Ракетный бум ХХ века

Пороховые ракеты дали толчок конструкторской мысли, направленной на исследование принципов реактивного движения. Законы физики, открытые и опубликованные Исааком Ньютоном в 1731 году, показали теоретическую возможность преодолеть земное притяжение и вылететь человеку в бескрайние космические просторы. Однако скоро сказка сказывается, да не скоро дело делается. Реализацию всех фантастических идей во все века начинали романтики. Для этих представителей рода человеческого окружающая среда и личная жизнь вторичны, а все их устремления направлены на достижение цели.

Но, увы, движение к цели требует значительного количества труднодоступных материальных ресурсов. Сосредоточившись на решении научно-технических вопросов, отключившись от реальной жизни, они совершенно беспомощны в вопросах добычи финансов. И здесь считаю уместным провести небольшой автобиографический экскурс, связанный с эпизодом общения с австралийским миллионером из города Сараматта, пригород Сиднея.

Мишель Болгофф, российский потомственный дворянин. Родители до революции работали в одной из восточных стран. После революции уехали в Австралию. В 1998 году Мишель гостил у своих знакомых в Москве. По стечению обстоятельств целую неделю мы провели вместе. При расставании он сказал: «Анатоль, я за тобой постоянно наблюдал. Ты романтик! А романтики все дураки! Ты никогда не будешь богатым!»

Поэтому становятся понятны проблемы одного из немецких пионеров ракетной техники Макса Валье. Он разработал программу использования ракет в качестве двигателей различных транспортных средств. В своей автобиографии он пишет:

«К сожалению, у меня не было ни денег, ни технических средств, для того чтобы доказать на практике справедливость защищаемых мною положений. Тщетно я пытался путем прочтения более двухсот лекций во всех странах, говорящих на немецком языке, и литературной деятельности собрать средства, необходимые для осуществления моего проекта собственными силами. При таком положении вещей я, наконец, осенью 1927 г. отказался от мысли об осуществлении моего проекта собственными силами и решил искать финансовой поддержки на стороне» [32].

Ему удалось заинтересовать своей программой владельца автомобильной фирмы Фрица фон Опеля. Второй «жертвой» Валье стал инженер Фридрих Зандер, который был владельцем и директором завода, выпускавшего сигнальные ракеты. Таким образом, собралась компания, решившая реализовать фантастическую идею – езду человека на экипаже по земной поверхности, используя в качестве двигателей пороховые ракеты.

Совместные усилия М. Валье и Ф. Зандера при разработке мощных по тем временам пороховых ракет увенчались успехом. На заводе фирмы «Опель», в Рюссельсхейме на Майне, на серийный автомобиль «Опель» была установлена деревянная насадка, на которой были закреплены две пороховые ракеты. В три часа дня 12 марта 1928 года известный автомобильный гонщик Курт Фолькхарт стартовал на этой диковинной машине. После включения поджигания ракет автомобиль пришел в движение. Первый в мире автопробег с ракетными двигателями длился 35 секунд, в течение которых он преодолел 150 метров.

Для официального старта первого в мире ракетного автомобиля на фирме «Опель» был построен специальный автомобиль под названием «Опель Рак 1». По форме он напоминал гоночную машину. На нем были установлены двенадцать ракет. Время горения одной ракеты составляло полторы-две секунды. Пилотируемый Куртом Фолькхартом автомобиль развил скорость 120 километров в час, проехав по автомобильному полю 1500 метров. Затем были «Опель Рак 2» с двадцатью четырьмя ракетами и другие ракетомобили. Но первые два были первыми в истории транспортными средствами, которые пороховые ракетные двигатели привели в движение.

Одновременно с проектом наземного ракетного транспорта М. Валье в сотрудничестве с авиаконструктором А. Липпишем работал над созданием модели бесхвостого планера, оснащенного двумя пороховыми ракетами. Успешные испытания модели, проведенные в начале июня 1928 года, подтвердили реальность полета человека на планере с ракетными двигателями [125].

