Первушин Антон. Битва за звезды: Ракетные системы докосмической эры

Подождите немного. Документ загружается.

362

Глава 4

товленная фирмой «Консолидейтид-Валти» («Consolidated-

Vultee») по заказу ВВС США. Эта ракета, очень похожая на

«Фау-2», но имевшая несколько меньшие размеры (дли-

на — 9,75 метра, диаметр — 16 сантиметров) и трехперый

стабилизатор, выполненный в виде коробчатого змея. Она

предназначалась для тренировочных занятий стартовых рас-

четов и для опробования систем питания и наведения, но

могла быть использована и для исследования верхних слоев

атмосферы, поскольку ее потенциальный потолок состав-

лял 160 километров. Впервые она была запущена летом

1948 года.

Тогда же состоялся и первый запуск небольшой ракеты

«Нэйтив МХ-770А» («NATIV», сокращение от «North Ame-

rican Test Instrument Vehicle», что означает «Североамери-

канская опытная инструментальная система»), изготовлен-

ной фирмой «Норт Америкен» («North American»). Ее диа-

метр составлял 46 сантиметров, а высота - 505 сантиметров;

стартовый вес ракеты равнялся 560 килограммам. Носовой

части ракеты придана заостренная иглообразная форма По-

верхности управления прикреплены к четырем крестообраз-

но расположенным стабилизаторам. При пуске с вышки и

при помощи ускорителя на твердом топливе ракета «Нэй-

тив» могла подняться на высоту 15 километров.

Проект «Bumper». На самом деле под общим обозначе-

нием «Проект Гермес» проходило несколько конструктор-

ских программ, среди которых особое значение для амери-

канской космонавтики имел проект «Бампер» («Project

Bumper»).

Целью проекта «Бампер» было изучение вопросов созда-

ния многоступенчатых ракет, решение проблемы отделения

ступеней в ракетах с жидкостными двигателями, а также

подъем до максимально возможной высоты. Для достиже-

ния этой цели была создана двухступенчатая ракета «Бам-

пер-ВАК» («Bumper-WAC»). Первой ступенью служила мо-

дифицированная ракета «Фау-2», второй — «ВАК-Корпорал».

Как мы уже отмечали выше, запуски ракет «Бампер-ВАК»

некоторые историки считают первым шагом человечества в

космос, что безусловно является величайшим достижением

американских конструкторов. А по мне так именно проект

«Бампер» — самое красноречивое свидетельство отставания

США в ракетной гонке. Достаточно взглянуть на саму раке-

ту: вторая американская ступень кажется смешной и лиш-

ней на фоне первой ступени, созданной в Третьем рейхе.

Первые шесть пусков ракет «Бампер-ВАК», начиная с

первого, состоявшегося в мае 1948 года, были произведены с

полигона Уайт Сандс. Лишь пятый из них закончился дости-

жением рекордной (космической) высоты. Этот запуск со-

стоялся 24 февраля 1949 года Уже через минуту после

старта ракета «Бампер-ВАК» достигла высоты около 36 ки-

лометров и развила скорость примерно 1600 м/с. Здесь

«ВАК-Корпорал» отделилась от «Фау-2» и продолжила подъ-

ем, значительно увеличив скорость. Через 40 секунд после

включения своего двигателя «ВАК-Корпорал» летела уже со

скоростью примерно 2,5 км/с. Пустая ракета «Фау-2» внача-

ле поднялась еще выше (до 161 километра), а затем начала

падать. Когда через 5 минут после старта «Фау-2» разбилась в

пустыне в 36 километрах севернее стартовой позиции, раке-

та «ВАК-Корпорал» продолжала набирать высоту. Ракета

поднималась еще около 90 секунд. Высота в 402 километра

(по другим данным — 392,6 километра) была достигнута че-

рез 6,5 минуты после старта.

«Бампер-ВАК» представляла собой гибрид из двух плохо

совместимых систем, а потому ее конструкция была очень да-

лека от совершенства. Теоретически вторая ступень должна

была отделяться точно в момент израсходования нижней сту-

пенью всего запаса топлива. В действительности же осущест-

вить это было невозможно, так как ускорение ракеты «Фау-2»

в последние секунды работы ее двигателя значительно превы-

шало возможное начальное ускорение второй ступени, то есть

ракеты «ВАК-Корпорал». Следующей проблемой являлось

воспламенение топлива в двигателе второй ступени. Обычно в

ракете «ВАК-Корпорал» оба топливных компонента переме-

шиваются непосредственно в двигателе и воспламеняются

самопроизвольно на высоте нескольких тысяч метров над

уровнем моря, где давление окружающего воздуха еще близ-

ко к нормальному. Но на высоте 30 километров, где происхо-

дит отделение второй ступени, давление окружающего возду-

Гонка за лидером 363

364

Глава 4

Старт ракеты «Bumper-WAC»

ха фактически отсутствует. Это может привести к тому, что

поступающее в камеру сгорания топливо быстро испарится и

произойдет взрыв. Для того чтобы этого не случилось, в сопле

двигателя устанавливается герметизирующая диафрагма, ко-

торая разрывается при запуске двигателя.

