В этот день… №3-24 (21-30 июня)



Александр Грищенко Давным-давно, в студенческие годы мы пели шутливую песню: «Нам ЖРД пахать и сеять будет». До «пахать и сеять» дело не дошло, а вот для перемещения не только ракет, а и других транспортных средств ракетные двигатели применяли.
 
 
 

 
23 июня 1928 года – первая поездка ракетной дрезины (Германия).

В 20-е годы ХХ века ракетный принцип движения пытались приспособить к самым неожиданным объектам и для решения самых неожиданных задач. И особенно в этом преуспели немецкие энтузиасты.

Энтузиаст реактивного движения Макс Валье заинтересовал ракетами Фрица фон Опеля. Конечно, автомобильный магнат Опель понимал всю странность использования ракетного двигателя на автомобилях, но он увидел возможность создания эффективной рекламы для себя при минимальных затратах. Валье убедил Опеля в том, что нужно действовать быстро; такие эксперименты будут все равно ценными с научной точки зрения, если их провести на больших пороховых ракетах, а последние можно приобрести всегда. Конечно, подобные эксперименты не имели никакой научной ценности, но Опелю это и не было нужно. Он хотел только рекламы.

Макс ВальеВ Везермюнде близ Бремена имелся завод, выпускавший пороховые ракеты, владельцем и директором которого был инженер Фридрих Зандер. На заводе Зандера изготавливались главным образом спасательные ракеты для подачи троса с берега на корабль, сигнальные ракеты для торгового и военного флотов, а также некоторые другие пиротехнические устройства для флота. Ракеты Зандера высоко ценились у моряков из-за их высоких характеристик, которые были получены благодаря особому процессу их производства, разработанному Зандером.

Обсудив вместе предполагаемое назначение ракет, Валье и Зандер решили применить в «ракетном автомобиле» Опеля «смешанную батарею ракет», состоящую из ракет с трубчатым и ракет со сплошным пороховым зарядом. Самые крупные ракеты с трубчатым пороховым зарядом создавали тягу около 1765 Н в течение почти 3 секунд, а специально изготовленные большие сплошные ракетные пороховые заряды (брандеры) обеспечивали получение тяги порядка 195 Н в течение 30 секунд. Трубчатые пороховые заряды предназначались для первоначального разгона автомашины до определённой скорости, а ракеты-брандеры должны были поддерживать эту скорость на дистанции.

Прежде чем выехать на испытательный трек Опеля в Рюссельсгейме, Валье хотел провести испытание «ракетного автомобиля» в Везермюнде, но Зандер отказался дать свою автомашину для проведения эксперимента, а у Валье собственной машины не было. Их споры ни к чему не привели, и они решили ехать в Рюссельсгейм без предварительного испытания. Ракеты были доставлены туда автомашиной, так как железная дорога отказалась их перевозить. Первое испытание было проведено 15 марта 1928 года. На небольшой автомашине фирмы «Опель» были установлены одна ракета с трубчатой пороховой шашкой и одна ракета-брандер. Курт Фолькхарт, водитель-испытатель у Опеля, сел за руль, ослабил тормоза, изготовился к резкому старту и нажал кнопку воспламенения. Машина начала двигаться очень медленно и вскоре остановилась, пройдя за 35 секунд всего лишь 135 м.

Разрез ракеты Зандера на твёрдом топливе со стальным корпусомОпель согласился на ещё одно испытание. На этот раз Фолькхарт разгонял машину с помощью её собственного двигателя. Когда автомашина развила скорость 50 км/час, Фолькхарт выключил сцепление и зажигание и одновременно нажал кнопку воспламенения ракет. Автомашина набрала ещё большую скорость (74 км/час). Тогда Опель приказал построить специальную автомашину. Новая машина была не слишком специализированной, обычной гоночной моделью без двигателя, снабжённой смешанной батареей ракет Зандера, которые устанавливались в задней части. Первый пробег состоялся 11 апреля 1928 года; было использовано шесть ракет. Одна из них не воспламенилась, другие пять заставили автомашину пройти около 600 м. Следующее испытание было проведено с восемью ракетами. Опять одна ракета не сработала, другие взорвались, не причинив ущерба, но автомашина прошла около 900 м со средней скоростью 90 км/час. На следующий день была испытана в качестве двигателя батарея из 20 ракет; 5 ракет не воспламенились, однако скорость машины превысила 115 км/час. Восторженные отчёты прессы убедили Опеля, что его рекламная затея в конце концов удалась, и пока его рекламное бюро помещало в лучших журналах полные выкладки об этом событии, технический отдел фирмы «Опель» спроектировал ещё один ракетный автомобиль. Это была длинная обтекаемая автомашина с обрубленными крыльями, установленными так, чтобы прижимать автомашину к дороге. Ей было дано название «Опель-Рак II». 23 мая 1928 года Опель сам показывал эту машину на гоночном треке «Авус» поблизости от Берлина. Этот пробег принёс Опелю полный успех; все 24 ракеты воспламенились, ни одна из них не взорвалась, и машина развила скорость, близкую к 200 км/час. Опель, фотографируемый со всех сторон, произнёс по радио речь, в которой обещал создать ещё более удивительную ракетную машину «Опель-Рак III».

