17. Опыты с новыми ракетами

От теоретических рассуждений перейдем наконец к практике. Достигнуто ли что-нибудь фактически в области осуществления смелых замыслов теоретиков звездоплавания? Да, достигнуто, – немногое, правда, но все же начальные практические шаги на пути к завоеванию мирового пространства уже сделаны, и притом вполне успешно.

Первые экспериментальные работы относились еще к пороховым ракетам, которые должны были служить целям звездоплавания. В 1919 г. профессор физики Вустерского университета (Калифорния) Роберт Годдард опубликовал отчет о своих исследованиях ракет. Работы его открывают собою новую главу в истории ракетного летания. Американский ученый добился того, что устроенные им ракеты использовали не 2 % энергии пороха, как все прежние, а в 31 раз больше – 62 %.

Рис. 35. Приспособление Годдарда для исследования работы небольшой пороховой ракеты

Рис. 36. Одна из составных ракет Годдарда в разрезе.

F – головная часть, вращающаяся благодаря вытеканию газов из косых отверстий I и E, С – заряд меньшей ракеты, D – ее дюза, A – большая ракета с зарядом В и дюзой

Благодаря целесообразно подобранной форме ракетного сопла пороховые газы, вытекающие из ракеты, имели скорость 2300–2400 м/сек. Материалом для сопла служила хромоникелевая сталь.

Ракета получила устойчивость в полете благодаря вращающейся головке, которая приводилась в движение струями газов, вытекающих из ее косых каналов; головка ракеты играла роль волчка, который, как известно, стремится сохранить неизменным положение оси своего вращения.

Третье усовершенствование, введенное Годдардом в устройство ракет, заключается в осуществлении идеи ступенчатости. Сущность ее состоит в том, что ракета делается составной из нескольких отдельных ракет; зажигаются они, – конечно, автоматически, – одна после другой, по мере расходования заряда предыдущей; отработавшие ракеты автоматически же сбрасываются, чтобы не служить мертвым грузом.

О некоторых результатах своих опытных работ проф. Годдард рассказал в популярной заметке, напечатанной им в одном американском журнале. Читателю небезынтересно будет познакомиться с ней.

ПОЧЕМУ РАКЕТА ЛЕТИТ В ПУСТОТЕ («POPULAR SCIENCE MONTHLY», 1924)

«При обсуждении проекта ракеты, предназначенной для высоких подъемов, немало сомнений вызывает возможность для ракеты двигаться в почти пустом пространстве: возражают, что извергаемым газам в пустоте „не от чего оттолкнуться“. Однако, вопреки распространенному мнению, взрывание в пустоте производит на ракету большее действие, нежели в воздухе. А если бы воздух был значительно плотнее, то взрыв не давал бы и вовсе никакого эффекта. На самом деле, единственное, что заставляет ракету двигаться вперед – это газы, вытекающие из ее трубки. Если мальчик, стоя на роликовых коньках, бросит какой-нибудь груз назад, он будет сам откинут вперед; и чем быстрее брошен груз, тем больший толчок вперед испытает бросающий. В пустоте газы из ракеты вытекают скорее, и потому ракета в пустом пространстве должна двигаться еще быстрее, чем в воздухе. Известно, что при взрыве патрона в револьвере происходит отдача. В аппарате, изображенном на рис. 38, разряжается холостой патрон револьвера, могущего вращаться вокруг оси: под колоколом воздушного насоса можно убедиться, что отдача происходит в пустоте. Когда же патрон взрывается в пространстве, где воздух настолько сгущен, что пороховые газы вытекать не могут, револьвер не испытывает отдачи.

Рис. 37. Когда мальчик, стоя на роликах, отбрасывает гири назад, тело его увлекается вперед

Рис. 38. Опыт Годдарда с выстрелом в безвоздушном пространстве

Чтобы подтвердить сказанное, я зажигал ракету так, что газы устремлялись в резервуар, где воздух разрежен в 1500 раз.

Ракета C (рис. 39) отягчена свинцовой муфтой L и подвешена к пружине S. При взрыве пороха в ракете газы вытекают вниз, а сама ракета отбрасывается вверх, отмечая величину поднятия чертой на закопченной стеклянной пластинке G. По величине поднятия ракеты можно определить силу, приводящую ее в движение. Газы врываются в пустую кольцевую трубку (рис. 40).

Результаты 50 опытов показали, что сила, увлекающая ракету в пустоте, на 20 % больше, чем в воздухе обычной плотности».

