Реактивные снаряды могут эффективно использоваться не только в чисто военных, но и в других целях. Например, они являются уникальным средством для научного исследования верхних слоев атмосферы, так как пониженное давление воздуха на большой высоте, не допускающее подъем небольших беспилотных аэростатов выше 40 км, фактически благоприятствует высотным полетам реактивных снарядов. Действительно, реактивный снаряд обладает такими свойствами, благодаря которым его полет может продолжаться за пределами земной атмосферы в межпланетном пространстве.

Реактивный снаряд уже достиг высоты полета 390 км, а составной снаряд, в котором в качестве первой ступени используется хорошо зарекомендовавшая себя ракета «Викинг» (рис. 82), может подняться выше 500 км.

В настоящее время внимание ученых привлекают вопросы исследования космической радиации, ионосферы, солнечного спектра, а также изменения давления, температуры и состава воздуха в верхних слоях атмосферы. Одновременно изучаются летные свойства реактивных снарядов.

Первые попытки поднять самозаписывающие приборы на высоту, превышающую предел, достигнутый аэростатом, были сделаны с помощью небольшого американского реактивного снаряда «ВАК Корпорал» (рис. 79) и захваченных в Германии снарядов Фау-2, которые были приспособлены для вертикального полета.

Реактивный снаряд «ВАК Корпорал» был создан в результате исследований, начатых в 1944 г. Гугенхеймской авиационной лабораторией Калифорнийского технологического института после представления в ноябре 1943 г. д-рами Т. Карменом, X. С. Цзяном и Ф. Дж. Малина докладной записки в управление артиллерийского технического снабжения. Предварительные исследования начались с создания ракет на твердом топливе для получения экспериментальных данных о работе двигателя с продолжительной тягой и поведении в полете снаряда с неподвижными стабилизаторами, а также для получения данных о работе стартовых ускорителей. Первый такой снаряд известен под названием «Прайвит» А. Снаряд имел длину 2,4 м и вес около 230 кг (включая 27 кг полезного груза). Двигатель снаряда на твердом топливе, изготовленный фирмой «Аэроджет», развивал тягу около 450 кг в течение 30 сек. Стартовый ускоритель состоял из четырех стандартных самолетных ускорителей калибра 114 мм и развивал при взлете тягу свыше 9700 кг. Сам снаряд, предназначавшийся для сверхзвукового полета, имел острую, конусообразную головную часть и был снабжен четырьмя стабилизаторами на хвостовой части.

Пусковая установка представляла собой 11-метровую стальную башню типа фермы прямоугольного сечения с четырьмя внутренними направляющими; башня могла поворачиваться у основания для регулировки направления вылета снаряда в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Пусковая установка имела двоякое назначение: во-первых, она являлась направляющей для снаряда, пока он не разовьет достаточной скорости, обеспечивающей его аэродинамическую устойчивость, и, во-вторых, обеспечивала отделение стартового ускорителя от снаряда после полного выгорания топлива до того, как он покинет пусковую установку.

После снаряда «Прайвит» А был создан другой снаряд в основном такой же конструкции, но вместо четырех симметрично расположенных хвостовых стабилизаторов он имел только один стабилизатор и две горизонтальные несущие плоскости с общим размахом около 1,5 м. Хотя в результате испытаний этого крылатого снаряда и были получены некоторые ценные данные, вместе с тем они со всей очевидностью показали, что для полной эффективности снаряд с несущими плоскостями должен иметь присущие ему органы управления.

В результате предварительных экспериментов со снарядом «Прайвит» А управление артиллерийского технического снабжения в декабре 1944 г. поручило названной выше лаборатории изучить возможность практического применения высотного снаряда для подъема метеоприборов весом 11 кг на высоту по меньшей мере 30 тыс. м. Теоретические исследования показали возможность Практического осуществления этого проекта. Была составлена программа экспериментальных работ, в которой наряду с другими специфическими задачами было предусмотрено изготовление модели такого снаряда в Vs натуральной величины. В основном эта модель предназначалась для выяснения вопроса о том, можно ли ограничиться тремя хвостовыми стабилизаторами вместо обычных четырех и для испытания стартового ускорителя. Испытания модели в июле 1945 г. подтвердили правильность проектных данных снаряда.

В окончательном виде снаряд имел длину 4,8 м, диаметр 305 мм и общий вес 300 кг. На снаряде был установлен ракетный двигатель фирмы «Аэроджет» на жидком топливе, развивавший тягу 680 кг в течение 45 сек. В качестве топлива использовалась самовоспламеняющаяся смесь, в которой азотная кислота служила окислителем, а анилин — горючим, причем последний предварительно проходил через рубашку камеры сгорания для ее охлаждения. Топливо подавалось в двигатель сжатым воздухом.