Для реализации этой идеи был выбран планер типа «Утка». Особенности его конструкции заключаются в том, что рули высоты и направления вынесены на нос фюзеляжа планера, впереди пилота. А фюзеляж с крылом, установленным на его верхней поверхности, заканчивается за его спиной. Планеры такого типа обладают гораздо большей статической устойчивостью и лучшей способностью выдерживать большие ускорения, чем бесхвостые планеры типа «летающее крыло». Две пороховые ракеты были закреплены на конце фюзеляжа, позади пилота. Поэтому вырывающиеся из ракет языки пламени не могли задеть каких-либо частей планера. Такая конструкция планера обеспечивала его полную пожарную безопасность.

Первый успешный полет на ракетоплане с пороховыми ракетными двигателями совершил в июне 1928 года известный немецкий авиатор и руководитель Рёнской школы летчиков Фридрих Штамер. Его полёт длился около восьмидесяти секунд и пролетел он за это время приблизительно полтора километра [125]. Это был первый в истории нашей цивилизации полет человека с использованием ракетных двигателей!

Но этим полётом идеи М. Валье не были исчерпаны. Его проект железнодорожной дрезины с ракетными двигателями реализовали Фриц фон Опель и Фридрих Зандер. Ими была сконструирована и построена железнодорожная дрезина, получившая название «Опель Рак 3». На участке железнодорожного пути Ганновер – Целле 23 июня 1928 года был произведен первый в мире заезд ракетного железнодорожного транспорта. Дрезина весом около 400 килограммов, движимая 10 ракетами, сдвинулась с места и развила скорость 281 км/час [32].

Следующее использование ракетных двигателей в наземном транспорте Валье осуществил зимой. Он изготовил ракетные сани, названные «Валье-Рак-Боб 1». Их длина равнялась шести метрам. Пятьдесят шесть пороховых ракет были укреплены непосредственно позади спинки сиденья водителя. Первый пробег саней был осуществлен 22 января 1929 года, на шлейсхеймском аэродроме близ Мюнхена. Несмотря на сырой снег, сани легко сдвинулись с места, развили скорость, доходившую до 110 км/ час, и проехали расстояние в 130 метров.

Проведение экспериментов с пороховыми ракетами широко освещалось в средствах массовой информации. Доступность выпускаемых пороховых ракет привела к настоящему буму в Европе. Автор статьи «1930 годы – ракетные велосипеды» пишет: «Вообще, ракеты тогда лепили куда попало и с разной степенью успеха. Но максимальную популярность имели ракетные велосипеды. Устраивались даже гонки на ракетных велосипедах. Немецкий инженер Herr Rihter на своём ракетном велосипеде «Raketenrad» 23 марта 1931 года достиг скорости 90 километров час» [112].

Однако всё это было лишь увертюрой к главному назначению ракет – полётам человека в космическое пространство. По мнению М. Валье, первым высказавшим убеждение в технической осуществимости космического корабля и предложившим всесторонне продуманную его конструкцию был Герман Гансвиндт. В 1893 году в докладе, прочитанном в Берлинской филармонии, он представил свой проект обитаемого «корабля вселенной». Двигатель такого корабля Гансвиндт представлял себе в форме толстостенного стального колокола. В его камеру сгорания автоматическое устройство поочерёдно загружает динамитные патроны, размещённые на длинной ленте. Изменение направления полета достигается поворотом взрывного цилиндра. Для спуска необходимо производить взрывы в обратном направлении [32].

Проект Гансвиндта подарил энтузиастам космических полетов надежду на полёты за пределы Земли и досягаемость звездных миров. Много сил, энергии и средств было затрачено ими на совершенствование пороховых ракет и их использование в наземных средствах передвижения. Анализируя результаты экспериментов по использованию пороховых ракет, можно сказать, что нереализованный проект Гансвиндта для своей эпохи был вершиной творчества конструкторов машин с ракетными твёрдотопливными двигателями. Однако ракеты с топливом в виде взрывчатых веществ имели большие недостатки. Прежде всего, уровень развития химии не позволял создавать вещества с большим запасом тепловой энергии. Время горения пороховой ракеты очень мало, и её нельзя включить повторно.

