В начале века Циолковского считали чудаковатым мечтателем, теории которого мало связаны с реальностью. И тем не менее космический век родился именно в тихих комнатах этого скромного дома!
Хотя Циолковский никогда не запускал ракет, его вклад в науку о космических путешествиях был огромным. Он начал свои исследования в 1883 г. с изучения принципов движения ракеты в космическом вакууме. В книге «Грезы о Земле и небе», опубликованной в Москве в 1895 г., впервые рассматривалась возможность создания искусственного спутника Земли. «Воображаемый спутник Земли, вроде Луны, но произвольно близкий к нашей планете, лишь вне пределов ее атмосферы, значит верст за триста от ее поверхности, представляет при очень малой массе пример среды, свободной от тяжести».
В 1903 г. Циолковский начал публикацию первой части труда «Исследования мировых пространств реактивными приборами», в котором изложена теория полета ракеты и рассматриваются перспективы космических путешествий.
Конечно, и до Циолковского ученые и писатели-фантасты мечтали о путешествиях в космическое пространство. Однако они не обладали даром предвидения, позволившего наметить конкретные пути для практических технических достижений в этой области. Важным было предложение Циолковского использовать в ракетах жидкие топлива, которые по сравнению с твердыми топливами имеют более высокие энергетические характеристики и упрощают регулирование процесса горения.
На первом рисунке космического корабля, сделанном Циолковским, изображен аппарат каплеобразной формы с пассажирской кабиной в носовой части и топливными баками с высокоэнергетическим топливом жидкий кислород — жидкий водород — в хвостовой. Внутри отсека с топливными баками располагалось длинное коническое сопло, в котором происходили расширение и ускорение продуктов сгорания топлива.
Топливная композиция жидкий кислород — жидкий водород была использована Соединенными Штатами Америки в сверхмощной ракете «Сатурн-5», с помощью которой человек впервые был доставлен на Луну. Это иллюстрирует замечательные качества идей Циолковского. В его записных книжках и опубликованных работах содержалось много новых концепций, которые в дальнейшем в той или иной форме нашли применение в инженерной практике.
| Внизу. Дом в Калуге, в котором жил и работал великий провидец космических путешествий К. Э. Циолковский (1857—1935 гг.). Теперь это дом-музей. | |
 | |
Циолковский предложил управлять полетом ракеты вне атмосферы с помощью газодинамических рулей, помещенных в реактивную струю, или качанием выхлопного сопла. Он рассматривал топливные композиции, включающие бензин, керосин, спирт и метан, разработал методы регулирования подачи топлива в камеру сгорания с помощью клапанов, обосновал возможность охлаждения камеры сгорания и сопла протоком одного из жидких компонентов топлива через двухстенную оболочку.
В его проектах кабины космического корабля были предусмотрены системы жизнеобеспечения, включающие запас веществ для поглощения двуокиси углерода и других газов. Циолковский считал, что в период действия перегрузок космонавты должны находиться в лежачем положении спиной к ракетному двигателю. Для снижения воздействия перегрузок на организм человека он вначале предлагал погружение космонавтов в жидкость с плотностью, равной плотности человеческого тела.
Циолковский предложил космические корабли двухстенной конструкции для защиты от чрезмерного нагревания или охлаждения в космическом пространстве и от разрушения метеоритами. Он рассматривал снабжение герметичной кабины газообразным кислородом, получаемым из жидкого кислорода, заполняющего баки ракеты, предсказал применение воздушного шлюза для выхода человека в космос, а также использование защитных скафандров и гибких фалов. Однако в ранних работах он ошибался, считая, что это событие может произойти лишь в следующем столетии,— в действительности через 52 года первый человек, Алексей Леонов, совершил выход в открытый космос1.
1В статье «Только ли фантазия?», опубликованной в газете «Комсомольская правда» 23 июля 1935 г., Циолковский писал: «... непрерывная работа в последнее время поколебала мои пессимистические взгляды: найдены приемы, которые дадут изумительные результаты через десятки лет».— Прим. ред.
 Вверху. Рисунки из рукописи Циолковского, изображающие жидкостную ракету и запуск двухступенчатой ракеты. |
Пионер ракетной техники предлагал использовать гироскопический эффект вращающихся маховиков для стабилизации ракеты в полете. Он разработал теорию многоступенчатых ракет, или «ракетных поездов», в которых отработавшие ракетные ступени отбрасываются во время полета, как единственного средства достижения высоких скоростей и выполнил расчеты оптимального количества топлива для каждой ступени.
Циолковский обосновал возможность осуществления орбитального полета. Он писал: «Скорость достигает 8 км/с, центробежная сила вполне уничтожает тяжесть, и ракета впервые заходит за пределы атмосферы. Полетав там, насколько хватает кислорода и пищи, она спирально возвращается на Землю, тормозя себя воздухом и планируя без взрывания».
Циолковский предсказал создание орбитальных космических станций, описав, как их элементы выводятся в космос в сложенном состоянии и затем раскрываются и монтируются в единую конструкцию. Он предвидел, что космические корабли и станции будут иметь системы жизнеобеспечения с замкнутым циклом, в которых пища и кислород будут извлекаться из растений, произрастающих внутри станций.
