В этот день… №2-36 (21-31 октября)



Александр Грищенко Ракеты – это Германия, СССР, США, Китай, Япония. Однако, представители других государств также вносили заметный вклад в дело освоения космического пространства. Одной из таких незнаменитых стран является Италия.
 
 

 
 
23 октября 1957 года – успешный тестовый пуск прототипа РН «Авангард» (США).

Кроме экзотических проектов «Фарсайд» (обзор №2-34 1–10.10.2017) и «NOTSNIK» (обзор №2-25 1–10.07.2017), в США существовала главная программа запуска ИСЗ – «Авангард» (Vanguard). Несмотря на известные преимущества, которые давал «авиационный запуск» (с помощью воздушного шара или самолёта), при осуществлении проекта «Авангард» было решено всё же придерживаться классической схемы старта трёхступенчатой ракеты с Земли по вертикальной траектории.

Проект «Авангард» ведёт своё начало от ранних разработок ВМС США, включавших испытания боеголовок баллистических ракет при скоростном входе в атмосферу. В то время очевидной представлялась попытка «скрестить» две уже имевшиеся зондирующие ракеты: «Викинг» (Viking) (обзор №1-13 1.05–15.05.2016) и «Аэроби» (Aerobee) (обзор №2-03 21–30.11.2016). Довольно быстро выяснилось, что при оптимизации такой системы и добавлении к ней третьей ступени реально вывести на околоземную орбиту лёгкий спутник.

Работа 1954-1955 гг. привела к появлению секретного отчёта «Изучение научного спутника» (A Scientific Satellite Study) – совместного документа Научно-исследовательской лаборатории ВМС NRL и фирмы «Гленн Л. Мартин» (Glenn L. Martin – GLM), посвящённого анализу реализуемости проекта носителя.

В центре – двигатель Х-405 первой ступени РН «Авангард» в музейной экспозиции

В результате были предложены два варианта РН:

  • Вариант М10: в качестве первой ступени – усовершенствованный «Викинг» с новым двигателем; верхние ступени – твердотопливные ракеты – необходимо было разработать специально. РН должна была иметь длину 12,2 м, диаметр 1,22 м и «сухую» массу 1020 кг. Она могла доставить на круговую орбиту высотой 347 км «носовой конус» массой 18,1 кг. Разработка должна была занять примерно два года;
  • Вариант M15: появился из-за беспокойства относительно большого объёма работ по верхним ступеням. Вариант включал жидкостную высотную ракету «Аэроби» (вторая ступень) и новую твердотопливную третью ступень. На разработку требовалось 2,5 года; РН могла вывести на орбиту высотой 489 км груз массой 9 кг.

«Особая группа по специальным средствам», называемая также комиссией Стюарта, высказалась именно за вариант M15. Комиссия молчаливо приравняла «политический заказ» лидеров США к приоритету «гражданского» ИСЗ, создаваемого без привлечения немецких специалистов во главе с Вернером фон Брауном. Стоимость же программы определялась из соображений, что «публика не должна ошеломлённо вздрогнуть…»

К марту 1956 г. была завершена «шлифовка» проекта, реструктурировано управление программой и определены научные цели миссии. Руководителем программы стал Джон Хаген (John P. Hagen), техническим директором – Милтон Розен (Milton Rosen). Именно жена Розена – Джозефина – предложила название «Авангард» для этой программы.

Трёхступенчатая РН «Авангард» резко отличалась от обычных ракет 50-х годов. У неё не было оперения, так как стабилизация первой ступени осуществлялась по тому же принципу, что и в ракетах «Викинг», то есть посредством отклонения оси двигателя, установленного на карданном подвесе.

Первая ступень РН «Авангард» состояла из удлинённой до 13,4 м зондирующей ракеты «Викинг» второго этапа постройки с кислородно-керосиновым двигателем Х-405. Последний был создан фирмой «Дженерал электрик» на базе наработок по программе армейской ракеты «Гермес» A-3B. Двигатель Х-405 имел турбонасосную систему подачи топлива и развивал тягу 120-125 кН. В качестве окислителя использовался жидкий кислород. Горючее в ходе разработки несколько раз подверглось изменениям: сначала было решено использовать бензин с добавкой 5% спирта, затем было предложено ракетное топливо JP-4, однако разброс характеристик горения и тяги при этом топливе был почти таким же, как и при смеси бензин-спирт. После этого было применено горючее RP-1, которое в конечном счёте пришлось заменить тяжёлым горючим UMF-1. Камера сгорания с регенеративным охлаждением горючим устанавливалась в карданном подвесе для управления по каналам курса и тангажа; газогенератор ТНА работал на перекиси водорода; отработанные на турбине газы истекали через качающиеся сопла управления по каналу крена. Основные технические характеристики ЖРД Х-405: тяга на земле – 120 кН; удельный импульс – 2472 м/с; время работы – 145 с.

