«Поехали!» Мы – первые в космосе
- -
- 100%
- +
Пусть и другими словами, но Циолковский достаточно точно описал работу современного космического носителя. Более того, он доказал расчетами наиболее выгодное распределение весов отдельных «вагонов», входящих в «поезд». С некоторыми поправками эти расчеты используются до сих пор.
Второй тип составной ракеты, предложенной Циолковским в 1935 году, был назван им эскадрильей ракет, которые соединяются между собой как бревна плота на реке. При старте одновременно начинают работать четыре ракетных двигателя. Когда каждый из них израсходует половину запаса топлива, две ракеты перельют свой неизрасходованный запас топлива в полупустые емкости оставшихся двух ракет и отделятся от эскадрильи. Дальнейший полет продолжат две ракеты с полностью заправленными баками.
Израсходовав половину своего топлива, одна из ракет эскадрильи переливает оставшуюся половину в ракету, предназначенную для достижения главной цели полета.
Второй из предложенных Циолковским типов «ракетных поездов» гораздо сложнее технически, чем первый тип. Однако имеет то существенное преимущество, что все ракеты одинаковы. А подобная унификация, как показала практика космических полетов, является выигрышным вариантом при реализации сложных и масштабных проектов.
До 1920 года все рассуждения Циолковского о ракетах носили в определенной степени абстрактный характер. Но в изданной в том году в Калуге книге «Вне Земли» ученый впервые предложил проект ракеты, предназначенной для полета человека в космос. В своей работе он описал события, которые должны были произойти в 2017 году. Как видим, до названного Константином Эдуардовичем срока осталось чуть-чуть.
Вот подробное описание «составной пассажирской ракеты 2017 года», данное Циолковским в своей книге:
«Составная пассажирская ракета состояла из двадцати простых ракет, причем каждая простая заключала в себе запас взрывчатых веществ (горючее. – А.Ж.), взрывную камеру с самодействующим инжектором (ракетный двигатель. – А.Ж.), взрывную трубу (камера сгорания. – А.Ж.) и прочее. Однако среднее (двадцать первое) отделение не имело реактивного прибора и служило кают-компанией; оно имело двадцать метров длины и четыре метра в диаметре. Длина всей ракеты 100 метров, диаметр 4 метра. Форма ее походила на гигантское веретено… Взрывные трубы были завиты спиралью и постепенно расширялись к выходному отверстию. Извивы одних были расположены поперек длины ракеты, других – вдоль. Газы, вращаясь во время взрыва в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, придавали огромную устойчивость ракете. Она не вихляла, как дурно управляемая лодка, а летела стрелой. Но расширенные концы всех труб (сопла двигателей. – А.Ж.), выходя наружу сбоку ракеты, все имели почти одно направление и обращены в одну сторону. Ряд выходных отверстий составлял винтообразную линию кругом прибора (корректирующие двигатели. – А.Ж.).
Камеры взрывания и трубы, составляющие их продолжение, были сооружены из весьма тугоплавких и прочных веществ вроде вольфрама. Также и инжекторы. Весь взрывной механизм окружался камерой с испаряющейся жидкостью (окислитель. – А.Ж.), температура которой была поэтому достаточно низкой. Эта жидкость была одним их элементов взрывания. Другая жидкость помещалась в других изолированных отделениях. Наружная оболочка ракеты состояла из трех слоев. Внутренний слой – прочный металлический с окнами из кварца, прикрытыми еще слоем обыкновенного стекла, с дверями, герметически закрывающимися. Второй – тугоплавкий, но почти не проводящий тепло. Третий – наружный – представлял очень тугоплавкую, но довольно тонкую металлическую оболочку. Во время стремительного движения ракеты в атмосфере наружная оболочка накалялась добела, но теплота эта излучалась в пространство, не проникая сильно через другие оболочки в нутро. Этому еще мешал холодный газ, непрерывно циркулирующий между двумя крайними оболочками, проникая сквозь рыхлую малотеплопроводную среднюю прокладку. Сила взрывания могла регулироваться с помощью сложных инжекторов, так же прекращаться и возобновляться. Этим и другими способами можно было изменять направление взрывания.