Рис. 39. Испытательная ракета Годдарда в разобранном и собранном виде

После этих остроумно выполненных опытов не может оставаться никаких сомнений в том, что газы ракеты способны двигать ее даже в совершенно пустом пространстве. Наряду с экспериментальными работами Годдард разработал и теорию ракетного движения, независимо от предшествовавших исследований Циолковского, с которыми американский ученый не был знаком. Он ясно сознавал, каким могущественным орудием для исследования Вселенной может со временем служить ракета, и писал о проекте посылки ракеты на Луну. Это дало повод в 1924 г. американской печати сообщить сенсационное известие о том, что Годдард назначил летом упомянутого года отправление первой лунной ракеты. На мой телеграфный запрос по этому поводу Годдард ответил, что недостаток средств лишает его возможности осуществить подобные далеко идущие замыслы. Впрочем, шумиха, поднятая прессой, имела и свою хорошую сторону, так как привлекла внимание широких масс к проблемам звездоплавания.

Рис. 40. Трубка, куда вырывались газы ракет при опытах Годдарда

Работы Годдарда не остановились на этом этапе. Он перешел к экспериментированию над ракетами с жидким зарядом и достиг здесь безусловного успеха. В июле 1929 г. им была пущена – впервые в истории ракетного дела – ракета, заряженная жидким горючим. Она имела в длину около 3 м, а в поперечнике – 80 см. Подожженная ракета ринулась ввысь с таким оглушительным грохотом, что внушила уверенность в катастрофической неудаче опыта. Газеты – при полном молчании изобретателя – оповестили мир, что ракета Годдарда взорвалась в момент отлета. Лишь спустя некоторое время американский физик счел возможным объявить, что испытание ракеты прошло вполне успешно: механизм работал исправно, горение – несмотря на громоподобный шум – протекало нормально, и парашют, автоматически отделившийся от ракеты в момент достижения ею наибольшей высоты (300 м), благополучно доставил на Землю те приборы, которые несла с собой ракета (в их числе фотоаппарат и барометр-самописец). Но каково было устройство его ракеты, он не сообщает. Далее он говорит:

«Что касается вопроса о том, через сколько времени может состояться успешная отсылка ракеты на Луну, то я считаю это осуществимым еще для нынешного поколения: сделанный мною удачный пробный подъем ракеты на небольшую высоту показал мне, как подобная (межпланетная) ракета должна быть устроена для успешного действия. Жидкие водород и кислород, необходимые в качестве горючего для такой ракеты, могут быть использованы тем же путем, как это сделано было мною в этом опыте. Я верю также в осуществимость океанских перелетов с огромной скоростью в разреженном воздухе больших высот. Обыкновенные самолеты неспособны выполнить подобный перелет, так как авиамотор не может работать в разреженном воздухе. Ракета же летит в такой среде еще лучше, чем в более плотной».

Рис. 41. Паровая самодвижущаяся повозка – прообраз ракетного автомобиля (проект, приписываемый Ньютону)

Скудость сведений о работах Годдарда объясняется тем, что они ведутся частью по заданиям военного ведомства, вследствие чего результаты их держатся в секрете. Ракета высокого подъема несомненно может служить страшным военным оружием. Полковник Ноордунг, автор немецкой книги «Проблема перелетов в мировом пространстве», пишет по этому поводу следующее:

«Дело идет здесь об обстреле крупных мишеней, каковы неприятельские главные города, промышленные районы и т. п. Если подумать о том, что при подобном обстреле заряды в несколько тонн могут быть перенесены ракетами совершенно безопасно через огромные расстояния к целям, расположенным в глубоком тылу; что ни один участок тыла не может быть обеспечен от подобной бомбардировки; что против нее нет никаких средств обороны – то станет ясно, каким могущественным оружием может явиться ракета».

В другом направлении велись в 1928 и 1929 гг. опыты в Западной Европе: автомобильный фабрикант Фриц Опель вместе с инженером-пиротехником Зандером приспособили ракету в качестве двигателя автомобиля. Построенные по этому принципу (в начале 1928 г.) автомобили имеют в задней части батарею из 1–3 дюжин толстостенных пороховых ракет, зажигаемых последовательно, по две, с помощью электрического запала.

Отверстия ракет обращены назад, вследствие чего при их взрыве автомобиль увлекается вперед.

