В этот день… №2-14 (11-20 марта)
Семьдесят лет — продолжительность жизни одного человека. Но как много изменений в течение этих семидесяти лет! И как значительно разнятся жидкостные ракетные двигатели, созданные в 20-е и в 90-е годы ХХ столетия!
13 марта 2004 года — второй и последний старт РН «Атлас IIIА» («Atlas IIIA») (США, Россия).
Ракета «Атлас-III» (серий А и В) использовалась в начале 2000-х годов лишь шесть раз (и все успешно). Несмотря на то, что она называлась «Атлас» в ней мало что осталось от первых РН этого семейства (обзор №1-08 16–29.02.2016). Конструкторы отказались от полутораступенчатой схемы, сверхтонких топливных баков с наддувом азотом на стадии изготовления и транспортировки и от американских двигателей на первой ступени новой РН «Атлас».
Лётные характеристики ракеты были значительно улучшены благодаря установке российского двигателя РД-180. Российский ЖРД был дальнейшей модификацией двигателей РД-170 и РД-171 (РН «Зенит» и «Энергия»). Он разрабатывался специалистами НПО «Энергомаш» в рамках сотрудничества с компанией Pratt&Whitney-РД-АМРОСС.
В начале 1996 г. «НПО Энергомаш» приступило к подготовке производства РД-180, а огневые испытания доводочных двигателей прошли в ноябре того же года. Первое огневое испытание на стенде в США было проведено 29 июля 1998 года. Первый товарный ЖРД был поставлен в США в январе 1999 года. Первый полёт американской РН «Атлас IIIА» с российским двигателем РД-180 успешно осуществлён 24 мая 2000 года.
Основные технические характеристики ЖРД РД-180: компоненты топлива — жидкий кислород и керосин; тяга двигателя в пустоте — 4152 кН, расчётная сила тяги — 3828 кН; удельный импульс в пустоте — 337,8 с, расчётный удельный импульс — 311,3 с; давление в камере сгорания — 26 МПа; угол качания камер — ±8°.
РН «Атлас III» использовалась два раза в варианте IIIA, и четыре — в варианте IIIB. Все старты были успешными. А на смену ей пришла ракета «Атлас V» (и тоже с российскими ЖРД), о которой речь пойдёт в последующих обзорах.
 |
|
Принципиальная схема ЖРД РД-180: |
15 марта 1945 года — запуск первой ракеты с ЖРД во Франции.
Руководителем и вдохновителем разработки первой французской ракеты с ЖРД был Жан-Жак Барре (Jean-Jacques Barré). После окончания Политехнической школы Барре выбрал военную карьеру и поступил в артиллерийское училище. Уже в чине лейтенанта, 8 июня 1927 года он попал на лекцию Роббера Эно-Пельтри (Robert Esnault-Pelterie, обзор №2-01 1-10.11.2016) на Генеральной Ассамблее астрономического общества Франции. 
Молодой лейтенант и известный учёный начинают переписку по проблемам ракетного двигателестроения. А уже с сентября 1931 года Барре прибыл в лабораторию Эно-Пельтри для работы по проекту ракеты, предназначенной для достижения высоты 200 км. Жан-Жак был свидетелем взрыва в лаборатории, когда Эно-Пельтри потерял четыре пальца на левой руке. Этот случай укрепил Барре в выборе окислителя для разрабатываемого двигателя — только жидкий кислород!
Продолжая военную службу, капитан Барре продолжает исследования сгорания жидких и твёрдых топлив. В 1937 году, после финансовой поддержки своих разработок, начинает испытания твердотопливных ракет.
После оккупации Франции, Барре оказался в Лионе, в зоне, управляемой правительством Виши. В ноябре он был назначен контролёром Центрального рынка в Лионе. Так своеобразно назывался подпольный артиллерийский отдел. Именно там, по приказу своего руководства, Барре начал проводить исследования ракеты с дальностью полёта 100 км.
После рассмотрения доклада, в котором были изложены результаты работы группы Барре, государственное министерство по вопросам войны выделило для продолжения работ 300000 франков. В целях секретности, установки были названы газогенераторами.
Первая французская ракета с ЖРД была названа ЕА-1941. 15 ноября 1941 года было проведено первое стендовое испытание ракеты. Двигатель, проработав 42 секунды, взорвался. После дополнительного финансирования (200000 франков) стендовые испытания продолжались и в 1942 году. Правда результат всех запусков двигателя был один — взрыв на 5-й, или 4-й, или 3-й секунде. Только 24 сентября 1942 года на седьмом испытании была достигнута тяга около 6500 Н в течение 11 секунд!