Руководитель программы «Авангард» Джон ХагенОсновные агрегаты двигателя Х-405 были готовы к стендовым испытаниям в конце 1955 г. Огневые испытания, начатые в декабре, выявили неудачную конструкцию форсуночной головки («тяжёлый» или «пушечный» запуск: в момент зажигания в камере скапливалось некоторое количество непрореагировавшего топлива, которое вызывало взрывы). Головку переделали.

В результате увеличения диаметра спутника ракета «Аэроби» в роли второй ступени стала выглядеть «слишком тощей». Было принято решение разработать новую вторую ступень большего (81 см) диаметра на базе двигателя AJ-10-37 фирмы «Аэроджет Дженерал» (Aerojet General). ЖРД развивал тягу 33 кН, используя долго хранимые компоненты топлива – ингибированную белую дымящую азотную кислоту (АК) и несимметричный диметилгидразин (НДМГ), вытесняемые в камеру сгорания сжатым гелием.

Необходимо особо упомянуть, что при проектировании системы Vanguard исключительно большое внимание уделялось «дисциплине веса». Для столь малого носителя критерий «скорость-масса» был очень чувствительным. Вот, например, к чему приводило увеличение конечной массы каждой ступени всего на один фунт (0,454 кг). Уменьшение скорости составляло:

  • для 1-й ступени 0,31 м/с;
  • для 2-й ступени 2,44 м/с;
  • для 3-й ступени 24,4 м/с.

На второй ступени стояло оборудование системы управления полётом и «вращающийся стол» (для закрутки третьей ступени). Довольно сложную – во всяком случае, для своего времени – СУ, работающую как на активном участке полёта первой и второй ступеней, так и на пассивном участке до момента включения РДТТ третьей ступени, взялась проектировать и строить фирма Minneapolis Honeywell Regulator. Управляющие органы на первой ступени – камера сгорания основного ЖРД, качающаяся в карданном подвесе, и два поворотных сопла управления по крену, через которые выпускался отработанный в ТНА газ. На второй ступени для тех же целей служили качающийся ЖРД и небольшие микродвигатели, через которые при работе основного двигателя выпускался сжатый пропан, а в свободном полете, после отключения основного двигателя, – сжатый гелий из системы наддува баков ступени.

Для программы «Авангард» в 1956-1957 гг. фирма «Аэроджет Дженерал» изготовила 11 лётных вторых ступеней.

Макет спутника в прозрачной плексиглазовой оболочкеЦилиндро-конический головной обтекатель из армированного металлическими кольцами асбеста закрывал спутник и третью ступень при прохождении через плотные слои атмосферы. Он сбрасывался, раскрываясь на две половины.

Неуправляемая третья ступень стабилизировалась закруткой перед включением своего двигателя с помощью небольших тангенциально расположенных РДТТ. Подобные же двигатели отделяли пустую вторую ступень от сборки «спутник – третья ступень».

Следует отметить, что третья ступень требовала внедрения новых технологий в создании РДТТ. В августе 1955 г. наиболее вероятным субподрядчиком представлялась компания «Тиокол» (Thiokol Chemical), хорошо проявившая себя при разработке РДТТ различной размерности для боевых ракет. Однако уже в конце сентября 1955 г. фирма столкнулась с трудностями, связанными со спецификой задачи.

Основными проблемными моментами были:

  • онкостенный стальной корпус (всего 18% от массы топлива);
  • продолжительное время работы (более 30 с);
  • сопло с большой степенью расширения;
  • высокий удельный импульс (более 2305 м/с);
  • заряд нового гетерогенного топлива на основе перхлората калия, скреплённый со стенками камеры сгорания.

