплац в пригороде Берлина.

В 1932 году был произведён демонстрационный запуск «Репульсора» в Куммерсдорфе, в ста километрах к югу от Берлина, специально для представителей для германской армии. В следующем году к власти пришел Гитлер. Гестапо завладело документами и оборудованием Общества, и исследования были переведены в военную область. В конце 1930-х годов финансирование работ Оберта было урезано, и не последнюю роль в этом сыграла обеспокоенность немецкого правительства связями Общества с исследователями реактивного движения в других странах. Хотя сначала ракеты не произвели особого впечатления на нацистское правительство, Адольф Гитлер оценил военный потенциал изобретения и увеличил годовой бюджет группы Оберта с 80000 марок до суммы, превышавшей 11 миллионов. Группа упорно работала, преодолевая три главные трудности, присущие ракетам: нестабильность работы двигателя, поддержание температуры компонентов топлива, нестабильность ракеты в полёте. В Куммерсдорфе был создан специальный отдел армейского Департамента Вооружений. Его возглавил Вальтер Дорнбергер, а его помощником стал Вернер фон Браун, пришедший в Общество в 1930 году, когда он ещё был восемнадцатилетним студентом.  Итогом его плодотворной деятельности к 1934 году явился успешный запуск ракеты «А-2», которая поднялась на 2.5 (км). Следующие пуски ещё более усовершенствованных ракет  привлекли дополнительные средства в фонд Общества, что стимулировало работу группы. Объём правительственных ассигнований позволил построить в 1937 году испытательный полигон на берегу Балтийского моря в Пенемюнде. Неподалёку, в Нордхаузене, был возведён ракетный завод, на котором работали 120000 человек.

Кремлёвское  руководство вскоре после создания группы под руководством Королёва оценило потенциал военного применения ракет и объединило Газодинамическую лабораторию и  ГИРД в Ракетный Научно-исследовательский институт (РНИИ), в котором разрабатывались многие теоретические и практические вопросы реактивного движения, в том числе пороховые реактивные снаряды и пусковые установки к ним (руководитель  Г.Э.Лангемак), жидкостные ракетные  двигатели (руководители В.П.Глушко и М.К.Тихонравов), крылатые ракеты, ракетопланер (руководитель С.П.Королёв), ракетные ускорители (руководитель В.И.Дудаков), вопросы устойчивости полёта ракет.

В 1939 году была успешно запущена разработанная в РНИИ двухступенчатая ракета, в которой были скомбинированы жидкостный и твёрдотопливный двигатели. Ракета поднялась на высоту 1.8 (км).

Поскольку скорое начало  Второй мировой войны было очевидно для руководства страны, все работы по ракетам были засекречены. Но все эти секретные мероприятия стали вовсе бесполезны, после того как Королёв был осуждён 27 июня 1938 года вплоть до 1944 года.

Советский  Союз сворачивает работу над баллистическими управляемыми ракетами на жидком топливе. Это  позволило Германии, пользуясь идеями, приведёнными в трудах К.Э.Циолковского, создать в щедро финансируемом научно-исследовательском центре в Пенемюнде и испытать баллистическую управляемую  ракету «А-4»(«V-2», «Фау-2»).Она стала одним из наиболее смертоносных и разрушительных оружий  Второй мировой войны, хотя применение её и пришлось на период окончания войны.

Ракета «А-4» весила двенадцать с половиной тонн и приводилась в движение двигателем с тягой в 25 тонн, работавшим в течение 68 секунд. Топливом служили спирт и жидкий кислород. Охлаждение двигателя осуществлялось компонентами топлива до их поступления в камеру сгорания. Управление движением ракеты производилось, как и у ракет Годдарда, при помощи рулевых поверхностей из графита, находившихся в сопле двигателя. Успешным стал лишь третий  запуск ракеты, состоявшийся  3 октября 1942 года. Она достигла высоты более 85(км) и упала на землю в 200(км) от Пенемюнде. Позднее, в 1944-м году «A-4» поразит Лондон, Париж, далее станет известно, что до окончания войны по целям в Великобритании и континентальной Европе было выпущено 2789 ракет «Фау-2».

Советское правительство было шокировано известием о наличии у Германии такового «Оружия возмездия». Капитан Вальтер Дорнбергер, возглавлявший полигон в Пенемюнде, сказал: «Сегодня появился на свет первый космический корабль». Немецкие инженеры уже спроектировали и построили двухступенчатую ракету, сделав гигантский шаг к освоению космоса. Их надежды создать ракеты, способные облететь Землю и даже долететь до Луны были вполне реалистичны, но всё это было отложено, поскольку на текущий момент главными задачами являлись военные. Советское  правительство вскоре потребовало от наших инженеров ответных шагов.

 «Космическая гонка» или  «Битва за космос»

Определённые коррективы в деятельность фон Брауна и его инженеров внесла операция «Скрепка», проводимая США, и аналогичная операция со стороны СССР. Эти мероприятия дали  сверхдержавам доступ к знаниям немецких ракетчиков. Это был поворотный пункт в освоении космоса. Когда союзные войска окружили немецкий полигон в Пенемюнде, а окончание войны стало очевидным, фон Браун принял решение, что если им сдаваться в плен, то сдаться необходимо американцам, а не русским.