В работе «Полуреактивный аэроплан» (1930 г.) Циолковский проанализировал достоинства и недостатки ракетопланов по сравнению с винтовыми самолетами для получения высоких скоростей полета в верхних слоях атмосферы. Он пророчески предсказал, что «за эрой аэропланов винтовых должна следовать эра аэропланов реактивных или аэропланов стратосферы».
Эксперименты Роберта Годдарда, Макса Валье и других исследователей
В 1909 г. американский ученый д-р Роберт Годдард приступил к широким теоретическим исследованиям в области ракетодинамики. Через три года он провел огневое испытание твердотопливной ракеты с измерением тяги. Ракета была помещена внутри вакуумированного стеклянного резервуара, чтобы доказать, что она может функционировать в безвоздушном пространстве. Этим окончательно отвергалось широко распространенное в то время мнение, что ракета якобы может работать только в атмосфере, где тяга создается в результате отталкивания истекающих газов от воздуха.
В действительности, как известно, ракета движется в соответствии с третьим законом Ньютона, согласно которому для каждого действия (истечения из ракеты) имеется равное и противоположное по направлению противодействие (отдача или тяга). Эксперимент Годдарда показал, что в действительности воздух оказывает лишь «демпфирующий» эффект, замедляя истекающие газы и уменьшая тягу.
В более поздних работах Годдарда рассматривается проект высотной исследовательской ракеты, способной доставлять данные об атмосфере с высот, находящихся вне пределов досягаемости авиации и высотных зондов. Подобно Циолковскому, он предсказал большие потенциальные возможности ракет на жидком топливе.
 Вверху. Д-р Р. Годдард (1882—1945 гг.), совершивший первый в мире запуск ракеты с жидкостным ракетным двигателем (топливо — жидкий кислород и бензин) 16 марта 1926 г., стоит возле своей ракеты. |
Его решительность обеспечила ему прочное место в истории. 16 марта 1926 г. в Обурне, шт. Массачусетс, он осуществил успешный запуск первой в мире жидкостной ракеты. Эта ракета поднялась на высоту 12,5 м, пролетев 56 м за время 2,5 с.
Следующий, кому удалось добиться успеха, был немецкий исследователь Иоганнес Винклер, который 21 февраля 1931 г. вблизи Дессау испытал ракету на жидком метане и жидком кислороде. Ракета поднялась только на 3 м, но через три недели, когда были смонтированы стабилизирующие плоскости, была достигнута высота уже около 90 м.
Другой европеец мог бы пожинать лавры успеха, если бы его эксперименты с жидким топливом были непосредственно направлены на создание ракеты, а не ракетного автомобиля. Благоприятная возможность представилась Максу Валье, немецкому изобретателю, первоначально экспериментировавшему на автомобилях, буерах и железнодорожных вагонах со связками твердотопливных двигателей, после того как он получил поддержку со стороны д-ра П. Хейланда, которому принадлежал завод по производству промышленных газов, в том числе жидкого кислорода. С помощью Вальтера Риделя, одного из инженеров завода, Валье построил и испытал небольшой жидкостный ракетный двигатель с корпусом из стали. 8 марта 1930 г. этот неохлаждаемый двигатель, работающий на этиловом спирте и жидком кислороде, развил тягу около 8 кгс и был установлен на шасси автомобиля «Рак-6». Другой двигатель такого же типа был установлен в марте 1930 г. на автомобиле «Рак-7». После испытания он был демонтирован и усовершенствован (увеличена тяга до 20— 30 кгс). Автомобиль «Рак-7» с этим двигателем демонстрировался 19 апреля 1930 г. на аэродроме Темпельхоф в Берлине. Автомобиль двигался с шумом, истекающая реактивная струя была красноватой и дымной, что свидетельствовало о неполном сгорании топлива.
 Вверху. М. Валье, немецкий инженер. который начал свою деятельность с установки твердотопливных ракет на гоночных автомобилях и буерах. Позже он обратился к жидкостным ракетам. На фотоснимке Валье в момент проведения стендового огневого испытания. |
Валье полагал, что путь к космическим путешествиям начинается с ракетного автомобиля, который должен постепенно развиться в ракетоплан и космический корабль. Этим, в частности, объясняется, почему Валье не стал первым европейцем, запустившим жидкостную ракету. Он сосредоточил свое внимание на испытаниях собственных ракетных двигателей, установленных на управляемых человеком аппаратах.
К несчастью, исследования имели трагические последствия. В ночь на 17 мая 1930 г. Валье и его помощники испытывали новый двигатель, который предполагали демонстрировать на автомобиле во время предстоящей авиационной недели в Берлине. В качестве топлива они использовали смесь воды и дизельного топлива. Были проведены две экспериментальные поездки с соплом, имеющим диаметр критического сечения 28 мм. Валье настоял еще на одной поездке с соплом диаметром 40 мм и с повышенным давлением в камере сгорания для получения тяги 100 кгс. Во время испытания двигателя давление в камере сгорания достигло 7 атм, и горение в двигателе стало крайне неравномерным с резкими взрывными толчками. Затем произошел сильный взрыв, и зазубренный кусочек стали рассек аорту Валье. Истекая кровью, Валье умер.