Температура внутри ракеты регулировалась по желанию с помощью кранов, пропускающих холодный газ через среднюю оболочку ракеты. Из особых резервуаров выделялся кислород, необходимый для дыхания. Другие снаряды были предназначены для поглощения продуктов выделения кожи и легких человека. Все это также регулировалось по надобности. Были камеры с запасами для пищи и воды. Были особые скафандры, которые надевались при выходе в пустое пространство и вхождения в чужую атмосферу чуждой планеты. Было множество инструментов и приборов, имеющих известное или специальное назначение. Были камеры с жидкостями для погружения в них путешествующих во время усиленной относительной тяжести. Погруженные в них люди дышали через трубку, выходящую в воздушную атмосферу ракеты. Жидкость уничтожала их вес, как бы он ни был велик в краткое время взрывания. Люди совершенно свободно шевелили своими членами, даже не чувствовали их веса, как он чувствуется на земле: они были подобны купающимся или прованскому маслу в вине при опыте Плато[1]. Эта легкость и свобода движений позволяли им превосходно управлять всеми регуляторами ракеты, следить за температурой, силою вращения, направлением движения и т. д. Рукоятки, проведенные к ним в жидкость, давали им возможность все это делать. Кроме того, был особый автоматический управитель (автоматическая система управления. – А.Ж.), на котором на несколько минут зарегистрировалось все управление снарядом. На то время можно было не касаться ручек приборов: они сами собой делали все, что им заранее «приказано». Взяты были запасы семян разных плодов, овощей и хлебов для разведения их в особых оранжереях, выпускаемых в пустоту. Также заготовлены и строительные элементы этих оранжерей.
Объем ракеты составлял около 800 кубических метров. Она могла бы вместить 800 тонн воды (тонна – 61 пуд). Менее третьей доли этого объема (240 тонн) было занято двумя постепенно взрывающимися жидкостями. Этой массы было довольно, чтобы 50 раз придать ракете скорость, достаточную для удаления снаряда навеки от Солнечной системы, и вновь 50 раз потерять ее. Такова была сила взрывания этих материалов. Вес оболочки, или самого корпуса ракеты со всеми принадлежностями, был равен 40 тоннам. Запасы, инструменты, оранжерея составляли 30 тонн. Люди и остальное – менее 10 тонн.
Объем для помещения людей, т. е. заполненного разреженным кислородом пространства, составлял около 400 кубических метров. Предполагалось отправить в путь 20 человек. На каждого отводилось помещение в 20 кубических метров или около двух кубических сажень, что при постоянно очищаемой атмосфере было в высшей степени комфортабельно. Все отделения сообщались между собой небольшими проходами. Средний объем каждого отсека составлял около 32 кубических метров. Но половина этого объема была занята необходимыми вещами и взрывающейся массой. Оставалось на каждое отделение около 16 кубических метров. Средние отделения были больше, и каждое могло служить отличным помещением для одного человека. Одно отделение, в наиболее толстой части ракеты, имело в длину 20 метров и служило залом собраний. На боковых сторонах этих отделений были расположены окна с прозрачными стеклами, закрываемыми наружными и внутренними ставнями».
Чтобы сегодняшнему читателю было понятнее, о чем писал Циолковский, я «перевел» ряд используемых им терминов на современный язык.
Согласитесь, что в 2017 году на таком «ракетном поезде» мы в космос не полетим. Будут (и уже есть) другие ракеты и корабли.
Однако проект, предложенный Циолковским в начале XX века, интересен не только в историческом аспекте. По сравнению с тем, что предлагалось ранее, его можно считать существенным шагом вперед в подготовке полета человека в космос.
Труды Циолковского дали мощный толчок для работ по созданию ракетной и космической техники во многих странах мира. В 1920—1930-х годах этими вопросами занимались уже сотни ученых и инженеров: Ф.А. Цандер, Ю.В. Кондратюк и многие другие в нашей стране, Роберт Годдард в США, Герман Оберт и Макс Валье в Германии, Роберт Эно-Пельтри во Франции.