Части американской армии захватили завод в Нордхаузене, где их глазам предстало огромное количество готовых ракет. Таким образом, постепенно операция «Скрепка», целью которой был захват специалистов и вывоз документации, превратилась в операцию по вывозу готовых  «Фау-2». Люди и готовое оборудование вывозились на полигон  Уайт Сэндз в Нью-Мексико. Фон Браун и часть его сотрудников сдались солдатам 44-й дивизии американской армии. В руки американцам попало 14 тонн документации по «Фау-2» и около ста готовых ракет. Однако американские войска, захватившие Нордхаузен, не получили информации о том, что завод и полигон окажутся в советской зоне оккупации, и завод не был уничтожен. Оставшееся там оборудование, документация, часть ракет попали в руки советских войск, как и часть инженеров-ракетчиков. Некоторым инженерам удалось бежать, но они вскоре сдались в плен американцам, что некоторым даже казалось выгоднее. Им и тем, кто сдался вместе с фон Брауном, был предложен пятилетний контракт на работу в США. Первые немецкие специалисты прибыли  в США 20 сентября 1945 года. К 1954 году в исследовательском центре в Алабаме работали 50 тыс. немецких инженеров, к тому времени получивших американское гражданство.

Давайте согласимся, что захват Пенемюндского полигона и Нордхаузена со всеми вытекающими  из этого последствиями – момент переломный, но и  одновременно очень интересный. Чем он был интересен для меня? Я невольно вспоминаю, просмотренный мною ещё в школе фильм из серии BBC «Битва за космос». Этот фильм смотрели многие и некоторые даже несколько раз. По сюжету этого документального фильма фон Браун «висел на волоске» от гибели. Да нет, ни о какой физической расправе речь не идёт, просто американские представители власти, уполномоченные заниматься деятельностью группы немецких инженеров, вдруг вспомнили про нацистское прошлое их руководителя. Соответственно  возникло много вопросов и сомнений со  стороны США.

Однако, со временем фон Браун и его группа уже успешно запускают новую двухступенчатую модификацию «Фау-2»,которую впоследствии назовут «Капрал». С помощью таковой ракеты США успешно вели исследование по изучению верхних слоёв атмосферы, а двухступенчатая ракета «Бампер» достигла околоземного космоса.

Таким образом, в 1950 году на песчаном мысе во Флориде было начато строительство испытательного полигона. Название этого мыса -  Канаверал навсегда вошло в историю космической эры.

Немецкие инженеры, захваченные группой войск второго Белорусского фронта под командованием генерала Константина Рокоссовского, были отправлены на Восток, правда, не в столь комфортных условиях, в которых пребывали их коллеги на Западе. В 1946 – 1947 годах производство «Фау-2», выпускаемых Германией в военные годы. Производились постоянные запуски ракет с научным оборудованием в верхние слои атмосферы.

Вскоре под руководством Королёва и других инженеров из ГИРД была разработана модификация «Фау-2», получившая название «Т-1». Затем  была создана одноступенчатая геофизическая ракета, которая могла доставлять научное оборудование весом до 130 (кг). На высоту до 100 (км). Следующая ракета «Т-2»,получившая неофициальное название «Митя», поднималась уже на высоты до 190(км)  с полезной нагрузкой до 80 (кг).

Американцы в противовес нашим ракетам серии  «Т» ввели в эксплуатацию ракеты серии «Викинг», схожие по характеристикам с нашими ракетами. С 1949 по 1954 год в рамках программы «Викинг» были произведены 12 пусков. Максимальная высота составила 157 миль(252 (км)). Ракеты «Викинг» создавались Исследовательской лабораторией  ВМФ США и фирмой «Мартин». Стоит отметить, что в СССР имелся к тому времени уже  военный вариант «Т-2», представлявший собой  баллистическую ракету средней дальности (БРСД). На его базе велись работы по созданию межконтинентальной баллистической ракеты.

В 1957 г. была разработана новая ракета – «Т-3». Космические технологии сделали шаг вперёд. Ракета смогла поднять груз свыше двух тонн на высоту 211 (км)! «Т-3» стала первой в мире межконтинентальной баллистической ракетой, поскольку военные потребности были выдвинуты на первый план.

Теперь давайте  поговорим о разработках США и соответственно СССР для достижения высших научных идей периода 50-х гг.  XX в.

В 1955 году успехи в ракетных технологиях позволили американцам сделать заявление о том, что научно-исследовательская ракета «Авангард» сможет вывести на орбиту искусственный спутник Земли в 1957 году, и это позволит провести наблюдения Земли из космоса в рамках международного геофизического года. «Авангард»  был создан на основе ракеты «Викинг», в рамках работы с которой были произведены 12 пусков с полигона Уайт Сэндз. СССР также заявил о возможности запуска первого искусственного спутника Земли со своей стороны в 1957 году, однако это заявление  было встречено с недоверием, поскольку в мире никто не верил, что СССР достиг в ракетных технологиях успехов, хотя бы близких к тому, что сделано в США. Это явилось следствием секретности, в которой осуществлялась советская программа. Проект «Авангард», в свою очередь, официально имел статус гражданского, но его руководство осуществлялось ВМФ США, выигравшим конкурс на создание ракеты в рамках Международного геофизического года, соревнуясь с проектами армии и ВВС. ВВС предложили в качестве модифицированный вариант крылатой ракеты «Бомбарк» с консольно установленной второй ступенью, а армейские конструкторы во главе с фон Брауном предложили усовершенствованный вариант ракеты «Редстоун», получившей название «Юпитер С». Обе ракеты имели военное назначение, и президент США Дуайт Эйзенхауэр принял решение не возмущать общественное мнение, запуская научный спутник с помощью военной ракеты. Будто бы он не знал, что в СССР планируют поступить именно так.