После смерти Валье Рудольф усовершенствовал его двигатель, уделив особое внимание впрыску горючего и окислителя. Это открыло дорогу новому поколению ракетных двигателей. В конструкции Валье — Риделя горючее подавалось через выдвинутую внутрь камеры форсунку с мелкими отверстиями, а жидкий кислород поступал через отверстия, расположенные вблизи стенки камеры. В конструкции Рудольфа горючее и окислитель подавались через кольцевые щели. Горючее, направленное к стенке камеры сгорания, не только охлаждало ее, но и предохраняло от воздействия окислителя (которое было одной из причин прогаров стенки в конструкции Валье — Риделя). Грибообразная форма форсунки горючего способствовала равномерному смешению впрыскиваемого топлива и, следовательно, очень ровному и спокойному горению без опасности взрыва.
Путем изменения площади сечения входных отверстий системы подачи топлива можно было регулировать тягу двигателя в процессе его работы. Такой ракетный двигатель с переменной тягой был построен и испытан в Куммерсдорфе и впоследствии установлен на самолете He-112 фирмы «Хейнкель», который совершил успешный испытательный полет в 1937 г.
 Ввepxy. Ракетный автомобиль во время испытательного пробега весной 1931 г. Двигатель имеет усовершенствованную систему подачи топлива, разработанную А. Рудольфом. За рулем А. Пич. |
Герман Оберт
Оберт, вдохновитель работ в Германии в области ракетостроения, был профессором физики и математики. Он родился в 1894 г. В 1923 г. он опубликовал небольшую книгу «Die Rakete zu den Planetraumen» («Ракета в межпланетном пространстве»), в которой не только изложил фундаментальные положения о движении ракет в космическом вакууме, но и доказал, что при достаточной тяге ракета может быть выведена на орбиту вокруг Земли. Так же как Циолковский и Годдард, он исследовал многие топливные комбинации. Самой значительной из всех его работ явилось детальное описание ракеты («Модель В»), которая, как он полагал, может быть использована для исследования верхней атмосферы. Хотя эта ракета никогда не была построена, она вызвала интерес к ракетной технике других талантливых исследователей, и в 1927 г. группа энтузиастов основала в Германии Общество межпланетных сообщений.
Члены общества приступили к разработке небольших жидкостных ракет, чтобы отработать основные принципы проектирования. На основе проекта Оберта был разработан двигатель «Кегельдюзе» (конический двигатель). Изготовленный из стали и меди, покрывающей его с внутренней стороны, двигатель был неохлаждаемым и работал на бензине и жидком кислороде.
Двигатель «Кегельдюзе» оказался важным этапом в двигателестроении Германии. Чтобы поддержать веру в новую технику, Г. Оберт, Р. Небель и К. Ридель подготовили стендовый эксперимент, который был проведен при строго контролируемых условиях в соответствии с требованиями Бюро стандартов. Фон Браун и Р. Энгель помогли наладить экспериментальную установку, и 23 июля 1930 г. была зарегистрирована успешная работа двигателя «Кегельдюзе» в течение 90 с при постоянной тяге 7 кгс и потреблении 6 кг жидкого кислорода и 1 кг бензина.
 Вверху. Профессор Г. Оберт излагает одно из положений теории планет. |
Небель, который работал с Обертом над ракетой для УФА, в дальнейшем предложил, чтобы Общество межпланетных сообщений построило ракету под названием «Минимальная ракета» (сокращенно «Мирак») для проведения экспериментов с жидкими топливами при малых затратах. Корпус первой ракеты «Мирак», являвшийся одновременно баком окислителя, был изготовлен из литого алюминия и имел форму цилиндра с обтекаемой носовой частью, где был смонтирован предохранительный клапан. Внутри монтировался конусообразный ракетный двигатель, а выступающая назад вдоль сопла конструкция представляла собой металлическую трубку, заправленную горючим. На конце трубки имелся небольшой бачок со сжатым углекислым газом для подачи горючего в камеру сгорания. Жидкий кислород подавался за счет давления собственного пара. Испытания ракет серии «Мирак», а затем и серии «Репульсор» проводились на полигоне в Рейникендорфе в Берлине. Некоторые ракеты были укомплектованы парашютами для возвращения их на Землю.
Полеты ракет «Мирак» часто были неудачными. Теплота, выделяющаяся в ракетном двигателе, погруженном в жидкий кислород, вызывала его интенсивное испарение, в результате развивалось высокое давление, которое разрывало бак, несмотря на наличие предохранительного клапана. Поэтому было решено создать ракету новой конструкции, получившую название «Репульсор».
В первой ракете «Репульсор» (двухстержневой) жидкий кислород и горючее заполняли две трубки из магния такого же поперечного сечения, как и в ракете «Мирак». Охлаждаемый водой двигатель размещался в головной части ракеты. Хотя ракета такой конструкции была тяжелой, при испытаниях она поднялась на высоту 18 м и медленно приземлилась. Единственной поломкой было разрушение линии горючего. В мае 1931 г. ракета «Репульсор» меньшего веса с четырьмя хвостовыми стабилизаторами из листового алюминия достигла высоты 60 м, покрыв расстояние 600 м.
В августе 1931 г. был разработан новый вариант ракеты — одностержневой «Репульсор». В этом варианте топливные баки были смонтированы в одну линию, в то время как в двухстержневом «Репульсоре» они располагались параллельно. Установленный в головной части двигатель имел водяную рубашку с проточным охлаждением. Контейнер с парашютом был размещен между хвостовыми стабилизаторами. Первая из этих ракет при запуске поднялась на высоту около 1 км, последующие образцы иногда достигали высоты около мили (~1600 м), однако, несмотря на успехи, конец этих работ был уже близок. Германия находилась в тисках экономической депрессии, число членов Общества межпланетных сообщений быстро сокращалось, многие жители кварталов, окружавших ракетный полигон в Рейникендорфе, и городские власти высказывали свое неудовольствие тем, что запуски ракет проводились в городе. В результате Общество межпланетных сообщений распалось и официально прекратило свое существование в 1934 г.