Поэтому создатели ракетной техники вынуждены были начать поиск новых видов высококалорийного горючего и принципиально новых конструкций ракетных двигателей.

Русский инженер Александр Петрович Фёдоров в 1896 году издаёт книгу «Новый принцип воздухоплавания, исключающий атмосферу как опорную среду». В ней он пишет, что до настоящего времени все теоретические положения и практика летательных аппаратов имеют общую основу: «атмосфера принимается за опорную среду», как при плавании в море опорной средой является вода.

Он первым в мире предложил схему аппарата, который может летать без опорной среды, то есть в безвоздушном пространстве, в космосе. По существу, это был проект жидкостного ракетного двигателя. В своих экспериментах в качестве рабочего тела А.П. Фёдоров использовал жидкую углекислоту, водяной пар или сжатый воздух. Отсутствие денежных средств не позволило ему продолжать эти работы [145].

Однако его труд не был напрасным. Книга попала в руки К.Э. Циолковскому. Идеи, изложенные в ней А.П. Фёдоровым, Циолковский, по его словам, использовал при разработке схемы своей космической ракеты. Но, увы, из-за отсутствия массовых средств информации и каналов обмена научно-техническими достижениями между странами о разработках А.П. Фёдорова и К.Э. Циолковского ничего не было известно ни в европейских государствах, ни в Америке.

В России же наступала эпоха великих потрясений, и было не до романтических полетов на Марс. Самой большой державе на планете надо было как-то выживать. В 1904–1905 годах произошла Русско-японская война и Россия её проиграла.

Затем Первая русская революция 1905–1907 годов. Вскоре началась Первая мировая война 1914–1918 годов, Россия, увы, оказалась не в рядах победителей. При этом экономический и политический кризис вызвал в России Февральскую революцию 1917 года. За ней последовала Великая Октябрьская социалистическая революция 1917 года, которая плавно переросла в Гражданскую войну. В Центральной России боевые действия велись в 1917-1923 годах, в Средней Азии продолжалась до 1932 года.

В конечном счете работы А.П. Фёдорова и К.Э. Циолковского остались не известны ни в России, ни за её пределами. Поэтому не оказали ни теоретического, ни практического влияния на развитие мировой ракетно-космической техники. Сегодня они остаются всего лишь историческими фактами, подтверждающими тезис М.В. Ломоносова, изложенный им в «Оде на день восшествия на престол Ее величества государыни императрицы Елисаветы Петровны 1748 года»:

Что может собственных ПлатоновИ быстрых разумом НевтоновРоссийская земля рождать.

Глава 5. Пионеры космических путешествий

Двадцатый век начался с великого мирового потрясения – Первой мировой войны. В очередной раз у немцев проснулся аппетит на природные ресурсы земель Российских. Однако, как уже бывало не раз, например в 1243 году, немцы дошли до Чудского озера и, столкнувшись с дружиной князя Александра Невского, успокоились в нем навсегда. В 1268 году они потерпели сокрушительное поражение от русского войска в битве при Раковоре, место в современной Эстонии.

В ходе Семилетней войны 1756–1763 годов, которую вели Россия с Пруссией, русская армия завоевала Кёнигсберг, и перед ней капитулировал Берлин. Традиционно и в Первой мировой войне Германия потерпела очередное поражение. Но потрясения для немецкого народа на этом не закончились. 9 ноября 1918 года император Германии Вильгельм II отрекся от престола. Далее события развивались динамично – 19 января 1919 года состоялись выборы Учредительного собрания. На первом заседании, состоявшемся в городе Веймар 6 февраля 1919 года, была провозглашена президентско-парламентская республика во главе с рейхспрезидентом Фридрихом Эбертом, и Германия стала Веймарской республикой.

Затем в Версале 28 июня 1919 года между союзными державами и Веймарской республикой был подписан мирный договор. Согласно этому договору, Германия лишилась всех прав на свои заморские колонии. Австрия вышла из состава Германии, став самостоятельным государством. Суверенными стали Бельгия, Великое Герцогство Люксембургское, Чехословакия, Польша.