Рис. 42. Ракетоплан (крылатая ракета) близкого будущего

Рис. 43. Ракетный автомобиль при старте. Боковые крылья служат для прижимания корпуса к земле давлением воздуха

Испытание автомобилей этого типа показало, что ракеты способны не только приводить экипаж в движение, но и сообщать ему весьма значительную скорость – до 220 км/час. Скорость эту конструкторы надеялись довести впоследствии до 400 км/час и более. Запас пороха в ракетах – 100 кг. Через 8 сек. от начала взрывания автомобиль уже несся со скоростью 100 км/час. Опыт с ракетной дрезиной (на рельсах) показал скорость 254 км/час, а с ракетными санями (1929 г.) – до 400 км/час.

Рис. 44. Сравнительная схема фейерверочной и современной ракеты на жидком горючем (по М. К. Тихонравову)

Рис. 45. Стартовое приспособление на Берлинском ракетодроме

Большой ошибкой, однако, было бы думать, что в ракетном автомобиле, дрезине или санях мы имеем прообраз самодвижущегося сухопутного экипажа будущего. При тех скоростях, которые допустимы в сухопутном транспорте, ракетный двигатель невыгоден – он переводит в полезную механическую работу слишком ничтожную долю энергии потребляемого горючего (около 5 %). Строители ракетного автомобиля сознавали это. «Хотя мы уже сейчас могли бы превзойти все до сих пор достигнутые скорости, – сказал Ф. Опель в речи, произнесенной при первом публичном испытании изобретения, – фирма отдает себе отчет в том, что ракетный агрегат, обещая для сухопутного транспорта небывалые, считавшиеся до сих пор немыслимыми достижения, представляет в нынешнем виде лишь переходную ступень к ракетному аэроплану, а впоследствии – к космическому кораблю. Мы уже теперь в состоянии отослать ракету без пилота в высшие слои атмосферы и убеждены, что в недалеком будущем нам удастся проникнуть и в пустыню мирового пространства». Эти слова выражают правильный взгляд на дело. Ракетный автомобиль – слишком расточительное изобретение.

Рис. 46. Подготовка к пуску жидкостной ракеты (на Берлинском ракетодроме)

Рис. 47. Обратный спуск жидкостной ракеты на парашюте после достижения высшей точки подъема

Рис. 48. Жидкостная ракета советского изобретателя М. К. Тихонравова

Будущее ракеты – не на земной поверхности, а в высших слоях атмосферы и за ее пределами – в мировом пространстве. Будущность имеет не ракетный автомобиль, не ракетный велосипед, не ракетные сани, не ракетная лодка, – а ракетный аэроплан (ракетоплан), могущий совершать полет в стратосфере с почти космической скоростью.

Первые шаги в деле создания аэроплана с ракетным двигателем уже сделаны. Совершался полет на планере с пороховыми ракетами (Штамер, 1928), на самолете с дюжиной ракет (Опель, 1929), на ракетном самолете (Эспенлауб, 1930, и Каттанео, 1931). Впрочем, это были не подлинные полеты, а кратковременные взлеты продолжительностью в 1–2 минуты. Для совершения более длительных полетов нужны такие запасы пороха, каких самолет не в состоянии поднять. Подлинный ракетоплан должен работать на жидком горючем. Отсюда очередная задача – создание ракетного двигателя с жидким горючим.

Рис. 49. Пуск жидкостной ракеты инж. Тихонравова. (С фотогр.)

В эту сторону направлены усилия изобретателей во многих странах, в том числе и в СССР. Я уже говорил об успешном, по-видимому, разрешении этой задачи американским физиком проф. Годдардом. Не менее плодотворны труды группы немецких инженеров, работающих на «ракетодроме», отведенном им под Берлином. Они построили и испытали ряд последовательно увеличивающихся моделей жидкостной ракеты: «Мирак I» (от слов «минимальная ракета», мирак), «Мирак II», «Мирак III», «Репульсор». Последняя модель совершила свой первый свободный подъем на ракетодроме 14 мая 1931 г., достигнув высоты 60 м; горючим служил бензин (0,3 литра), окислителем – жидкий кислород (1 литр). Дальнейшим улучшением конструкции и увеличением заряда высота подъема доведена была до 4 км.