Дальнейшее развитие ракетостроения в Германии происходило при поддержке военного ведомства. В 1932 г. жидкостные ракеты были продемонстрированы группе офицеров на армейском испытательном полигоне в Куммерсдорфе. Пуски были успешными лишь частично, иногда ракета разрушалась до раскрытия парашюта.
Иоганнес Винклер и Эйген Зенгер
Описание раннего периода развития ракетной техники в Германии будет неполным, если не привести некоторых данных об основателе и первом президенте Общества межпланетных сообщений Иоганнесе Винклере. С 1925 г. он занимался проблемами ракетной техники. Он редактировал журнал Die Rakete («Ракета»), издававшийся Обществом межпланетных сообщений. К экспериментам с пороховыми ракетами он приступил в 1928 г. В Высшей технической школе в Бреслау Винклер изучал процессы теплопередачи в камере сгорания, работавшей на жидком кислороде и спирте. Впрыскивание компонентов топлива осуществлялось в направлении, противоположном направлению истечения продуктов сгорания.
 |  |
| Вверху. Военнослужащий с одностержневым «Репульсором» на полигоне в Куммерсдорфе, 1932 г. Слева. К. Ридель (1907—1944 гг.), ведущий исследователь Общества межпланетных сообщений, осматривает двухстержневой «Репульсор»,который совершил успешный полет на полигоне в Рейникендорфе в 1931 г. | |
В рамках шестимесячного контракта с фирмой «Юнкерс» он провел классификацию всех известных пороховых ракет, используя специальную контрольно-измерительную аппаратуру для регистрации их характеристик. Затем он приступил к экспериментам, изготовив цилиндрическую камеру сгорания с длинным коническим соплом. Исследовал возможность применения стали и меди. Для тепловой защиты стенок камеры Винклер использовал тонкий слой магнезитового огнеупорного материала. Следует отметить, что Оберт также применял этот материал в период работы над одной из ракет. Впоследствии по возобновленному контракту Винклер провел натурные испытания гидросамолета с ракетными двигателями для фирмы «Юнкерс». Срок этого контракта истек в апреле 1931 г.
 Вверху. И. Винклер (1897—1947 гг.) возле своей ракеты HW-1, заправленной жидким метаном и жидким кислородом. Полагают, что это первая жидкостная ракета, запущенная в Европе. |
В этом же году молодой австрийский инженер д-р Эйген Зенгер приступил к серии экспериментов с ракетными двигателями, используя оборудование Венского университета. Созданный им ракетный двигатель имел сферическую камеру сгорания диаметром 5 см и сопло длиной 25,4 см. Камера сгорания и часть сопла были окружены охлаждающей рубашкой, в которую подавалось легкое нефтяное горючее. Затем горючее поступало в камеру, где сгорало в смеси с газообразным или распыленным жидким кислородом. Насос горючего фирмы «Бош» типа используемых в дизельных двигателях прокачивал горючее через охлаждающую рубашку при высоком давлении. В результате внутренняя стенка камеры не только охлаждалась, но и разгружалась, так как в отличие от наружной стенки камеры она находилась под действием разности давлений в камере сгорания и в охлаждающей рубашке и, следовательно, могла быть более тонкой. Чем тоньше стенка камеры, тем меньше ее тепловое сопротивление и лучше условия охлаждения. Таким образом, повышение давления подачи привело не только к повышению эффективности двигателя вследствие возрастания скорости истечения и тяги, но и обеспечило большую продолжительность его надежной работы (без местных перегревов и сквозных прогаров).
Зенгер провел огневые стендовые испытания двигателя в горизонтальном положении, использовав специальную систему его подвески и измерения тяги, и сообщил, что им получены значения тяги около 25 кгс и времени работы более 15 мин (в одном случае полчаса!). Однако появление при работе двигателя яркого пламени в выходном сечении сопла свидетельствовало о неполном сгорании, и это заставило Зенгера обратить особое внимание на геометрию камеры сгорания и заняться детальным изучением газодинамики внутрикамерных процессов.
 | |
| Вверху. Ракета HW-2, созданная в 1932 г. И. Винклером и его сотрудниками. Хотя при проектировании ракеты не были допущены ошибки, ракета взорвалась. | |
Тем временем ободренный результатами испытаний ракеты HW-1 Винклер приступил к созданию большой ракеты на жидком кислороде и метане, которая, как он полагал, могла достичь высоты 5000 м. По предложению Хюккеля, который финансировал работы Винклера и некоторые работы Небеля в области ракет, было решено перевести лабораторию Винклера из Дессау на ракетный полигон в Рейникендорфе, чтобы объединить их в единый центр и получить максимальную пользу при ограниченных ресурсах. Объединенная исследовательская организация получила название: Винклеровский исследовательский институт реактивного движения. Вместе с Энгелем и другими специалистами Винклер создал ракету HW-2, которая имела длину 1,9 м и для своего времени отличалась высоким техническим совершенством. Топливные клапаны ракеты были изготовлены из нового сплава алюминия с магнием — электрона.