Самое страшное для воинственной нации было практическое уничтожение вооруженных сил Германии – демобилизация всего личного состава всех родов войск. Полностью запрещены военно-воздушные силы, бронетанковые войска, зенитная, противотанковая и крупнокалиберная артиллерия, запрещено иметь Генеральный штаб. Военно-морскому флоту запрещалось иметь подводные лодки и корабли водоизмещением более шести тысяч тонн. Запрещалось производство, ввоз и вывоз любого вооружения, снаряжения и всякого рода военных материалов.

Численность вооруженных сил Веймарской республики – рейхсвера должна быть не более ста тысяч человек, перед Первой мировой войной немецкая армия насчитывала три миллиона восемьсот двадцать две тысячи человек. Согласно договору, на вооружении, кроме стрелкового оружия, могли находиться всего лишь 204 пушки калибра 77 мм и 84 гаубицы калибра 105 мм. Было определено фиксированное количество снарядов: по тысяче на каждое полевое орудие и по восемьсот на каждую гаубицу. С такой армией и огневой мощью начинать новые войны немыслимо. Рейхсвер должен был выполнять функции пограничной полиции и предназначен исключительно для поддержания порядка внутри Веймарской республики.

Из 34 000 офицеров, служивших в армии, было уволено 30 000. Естественно, что в условиях ограничений, наложенных Версальским договором, руководители Военного министерства отобрали для прохождения дальнейшей службы лучшие умы офицерского корпуса. Идея реванша витала в воздухе и стимулировала немецкую военную мысль на поиск новых видов оружия в обход требований Версальского договора. Здесь необходимо отметить, что в Версальском договоре изготовление, хранение и применение ракет как боеприпасов не рассматривалось.

При этом руководству Рейхсвера был известен опыт, полученный в 1916–1917 годах, применения пороховых ракет, запускаемых с истребителей для уничтожения привязных аэростатов наблюдения, с обеих воюющих сторон. Первым немецким летчиком, запустившим со своего самолета изготовленные им самим небольшие пороховые ракеты, был офицер Рудольф Небель.

Выпускник Мюнхенского технического университета, после увольнения из рейхсвера он не утратил интерес к ракетам. Под влиянием ряда научно-фантастических романов таких авторов, как Камилл Фламарион, Жюль Верн, Герберт Уэллс и многих других, Рудольф Небель увлекся идеей межпланетных путешествий. Экспериментируя с пороховыми ракетами, он находит единомышленников. Результаты своих работ они публикуют в средствах массовой информации.

Другой романтик, профессор-физик Герман Оберт, в июне 1923 года издаёт книгу, которая называлась «Die Rakete zu den Planetenräumen» – «Ракета для межпланетного пространства». Небольшая биографическая справка. Герман Юлиус Оберт родился 25 июня 1894 года в Австро-Венгерской империи городе Херманштадт. В начале Первой мировой войны был призван на военную службу. После серьезного ранения на фронте, находясь в госпитале на излечении, в 1917 году создает проект баллистической ракеты. Вполне естественно, что ракета имела военное назначение. При длине 25 метров и диаметре 5 метров она должна была нести 10 тонн взрывчатки.

В качестве топлива предлагались спирт и жидкий воздух. В головной части ракеты, кроме заряда взрывчатого вещества, помещалось автоматическое устройство для управления полетом, использующее гироскоп, измеритель ускорения, показания которого дважды интегрировались электромеханическими устройствами, которые позволяли судить о скорости полета и пройденном пути. Для управления угловым положением ракеты сигналы, снимавшиеся с гироскопа, преобразовывались в команды поворота рулей, установленных в хвостовой части ракеты.

Подача топлива в камеры сгорания двигателей осуществлялась специальными насосами. Для приведения в действие их и небольшого электрогенератора, обеспечивающего бортовое питание электроэнергией, на ракете предусматривался газогенератор, работавший на тех же компонентах, что и основные ракетные двигатели. Для охлаждения камеры сгорания двигателей предполагалось использовать охлажденный спирт, который затем, уже подогретым, поступал в камеру сгорания.

