Вилли Лей - Ракеты и полеты в космос

Создание газовых рулей имеет длинную историю. Дело в том, что уже давно было ясно, что аэродинамические рули, устанавливаемые в воздушном потоке, не могут решить задачу регулирования направления движения ракеты на всей ее траектории. Плотность воздуха достаточна для работы аэродинамических поверхностей управления только на высоте не более 15 км. Но, поскольку предполагалось, что ракеты будут выходить из плотных слоев атмосферы, необходимо было придумать что-то еще. Для вертикального подъема можно было согласиться на установку двигателя в головной части ракеты. Принцип «носовой тяги» применял еще Годдард в своих первых ракетах; то же самое хотел сделать и Оберт в ракете для фирмы «Уфа-фильм». Этот принцип был известен и в «Ракетенфлюг-платц». Безусловно, ракета должна была лететь в направлении силы тяги двигателя. Однако никто не мог гарантировать, что тяга двигателя будет в любом случае направлена по вертикали.

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 (H 2O 2) 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 (2H 20 2=2Н 2О+О 2). 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.