В ноябре, в Алжире, должны были начаться лётные испытания ракеты, но союзники высадились в Северной Африке, и всё оборудование было спрятано в одном французском замке (до лучших времён). После оккупации немцами свободной зоны Франции, на долю группы Барре остались лишь теоретические работы. В 1943 году Жан-Жак занимался исследованиями по использованию ядерной энергии в двигателях. Он также рассматривал ионные двигатели, которые он предполагал использовать в качестве рулевых устройств космических аппаратов! Кроме того, группа Барре изготавливала радиопередатчики и оружие для движения Сопротивления.
После освобождения Лиона, 3 сентября 1944 года было принято решение об испытаниях ракеты ЕА-1941. Первые пуски должны были проходить на полуострове Сен-Мандрьер, возле Тулона.
Первый запуск состоялся 15 марта 1945 года. Ракета должна была нести 25 кг полезной нагрузки на 100 км, но через 5 секунд после старта взорвалась. 16 марта должны были стартовать две ракеты, но из-за поломки клапана одна ракета осталась на старте и через 10 секунд взорвалась. Вторую ракету запустить без стартового оборудования было невозможно.
Технические характеристики ракеты ЕА-1941: дальность полёта — 100 км; максимальная скорость полёта — 1000 м/с; максимальное ускорение — 10g; общий вес — 100 кг; полезная нагрузка — около 25 кг; топливные компоненты — жидкий кислород (35 кг) и петролейный эфир (смесь лёгких алифатических углеводородов (пентанов и гексанов), получаемая из попутных нефтяных газов и лёгких фракций нефти) (17 кг); сухой вес ракеты — 48 кг; длина — 3,13 м; диаметр — 0,26 м; давление в камере сгорания двигателя — 0,5 МПа; система подачи топлива — вытеснительная.
В 1945 году было осуществлено ещё три запуска ракеты ЕА-1941. Одна из них пролетела около 60 км. Напомним, что ни Англия, ни СССР ещё не имели таких ракет, а период творческого освоения немецкого опыта конструкторами многих стран был ещё впереди.
В 1958 году Жан-Жак Баре был удостоен премии Академии наук за работу в астронавтике и ракетной технике.
16 марта 1926 года — старт первой в мире ракеты с ЖРД (США).
Первый полёт ракеты, двигатель которой работал на бензине и жидком кислороде, произошёл 91 год тому назад, в полдень 16 марта 1926 года. Её создатель, доктор Роберт Хатчингс Годдард (Robert Hutchings Goddard, обзор №1-02 16-30.11.2015, обзор №1-21 1-10.08.2016), профессор физики в университете Кларка в Вустере (Массачусетс), проделал свой эксперимент втайне, что было характерно для этого исследователя.
Ракету к полёту готовили Годдард и его механик Генри Закс. Местом старта была выбрана ферма отдалённой родственницы профессора.
Первая ракета состояла из стальной трёхметровой трубы, заключавшей сопло и двигатель длиною в полметра. Желая придать аппарату дополнительную устойчивость, изобретатель расположил мотор и сопло впереди, а не позади небольших топливных баков. Он ошибочно полагал, что это сделает полёт ракеты более устойчивым. Позже он перенёс двигатель в хвостовую часть ракеты, где он и располагается поныне.
После полудня ракета была готова, и её установили на пусковой раме из труб. Отсчёта не велось. Не было и электросистемы для включения зажигания. Механик Закс просто зажёг спиртовую горелку под мотором с помощью длинной палки, а затем спрятался в импровизированное укрытие. Затем Годдард, после 20 секунд, требующихся для зажигания, отпустил стропы, удерживавшие ракету, и, едва произошло возгорание кислорода и бензина, как аппарат рванулся вверх.
Кроме Годдарда и Закса, в эксперименте участвовали Эстер К. Годдард (жена профессора) и доктор Перси М. Руп (помощник Годдарда по университету). Супруга профессора должна была запечатлеть полёт на киноплёнку, а Руп, с помощью теодолита и секундомера, должен был следить за параметрами полёта. Он и сообщил, что ракета набрала высоту 12 метров, пролетела 58 метров за две с половиной секунды, а затем упала.