Так, Юрий Васильевич Кондратюк (настоящее имя Александр Иванович Шаргей) в 1916—1919-м годах написал работу, которую озаглавил: «Тем, кто будет читать, чтобы строить». Первые наброски книги были сделаны Шаргеем еще в бытность студентом Петроградского политехнического института[2], а завершены после демобилизации (точнее, дезертирства) из Белой армии.
В своей книге Кондратюк, независимо от Циолковского, оригинальным методом вывел основное уравнение движения ракеты, привел схемы и описания четырехступенчатой ракеты на кислородно-водородном топливе, камеры сгорания двигателя с шахматным и другим расположением форсунок окислителя и горючего, параболоидального сопла и многого другого. Кондратюком было предложено: использовать сопротивление атмосферы для торможения ракеты при спуске с целью экономии топлива; при полетах к другим планетам выводить корабль на орбиту его искусственного спутника, а для посадки на них человека и возвращения на корабль применить небольшой взлетно-посадочный корабль (предложение реализовано в программе «Аполлон»); использовать гравитационное поле встречных небесных тел для доразгона или торможения космического аппарата при полете в пределах Солнечной системы (пертурбационный маневр). В этой же работе рассматривалась возможность использования солнечной энергии для питания бортовых систем космических аппаратов, а также возможность размещения на околоземной орбите больших зеркал для освещения поверхности Земли[3].
В 1929 году Кондратюк издал в Новосибирске на собственные средства тиражом 2000 экземпляров книгу «Завоевание межпланетных пространств», в которой была определена последовательность первых этапов освоения космического пространства. Более подробно рассматривались вопросы, поднятые в его ранней работе «Тем, кто будет читать, чтобы строить». В частности, в книге было предложено использовать для снабжения спутников на околоземной орбите ракетно-артиллерийские системы (в настоящее время это предложение, естественно, в измененном виде реализовано в транспортной системе «Прогресс»). Кроме того, в работе были исследованы вопросы тепловой защиты космических аппаратов при их движении в атмосфере.
Любопытно, что в предисловии к книге Кондратюк упоминает о нескольких главах рукописи, которые «слишком близки к рабочему проекту овладения мировыми пространствами – слишком близки для того, чтобы их можно было публиковать, не зная заранее, кто и как этими данными воспользуется». Так как неизвестные главы еще не найдены и вряд ли когда-нибудь будут обнаружены, судить о том, что там было в действительности, не представляется возможным.
Сам автор утверждает, что он нашел способ достижения начальной скорости ракеты 1500–2000 метров в секунду «без расходования заряда и в то же время без применения грандиозного артиллерийского орудия». По его словам, он также «пришел к весьма неожиданному решению вопроса об оборудовании линии сообщения с Земли в пространство и обратно, для осуществления которой применение такой ракеты, как рассматриваемая в этой книге, необходимо только один раз».
Кондратюк также указал, что многие предложенные им технические решения могут быть реализованы уже на достигнутом уровне развития техники, особенно американцами.
В те же годы, когда Кондратюк формулировал свой план освоения космического пространства, этим же занимался и немец Герман Оберт. Из-под его пера вышло предложение о постройке космического корабля, названного им «Модель Е». Это была ракета с одной большой дюзой и широким основанием, к которому крепились четыре опоры-стабилизатора. Ракета состояла из двух частей: первой разгонной ступени, работавшей на спирте и жидком кислороде, и второй, основной, в которой в качестве горючего использовался жидкий водород, а в качестве окислителя все тот же жидкий кислород. В верхней части основной части размещалась каюта с иллюминаторами, позволяющими вести астрономические наблюдения. Оберт назвал ее «аквариумом для земных жителей». Высота всей ракеты, рассчитанной на двух пассажиров, соответствовала четырехэтажному дому, а общий вес заправленной ракеты – 288 тонн.
Для преодоления земного притяжения, согласно расчетам Оберта, его ракета должна была лететь 332 секунды при ускорении 30 метров в секунду в квадрате. По истечении этого времени она достигнет высоты более 1600 километров и скорости почти 10 километров в секунду.
