В этот день… №2-23 (11-20 июня)
«Единственный способ определить границы возможного — это выйти из них в невозможное» — Второй закон Кларка. Пожалуй, большая часть истории ракетной техники связана с выходом в невозможное и успешно иллюстрирует этот «закон». И первый ракетоплан, и первая геофизическая ракета, да и некоторые элементы системы ориентации спутников-фоторазведчиков.
12 июня 1965 года — был принят на вооружение космический аппарат «Зенит-4» (СССР).
В 1963 году, практически после первых полётов «Зенита-2», в ОКБ-1 началась разработка нового спутника-разведчика «Зенит-4» (11Ф69), оснащённого фотоаппаратурой со значительно большим фокусным расстоянием (3 м) объектива, чем на «Зените-2». По требованию военных новый фоторазведчик должен был обеспечить улучшение разрешения до 1 м. Этого хватало, чтобы не только идентифицировать тип цели (например, танк или грузовик), но и определить его марку. Чтобы достичь желаемого, надо было увеличить фокусное расстояние оптики, начать производство мелкозернистой высокочувствительной плёнки, существенно повысить точность ориентации, исключив угловые колебания, и обеспечить идеальную синхронизацию с «бегом Земли», исключающую «смаз» кадра. В требованиях к спутнику был задан и увеличенный срок службы — не менее месяца.
Столь значительное расширение тактических возможностей нового спутника потребовало создания принципиально новой экономичной системы ориентации и навигации, поскольку традиционные микродвигатели обладали слишком большим расходом. Расчёты привели и к очень жёстким требованиям по точности этих систем. Новая система управления должна была обеспечивать форсированные развороты по крену на углы до 35° в каждую сторону, а затем и последующую трёхосную стабилизацию в этом положении с сохранением заданной точности.
В итоге была спроектирована уникальная для того времени гироскопическая система «Сфинкс», корректируемая по сигналам инфракрасной вертикали и имеющая в своём составе двухроторный гироорбитант и гирогоризонт. Несомненно, самой революционной новинкой были электродвигатели-маховики в качестве исполнительных органов высокоточной ориентации и электродвигатель программных разворотов. Система работала постоянно, создавая управляющие моменты. Микродвигатели использовались только на начальном этапе успокоения объекта и для разгрузки электродвигателей-маховиков. До разработки «Зенита-4» электродвигателей-маховиков не существовало в природе.
Другим интересным новшеством была замена жидкостной тормозной двигательной установки разработки ОКБ-2 А. М. Исаева твердотопливной, спроектированной в НИИ-125 под руководством Бориса Петровича Жукова. Кроме того, более массивный (6300 кг) спутник стал запускаться ракетой-носителем «Восход» (11А57) (обзор №1-28 11–20.10.2016).
Работы по проектированию «Зенита-4» в ОКБ-1 закончились в 1964 году выпуском технической документации и изготовлением технологических образцов, после чего С. П. Королёв настоял на передаче всего задела куйбышевскому филиалу. Первый «Зенит-4» полетел 18 мая 1964 года и был принят на вооружение 12 июня 1965 года. За период с 1964 года по 1970 год произведено 68 удачных запусков «Зенита-4», ещё четыре закончились авариями РН.
«Зениты» породили огромное семейство разведывательных и картографических спутников и космических аппаратов дистанционного зондирования Земли: «Зенит-4МК», «Зенит-4МКМ», «Зенит-6», «Зенит-6У», «Зенит-8», «Зенит-4МТ», «Фрам», «Ресурс Ф1», «Ресурс Ф1М», «Ресурс Ф2». Конструктивно-аппаратурная база использовалась спутникостроителями Д. И. Козлова для разработки линейки аппаратов научного назначения: «Энергия» и «Эфир», в рамках международной программы «Интеркосмос» и прикладного назначения: «Бион» и «Фотон», для медико-биологических и материаловедческих исследований и экспериментов.
Создание «Зенита-4» стало большим достижением. Но уже в 1964 году, то есть когда ещё только начинались его лётно-конструкторские испытания, ОКБ-1 С. П. Королёва, ОКБ-586 М. К. Янгеля и филиал №3 ОКБ-1 Д. И. Козлова получили задание улучшить характеристики разведывательных спутников. Дело в том, что в США появились космические фоторазведчики нового поколения. Новые американские спутники несли оптическую аппаратуру КН-7, обладавшую разрешением лучше одного метра и имели две капсулы для возвращения фотоплёнки на Землю. Но это уже другая история.
13 июня 1946 года — с полигона Уайт-Сэндс (шт. Нью-Мексико) стартовала первая «геофизическая» «Фау-2».
В конце июля 1945 года на испытательный полигон Уайт-Сэндс (White Sands) было доставлено 300 вагонов с агрегатами и деталями ракет «Фау-2». К тому времени уже был построен стенд для испытания полностью собранных ракет. Он располагался на обрыве холма и представлял собой прочную бетонную шахту с отверстием в нижней части для выпуска струи газов в горизонтальном направлении.