Небольшое отступление: знаменитая ракета Фау-2 не только походила по внешнему виду на проект ракеты Г. Оберта 1917 года, но и воспроизводила её общую структуру. Причём управление современными ракетами в основе повторяет описанную Обертом схему, в них тоже исходную информацию дают гироскопические устройства и датчики ускорения. Конструкцию ракеты Оберта 1917 года по научно-технической значимости можно сравнить с законом Архимеда, который был открыт в 212 году до нашей эры, но им успешно пользуются кораблестроители и в двадцать первом столетии.

После окончания Первой мировой войны Германская империя и Австро-Венгерская империя распались. Город, в котором родился Оберт, оказался на территории Румынии. Таким образом, Герман Юлиус Оберт, его семья и родители стали её гражданами.

С помощью германского консула, свой проект ракеты Г. Оберт из Румынии отправил в Военное министерство Германской империи. Через полгода он получил ответ, цитирую академика Б.В. Раушенбаха: «Некий майор, который ведал ракетными делами в кайзеровской армии, говоря точнее – осветительными и сигнальными ракетами, написал в своем заключении что, как показывает опыт, ракеты не в состоянии преодолевать расстояния, превышающие 7 км. Более того, он сообщил, что не следует ожидать заметного увеличения этого расстояния и в будущем» [114]. Полученный отзыв огорчил Оберта, но не ослабил его устремлений в космическое пространство.

Он с большей энергией занялся разработкой невиданных доселе конструкций ракет с двигателями на жидком топливе, но уже не для военных целей, а для полетов в космическое пространство. В последующие годы он создает целую серию проектов космических кораблей, в основе которых лежат многочисленные и подробные расчеты.

На основе своих теоретических исследований и проектных разработок Г. Оберт оформляет диссертацию на соискание ученой степени. В рукописи, представленной Г. Обертом Ученому совету Гейдельбергского университета в 1921 году, не было единой концепции, которая бы отвечала требованиям, предъявляемым к диссертациям по специальности либо астрономия, либо физика. Поэтому диссертация не была принята даже к рассмотрению. О ракетно-космической науке ученый мир того времени не имел никакого представления. Однако выдающийся астроном Максимилиан Франц Йозеф Корнелиус Вольф, профессор Гейдельбергского университета, по достоинству оценил новизну работы Г. Оберта и посоветовал издать ее в виде книги.

В июне 1923 года выходит из печати книга Германа Оберта, которая называлась «Ракета в космическое пространство». Об этой книге, через 70 лет после первого выхода её в свет, один из основоположников советской космонавтики академик АН СССР Борис Викторович Раушенбах в 1993 году напишет в своей монографии [114], посвященной Г. Оберту:

«Книга Оберта 1923 г. была первой в мировой литературе, в которой с такой полнотой и научной добросовестностью была показана техническая реальность создания больших жидкостных ракет и обсуждены возможные ближайшие цели их практического использования. Особый интерес возбуждают очень детально проработанные чертежи ракет, ничего похожего в те годы у других пионеров космонавтики обнаружить нельзя».

Книга объемом 92 страницы была разбита на три части. В ней в весьма сжатом изложении было дано всестороннее обоснование будущей ракетно-космической техники.

В первой части изложена теория жидкостного ракетного двигателя. Впервые описан способ охлаждения стенок камеры сгорания горючим, испаряя его и направляя пары в камеру сгорания вдоль стенок камеры, чтобы защитить их от прямого контакта с сильно нагретыми продуктами сгорания.

Во второй части книги описание конструкции ракеты сопровождается подробными чертежами двухступенчатой ракеты. Приводится описание работы основных элементов ракеты, оно сопровождается большим количеством численных данных, позволяющих судить о реальности проекта.

В качестве топлива предусмотрен раствор спирта с водой и жидкий кислород для первой ступени ракеты, жидкие водород и кислород – для второй ступени. Добавка к спирту воды должна была понизить температуру сгорания и тем самым облегчить проблему охлаждения внутренних стенок ракетного двигателя.

Расчетами было показано, что может оказаться полезным предварительный разгон ракеты. В этом случае она становится трехступенчатой. Можно взять и большее число ступеней, тогда ракета будет способна развить космические скорости.