Возвращение пассажирской кабины с путешественниками внутри ее на Землю Оберт предполагал осуществить с помощью парашюта либо при помощи специальных несущих поверхностей и хвостовых стабилизаторов, позволяющих реализовать планирующий спуск.
А вот соотечественник Оберта Макс Валье предложил превратить обычный самолет в ракетный путем замены поршневых двигателей ракетными. В своей книге «Полет в мировое пространство», вышедшей в 1924 году, он утверждал, что в дальнейшем, постепенно совершенствуя двигатели и сокращая площадь несущих поверхностей, можно будет создать из такого самолета пилотируемую космическую ракету.
Первый свой проект Валье представлял в виде обычного аэроплана того времени с винтом, большими крыльями и двумя ракетами-ускорителями, закрепленными под ними. Во втором варианте ракетоплан уже имел четыре ракетных двигателя, а третий был уже лишен винта, имел крылья меньшей площади, но был оснащен шестью ракетными двигателями. И наконец, в фантазии конструктора появился настоящий ракетный монстр – аэроплан с двумя фюзеляжами и восемнадцатью ракетными двигателями. Правда, конечный «продукт» Валье был в некоторой степени похож на конструкцию Оберта – двухступенчатый межпланетный корабль, первая ступень которого представляла собой аэроплан с толстыми короткими крыльями и множеством ракетных ускорителей.
Можно было бы описать и множество других проектов ракет, космических кораблей, ракетопланов и тому подобного, что появилось в те годы. Но особой необходимости в этом нет, так как они, в основном, похожи друг на друга, а отличаются только деталями. К тому же все работы Циолковского, Годдарда, Оберта и других были лишь теоретическими изысканиями. На практике пионеры космонавтики занимались в те годы небольшими ракетами, которым было не под силу поднять человека в космос. О ракетах большей мощности тогда только мечтали как о деле отдаленного будущего.
Глава III. Первые реальные проекты
Первые, скажем так, «материальные» проекты космических ракет и кораблей появились лишь тогда, когда общий уровень развития науки и техники достиг соответствующего рубежа. А произошло это уже в 1940-е годы, с появлением у немцев баллистической ракеты «Фау-2». Приходится признавать, как бы этого ни хотелось, что это «оружие разрушения» стало предтечей всех современных ракет. И рассказывать о «Фау-2» придется подробно.
Ее создание началось еще в середине 1930-х годов. С самого начала ракета проектировалась с расчетом на ее боевое применение, поэтому все разговоры о космических устремлениях нацистов, которые вели немецкие ученые-ракетчики, не более чем попытка завуалировать свои истинные цели. Все тактико-технические требования, которые были предъявлены к изделию, однозначно говорят о том, что ни о каком космосе Вернер фон Браун и его соратники и не думали. По крайней мере, в тот момент. Все было нацелено на то, чтобы создать эффективную систему вооружений.
Работы над ракетой велись достаточно активно. Но началась Вторая мировая война, средств, выделяемых на продолжение работ, стало значительно меньше, и это не позволило специалистам-ракетчикам реализовать свои задумки в короткие сроки. Первые опытные образцы «Фау-2» были изготовлены лишь в 1942 году. Тогда же был завершен этап наземных испытаний двигателей и систем управления ракеты. Летом того же года начались летные испытания.
Первый блин, как это часто бывает, оказался комом. Состоявшийся 13 июня 1942 года в присутствии министра вооружений Альберта Шпеера и генерального инспектора германских военно-воздушных сил (ВВС) фельдмаршала Эрхарда Мильха экспериментальный запуск закончился преждевременным падением ракеты на землю и ее взрывом. Как удалось выяснить позднее, во время полета отказала система управления, и «Фау-2» упала неподалеку от места старта. Тем не менее Вернер фон Браун был очень доволен результатами. Удалось решить, пожалуй, важнейшую задачу того периода – отрыв ракеты от стартового стола.