Винклер получил разрешение запустить ракету HW-2 на Балтийском побережье Восточной Пруссии. Однако когда утром 6 октября 1932 г. стартовая команда заправляла ракету топливом, было обнаружено, что пусковые клапаны окислителя и горючего имеют течь. Никто не подозревал, что электрон корродирует при воздействии морской воды. Энгель позже писал: «Мы решили рискнуть и продуть корпус ракеты азотом непосредственно перед запуском. Это было сделано, но, по-видимому, недостаточно тщательно. Когда был включен воспламенитель, между внешней обшивкой ракеты, баками и камерой сгорания еще оставалось достаточно взрывчатой смеси, и наша «прекрасная» ракета разорвалась на куски». Все были глубоко разочарованы. Винклер вернулся на фирму «Юнкерс». Энгель пытался продолжить работу в рамках добровольного общества.
Работы группы фон Брауна
Дальнейшее развитие ракетной техники в Германии было связано с работами другой группы Общества межпланетных сообщений — группы Риделя, Небеля и фон Брауна. Армия проявляла явный интерес к работам в области ракетной техники, но развивать исследования в рамках Общества межпланетных сообщений не была намерена. Более целесообразным оказалось подробное изучение характеристик ракет на собственных испытательных стендах. В 1933 г. Управление вооружений образовало специальное подразделение по ракетной технике под руководством Дорнбергера. Фон Браун, был назначен руководителем работ по жидкостным ракетам. Его лаборатория занимала одну половину бетонированного бункера, в другой половине проводили исследования твердотопливных ракет, а штат сотрудников на первых порах состоял из одного механика. В январе 1933 г. удалось создать охлаждаемый водой ракетный двигатель, который при стендовых испытаниях развивал тягу 140 кгс в течение минуты.
Военное ведомство охотно поддерживало работы по созданию жидкостных ракет, которые стали развиваться быстрыми темпами. В первой ракете А-1, предназначенной для летных испытаний, был использован ракетный двигатель с регенеративным охлаждением и тягой 300 кгс, который работал на жидком кислороде и спирте.
Однако во время стендовых испытаний двигатель взорвался, так как в его камере сгорания в результате задержки воспламенения накопилась взрывчатая смесь (обычная причина аварий в ранних конструкциях жидкостных двигателей).
Было решено не продолжать отработку ракеты А-1, а заново ее перепроектировать. В частности, было решено перенести маховик из носовой части ракеты в плоскость вблизи центра тяжести баков. Маховик предназначался для стабилизации ракеты от воздействий внешних возмущений. В ракете еще не применялись воздушные стабилизаторы или газовые рули. Две ракеты А-2, запущенные в декабре 1934 г. с о-ва Боркум в Северном море, достигли высоты 1,5—2 км.
Следующим шагом в работах по жидкостным ракетам явилось создание ракеты А-3 — первой немецкой ракеты, имевшей гиростабилизированную платформу с акселерометрами, электрические сервомоторы и молибденовые газовые рули. Такая схема позволила отказаться от наклонной пусковой установки и запускать ракеты, установленные вертикально на хвостовом оперении, так как управление полетом при малых скоростях обеспечивалось газовыми рулями. Экспериментальные запуски ракет А-3 были проведены осенью 1937 г. с о-ва Грейфсвальдер-Ойе в Балтийском море, но они оказались неуспешными из-за отказов системы управления.
Фон Браун пополнил состав своей группы, включив в нее ряд специалистов, в том числе некоторых сотрудников Валье. После смерти Валье его группа продолжала работать во главе с В. Риделем под покровительством военного ведомства в акционерном обществе «Индустригазфервертунг» в Бритце близ Берлина в обстановке строгой секретности. Решение военного ведомства об объединении группы Риделя с группой фон Брауна в Куммерсдорфе еще более активизировало работы по жидкостным ракетам. В связи с намерением этого ведомства практически применить жидкостные ракеты был разработан новый проект — ракета А-5. Начиная с 1933 г., военное ведомство Германии получало в свое распоряжение значительно большие ассигнования. Ракетные двигатели стали устанавливать на самолетах ВВС Германии. Сухопутные войска стали проявлять интерес к баллистическим ракетам как средству повышения дальности действия артиллерии. В связи с этим было решено организовать главный ракетный исследовательский центр вблизи деревни Пенемюнде на Балтийском побережье Германии, где можно было запускать ракеты на дальность более 300 км. Огромный по масштабам того времени центр, который сооружали в течение двух лет, был оснащен совершенным лабораторным оборудованием и испытательными стендами. Ракетное подразделение было переведено в Пенемюнде в апреле 1937 г.
 | |
| Вверху. Немецкая ракета А-3, подготовленная для наземных испытаний на испытательном полигоне в Куммерсдорфе в 1937 г. Ракеты А-3 запускались с о-ва Грейфсвальдер-Ойе в Балтийском море, но полеты были неудачными. | |
В Пенемюнде была завершена разработка проекта ракеты А-5 и первые ее запуски без системы управления были проведены летом 1938 г. с о-ва Грейфсвальдер-Ойе. Первый пуск с системой управления был отложен до осени 1939 г. и прошел успешно.