«Тиокол» брался сделать РДТТ, но для достижения заданного суммарного импульса требовал добавить в камеру ещё 9 кг топлива и увеличить диаметр двигателя. Иначе, утверждал представитель компании, «требования фирмы «Мартин» превышают мыслимые пределы перспективных образцов ракетной техники…»

Получив такой ультиматум, GLM и NRL вынуждены были пересмотреть технические требования к РДТТ и параллельно обратить внимание на предложения других компаний. В частности, представляло интерес предложение Grand Central Rocket (GCR) по двигателю тягой 12,5 кН с металлическим корпусом. Инновационный подход предложила Аллеганская баллистическая лаборатория ABL (Allegheny Ballistic Laboratory), которая являлась филиалом фирмы Hercules Powder. Её разработка предполагала создание стеклопластикового корпуса РДТТ, что позволяло в перспективе увеличить массу ИСЗ. В декабре 1955 г. было принято решение: проектировать третью ступень под РДТТ фирмы GCR; двигатель ABL применить позднее в развитие программы.
По проекту, снаряжённая РН «Авангард» имела длину 22 м, стартовую массу примерно 10,3 т и должна была доставить полезный груз в 10,4 кг на орбиту высотой 500×3500 км. Таким образом, «Авангард» – один из самых миниатюрных космических носителей.

Старты «Авангарда» планировались с мыса Канаверал (шт. Флорида), этот полигон интенсивно расширялся для испытательных полётов больших баллистических ракет. Лаборатория NRL надеялась использовать уже имеющийся задел. Однако «авиаторы» (ВВС) вынудили «моряков» (ВМС) построить на мысе собственный пусковой комплекс и средства слежения, чтобы они никак не взаимодействовали с программой отработки боевых ракет.

К концу 1956 г. ракета «Авангард» вышла на лётно-конструкторские испытания (ЛКИ).

План ЛКИ предусматривал четыре-шесть запусков «испытательных носителей» TV (Test Vehicle) и шесть «рабочих» полётов «космических носителей» SLV (Space Launch Vehicle). По первоначальному проекту TV должны были нести только головной обтекатель, но в июле 1957 г. было решено, что «экспериментальный микроспутник» массой 1,47 кг и диаметром 16 см, оснащённый передатчиком, в случае успеха мог бы подтвердить, что орбита достигнута.

Ракета «Викинг-13», запущенная по программе «Авангард»Первый пуск 8 декабря 1956 г. (TV-0), в котором использовался прототип первой ступени (ракета «Викинг-13»), позволил проверить работоспособность систем слежения и приёма телеметрии на мысе Канаверал.

В пуске 1 мая 1957 г. (TV-1) была успешно испытана «космическая головная часть» РН «Авангард». «Викинг-14» разогнал твердотопливный двигатель третьей ступени фирмы GCR по баллистической траектории, в апогее (195 км) которой включились маленькие пороховые движки, закрутившие «вращающийся стол» и одновременно затормозившие пустую первую ступень. Затем последовал сигнал на воспламенение основного РДТТ, и передача телеметрии прекратилась. Как считают специалисты, газовая струя повредила антенные устройства или передатчики РН.

Наконец, первый «реальный» носитель «Авангард» был испытан во время полёта TV-2. Это был тест первой ступени с двигателем Х-405 и макетами верхних ступеней общей массой около 1800 кг. 23 октября 1957 г., уже после запуска «Спутника-1», TV-2 «забросил» полезный груз на высоту 175 км и достиг скорости 1,9 км/с, продемонстрировав устойчивый полёт и нормальную работу ЖРД первой ступени. После отсечки двигателя произошло очень чистое разделение ступеней.

Уилльям Холидей (William Holiday), который отвечал за разработку управляемых ракет в министерстве обороны США, и менеджер программы Джон Хаген проинформировали президента Эйзенхауэра о состоянии проекта «Авангард» и планах запуска TV-3. Было подчёркнуто, что этот полет – испытательный, но с определённой вероятностью достижения спутником орбиты. В атмосфере истерически раздуваемого ажиотажа «гонки за русскими» Белый дом и средства массовой информации США подали предстоящий запуск Vanguard TV-3 как «американский ответ» на «Спутник».

Носитель TV-З (а точнее, элементы для сборки сразу двух РН) прибыл на мыс Канаверал через неделю после триумфа «Спутника-2». Спешно началась подготовка к запуску.

Старт, первоначально назначенный на 2 декабря, был перенесён из-за погодных условий на 6-е. Вечером 5 декабря начался пятичасовой предстартовый отсчёт времени. Он неоднократно прерывался из-за мелких неувязок и был закончен часовой готовностью в 10:30 утра следующего дня. Чем закончился этот старт и как дальше развивалась программа «Авангард» мы расскажем в следующих обзорах.