Программа испытаний предусматривала систематический запуск ракет «Фау-2» в среднем по две штуки в месяц. Различные научно-исследовательские институты, правительственные агентства и даже учебные институты имели задачу обеспечивать создаваемый ракетный центр бортовыми приборами и аппаратурой управления.
Проблема у американцев заключалась в том, что американские войска захватили в качестве трофеев не целиком собранные и готовые к пуску ракеты, а главным образом отдельные детали и агрегаты. Примерно 50 боеголовок были в хорошем состоянии, но для научных целей они оказались почти бесполезными из-за чрезмерной тяжести и отсутствия люков для установки приборов. По специальному заказу завод морских орудий изготовил новые головные части, в которых можно было размещать аппаратуру, а до этого учёным пришлось довольствоваться немецкими образцами. Имелось также 115 приборных отсеков, из которых больше половины оказалось в совершенно непригодном состоянии и требовало серьёзного ремонта. Кроме того, было вывезено 127 комплектов вполне исправных топливных отсеков, около 100 рам двигателей, большая часть которых находилась в хорошем состоянии, и 90 комплектов хвостовой части. Кроме того, американские инженеры получили около 180 трофейных кислородных баков и такое же количество баков для спирта, примерно 200 ТНА и 215 ракетных двигателей, из которых только половина исправна.
Первое огневое испытание ракеты «Фау-2» было проведено на полигоне Уайт-Сэндс 15 марта 1946 года. В апреле начались плановые пуски ракет, правда, не всегда успешные. Причины аварий были самые разные. Так, во время пуска 16 апреля 1946 года произошло разрушение стабилизатора ракеты из-за раскрашивания графитового газового руля. В июле того же года, на 27-й секунде полёта на высоте 5,5 км произошёл взрыв ракеты по причине возгорания масла в подшипнике кислородного насоса ТНА.
Что же касается первого полёта «Фау-2» с американскими приборами, то в этом случае всё обошлось. Ракета поднялась на высоту 117,7 км. Дальность полёта — 64 км. В этой миссии проводилось изучение солнечного излучения и замерялись параметры верхних слоёв ионосферы. Необходимое оборудование было создано специалистами Лаборатории Военно-морских сил США (NRL, Naval Research Laboratory). Заказчиком выступала компания «Дженерал электрик» (General Electric).
Так, с 13 июня 1946 года, помимо накопления статистики запусков и освоения трофейного опыта, началась эра исследования космоса (а 117 км это уже космическое пространство) с помощью ракетных технологий.
Подобные исследовательские программы и техника для их реализации разрабатывались в разных странах и раньше. В СССР по заказу Физического института им. П. Н. Лебедева Академии наук СССР (ФИАН), в 1943-1945 гг. была разработана ракета для подъёма приборов на высоту около 40 км. Проектные работы велись под руководством М. К. Тихонравова и П. И. Иванова. Ракета была составная (три пороховые последовательно отделявшиеся ракеты калибром 132 мм), длина со стартовой камерой 4230 мм. Стартовый вес 87,2 кг, вес последней ступени, достигавшей вершины траектории, 14,9 кг с приборами. Ракета должна была запускаться из станка, который имел направляющие длиной 10,5 м, и по расчёту достигать высоты 48 км при условии старта с высокогорной станции Академии наук СССР на Памире (высота около 4000 м) и 35 км при пуске с уровня моря.
В июне того же, 1946 года, под Ленинградом состоялись три опытных пуска стратосферной ракеты П. И. Иванова с аппаратурой ФИАНа, однако ракета не достигла требуемых высот. Исходя из этого и ввиду малой грузоподъёмности ракет, институт вынужден был отказаться от их дальнейшего использования.
В США осенью 1945 года была испытана ракета с ЖРД, предназначенная для исследования верхних слоёв атмосферы (мы ещё расскажем о ней). Но высота подъёма была не более 70 км, да и полезная нагрузка была незначительна. Так что полёт «Фау-2» 13.06.1946 был действительно пионерским и имел масштабное продолжение и не только в США.
20 июня 1939 года — первый полёт ракетоплана Не-176 (Германия).
Эрнст Хейнкель (Ernst Heinkel), один из первых немецких авиаконструкторов (его первый самолёт взлетел ещё в 1911 году), несмотря на возраст, был чуток ко всяческим техническим новациям. 17 ноября 1935 года он встретился с Вернером фон Брауном (Vernher von Braun), который предложил применить ЖРД на самолёте. Это позволило бы значительно увеличить скорость полёта вне зависимости от высоты. Разумеется, речь шла об экспериментальном проекте. В качестве самолёта-демонстратора для ракетного демонстратора был выбран истребитель Хейнкеля Не-112.
В начале 1936 года на Куммерсдорфском полигоне приступили к переоборудованию самолёта. Работы шли поэтапно — вначале проводились наземные огневые испытания. Шли они с переменным успехом. Ракетный двигатель «А-1», работавший на метиловом спирте и кислороде, имел тягу около 10000 Н, но был не доведён. На стадии наземных испытаний два фюзеляжа (крылья были сняты) были уничтожены взрывами двигателя.
Лётные испытания проводились также в строгой последовательности:
- взлёт Не-112 на поршневом двигателе;
- после набора высоты — выключение двигателя;
- включение ракетного двигателя и демонстрация лётных характеристик в режиме только ракетной тяги.