Ракеты № 8 и 9 по программе пусков предназначались

для проведения специального эксперимента, которым был

«торжественно открыт» новый испытательный полигон во

Флориде. Уже давно признавалось, что полигон Уайт Сандс

стал тесен для ракетчиков: расстояние от стартовой позиции

на нем до района падения снарядов не превышало половины

дальности ракеты «Фау-2». Ракетный полигон большей про-

тяженности можно было найти только на берегу океана.

В мае 1949 года были начаты переговоры с английским

правительством о том, чтобы создать станции наблюдения и

слежения на Багамских островах. Одновременно для строи-

тельства стартовых позиций был выбран мыс Канаверал на

восточном побережье Флориды.

Однако для первых испытаний, проводившихся на мысе

Канаверал по проекту «Бампер», надобности в пунктах на-

блюдения на Багамских островах не возникло. Ракеты запус-

кались на сравнительно небольшую дальность. Основной це-

лью этих запусков был вывод ракеты «ВАК-Корпорал» на

максимально пологую траекторию.

Первый старт ракеты с мыса Канаверал был намечен на

19 июля 1950 года, но график подготовки запуска оказался

сорван и его отложили. 24 июля испытание повторили со

второй ракетой. На этот раз все прошло хорошо: ракета под-

нялась, как было намечено, и быстро исчезла в тонкой пеле-

не перистых облаков. Достигнув высоты 16 километров, она

начала выходить на наклонный участок траектории, чтобы

продолжить полет в горизонтальной плоскости. В это же

время ракета «ВАК-Корпорал» отделилась от первой ступе-

ни, которая медленно снизилась и была подорвана на высоте

5 километров. Обломки «Фау-2» упали в море на расстоянии

примерно 80 километров от стартовой позиции. Ракета

«ВАК-Корпорал», слишком маленькая для того, чтобы нести

на себе приборы и подрывной заряд, упала в море в 320 ки-

лометрах от мыса Канаверал.

Гонка за лидером 365

366

Глава 4

«Redstone» на старте. Запуски по программе «Бампер»

доказали необходимость создания новых составных (много-

ступенчатых) ракет. Только с их помощью можно было вый-

ти на уровень «космических» высот.

Пока же таких ракет не было, приходилось обходиться

тем, что есть. Довольно необычную составную ракету приду-

мал доктор Джеймс Ван Аллен. Он предложил производить

запуск небольшой ракеты «Дикон» («Deacon») с высоты в

20 километров. В качестве средства доставки ракеты на та-

кую высоту можно было использовать пластмассовые воз-

душные шары «Скайхук» («Skyhook»).

Первый «Рокун» («Rockoon» образовано от словосочета-

ния «Balloon-launched rocket»), как стала называться эта

комбинация ракеты с воздушным шаром, был запущен

29 июля 1952 году с катера береговой охраны «Истуинд» у

берегов Гренландии. Пусковая цепь ракеты замыкалась ба-

рометрическим реле, когда давление окружающего воздуха

падало до заданного уровня (это происходило приблизитель-

но через час после запуска воздушного шара). Такой способ

запуска позволял ракете «Дикон» подняться на высоту свы-

ше 80 километров.

Вторая серия экспериментальных пусков «рокунов» была

осуществлена в Тихом океане примерно в 300 милях к

юго-западу от Сан-Диего (Калифорния) во второй половине

июля 1956 года. Кораблем-маткой на этот раз служил аме-

риканский военный корабль «Колониэл», сопровождаемый

эсминцем «Перкинс», который обеспечивал радиолокацион-

ное слежение за ракетой. Целью этих запусков было иссле-

дование ультрафиолетового и рентгеновского излучений

Солнца при периодических вспышках.

Результаты, полученные при запуске первого «рокуна»,

показали, что для исследования верхних слоев атмосферы

могут быть использованы и более крупные ракеты, чем «Ди-

кон». Это привело к созданию целой серии двухступенчатых

ракет с двигателями на твердом топливе: «Найк-Дикон»

(«Nike-Deacon»), «Найк-Кэджун» («Nike-Cajun»), «Найк-

Аякс» («Nike-Ajax») и другие.