Стартовым ускорителем служил морской модифицированный реактивный снаряд «Тайни Тим», носовая часть и стабилизаторы которого были соответствующим образом изменены. Тяга была также увеличена с 13 600 кг в течение 1 сек. до 22 700 кг в течение немногим больше полсекунды. Поскольку при этом снаряд должен был подняться на высоту 65 м, которая считалась недопустимой для пусковой башни, было решено использовать башню высотой 30,5 м и впервые допустить сгорание части топлива стартового ускорителя во время свободного полета.

Летные испытания снаряда «ВАК Корпорал» были проведены в течение сентября-октября месяцев 1945 г. на испытательном полигоне Уайт-Сандс (шт. Нью-Мексике). В вертикальном полете снаряд достиг высоты около 70 тыс. м. Полет снаряда регистрировался при помощи радиолокатора. Значительное повышение расчетной высоты объясняется, во-первых, существенным уменьшением снаряда, достигнутым в процессе его доводки, а во-вторых, повышением начального импульса снаряда за счет применения стартового ускорителя «Тайни Тим».

В первых испытательных полетах снаряд «ВАК Корпорал» был снабжен метеоприборами. Приборы находились в носовой части, которая в полете отделялась от корпуса снаряда и благополучно спускалась на Землю при помощи автоматически действующего парашюта. Позднее была разработана радиотелеметрическая система, обеспечивающая передачу показаний приборов снаряда на наземную приемную радиостанцию.

Исследования верхних слоев атмосферы при помощи Фау-2 (рис. 78) начались в 1946 г., после того как управление артиллерийского и технического снабжения армии США разработало план запуска серии захваченных в Германии снарядов на полигоне Уайт-Сандс для их оценки с военной точки зрения. В январе 1946 г. была рассмотрена возможность увеличения полезной нагрузки снаряда путем использования зарядного отсека для помещения в нем регистрирующих приборов. Изготовление приборов и проведение основных физических исследований верхних слоев атмосферы было поручено лаборатории прикладной физики университета Гопкинса в г. Сильвер-Спрингс (шт. Мэриленд).

Снаряд Фау-2 не требует для пуска ни направляющей стартовой башни, ни стартового ускорителя. Длина снаряда равна 14 м, а диаметр 1,6 м. Стартовая установка представляет собой простую платформу, на которой снаряд перед запуском устанавливается в вертикальном положении.

Общий вес топлива (спирт — жидкий кислород) составляет 8650 кг, продолжительность работы двигателя приблизительно равна 60 сек. При давлении в камере сгорания около 15 атм и температуре 2500°С скорость истечения газов составляет приблизительно 2000 м/сек, а величина тяги 28 т. Величина ускорения в момент полного выгорания топлива на высоте 30 500 м достигает 6 g при скорости 5440 км/час. Снаряды достигали высот от 100 до 182 км при средней продолжительности полета

Р и с. 78. Полет снаряда Фау-2. В 1946 г. американцы начали работу по исследованию верхних слоев атмосферы, используя для этой цели трофейные немецкие снаряды Фау-2. Зарядный отсек ракеты использовался для размещения различных приборов.

8 мин., т. е. они находились в течение 4-5 мин. на высоте, недосягаемой для обычных аэростатов.

Управление пуском снаряда осуществляется из блокгауза с железобетонными стенками толщиной 40 см, расположенного на расстоянии 300 м от старта. Здесь находится центр «нервной системы», управляющий всей операцией: сюда сходятся электропровода от всех приборов и механизмов. Между пунктом управления и наблюдательными постами, расположенными в различных частях полигона, проложены линии связи.

Объем приборного отсека ракеты составляет 0,55 м³. Различные приборы и инструменты размещаются внутри «пирамидальной» фермы, причем малогабаритные и легкие приборы находятся в верхней ее части.

Иногда для приборов отводилось место в хвостовой части снаряда, и, несмотря на высокую температуру и вибрацию вследствие близости двигателя, эти приборы после падения снаряда на землю извлекались из обломков в сравнительно хорошем состоянии.