Весной 1937 года, перед первым полётом с работающим ЖРД, двигатель испытывали на земле, и вновь всё закончилось взрывом. При этом, лётчик-испытатель Эрих Варзиц (Erich Warsitz), находившийся в кабине между двумя баками с топливными компонентами, был выброшен из кабины, но отделался только ушибами.
Примерно через месяц лётные испытания продолжились. Варзиц взлетел на поршневом моторе, а затем включил наддув баков с ракетными компонентами (система подачи в ЖРД была вытеснительная) и запустил ракетный двигатель. Всего за несколько секунд скорость увеличилась на 100 км/час. После выключения двигателя по причине израсходования топлива, самолёт загорелся, но лётчику удалось посадить машину на аэродром. Через неделю самолёт восстановили и испытания продолжились.
На втором этапе лётных испытаний взлёт производился одновременно на поршневом и ракетном моторах. В июне 1937 года наступил последний этап — взлёт и полёт только с использованием ЖРД. И этот этап был успешно выполнен.
Технические результаты были довольно скромными — при собственной скорости Не-112 около 300 км/час удалось добиться максимальной скорости полёта 458 км/час. Кроме того, двигатель «А-1» имел существенный недостаток — невозможность регулирования силы тяги, что чрезвычайно затрудняло его использование в качестве основной силовой установки летательного аппарата.
Эти лётные испытания представляли только начало большой работы по созданию качественно нового оружия. Ещё в мае 1935 года майор Вольфрам фон Рихтгофен отправил по начальству своё обоснованное предложение о создании ракетного истребителя-перехватчика для борьбы с высотными бомбардировщиками. Так что не случайно в конце того же года Вернер фон Браун встретился с Эрнстом Хейнкелем.
Когда эксперименты с Не-112 завершились, Хейнкель поручил группе из шести конструкторов совершенно секретное задание — разработку экспериментального ракетного самолёта для достижения максимально возможной скорости. Ведущий конструктор самолёта — Вальтер Кюнцель (Walter Künzel), за аэродинамику отвечал Вальтер Гюнтер (Walter Günther). Гюнтер успел разработать схему и продуть модель до своей гибели в автокатастрофе 21 сентября 1937 года.
У двигателя «А-1» появился конкурент — ракетный двигатель «ТР-1» на перекиси водорода, разработанный Гельмутом Вальтером (Hellmuth Walter). В камере такого двигателя происходила бурная химическая реакция разложения перекиси водорода (компонент Т) при смешивании с катализатором — перманганатом (компонент Z). Выделяющийся парогаз истекал через сопло в окружающую среду. Такой двигатель работал дольше, имел возможность регулирования тяги, меньшие размеры и вес. Правда, регулятор тяги появился только на следующем двигателе этой серии — «ТР-2». В ряде источников утверждается что этот двигатель работал на двухкомпонентном топливе — метаноле и перекиси водорода.
Не-176 был небольшим самолётом с сильно зализанными аэродинамическими формами. Передняя часть фюзеляжа представляла собой целиком остеклённую и сбрасываемую кабину (такое решение предлагалось впервые в мире). В хвостовой части располагался двигатель «ТР-2» (тягой около 5000 Н), получивший официальное название «Walter HWK R.I.203». Самолёт имел убирающееся шасси. Без топлива машина весила 1570 кг, а в снаряжённом состоянии — 2 тонны. Максимальный диаметр фюзеляжа был лишь 0,8 м!
Первый полёт ракетоплана состоялся 20 июня 1939 года и продолжался 50 секунд. Скорость полёта составила 273 км/ч (вместо проектной 750 км/ч). Несмотря на все старания инженеров Не-176 так и не удалось разогнать выше скорости 346 км/ч. Потенциальных заказчиков Хейнкелю заинтересовать не удалось. Самолёт был отправлен в Авиационный музей Берлина, где он был уничтожен во время одной из бомбардировок союзников. Но Не-176 всё же вошёл в историю как первый в мире ракетоплан с ЖРД.
При подготовке материалов были использованы следующие источники:
- И. Б. Афанасьев, Д. А. Воронцов. Золотой век космонавтики: мечты и реальность. — М.: Фонд «Русские витязи», 2015.
- Дж. Хэмфрис. Ракетные двигатели и управляемые снаряды. — М.: «Издательство иностранной литературы», 1958.
- А. М. Первушин. Битва за звезды: Ракетные системы докосмической эры. — М.: ООО «Издательство АСТ», 2003.
- С. Н. Вернов, Л. А. Ведешин. Первые эксперименты по исследованию космических лучей при помощи ракет (1946 — 1957 гг.) / Сборник «Исследования по истории и теории развития авиационной и ракетно-космической науки и техники», выпуск 2. — М.: «Наука», 1983.
- Л. Л. Анцелиович. Великий Хейнкель. Предтеча реактивной эры. — М.: «Яуза: Эксмо», 2014.
| « | В этот день… №2-22 (1-10 июня) | В этот день… №2-24 (21-30 июня) | » |
