Тим Скоренко - Изобретено в СССР

Сегодня электрических ракетных двигателей существуют десятки разновидностей, которые делятся на несколько групп – электростатические, электротермические, электромагнитные, фотонные, электродинамические и т. д. Есть и более узкие классификации, например электростатические двигатели делятся на ионные и плазменные. Есть двигатели, не попадающие ни в одну из существующих групп, скажем вызвавший множество споров в научном сообществе EmDrive (проект которого либо появился в результате ошибки измерения, либо же является мошенничеством очень высокого уровня). Некоторые конструкции остаются сугубо лабораторными образцами или даже теоретическими выкладками, но и полноценные космические аппараты с новыми типами электрических двигателей появляются практически ежегодно. Вот буквально в 2013 году был запущен эстонский спутник ESTCube-1 – первый аппарат, использующий электрический парус (правда, тестирование вышло не вполне удачным, но это не важно).

У электрического ракетного двигателя есть одно значительное ограничение. Его нельзя использовать для выведения объекта на орбиту – слишком малую тягу развивает любой из перечисленных типов двигателей, и преодолевать с помощью ЭРД атмосферу или экономически неэффективно, или попросту невозможно. Поэтому ЭРД используются в качестве маршевых или маневровых двигателей уже в космосе. Первый электродвигатель был использован на практике уже в космическую эру: на американском спутнике SERT-1, запущенном 20 июля 1964 года, в течение 31 минуты и 16 секунд планово работал электростатический ионный двигатель. К слову, на SERT-1 стоял и второй электрический двигатель другого типа, но он не запустился.

А на начало 1930-х использование электричества в ракетном двигателе было решением как минимум смелым и необычным (не скажу «революционным», поскольку до практического применения подобных систем так или иначе оставались годы). Это было мечтой о космосе, надеждой на орбитальный полёт в недалёком будущем.

Менее чем за год, к концу 1929-го, отдел Глушко разработал и построил первый в мире действующий образец ЭРД – электротермический двигатель электродугового типа. В таком агрегате электрическая дуга используется для нагрева рабочего тела (газа), который затем выбрасывается через сопла, преобразуя электроэнергию в кинетическую энергию движения космического аппарата. Иначе говоря, это довольно простая конструкция относительно других типов ЭРД, и немудрено, что именно её первой реализовали «в металле».

Глушко предполагал, что его электротермический двигатель может вывести ракету на орбиту, но испытания 1930–1931 годов показали, что тяга его крайне ограничена, и лаборатория полностью свернула эксперименты. По сути, Глушко очень сильно опередил своё время: в 1930-х главная задача состояла в подъёме на орбиту, а не разработке экзотических конструкций для решения проблем маневрирования. С 1930 года отдел Глушко полностью сосредоточился на жидкостных двигателях – параллельно с Цандером, Годдардом (уже запустившим первую ракету с ЖРД, пусть и не на орбиту) и группами немецких конструкторов. А первый в истории рабочий советский ЭРД (плазменно-эрозионный конструкции Александра Андрианова) был установлен на автоматической межпланетной станции «Зонд-2», запущенной с Байконура 30 ноября 1964 года. Точнее, на ней было шесть таких агрегатов, и они использовались в качестве маневровых двигателей, как и предполагал Глушко за 30 лет до этого.

Другое заметное первенство советского ракетного двигателестроения – это изобретение Алексеем Исаевым жидкостного двигателя закрытого типа. Одногодок Глушко, Исаев не был вундеркиндом и свой рабочий путь проходил обычным образом: в 1931-м в возрасте 23 лет окончил Московский горный институт, работал инженером на разных предприятиях, затем попал на авиазавод № 22 в ОКБ Болховитинова.

Из авиации Исаев перебрался в ракетостроение. К концу 1930-х ОКБ переехало в Химки на авиазавод № 293, директором которого был назначен Болховитинов. Молодой 29-летний конструктор КБ Александр Березняк выдвинул интересную инициативу: построить первый советский самолёт с ракетным двигателем. Инициативу одобрили сверху, и весной 1941 года Березняк с Исаевым приступили к разработке машины. К слову сказать, на тот момент концепция ракетного перехватчика была актуальна. Предполагалась, что такой самолёт может мгновенно взлететь, быстро нанести удар и сесть на планировании, – немцы в то же самое время работали над аналогичной машиной Messerschmitt Me 163 Komet (которая стала единственным в истории серийным и использовавшимся в бою ракетным истребителем). Первый самолёт с ЖРД немцы к тому времени, в 1939 году, уже построили и испытали – это был Heinkel He 176.

В общем, Березняк с Исаевым в сжатые сроки спроектировали советский ракетный самолёт БИ-1. Испытания различных его модификаций продолжались до 1945 года, а Исаев стал одним из ведущих советских специалистов по ЖРД. В этой роли он и попал в группу инженеров, направленных после войны в Германию для изучения немецких достижений в области ракетостроения. А в 1947 году он возглавил ОКБ-2, образованное при НИИ-1 МАП СССР (ныне Московский институт теплотехники), а затем переведённое под эгиду НИИ-88 (ныне ЦНИИМАШ). Занимался Исаев проектированием двигателей для боевых ракет различных классов, в общем, работал на «военку». Вот там-то, в качестве главного конструктора собственного ОКБ, Алексей Исаев и предложил в 1949 году оригинальную схему ЖРД – так называемый ЖРД закрытого цикла.

В классическом ракетном двигателе горючее и окислитель поступают из баков на центробежные насосы, которые под высоким давлением подают их к форсункам; оттуда топливо идёт в камеру сгорания. Центробежные насосы приводятся в действия газовой турбиной. Возникает вопрос: откуда берётся газ для её вращения? Всё относительно просто: часть ракетного топлива ещё на стадии подачи отделяется от основной массы и сжигается отдельно, в специальном отсеке – газогенераторе. Полученный в результате генераторный газ поступает к топливным насосам и приводит их в действие, после чего сбрасывается в атмосферу. Существуют также системы, в которых для привода турбины используется другое топливо, хранящееся в отдельном отсеке. Но так или иначе система открытого цикла (такое название носит схема с газогенератором) снижает эффективность двигателя и повышает расход топлива.

Идея Исаева состояла в том, чтобы выполнивший свою функцию генераторный газ перенаправлять в камеру сгорания, где он бы дожигался и работал, как основная часть топлива, на движение ракеты. Проблема состояла в том, что на 1949 год даже классические ЖРД, использующиеся в серийных крылатых или баллистических ракетах, требовали множества доработок. Двигатель же замкнутой схемы был намного сложнее в расчётах и изготовлении, а увеличение эффективности сводилось на нет усложнением конструкторской работы и большей вероятностью отказа. Поэтому до поры до времени идея Исаева оставалась лишь на бумаге.