 

26 октября 1877 года – родился Гаэтано Крокко (Италия).

Гаэтано Артуро Крокко (Gaetano Arturo Crocco) родился в Неаполе в семье инженера. Учился в гимназии и университете в г. Палермо. В 1897 году продолжил своё обучение в артиллерийской и инженерной школе в Турине, в 1900 году окончил её с присвоением звания лейтенанта инженерных войск. В 1902 году был направлен в университет г. Льежа. Во время пребывания в Бельгии ему было предложено поступить на работу в компанию «Вестингауз», но он отказался и вернулся в Италию.

Гаэтано Крокко (26.10.1877 – 19.01.1968)Научные интересы итальянского офицера были связаны с бурно развивающейся авиацией. До 1905 года он написал двенадцать научных работ по аэродинамике. В 1907 году совместно с механиком Оттавио Рикальдони построил дирижабль, на котором в следующем году совершил полёты на озере Браччано и в Рим. При его непосредственном участии было построено ещё три десятка дирижаблей, многие из которых участвовали в первой мировой войне.

В 1908 году Гаэтано Крокко основал Аэродинамический институт, ставший позднее Центром развития авиационной техники. К 1914 году в Центре были введены в действие три аэродинамических трубы.

Во время войны занимался разработкой взрывателя для артиллерийских снарядов. После войны, в 1920 году вышел в отставку в звании полковника и занял пост Генерального директора и начальника отдела в Министерстве промышленности. Но в свободное от работы время, продолжал заниматься аэронавтикой и реактивным движением.

В 1926 году стал профессором авиационной техники в университете Рима. В следующем 1927 году, прочёл закрытую лекцию для членов Генерального штаба Италии о возможностях военного применения ракет. Начальник Генерального штаба выделил ему 100000 лир (примерно 5000 долларов) для научных исследований и создания ракет на твёрдом топливе. По соглашению с одной из итальянских фирм по производству взрывчатых веществ Крокко проводил эксперименты на её оборудовании. Уже в 1927-1928 годах начались первые испытания твердотопливных ракет. В этих испытаниях принимал полноправное участие и сын Гаэтано Крокко Луиджи, которому исполнилось 18 лет. Он только приступил к учёбе на машиностроительном факультете университета. Позже он стал знаменитым авиаконструктором и ракетостроителем, работал в Италии, Франции и США.

Топливом ракет на первых испытаниях был кордит (бездымный порох). Вначале была создана небольшая ракета с одной трубчатой шашкой. Для стабилизации в полёте применялось хвостовое оперение. Затем была разработана более крупная ракета, заряд которой состоял из трёх трубчатых шашек общим весом 0,3 кг. Эта ракета имела два варианта: со стабилизацией оперением и стабилизацией вращением. Точность ракет была примерно одинакова.

Схема камеры для испытания твёрдого топливаВ 1928 году Гаэтано Крокко возглавил технический отдел Министерства авиации. В конце того же 1928 года Гаэтано Крокко призвали из резерва на военную службу в чине генерала. Он возглавил Управление конструкторских работ Министерства аэронавтики. В то же время он продолжал преподавательскую деятельность как профессор Училища авиационной техники.

Постепенно в экспериментах по определению свойств твёрдого топлива Крокко и его команда перешли от кордита к двухосновному пороху С. К концу 1929 года эксперименты с твердотопливными ракетами были приостановлены. Исследователи были переориентированы на ракеты с ЖРД. Заказчик (Генеральный штаб) субсидировал новую работу. Проанализировав различные топлива, Крокко остановился на бензине и четырёхокиси азота по причине их низкой стоимости и доступности, а также удобства в эксплуатации.

Поскольку экспериментами с опасными химическими веществами занимался Луиджи Крокко, его отец подстраховался и пригласил на работу опытного химика доктора Коррадо Ланди, который проработал около двух лет. Он занимался топливом, а Л. Крокко конструкцией камеры сгорания. Гаэтано Крокко наблюдал за работой и осуществлял общее руководство.

Была создана камера из нержавеющей стали, испытанная к концу 1930 года доктором Ланди и Л. Крокко в комнате во дворе химического института при Римском университете. Первое испытание первого итальянского ЖРД продолжалось 10 минут.