Макс Валье у ракетных салазок на льду озера (1928)Опель действительно выпустил обещанный им ракетный автомобиль, который по внешнему виду напоминал скорее железнодорожный вагон. В отличие от модели «Опель-Рак II» он имел небольшую батарею «тормозных» ракет в передней части, которые предназначались для остановки вагона в конце испытательной трассы и воспламенялись автоматически. Правительство разрешило использовать для эксперимента железнодорожную колею от Бургведеля до Целле (близ Гановера). Этот отрезок железнодорожного пути был выбран потому, что он был абсолютно прямым и не имел ни подъёмов, ни спусков. Первый пробег был осуществлён 23 июня 1928 года; «ракетный вагон» приводился в движение батареей из 10 ракет, которые воспламенялись с помощью часового механизма. В вагоне не было ни одного человека. Максимальная скорость, которую развил вагон, составила 290 км/час; «тормозные» ракеты не сработали должным образом, и вагон по инерции прошёл ещё несколько километров. После этого вагон был снова подтянут к месту старта; на него установили батарею из 30 ракет, предполагая таким образом побить все рекорды скорости. Однако ускорение было чересчур сильным: вагон сразу же после старта сошёл с рельсов и разбился. Та же судьба постигла и модель «Опель-Рак IV». Одна ракета первой серии взорвалась, и осколок замкнул систему воспламенения, заставив все оставшиеся ракеты сработать одновременно. Вагон был подброшен вверх и полностью уничтожен. Опель подготовил было ещё одну модель, «Опель-Рак V», но вмешались железнодорожные власти и запретили проводить дальнейшие эксперименты.

Можно было бы завершить на этом историю этого технического курьёза, но через несколько лет последовало вполне рациональное продолжение этой истории. В конце второй мировой войны, с лёгкой руки немецких авиационных конструкторов, наметился переход к реактивной авиации. Потребовалось резко активизировать аэродинамические исследования при высоких скоростях. Одним из средств таких экспериментальных работ стали передвигающиеся по рельсам ракетные тележки с установленными на них записывающей аппаратурой и испытываемой моделью. Первой из таких исследовательских установок была ракетная тележка, испытанная на базе ВВС США Марок в 1946 году. Длина рельсового пути составляла 610 м, а тележка вместе с ракетными двигателями весила 615 кг. Тележка была примитивной по конструкции и состояла только из алюминиевой рамы, к которой крепились полозья из магния и нержавеющей стали, так как колёса при очень высоких скоростях имели весьма малую долговечность. Испытываемую модель монтировали на стреле впереди тележки, с тем чтобы она находилась в невозмущённом потоке воздуха. Измерение скорости производилось через каждые 15 метров пути. Удалось достичь скорости, превышающей 1600 км/час, но полезных аэродинамических данных было получено мало. Подобные ракетные тележки использовались для испытания спасательного снаряжения для экипажей сверхзвуковых самолётов. Подполковником Стэппом была достигнута скорость 1010 км/час за 5 секунд с применением 9 пороховых ракетных двигателей с тягой 18100 Н каждый. Торможение ракетной тележки было произведено за 1 секунду, т.е. с 35-кратной перегрузкой!


 

25 июня 1963 года – первый старт исследовательской ракеты «Найк-Томагавк» (США).

Ракета Найк-Томагавк на стартеСреди многих исследовательских ракет, разработанных в США, заметное место занимала двухступенчатая ракета «Найк-Томагавк» (Nike Tomahawk). Первоначально ракета создавалась для участия в программах Комиссии по атомной энергии США, а затем была успешно применена НАСА и даже зарубежными исследователями (ФРГ).

Первая ступень представляла собой стартовую ступень ЗУР Найк, созданной ещё в конце 50-х – начале 60-х годов ХХ века. Вторая ступень – твердотопливная ракета Томагавк. Разработчик РДТТ – фирма Тиокол (Thiokol Chemical Corp.).

Полезная нагрузка составляла 45 кг при подъёме на 370 км или 115 кг при подъёме на высоту 215 км. Стартовая масса ракеты – 990 кг. Высота ракеты – 10,8 м; диаметр – 0,42 м; стартовая тяга – 217 кН.

Всего, за период с июня 1963 года по ноябрь 1995 год, было запущено 407 ракет.


 

27 июня 1971 года – третий пуск ракеты-носителя Н-1 (СССР).