Исследования в СССР 1
1О развитии ракетно-космической техники в СССР в период 1917—1945 гг. см. приложение, с. 269.— Прим. ред.
 Вверху. С. П. Королев (1907—1966 гг.) — советский ученый и конструктор в области ракетостроения и космонавтики, основоположник практической космонавтики. Под его руководством была создана советская межконтинентальная баллистическая ракета Р-7, которая вывела на орбиту первый спутник. |  Вверху. «ГИРД-Х», первая советская жидкостная ракета, совершившая полет 25 ноября 1933 г. В группе (крайний слева) С. П. Королев, позже — Главный конструктор советских космических кораблей. Справа. Модель ракеты «ГИРД-09», запущенной 17 августа 1933 г. Ракета спроектирована М. К. Тихонравовым (1900—1974 гг.), который работал над первым спутником и космическим кораблем «Восток». |  |
Активные исследования и разработки в области ракетной техники проводились в СССР. 17 августа 1933 г. московской группой изучения реактивного движения (ГИРД) была успешно запущена ракета «ГИРД-09», работавшая на топливе жидкий кислород — отвержденный бензин. Ракета достигла высоты около 400 м. 25 ноября 1933 г. был осуществлен пуск ракеты «ГИРД-X», в которой было использовано топливо жидкий кислород — этиловый спирт и которая поднялась на высоту 80 м.
В эти же годы в Советском Союзе были разработаны совершенные и надежные жидкостные ракетные двигатели, которые могли быть использованы в двигательных установках самолетов. В 1937 — 1938 гг. ракетный двигатель ОРМ-65 на азотной кислоте и керосине, созданный В. П. Глушко, успешно прошел 30 стендовых огневых испытаний на ракетоплане РП-318-1, спроектированном С. П. Королевым. В 1939 г. были проведены два летных испытания небольшой, запускаемой с реактивной установки беспилотной ракеты типа 212 с двигателем ОРМ-65. В 1940 г. был совершен пилотируемый полет на ракетоплане РП-318-1 с двигателем, являющимся модификацией ОРМ-65.
Достижения Годдарда
Следует отметить, что Годдард, затрачивая значительно меньше ассигнований, чем группа фон Брауна, также достиг значительных успехов в разработке управляемых жидкостных ракет. Американский инженер начал свои разработки в 1932 г., установив на ракету гироскоп диаметром 10,2 см с осью вращения, совпадающей с продольной осью ракеты. Гироскоп сохранял вертикальное направление оси вращения, и когда ракета отклонялась на 13° от вертикали, электрические контакты включали устройство, приводящее в действие один из четырех аэродинамических рулей и одновременно один из четырех металлических дефлекторов, вводившихся в струю истекающих газов. В результате заданное положение оси ракеты восстанавливалось.
Первый запуск управляемой ракеты был осуществлен Годдардом 19 апреля 1932 г. Хотя ракетный двигатель при запуске выключился и ракета поднялась только на 40 м, после падения ракеты на Землю было установлено, что управляющие дефлекторы работали, поскольку они оказались нагретыми.
| Внизу. Одна из управляемых ракет Р. Годдарда, построенная в 1934—1935 гг. Показаны камера сгорания, сопло и рулевая система для управления движением. | |
 | |
В последующие годы Годдард разработал новые ракеты с автоматической стабилизацией. Одна из его ракет, запущенная 8 марта 1935 г., имела маятниковое устройство, которое давало сигналы на включение органов управления, когда ось ракеты отклонялась более чем на 10° от вертикали. Ракета достигла скорости более 1100 км/ч и пролетела 2700 м. Позже в том же месяце ракета Годдарда длиной 4,5 м достигла высоты 1460 м и пролетела 4000 м со средней скоростью 885 км/ч. В ней использовались гироскоп и газовые рули. Летом 1937 г. Годдард испытал ракету с кардановой подвеской двигателя.
Огромные успехи в развитии ракетной техники связаны с применением жидких топлив, которые К. Э. Циолковский предложил еще в конце 19-го столетия. Ракеты на жидком топливе можно разделить на два основных класса: 1) ракеты, использующие двухкомпонентное топливо, в которых горючее и окислитель хранятся раздельно и смешиваются при поступлении в камеру сгорания; 2) ракеты, использующие однокомпонентные топлива, в которых горючее и окислитель объединены в одном веществе. К последнему классу относятся все твердые ракетные топлива, но существуют также и жидкие однокомпонентные топлива.
Компоненты жидких топлив подаются из баков в камеру сгорания либо под действием давления вытеснительного газа, либо с помощью насосов. Двухкомпонентные жидкие топлива имеют более высокие энергетические характеристики по сравнению с твердыми топливами. Они обладают также тем преимуществом, что тягу двигателей на жидких топливах можно довольно просто регулировать путем изменения их расхода гидравлическими дроссельными устройствами. Однако, как быстро обнаружили пионеры ракетной техники, при работе двигателей на жидких топливах довольно часто наблюдались прогары стенок камеры сгорания и сопла. Чтобы решить эту проблему, первые экспериментальные образцы двигателей снабжались водяными рубашками охлаждения. Но позднее было предложено регенеративное охлаждение, когда часть горючего поступает в рубашку охлаждения, протекает вдоль стенок камеры сгорания сопла, снимая тепловые потоки, а затем поступает в камеру сгорания, где смешивается с окислителем.