По поводу этого полёта Годдард писал позднее в своём дневнике: «Это было почти похоже на чудо, когда она поднялась без сколько-нибудь значительного усиления шума или увеличения пламени, как бы говоря: «Я пробыла тут достаточно долго и готова отправиться ещё куда-нибудь».
В 1916 году по должности профессора университета имени Кларка Годдард получал тысячу долларов в год. Суммы этой, конечно, было совершенно недостаточно для задуманных им экспериментов. Он обратился за помощью в Смитсоновский институт и послал туда монографию, озаглавленную «Метод достижения сверхвысот». Смитсоновский институт запросил учёного, сколько, по его мнению, может стоить создание высотной ракеты.
«Я осмелюсь назвать цифру в 250 долларов, — отвечал Годдард, — как весьма резонную для постройки одной ракеты. Возможно, впрочем, что потребуется несколько больше…»
Это был весьма и весьма неточный расчёт. Смитсоновский институт первоначально отпустил Годдарду 5000 долларов, а в конечном итоге — в два с лишним раза больше этой суммы. В период Первой мировой войны он получил скромную помощь от службы связи армии, а после войны — от военно-морского флота США. В 1930 году, по ходатайству Чарлза Линдберга, Гуггенхеймовский фонд предоставил изобретателю дотацию. За сорок лет исследований в области ракетостроения Годдард получил в общей сложности 250 000 долларов, покрывших все расходы по его изобретению: жалованье сотрудникам, покупку инструментов и приборов, оплату патентов и содержание своего домашнего хозяйства.
Необходимо заметить, что ракета была готова к полёту ещё 6 декабря 1925 года. Её двигатель проработал на стенде 27 секунд. Вес пустой ракеты был 5,4 кг. Давление в камере — 0,7 МПа. Это было первое в мире успешное огневое испытание жидкостной ракеты на стенде. Но… это была другая ракета. Первоначальный вариант был сложнее — с насосной системой подачи топлива, с охлаждением камеры сгорания. Для уменьшения риска, Годдард принял мужественное решение — упростить конструкцию.
Три месяца ушло на создание нового варианта и подготовку к пуску. Поначалу Годдард хотел оба компонента вытеснять из баков сжатым углекислым газом. Но потом решил применить газообразный кислород. Кроме того, Годдард впервые попробовал улучшить впрыск топлива в камеру, сделав не по одному входу для каждого компонента, а по четыре. Стендовые испытания нового варианта ракеты начались уже 30 декабря 1925 года — двигатель проработал 8 секунд. 20 января тяга двигателя превысила вес ракеты на 2,7 кг, и ракета поднялась на весь диапазон стенда. Первые (неудачные) попытки запустить ракету в полёт были 22 февраля и 6 марта, причём во втором случае камера прогорела у критического сечения. И только 16 марта она полетела.
Вес ракеты без топлива — 2,6 кг. Вес ракеты в заправленном состоянии — 4,65 кг. По другим данным, начальный вес ракеты — 4,75 кг, вес топлива 2,02 кг (1,68 кг кислород и 0,34 кг бензин, т.е. соотношение компонентов топлива — 5). Тяга двигателя нигде не приводится, но по косвенным данным она была чуть более 40 Н.
И на следующие попытки запуска ракет Годдард никого не приглашал. Более того, краткий отчёт о первом полёте он послал в Смитсоновский институт только 5 мая.
Сообщения о полёте первой жидкостной ракеты даже не попали в прессу. О факте полёта мир узнал только в 1936 году (из публикации самого Годдарда), когда ракетная техника в ряде стран (да и сам Годдард) были уже далеко впереди. Так что сам по себе факт первого полёта ракеты с ЖРД не смог оказать существенного влияния на развитие мировой ракетной техники.
При подготовке материалов были использованы следующие источники:
- С. П. Уманский. Ракеты-носители. Космодромы. — М.: «Рестарт+», 2001.
- Двигатели 1944-2000. Авиационные, ракетные, морские, промышленные. — М.: «АКС-Конверсалт», 2000.
- http://epizodsspace.no-ip.org/reyt-all/005/5-34.html.
- Журнал «Америка», №132, сентябрь, 1967.
- И. Н. Бубнов. Роберт Годдард 1882-1945. — М.: «Наука», 1978.
| « | В этот день… №2-13 (1-10 марта) | В этот день… №2-15 (21-31 марта) | » |