Схема ракеты с одной трубчатой шашкойЧерез несколько недель во время работы в лаборатории внезапно скончался доктор Ланди. Ему было только 25 лет. Видимо работа с четырёхокисью азота без необходимых средств защиты и послужила причиной этой трагедии. После этого работы были временно приостановлены. После некоторого перерыва Гаэтано и Луиджи Крокко продолжили исследования, но теперь они сосредоточили свои усилия на изучении однокомпонентного топлива. Изменился и заказчик – им стало командование ВВС Италии. Работы проводились в лаборатории отделения общей аэронавтики Училища авиационной техники при Римском университете. В группу исследователей вошёл новый сотрудник – доктор химических наук Р. М. Корелли.

Эксперименты начались с жидкими взрывчатыми веществами, содержавшими в своём составе и горючее, и окислитель. Чувствительность взрывчатки понижали разбавлением в инертном растворителе. Работали с такими веществами как тринитроглицерин и динитроглицерин. В качестве растворителя использовали метанол.

Ракеты с тремя трубчатыми пороховыми шашкамиКак ни странно, но никто при проведении этих экспериментов не пострадал. При испарении или попадании влаги нитроглицериновая смесь взрывалась без всякого нагрева. Французскому исследователю Роберу Эно-Пельтри (обзор №2-01 1–10.11.2016) повезло меньше. Экспериментируя с подобными составами, он лишился четырёх пальцев.

Экспериментальная камера сгорания была облицована изоляционным огнеупорным материалом, тигель на дне камеры нагревали электричеством до температуры красного каления, затем ток отключался и впрыскивалось унитарное топливо через распылительную головку. Образовавшиеся газы охлаждались и, после отделения конденсата, собирались в газометре.

Луиджи Крокко обнаружил, что нитрометанол сам является однокомпонентным топливом, лучшим, чем нитроглицериновые смеси. После этого открытия все усилия исследователей сосредоточились на нитрометане. Доктор Корелли приготовил большое количество этого вещества. Было проведено довольно много экспериментов по определению стойкости нитрометана к детонации и его устойчивости с точки зрения теплового распада. Оказалось, что минимальная температура, при которой происходит взрыв, составляет примерно 400°С.

Схема одноцилиндрового двигателя, работавшего на нитрометанеПоскольку командование ВВС не проявляло интереса к ракетным двигателям, группа Гаэтано Крокко предложила применить нитрометан в качестве топлива двигателя высотного самолёта. Был сконструирован и построен одноцилиндровый двухтактный двигатель, оснащённый системой непосредственного впрыска топлива под высоким давлением фирмы «Бош». Насос этой системы и послужил причиной серьёзной аварии, в которой пострадали Крокко-младший и доктор Корелли. Система непосредственного впрыска была спроектирована для дизельных двигателей, и поэтому насос системы не требовал дополнительной смазки. А при длительном запуске на нитрометане произошёл взрыв. На поверхности плунжера насоса после удаления смазки образовались задиры, температура на этих участках конструкции повысилась и сжатый нитрометан воспламенился. От системы впрыска при высоком давлении отказались. Но отец и сын Крокко продолжали работать над однокомпонентными двигателями, находя для них новые области применения. Были разработаны двигатель, работавший на продуктах реакции нитрометана с водой. Предлагалось использовать его для создания тяги под водой. Был создан также и четырёхтактный поршневой двигатель, работавший на парах нитрометана.

С 1936 по 1945 и с 1948 по 1952 годы Гаэтано Крокко был деканом факультета аэрокосмической инженерии в Университете Рима. В университете он выполнял исследования по механике высотного полёта и конструкции летательных аппаратов. Результаты этих исследований использовались при запуске первых итальянских спутников в начале 1960-х годов. Эти ИСЗ создавались по программе совместных работ НАСА и Итальянской космической комиссии на американских РН.

Всего Гаэтано Крокко опубликовал около 200 научных работ и зарегистрировал более 50 патентов. Он был членом Национальной Академии и многих других академий наук в Италии и за рубежом. В 1951 году им было основано итальянское ракетное общество. В его честь были названы астероид (10606) и кратер на Луне. Скончался в Риме 19 января 1968 года.


 

При подготовке материалов были использованы следующие источники:

  1. И. Б. Афанасьев, А. Н. Лавренов. Большой космический клуб. – М.: «РТСофт», 2006.
  2. http://epizodyspace.ru/reyt-all/005/5-33.html

 


« »



Оставьте свой комментарий

Вы должны быть авторизованы чтобы оставлять комментарии.

Рейтинг@Mail.ru