| Окислитель | Горючее | Вытеснительный газ | |||
| Продукты сгорания | Вода | Элементы конструкции |
 1 Первый проект космического корабля Циолковского, 1903 г. Топливо — жидкий водород и жидкий кислород. Герметичная кабина и газовые рули для управления вектором тяги. 2 Проект Циолковского, 1914 г. Развитие концепции 1903 г. Особенность проекта — применение двухстенной конструкции, герметичной кабины и газовых рулей для управления вектором тяги. 3 Один из эскизов ракеты Циолковского, 1915 г. Показаны пусковые клапаны жидкого кислорода и жидкого водорода. |  |  4 Проект Годдарда, 1926 г. Первая жидкостная ракета (топливо - жидкий кислород и бензин), совершившая полет. Спиртовая горелка, расположенная между баками, предназначалась для ускорения испарения жидкого кислорода. Через шланг, который отсоединялся в момент старта, производилась подпитка бака жидким кислородом. Поплавковые пробковые клапаны, свободно пропуская газы, предохраняли трубопроводы от попадания в них жидких компонентов топлива. Подача горючего и окислителя в воспламенитель регулировалась игольчатыми клапанами. | 5 «Кегельдюзе» (конический двигатель) Оберта, 1929—1930 гг. Один из первых экспериментальных ракетных двигателей, разработанных в Обществе межпланетных сообщений. Двигатель, работавший на жидком кислороде и бензине, состоял из двух частей, стянутых болтами. На основе этого двигателя была разработана серия ракет «Мирак». |
 | 6 «Модель В» — проект двухступенчатой исследовательской ракеты Оберта, которая стимулировала развитие ракетостроения в Германии. Эта ракета имела стабилизирующие рули. Топливо первой cтупени - смесь спирта с водой и жидкий кислород (спирто-водная смесь также использовалась для охлаждения камеры сгорания и горловины сопла). Топливо второй ступени — жидкий кислород (в тороидальном баке) и жидкий водород (в носовом конусе). 7 Ракетные двигатели Валье, В. Риделя и Рудольфа 1930—1931 гг. Топливо — смесь дизельного топлива с водой и жидкий кислород. Вверху — двигатель имел форсуночную головку с мелкими круглыми отверстиями. Нерегулируемое горение было причиной фатального взрыва. Внизу - усовершенствованая Рудольфом форсуночная система с кольцевыми щелями обеспечившая более равномерное распыление топлива. Полная длина двигателя 40 см. |  8 Ракета Хюккеля-Винклера HW-1, совершившая в феврале 1931 г. первый полет в Европе. Топливо — жидкий кислород и жидкий метан. 9 HW-2, 1932 г. Более совершенная ракета, снабженная стабилизаторами. Ее особенность — применение электроискрового воспламенения после открытия клапанов жидкого кислорода и метана. Ракета взорвалась на пусковом столе. Длина 1,9 м. диаметр 40 см. |
 10 «Мирак-1», 1930 г. Первая из серии ракет на двухкомпонентном топливе, разработанных К. Риделем и Небелем (Общество межпланетных сообщений). Топливо — жидкий кислород — бензин, вытеснительный газ — углекислота. 11 «Мирак-3», 1931 г. Усовершенствованный проект с камерой сгорания, окруженной рубашкой, наполненной водой. Вытеснительный газ для бензина - азот; показан предохранительный клапан в верхней части бака окислителя. 12 Экспериментальный двигатель Зенгера, 1931— 1932 гг. Испытанный на стенде, двигатель отличался тем, что горючее (легкое нефтяное масло) подавалось в камеру сгорания диаметром 5 см насосом через охлаждающую рубашку. Окислитель — газообразный или жидкий кислород. |  13 Двухстержневой «Репульсар», 1931 г. Образец летающей ракеты, созданный Обществом межпланетных сообщений на основе ракет «Мирак». Двигатель в головной части ракеты охлаждался водой и работал на бензине и жидком кислороде. Вытеснительный газ - СО2. |  |  14 Одностержневой «Репульсор» (1931 г.) с тандемной схемой топливных баков (бензинового и кислородного). Охлаждаемый водой двигатель размещен в головной части ракеты; вытеснительный газ — СО2. Возвращение ракеты на парашюте. 15 Ракетный двигатель ракеты «Репульсор». Вверху — охлаждаемый водой двигатель 1931 г., работающий на бензине и жидком кислороде. Внизу — охлаждаемый горючим двигатель 1932 г., работающий на тех же компонентах. |
 |  16 «ГИРД-Х» - первая советская жидкостная ракета, совершившая полёт 25 ноября 1933 г. после ракеты «ГИРД-09» Компоненты топлива - спирт и жидкий кислород (В ракете «ГИРД-09» использовались гибридное топливо - жидкий кислород и отвержденный бензин.) В разработке ракеты участвовал С. П. Королев. Вытеснительный газ — сжатый воздух, камера сгорания окружена рубашкой; охлаждение жидким кислородом. Двигатель ОР-2 Цандера развивал тягу 70 кгс. Длина ракеты 2,2 м, стартовая масса 29,5 кг. Достигла высоты ~80 м.17 Советские ракетные двигатели В. П. Глушко. Вверху — ОРМ-52, 1933 г. Топливо — керосин и азотная кислота, охлаждение регенеративное. Предназначался для ракет и морских торпед. Тяга 250— 310 кгс, масса 14,5 кг, длина 45 см. Внизу — ОРМ-65, 1936г. Топливо — керосин и азотная кислота; электроискровое зажигание. Предназначался для ракетоплана РП-318 и крылатой ракеты КР-212. Тяга 50—175 кгс, масса 14,3 кг, длина 46,5 см. 18 и 19 Ракеты А-3 (слева) и А-5 (справа), созданные в 1936—1939 гг.. Топливо — этиловый спирт и жидкий кислород; вытеснительный газ — азот. Особенность этих ракет — применение газовых рулей для управления вектором тяги. |  |
Удачный запуск ракеты А-4
Успешные запуски ракеты А-5 открыли дорогу крупной артиллерийской ракете А-4, которая была разработана группой фон Брауна по заданию Управления вооружений. Такое название было дано ракете, способной доставлять боевую головку массой 1 т на расстояние 275 км. Размеры ракеты выбирались из условия возможности транспортировки ее по железнодорожным туннелям Европы, это было главным фактором, определяющим ее характеристики. Вначале ракета А-4 не предназначалась для обстрела Лондона. Эта ее задача была определена позже по указанию немецкого верховного командования.