Из-за повреждения стартового комплекса (обзор №2-25 1–10.07.2017) и замедления темпов работ подготовка третьего лётного испытания затянулась на два года. Только в воскресенье 27 июня 1971 г. ракета №6Л стартовала в 2 ч 15 мин 7 с по московскому времени со второго, недавно построенного стартового сооружения площадки «110» космодрома Байконур. Все 30 двигателей первой ступени вышли на режим и работали устойчиво. С момента отрыва телеметрия зафиксировала ненормальную работу системы управления по крену: уже к 8-й секунде полёта на высоте около 250 м рулевые сопла встали на упоры, так и не сумев парировать возмущение по крену, которое все время увеличивалось и к 15-й секунде достигло 14°. Гироплатформа выдала команду АВД – аварийное выключение двигателей. Команда не прошла. Ракета Н-1Она была заблокирована до 50-й секунды. Эту блокировку ввели после предыдущей аварии ракеты Н-1 для безопасности стартовых сооружений. Скорость и угол поворота продолжали возрастать. Начиная с 39-й секунды система управления была не в состоянии стабилизировать носитель по осям. На 48-й секунде из-за выхода на закритические углы атаки началось разрушение ракеты-носителя в области стыка блока «В» и головного обтекателя. Головной блок отделился от ракеты и, разрушаясь, упал недалеко от старта. «Обезглавленный» носитель продолжал неуправляемый полёт. На 51-й секунде, когда угол поворота по крену достиг 200°, по команде от концевых контактов гироплатформы выключились все двигатели блока «А». Продолжая разрушаться в воздухе, ракета летела ещё некоторое время и упала в 20 км от старта, оставив на земле воронку диаметром 30 м и глубиной 15 м. Взрывная волна была эквивалентна 500 т тротила. Обломки носителя №6Л рассеялись по территории в несколько квадратных километров.

Первоначальная версия аварии – отказ в цепи передачи команд по каналу вращения или ошибка в полярности выдачи команды. Но причина была выяснена после длительных исследований и трудоёмких экспериментальных работ.

Огневые струи 30 двигателей соединились в общий огневой факел так, что вокруг продольной оси ракеты создавался не предвиденный теоретиками и никакими расчётами возмущающий крутящий момент. Органы управления не смогли справиться с этим возмущением, и ракеты №6Л потеряла устойчивость. На вопрос: «Почему ракета №3Л не теряла устойчивости по крену до своей гибели из-за взрыва в хвостовой части на 50-й секунде?» — газодинамики дали ответ: «Потому что со старта ракета ушла с двумя выключенными двигателями. Возмущающий момент по крену был в пределах его возможной компенсации органами управления».

Истинный возмущающий момент относительно продольной оси удалось определить моделированием с помощью электронно-вычислительных машин. При этом в качестве исходных данных закладывались не расчёта газодинамиков, а данные телеметрических измерений, полученных в реальном полёте. Выяснилось, что фактический возмущающий момент в несколько раз превышал максимально возможный управляющий, который развивали по крену управляющие сопла при предельном отклонении.

Старт Н-1Так и в третьем старте ракеты Н-1 свою отрицательную роль сыграли двигатели первой ступени. Но и для исправления ситуации также внимание было уделено двигателям первой ступени, правда не маршевым, а рулевым.

Для устранения этого принципиального недостатка ракеты начиная с №7Л для управления по крену установили четыре управляющих двигателя. Это была большая и авральная доработка. Конструкторскую задачу по выбору двигателей и разработке схемы их запуска, качания и включения в главные магистрали основных ДУ для питания компонентами выполнили двигателисты ОКБ-1 Мельникова, Соколова и Райкова.

Практически для первой ступени заново разработали ещё одну двигательную установку, состоящую из четырёх подвижных двигателей 11Д121. Оригинальной особенностью этой новой ДУ было использование в качестве окислителя окислительного генераторного газа, отбираемого от газогенераторов основных двигателей. Это упрощало проблему зажигания. При создании новых двигателей помог опыт и конструкторский задел, полученный при разработке двигателя 11Д58 для блока «Д» (изделие 11С854).

Основные технические характеристики ЖРД 11Д121: компоненты топлива – жидкий кислород и керосин (топливо поступает от ТНА маршевых ЖРД НК-15/НК-33); тяга двигателя в пустоте – 68,65 кН; удельный импульс в пустоте – 3070 м/с; удельный импульс на земле – 2680 м/с; давление в камере сгорания – 7,16 МПа.

В последний, четвёртый испытательный старт, ракета Н-1 отправилась с рулевыми двигателями первой ступени, но это уже другая история.


 

При подготовке материалов были использованы следующие источники:

  1. Дж. Хэмфрис. Ракетные двигатели и управляемые снаряды. – М.: «Издательство иностранной литературы», 1958.
  2. В. Лей. Ракеты и полёт в космос. – М.: Военное издательство Министерства обороны СССР, 1961.
  3. David Darling. The Complete Book of Spaceflight From Apollo 1 to Zero Gravity. – John Wiley & Sons, Inс., Hoboken, New Jersey, 2003.
  4. А. Б. Железняков. 100 лучших ракет СССР и России. Первая энциклопедия отечественной ракетной техники. – М.: «Яуза-пресс», 2016.
  5. Б. Е. Черток. Ракеты и люди. Лунная гонка. – М.: «РТСофт», 2007.
  6. Двигатели 1944-2000. Авиационные, ракетные, морские, промышленные. – М.: «АКС-Конверсалт», 2000.
  7. http://www.astronautix.com

 


« »



Оставьте свой комментарий

Вы должны быть авторизованы чтобы оставлять комментарии.

Рейтинг@Mail.ru