Первые комбинированные ракеты «Найк-Дикон», изве-

стные больше под названием «DAN», были готовы для запус-

ка летом 1955 года. Две из них запустили на испытательной

станции в Уоллопс-айленд в примерно одинаковых условиях,

за исключением того, что ракета № 1 имела полезную на-

грузку весом 15,5 килограмма, а ракета № 2 — 17,5 кило-

грамма Запущенная под углом в 75° ракета № 1 достигла

максимальной высоты 108 километров, а ракета № 2 подня-

лась до 107 километров. В основании носового конуса второй

ступени ракеты «Найк-Дикон» помещался сферический ак-

селерометр, поджатый пружинами; носовой конус и акселе-

рометр соединялись с корпусом ракеты с помощью коль-

ца-держателя. На высоте 55 километров это кольцо подры-

валось специальным зарядом, и нижняя прркина (более

сильная) выталкивала акселерометр вместе с носовым кону-

сом вперед по ходу ракеты. Сразу после этого более слабая

верхняя пружина отделяла акселерометр от носового конуса.

Если бы двигатели обеих ступеней ракеты «Найк-Дикон»

запускались так же, как в ракете «Бампер», то вторая ступень

имела бы скорость более высокую, чем оптимальная. Чтобы

избежать этого, в работе двигателей была предусмотрена пау-

за между концом работы двигателя первой и началом работы

второй ступени. В силу этого движение ракеты после отделе-

ния ускорителя замедлялось, и она могла преодолевать плот-

ные слои атмосферы на сравнительно небольшой скорости.

Тем самым снижалась максимальная температура нагрева об-

шивки носового конуса и кожуха двигателя и уменьшалось

аэродинамическое сопротивление. Предварительными расче-

тами было определено, что оптимальная продолжительность

паузы, во время которой вторая ступень по инерции продол-

жала набирать высоту, должна составлять 10-14 секунд. Для

Комбинированная ракета «Nike-Deacon»

Гонка за лидером 367

368

Глава 4

Запуск ракеты «Nike-Deacon»

этого во второй ступени (собственно ракета «Дикон») был

применен электрический пиропатрон с номинальной задерж-

кой воспламенения порядка 15,5 секунды для обеспечения

12-секундной паузы после окончания работы двигателя пер-

вой ступени, продолжавшейся 3,5 секунды. Хотя расчетная

точность времени задержки воспламенения пиропатрона не

превышала 1 секунды, при первом действительном пуске ра-

кеты «DAN» пауза продолжалась около 17 секунд. Соответст-

венно во время испытаний второй ракеты «DAN» задержка

воспламенения была сокращена до 13,5 секунды, благодаря

чему паузу удалось уменьшить до 12,8 секунды.

Ракету «Найк-Кэджун», во многом похожую на ракету

«Найк-Дикон», можно рассматривать как результат развития

последней. Первая ступень ее представляла собой ускоритель

ракеты «Найк», вторая — ракету «Кэджун», которая отлича-

лась от ракеты «Дикон» только более совершенным топли-

вом. Первая ракета «Найк-Кэджун» была запущена с базы

Уоллопс-айленд 6 июля 1956 года. Запуск осуществлялся под

углом 75° к вертикали; стартовый вес несколько превышал

705 килограммов, вес второй ступени был равен 116 кило-

граммам, вес полезной нагрузки — 23 килограмма. Через

Гонка за лидером

369

3,3 секунды после старта ракета уже достигла высоты

1600 метров и двигалась со скоростью, в три раза превышаю-

щей скорость звука. Через 12,3 секунды после отделения уско-

рителя скорость второй ступени уменьшилась на одну треть,

но ракета уже поднялась на 8600 метров. В этот момент

включился двигатель ракеты «Кэджун», проработавший в те-

чение 3 секунд, за которые ракета успела достичь высоты

11,9 километра и развить скорость, в 5,7 раза превышающую

скорость звука. Через 175 секунд после отделения ускори-

теля ракета упала в океан, достигнув максимальной вы-

соты 130 километров и покрыв расстояние по прямой более

142 километров.

По заказу ВМС США фирма «Купер Девелопмент» раз-

работала одноступенчатую высотную ракету «ASP» (сокра-

щение от «Atmospheric sounding projectile») с двигателем на

твердом топливе. Стартовый вес ракеты «ASP» составлял

111 килограммов, конечный вес равнялся 43 килограммам.

Опытные пуски ракет «ASP» проводились на полигонах в

Пойнт-Мугу и Уайт Сандс, причем пуск большей частью осу-

ществлялся под углом 30° для получения полных баллистиче-

ских данных. Используя ракету «ASP» в системе «рокун»,

можно было бы поднять ее на высоту 195 километров с по-

лезной нагрузкой в 11,5 килограмма или на высоту 152 ки-

лометров с полной нагрузкой в 23 килограмма. С ускори-

телем «Найк» ракета «ASP» («Nike-ASP») при полезной на-

грузке в 11,5 килограмма должна была достичь высоты

259 километров при условии нормальной задержки воспла-

менения топлива в двигателе второй ступени.