В третьей части подробно обсуждается проблема воздействий на человека перегрузок и невесомости, дается чертеж центрифуги для физиологических исследований и тренировки космонавтов. Особый параграф посвящен опасностям ракетного полета и выходов из нештатных ситуаций. Рассмотрен выход через шлюз в открытый космос – «наблюдатели, одевшись в особые водолазные костюмы, смогут из своей кабины вылезать через двойную дверку в свободное мировое пространство, оставаясь связанными с ракетой канатом».

В этой же части даны оценки времени, необходимого для создания ракеты и требуемых для этого средств. Что касается времени, то Г. Оберт вполне объективен – он считал, что всё описанное вряд ли осуществится в ближайшие десять лет.

Однако, рассматривая практическое применение ракет, он пишет, что, находясь на орбите, ракета может стать стартовой площадкой для других ракет, которые будут курсировать между нею и Землей. Оснастив спутник зеркалом, он предлагает направлять солнечные лучи на Землю, чтобы плавить приполярные льды с целью увеличения посевных площадей сельскохозяйственных угодий. Романтик, он жил в послевоенной полуголодной Европе.

Темп любительского ракетостроения нарастал. В 1925 г. инженер из Эссена Вальтер Гоман опубликовал книгу о траекториях полета ракет в межпланетном пространстве. За ней последовали статьи Макса Валье о полётах в космос: «Из Берлина в Нью-Йорк за один час», «Смелое путешествие на Марс» и другие.

В начале 1927 года Иоганнес Винклер основал журнал «Ракета» и совместно с Максом Валье организовал «Spaceflight Club» (AFR) – «Клуб космических полетов», в котором собирались энтузиасты аэрокосмических полетов для обсуждения своих идей. Экспериментальные работы, как и публикацию научных статей по ракетной тематике, энтузиасты производили на собственные денежные средства. Вполне понятно, как охлаждал пыл романтиков космоса дефицит финансов.

Поэтому, исходя из того, что труд коллектива более продуктивен, чем труд одиночек, журналист Вилли Лей предложил придать клубу AFR более массовый характер, расширить круг его участников. Идея попала на благодатную почву, и 5 июля 1927 года состоялось собрание. Учредителями нового сообщества стали: Иоганнес Винклер, Герман Оберт, Рудольф Небель, Макс Валье, Вилли Лей, Вальтер Гоман, Гвидо Пирке, Герман Поточник, Клаус Ридель, Рольф Энгель, впоследствии каждый из них вписал свою страницу в историю формирования мировой космонавтики.

Новой общественной структурой ракетчиков-любителей стало «Verein fuer Raumschiffahrt», в переводе «Общество космических путешествий». Первым председателем Общества был избран Иоганнес Винклер [171].

В 1928 году Комитет Астрономического общества Франции по присуждению премии «Эсно-Пельтри-Гирша» присудил члену этого общества, Герману Юлиусу Оберту, премию за представленную рукопись. Премия позволила ему опубликовать в 1929 году книгу «Wege zur Raumschiffahrt» – «Пути к звёздоплаванию», объемом в 423 страницы, то есть в четыре раза больше, чем книга, которую он издал в 1923 году. Основной причиной увеличения объема книги явились новые результаты, полученные Обертом за пять лет, прошедших между первым и третьим изданием книги.

Главным достижением Оберта в разделе динамики ракет следует считать предложенную им синергическую траекторию подъема и разгона космической ракеты. Никто до него не рассматривал столь тщательно вопроса об оптимальных траекториях космических ракет, стартующих с Земли и переходящих на заданную космическую орбиту.

Основная идея полета по синергической траектории заключена в горизонтальном, без удаления от Земли, разгоне. Космический полет начинается с достижения круговой скорости в атмосфере, создающей большое воздушное сопротивление. Поэтому вначале выгодно, не слишком разгоняясь, поднять ракету за пределы атмосферы и уже там начать основной разгон. При этом взлетать следует в направлении на восток, чтобы добавить к горизонтальной скорости ракеты скорость вращения Земли. Эта идея оказалась чрезвычайно плодотворной. И сегодня все космические ракеты взлетают и разгоняются, следуя этой схеме.