Наблюдение за полетом снарядов и регистрация их траекторий осуществлялись научно-исследовательской баллистической лабораторией Абердинского полигона, войсками связи и Колледжем сельскохозяйственных и технических наук (шт. Нью-Мексико). Измерения, производившиеся баллистической лабораторией, включали определение местонахождения, скорости и ускорения снарядов как функции времени, места их падения и продолжительности полета. Лаборатория также применяла передачу сигналов синхронизации времени по радио и по проводной связи для использования их различными наблюдателями в целях увязки различных замеров с параметрами траектории полета снаряда. Измерение параметров траектории осуществлялось с помощью радиолокаторов, фотокинотеодолитов и приборов визуального наблюдения.

Хотя обнаружение и использование показаний измерительных приборов после падения снарядов на землю является простейшим решением, оно не может быть надежным способом получения данных о полете снарядов особенно на первых этапах исследований. Например, при запуске снаряда 10 мая 1946 г., несмотря на интенсивные поиски как в воронке, образовавшейся от удара снаряда, так и в прилегающем к ней районе, не удалось обнаружить ни одного измерительного прибора. Необходимость регистрации показаний измерительных приборов в полете и передачи их на землю с помощью радиосигналов была вполне очевидной. Последовавшее позднее применение радиотелеметрической аппаратуры, разработанной отделением радиозондов научно-исследовательской лаборатории военно-морского флота США, придало испытаниям совершенно новый характер.

Впервые телеметрическая система, разработанная этой лабораторией, была установлена на снаряде, выпущенном 30 июля 1946 г. Эта система использовала для передачи сигналов импульсно-временную модуляцию, посредством которой можно передавать более мощные радиосигналы при более низком среднем потреблении энергии по сравнению с системой с непрерывно излучаемой несущей. Передатчик системы работает на частоте 1000 мггц, являющейся достаточно высокой для прохождения через ионосферу. Показания приборов, установленных на опытном снаряде, превращались во временные интервалы между передаваемыми радиоимпульсами. Приемные наземные станции имели специальные устройства для расшифровки и записи принимаемых сигналов. Для записи переменного электрического напряжения применяется несколько методов, в том числе запись на движущуюся фотопленку и киносъемка приборной доски. В качестве страховки на случай отказа дешифрирующего устройства наземной приемной станции сигналы радиопередатчика снаряда одновременно записываются на проволоку. Первоначально с помощью телеметрической системы можно было регистрировать и передавать на землю показания 28 приборов, но в более поздних образцах телеметрических систем число каналов передачи было увеличено до 60.

Передача некоторых данных (как, например, данных о солнечном спектре) не могла быть осуществлена приборами телеметрической системы. Поэтому было желательно такие данные записывать во время полета и использовать их после падения снаряда на землю. Заслуживают внимания две возможности увеличения вероятности сохранения приборов от разрушения при падении снаряда на землю: первая — сделать падение снаряда беспорядочным и таким образом снизить его конечную скорость и вторая — выбросить из снаряда в конце полета необходимую аппаратуру на землю с парашютом.

В последнее время приборный отсек стали отделять от корпуса снаряда при помощи взрыва соединительных креплений у основания приборного отсека. Это оказалось надежным методом снижения конечной скорости падения отсека до нескольких десятков метров в секунду, обеспечивающим достаточно хорошую сохранность спектрографических записей и кинофильмов, помещаемых в стальные кассеты с толстыми стенками. Этот метод был в дальнейшем усовершенствован путем установки в носовой части снаряда, где размещались измерительные приборы, специального двухступенчатого парашюта. При отделении носового отсека от корпуса снаряда автоматически открывался девятиметровый вытяжной парашют, который при вхождении отсека в более плотные слои атмосферы открывал тридцатиметровый основной парашют, и носовая часть снаряда благополучно опускалась на землю.

Характер отдельных экспериментов требует особых способов доставки измерительных приборов на землю. Например, для получения данных о температуре верхних слоев атмосферы приборы выбрасываются из приборного отсека самостоятельно. Для этой цели сотрудником военного научно-исследовательского отдела при технологическом институте штата Иллинойс д-ром С. Рейнор был разработан специальный прибор, представляющий собой металлический шар, внутри которого размещаются чувствительные термометры и регистрирующая кинокамера. Стабилизация шара как внутри снаряда, так и вне его обеспечивается тремя гироскопами. Внутри снаряда шар может свободно поворачиваться на поддерживающих кольцах, состоящих из двух половин, скрепленных взрывными болтами. Кольца после выбрасывания шара из снаряда отбрасываются в стороны. Измерение температуры окружающего воздуха производится в процессе свободного падения шара. Измерительное устройство состоит из 14 расположенных на поверхности шара головок, в каждой из которых помещается чувствительный термоэлемент, и специальной кинокамеры с замедленной скоростью съемки для регистрации показаний термометров на 16-миллиметровой кинопленке. При погружении шара в более плотные слои атмосферы камера, соединенная с радиопередатчиком, предназначенным для определения местонахождения камеры, автоматически выбрасывается из шара и опускается на землю с помощью ленточного парашюта.