Неудачей завершился и второй пуск, который состоялся 16 августа того же года. На этот раз в полете у ракеты оторвало носовой конус, и она разрушилась, не выполнив свою задачу. Тем не менее и этот полет фон Браун посчитал удачным – впервые в мире ракете удалось превысить скорость звука.
И лишь третий пуск можно считать полностью удачным. Это случилось 3 октября 1942 года. Со страшным грохотом ракета поднялась в воздух. На 21-й секунде полета была превышена скорость звука, а еще через 19 секунд в небе появился белый инверсионный след. Через некоторое время он стал зигзагообразным и как будто застыл в голубом небе. Кто-то из зрителей даже придумал для него название – «замороженная молния».
Через 58 секунд после старта по команде с земли произошло отключение двигателей, но ракета по инерции продолжала набирать высоту. Она поднялась на 48 километров – рекордную по тем временам высоту. Падение ракеты произошло через 296 секунд после старта на удалении 190 километров.
В ходе дальнейших испытательных пусков ракета поднималась все выше и выше, летала все дальше и дальше. В 1944 году началось серийное производство этой ракеты.
А 6 сентября 1944 года «Фау-2» «отметилась» первым боевым применением. Две ракеты, правда, неудачно, были запущены по Парижу. Спустя два дня начались регулярные обстрелы Лондона. До 27 марта 1945 года по позициям союзных войск в континентальной части Европы и мирным городам Великобритании было выпущено более 3200 ракет. Планировалось применение «Фау-2» и на Восточном фронте, но стремительное наступление Советской армии не позволило осуществить эти планы.
После окончания войны многое из того, что немцы создавали как «оружие возмездия», попало в руки союзников. Это были и специалисты, и документация, и оборудование, и образцы ракет. В СССР и в США тут же приступили не только к изучению всех этих трофеев, но и к организации широкомасштабных работ по ракетной тематике в целом.
Среди «добра», которое удалось захватить у немцев, были и наработки, имеющие непосредственное отношение к пилотируемым полетам в космос. В частности, в руки советских специалистов попали документы с чертежами кабины пилотов на «Фау-2». Это вызвало значительный интерес не только у инженеров, но и у высшего советского руководства.
Со слов участников тех событий, первое, что сделал Сергей Павлович Королев, это попытался выяснить у «наших немцев» (немецкие специалисты-ракетчики, оказавшиеся в советской зоне оккупации Германии) подробности этого проекта. Но его ждала неудача – все, кто «оказался» в тот момент под рукой, в один голос уверяли, что слышали об этой разработке, но сами никакого отношения к ней не имели, занимались другими проблемами. Врали они или говорили правду, никто выяснять не стал. На нет – и суда нет.
Так как перед Королевым тогда стояли задачи и поважнее, он не стал дальше интересоваться этой модификацией «Фау-2», а переключился на создание боевых ракет, превосходящих по своим характеристикам немецкую ракету. Это совсем не означает, что Сергею Павловичу данная тематика была неинтересна. Просто как здравомыслящий человек он понимал, что всему свое время, а пилотируемая космонавтика – это дело будущего, пусть и не такого уж, как оказалось, отдаленного. А раз так, то пусть и подождет.
Иначе к информации о кабине пилота на «Фау-2» отнесся Михаил Клавдиевич Тихонравов – один из создателей первых советских ракет на жидком топливе, взлетавших в небо еще в 1930-х годах. Он посчитал, что при некотором желании есть возможность в течение ближайших двух-трех лет поднять человека в стратосферу. Так появился проект ракеты «ВР-190», предполагавший полет двух человек (тогда еще не было термина «космонавт», поэтому Тихонравов употреблял термины «астронавт» и «стратонавт») на высоту 190 километров. Отсюда и появился числовой индекс «изделия».
Однако корни этого проекта следует искать не в немецких разработках. Это было бы слишком просто, да и неправильно. Работы фон Брауна и его команды стали лишь катализатором тех идей, которые Тихонравов высказывал еще в довоенные годы.