Рис. 50. Проектируемая ракета инж. Л. К. Корнеева

Достигнув высшей точки подъема, немецкая жидкостная ракета автоматически раскрывает парашют и плавно опускается на землю совершенно неповрежденной; она может быть вновь заряжена и опять пущена – в отличие от пороховой ракеты, не допускающей многократного использования. На берлинском ракетодроме произведено было свыше сотни публичных демонстраций подобного рода. Скорость вытекания продуктов горения из сопла достигала 2200 м/сек.

В задачу этой книги не входит описание конструктивных подробностей; схемы устройства германских моделей читатель найдет в книгах наших советских инженеров-изобретателей ракетных аппаратов: С. П. Королева «Ракетный полет в стратосферу» и М. К. Тихонравова «Ракетная техника», где подробно рассмотрена техническая сторона дела. Не останавливаясь на трудах других, менее удачливых германских изобретателей (Валье, 1930; Винклер, 1931), перейду к работам в СССР.

Надо заметить, что устройство германских ракет известно нам не во всех подробностях; некоторые ответственные детали держатся изобретателями в секрете (отчасти за неимением средств получить на них патент). При таких условиях советским работникам ракетного дела пришлось самостоятельно придумывать конструкции моторов для ракетопланов и бескрылых ракет.

Рис. 51. Ракетная катастрофа. Взрыв ракеты пражского изобретателя Л. Оченазека

Разработкой вопросов ракетной техники занимаются у нас в порядке общественном – активисты Осоавиахима и Авиа-ВНИТО (Авиационного научно-инженерного общества) в Москве, Ленинграде, Горьком и в других городах Союза. При Ленинградском аэроклубе существует сектор реактивного движения. В Советском Союзе ракета, помимо целей обороны, должна служить прежде всего нуждам мирного социалистического строительства и – в первую очередь – научному исследованию стратосферы. Основной задачей является работа по созданию ракетного мотора, изыскание подходящих для него видов горючего, а также легких огнеупорных материалов и т. п.

В работу над ракетной проблемой вовлекаются изобретатели и активисты различных специальностей.

В марте 1935 г. в Москве состоялась первая Всесоюзная конференция по применению ракетных аппаратов для исследования высших слоев атмосферы.

Были заслушаны доклады на следующие темы:

– o достижениях ракетной техники, – инж. М. К. Тихонравова;

– o крылатых ракетах для полета человека, – инж. С. П. Королева;

– o применении ракет при старте самолетов, – инж. В. И. Дудакова;

– о горючем для жидкостных ракет, – В. П. Глушко;

– o динамике полета ракеты, – проф. В. П. Ветчинкина;

– об аэродинамической трубе для больших скоростей, – инж.

Ю. А. Победоносцева;

– o деятельности ракетных секций Осоавиахима в Москве (доклад И. Меркулова) и в Ленинграде (доклад инж. А. Н. Штерна).

Конференция постановила строить в 1935 г. крылатую ракету-лабораторию для полетов человека на небольших высотах, а также стратосферную ракету для научных исследований.

В системе Осоавиахима, как и в АвиаВНИТО, существует Стратосферный комитет, изучающий проблему овладения стратосферой, в частности с помощью ракетных аппаратов. По поручению Стратосферного комитета АвиаВНИТО инж. Л. К. Корнеевым разработаны проекты двух стратосферных ракет, рассчитанных на жидкое горючее.

Прибавим к сказанному, что, – как докладывалось на Всесоюзной конференции по изучению стратосферы в Ленинграде, – в 1933–1934 гг. в Москве была сооружена и испытана в полете до высоты 10 км жидкостная ракета (рис. 48 и 49).

Зондирование стратосферы ракетными аппаратами, несущими метеорологические самописцы, будет иметь огромное значение, так как никакими другими средствами невозможно достигнуть подобных высот. Стратостат ни при каком устройстве не сможет никогда подняться выше 40 км; рекордный подъем употребляемых теперь шаров-зондов – 36 км; радиозонды достигали несколько меньшей высоты.

Даже из приведенных в этой главе далеко не исчерпывающих сведений ясно, какими быстрыми темпами развивается на наших глазах ракетная техника. Я особенно живо ощущаю эту разительную перемену, когда перелистываю первое издание настоящей книги. Высказанная на его страницах в 1915 г. уверенность в неизбежном покорении мирового пространства ничем не могла быть тогда подкреплена, кроме чисто теоретических доводов. Теперь же, спустя всего двадцать лет, мы располагаем достаточными основаниями для глубокого убеждения, что дни великих триумфов ракетной техники уже недалеки.