21 сентября 1956 года с полигона Уоллопс-айленд стар-

товала еще одна новая ракета — «Террапин» («Terrapin»),

Схема ракеты «Nike-ASP»

370

Глава 4

спроектированная Университетом штата Мэриленд совмест-

но с фирмой «Рипаблик авиейшн» («Republic aviation») под

руководством доктора Фрэда Зингера. Вторая ступень этой

ракеты с двигателями на твердом топливе достигла высоты

128 километров и упала в море через 5 минут 36 секунд

после старта. Ракета имела длину 4,57 метра и максималь-

ный диаметр - 158 миллиметров. Стартовый вес раке-

ты - 102 килограмма, а вес научной аппаратуры - 2,7 кило-

грамма.

В конце 1957 года была запущена четырехступенчатая

сверхзвуковая опытная ракета «HTV». Она состояла из двух

ускорителей ракеты «Найк» (первые две ступени), 137-сан-

тиметровой ракеты «Т-40» на твердом топливе (третья сту-

пень) и 183-сантиметровой ракеты «Т-55» (четвертая сту-

пень). Общая длина всей ракеты равнялась 10,87 метра, а

ее стартовый вес — 1270 килограммов. Пауза после оконча-

ния работы двигателя первой ступени продолжалась 11 се-

кунд, второй ступени — 5 секунд, третьей ступени - 2 секун-

ды. Максимальная скорость четвертой ступени на высоте

25,5 километра превышала скорость звука в 10,4 раза, а

максимальная высота подъема составляла около 305 кило-

метров.

В это же самое время группа инженеров из Пенемюнде,

руководимая Вернером фон Брауном и обосновавшаяся в

Хантсвилле (Алабама), работала над созданием многоступен-

чатых баллистических ракет для Редстоунского арсенала ар-

мии США.

Ракета «Редстоун» («Redstone»), называемая также «Юпи-

тер-А» («Jupiter А»), являлась прямым «потомком» ракеты

«Фау-2». Она во многом походила на свой прототип. В качест-

ве топлива в ней тоже применялись этиловый спирт и жид-

кий кислород. Центробежный турбонасос подачи топлива

приводился в действие путем разложения перекиси водорода.

Управление также осуществлялось с помощью четырех гра-

фитовых газовых рулей, помещенных в потоке истекающих

газов. Мало отличий имелось и у пускового стола ракеты; из

комплекса наземного оборудования ракеты «Редстоун» был

исключен только грунтовой лафет для перевода ее из

горизонтального положения в вертикальное. Ракета снима-

лась с тележки транспортера и устанавливалась прямо на пус-

ковой стол с помощью длинной стрелы крана. Отделение го-

ловной части ракеты, в которой были заключены боевая часть

и приборный отсек, от остальной части ракеты происходило

на нисходящей ветви траектории.

Дальность полета ракеты «Редстоун» составляла при-

мерно 320-400 километров. Поскольку эта ракета имела

значительно большие габариты, чем ракета «Фау-2» (дли-

на — 21,2 метра, диаметр — 1,8 метра, размах стабилизато-

ров — 4,4 метра, стартовый вес — 18 000 килограммов, тяга

ракетного двигателя при старте — 29500 килограммов), бо-

евая часть должна была весить не менее 5 тонн. Большая

полезная нагрузка делала ракету «Редстоун» почти идеаль-

ным ускорителем — вернее, первой ступенью — для весьма

сложных и тяжелых опытных многоступенчатых ракетных

систем. Например, она могла бы нести многоступенчатую

систему связок ракет на твердом топливе, и надо сказать,

что этот эксперимент не замедлил состояться. Вечером

20 сентября 1956 года с помощью ракеты «Редстоун»

№ 27 на испытательном полигоне мыса Канаверал была

поднята система ракет на твердом топливе. Вторая ступень

этой системы (ракета «Редстоун» была первой ступенью)

представляла собой связку из четырех ракет на твердом

топливе — уменьшенные ракеты типа «Сержант» («Serge-

ant»), получившие название «Сержант-Бэби» («Sergeant-Ba-

by»). Третьей ступенью системы являлась одна ракета

«Сержант-Бэби».

Так как ракета «Редстоун» была жидкостной ракетой с

небольшим ускорением, задержка воспламенения в двига-

теле второй ступени не была нужна. Система показала

на летных испытаниях следующие результаты: первая сту-

пень упала в 160 километрах от стартовой позиции, вторая

ступень (связка пороховых ракет) упала на расстоянии

614 километров от точки старта, а третья ступень была

найдена в 5310 километрах. Эта последняя достигла вы-

соты 1096 километров. В том запуске описанная систе-

ма, получившая название «Юпитер-С» («Jupiter С»), по-

била рекорд высоты, установленный ранее ракетой «Бам-

пер-ВАК» № 5.

Гонка за лидером 371