Впервые достаточно четко он сформулировал свои взгляды на пилотируемую космонавтику в 1935 году в докладе, сделанном на Всесоюзной конференции по применению летательных аппаратов для освоения стратосферы: «Исследование стратосферы не является конечной целью развития ракетной техники. Это – только технически подготовиться для того, чтобы человеку сначала подняться в верхние слои атмосферы, затем выйти из нее…» (цитирую по публикации в журнале «Новости космонавтики», № 9, 2001 г.). В том же году он опубликовал статью «На ракете в стратосферу», в которой отмечал, что думать «о подъеме человека на большую высоту можно и должно… Полет человека на ракете вполне возможен».
В конце 1930-х годов Тихонравов не только занимался вопросами теории полета в космос, но и пытался сконструировать ракету, способную это сделать. Но работы в этом направлении были остановлены начавшейся Великой Отечественной войной. Конечно, трудно предположить, что тогда такой проект мог бы состояться: советское двигателестроение вряд ли смогло бы оснастить ракету двигателем достаточной тяги. Но пути работы были достаточно четко определены, и когда в Советском Союзе узнали о немецких идеях, пусть и не воплощенных в жизнь, Тихонравов и предложил свой проект. Тем более что появился и ракетный двигатель, способный поднять человека на такую высоту.
В чертежах ракета «ВР-190» появилась еще в 1945 году, когда до первых пробных пусков в нашей стране «Фау-2» оставалось два года. Часто этот проект называют «проект Тихонравова – Чернышева» по именам его разработчиков – Михаила Клавдиевича Тихонравова и Николая Гавриловича Чернышева. Иногда ракету именуют «Победой». Якобы это наименование было «в верхах» зарезервировано для первого советского пилотируемого космического аппарата.
Академия наук СССР одобрила сделанное предложение и рекомендовала Министерству авиационной промышленности рассмотреть возможность его практической реализации. Однако авиаторы не слишком торопились следовать этим рекомендациям, и пришлось Тихонравову и Чернышеву обращаться с личным письмом к Сталину. Тот дал соответствующее указание министру авиационной промышленности.
Но это совсем не означает, что Сталин поддержал проводимые работы. Как политика его интересовали больше всего дивиденды, которые можно было получить от того или иного решения. А в предлагаемом проекте не все было однозначно. С одной стороны, полет человека в стратосферу, если бы он оказался удачным, мог бы существенно повысить престиж СССР на международной арене. Но, с другой стороны, мог бы и привести к нежелательным последствиям в случае неудачи. Поэтому Сталин и не спешил делать резких шагов, а поручил во всем разобраться специалистам.
Михаил Васильевич Хруничев, являвшийся в то время министром авиационной промышленности СССР, не первый год работал в высших эшелонах власти и прекрасно знал характер вождя. Поэтому в направленной 20 июля 1946 года на имя Сталина докладной записке «О рассмотрении предложения Тихонравова и Чернышева о создании ракеты для полета человека на высоту 100–150 километров» он постарался и одобрить предложение Тихомирова и Чернышева, и привести такие аргументы, которые не позволили бы развернуть работы широким фронтом.
Это довольно любопытный документ, который частично был опубликован в 2003 году на страницах журнала «Новости космонавтики». Так как эта записка фактически объясняет, почему «ВР-190» так и не была создана, позволю себе процитировать отдельные ее фрагменты.
Положительно оценив саму идею, Хруничев вслед за этим писал:
«Если же представляется возможным, то целесообразно изучить все работы по исследованию испытаний «Фау-2», проводимых в Германии, и первую стадию работ по созданию самой ракеты, а также первоначальные ее испытания на стендах и в полете (без пилота, только с приборами) провести в Германии, так как там существуют условия для успешного проведения этой части работ.
Поставку 10–15 корпусов ракеты «Фау-2» со всеми изменениями по чертежам конструкторского бюро тов. Тихонравова, а также проектирование и изготовление стартовых стендов для испытания и пуска ракет следует возложить на Министерство вооружения, как на головное министерство по производству ракет «Фау-2».
Проектирование и изготовление необходимой измерительной аппаратуры по заказу конструкторского бюро следует возложить на ряд других Министерств.