Двигатель ракеты А-4 развивал тягу 25 тс. Он работал на жидком кислороде и этиловом спирте и имел турбонасосный агрегат, приводимый в действие продуктами разложения перекиси водорода в присутствии катализатора — перманганата калия. Система управления ракеты была построена на основе трехосной гироплатформы; в качестве исполнительных органов использовались газовые и аэродинамические рули.
Первая попытка запуска А-4 весной 1942 г. вызвала большое разочарование. Ракета опрокинулась и взорвалась на старте. Ракета № 2 взлетела, преодолела звуковой барьер, но после 36 с отклонилась от курса и упала в 1300 м от старта. Запуск ракеты № 3 в августе 1942 г. закончился также неудачно, она разрушилась в воздухе. После проведения ряда доработок приборного отсека 3 октября 1942 г. из Пенемюнде была запущена четвертая ракета А-4. На этот раз полет ракеты был нормальным: достигнув высоты 85 км, она упала на Землю на расстоянии 190 км от старта.
Когда в сентябре 1944 г. начались атаки «Фау-2» на Лондон, геббельсовская пропагандистская машина возвестила миру о создании второго оружия возмездия (первым подобным оружием — «Фау-1» — была летающая бомба «Фи-103»).
 | |
| Вверху. Ракета А-4 (экспериментальный образец 10) при запуске с испытательного стенда в Пенемюнде в январе 1943 г. взорвалась на пусковом столе через 2,5 с после воспламенения. | Внизу. Немецкий подвижный пульт управления запуском на полугусеничном ходу транспортирует пусковой стол для «Фау-2». (Английская операция «Бэкфайр», Куксхафен, октябрь 1945 г.) |
 | |
 Вверху. Первая из трех ракет «Фау-2», запущенная в рамках операции «Бэкфайр». «Цель» была расположена в Северном море в 74 км северо-западнее Рингкёбинга (Дания). |
Крылатая ракета «Фау-2»
Стремление увеличить дальность ракеты А-4 преследовало двоякую цель. Одной было удовлетворение требований военных, вторая отражала энтузиазм группы проектантов в области космических полетов. Первым шагом являлась установка на ракете А-4 стреловидных крыльев и увеличенных аэродинамических рулей. Теоретически такая ракета в полете могла бы планировать на расстояние до 600 км.
Два экспериментальных полета крылатых ракет, названных А-4b, были произведены в Пенемюнде в 1944 г. Первый запуск был полностью неудачным. Вторая ракета успешно набрала высоту, однако при входе в атмосферу у нее оторвалось крыло. После окончания войны в Европе в 1945 г. офицеры разведывательной службы США были немало удивлены, обнаружив среди документов из Пенемюнде чертежи больших двухступенчатых ракет. На одном из чертежей была изображена ракета А-4 с крыльями, установленная в носовой части ускорителя, предназначенного для создания стартовой тяги, превышающей 180 тс. Это был проект А-9/А-10, который пенемюндская группа разработала в 1941—1942 гг. Ракета А-9 после отделения от первой ступени А-10 должна была пролететь около 5000 км, планируя в атмосфере. При обеспечении соответствующей тяги имелась возможность атаковать цели на Атлантическом побережье Америки со стартовых позиций, расположенных в Западной Франции или Португалии.
| Справа. Крылатая ракета А-4b на стартовом столе в Пенемюнде, 1944г. |  |
 Проект А-9/А-10 После отделения первой ступени на высоте 60 км неуправляемая крылатая ракета А-9 достигает скорости в конце активного участка около 10 000 км/ч. После прохождения вершины траектории и возвращения в плотные слои атмосферы с помощью аэродинамических рулей прекращалось пикирование, и последующее движение ракеты происходило в виде серии последовательных погружений в атмосферу. Такая схема полета позволяла рассеивать в окружающее пространство тепло, выделяющееся вследствие трения ракеты о воздух, и увеличить дальность полета до 5000 км, конечно, ценою снижения скорости у цели, А-4b имели стреловидные крылья и развитые поверхности руля высоты, увеличивающие предположительно их дальность на 250 км. На рисунке ракета А-9/А-10 сравнивается по размерам с ракетой «Меркурий-Атлас». |