Описанная измерительная техника в последующем была усовершенствована службой связи армии США с целью более точного определения температуры тела, находящегося на высоте 90-120 км над землей. Исследования с помощью ракет-зондов показывают, что начиная с высоты 90 км температура повышается от -33,3° С и на высоте 640 км может достигнуть 205°С.

В последнее время для измерения температуры верхних слоев атмосферы применяют шар-зонд, который выбрасывается из реактивного снаряда «Аэроби» на высоте около 130 км. Частично наполненная оболочка шара-зонда в процессе полета снаряда помещается в деревянном цилиндре, находящемся непосредственно за носовой частью снаряда. Вблизи верхней точки траектории полета снаряда шар выбрасывается. При этом сжатый воздух из небольшого баллона надувает его до диаметра 1,4 м. Температура верхних слоев атмосферы может быть определена по изменению скорости падения шара-зонда. Маленький радиопередатчик, помещенный внутри шара-зонда, непрерывно излучает сигналы, которые регистрируются наземной радиостанцией. Шар-зонд изготовлен из пропитанной неопреном нейлоновой ткани толщиной 1,6 мм. Предполагают, что исследования верхних слоев атмосферы должны помочь изучению атмосферных изменений и вопросов дальней радиосвязи, а также способствовать накоплению опыта по созданию новой аппаратуры, приспособленной для работы во внеземных условиях.

Конструкция реактивного снаряда «Аэроби» (рис. 80) была разработана американскими фирмами «Аэроджет» и «Дуглас» под техническим руководством университета Джона Гопкинса по заказу управления артиллерийского и технического снабжения, сделанному в мае 1946 г.

Контракт предусматривал изготовление нового снаряда по образцу успешно зарекомендовавшего себя снаряда «ВАК Корпорал», но с большей вместительностью приборного отсека и с такими высотными характеристиками, которые более соответствовали бы условиям проведения научных исследований в верхних слоях атмосферы. В процессе его разработки были поставлены следующие основные задачи: а) создать сравнительно недорогой снаряд для исследований физических свойств верхних слоев атмосферы; б) накопить технический опыт в области проектирования, испытания и запуска реактивных снарядов с двигателями на жидком топливе и одновременно получить испытанный снаряд потенциальной военной ценности, могущий служить основой для создания зенитного снаряда; в) накопить в вооруженных силах США (и среди их поставщиков) практический опыт в обращении, эксплуатации, заправке, запуске и слежении за полетом снарядов как с земли, так и с борта корабля.

Р и с. 79. Снаряд „ВАК Корпорал", достигший в 1945 г. высоты 70 км при использовании в качестве стартового ускорителя ракеты „Тайни Тим" Р и с. 80. Схематический чертеж снаряда „Аэроби". Спроектирован на основе ракеты „ВАК Корпорал", но имеет значительно больше места для приборов. Скорость снаряда достигает 4500 км/час (1250 м/сек), а высота подъема около 110 км.

Общая длина снаряда «Аэроби» 5,7 м, диаметр 380 мм. Стартовый ускоритель на твердом топливе укреплен на тонких стержнях сзади главного двигателя снаряда, работающего на жидком двухкомпонентном топливе. При одновременной работе обоих двигателей струя газов основного двигателя обтекает коническую головную часть стартового ускорителя. Снаряд быстро набирает скорость до 300 м/сек, после чего ускоритель отделяется от него. Продолжительность работы основного двигателя снаряда 45 сек. При полном сгорании топлива скорость снаряда достигает приблизительно 4500 км/час (1250 м/сек) на высоте примерно 30 км.

Р и с. 81. Снаряд „Аэроби" в пусковой башне на палубе американской пловучей испытательной базы „Нортон Саунд".

Реактивный снаряд «Аэроби», как и снаряд «ВАК Корпорал», в полете не управляется. Устойчивость полета обеспечивается правильной центровкой снаряда и наличием хвостового оперения. Вертикальность траектории полета снаряда обеспечивается наклоном пусковой башни высотой 42 м в соответствии с данными о направлении и силе ветра, полученными при помощи метеозондов.

Показания приборов, установленных на снаряде, ранее снимались двояким образом: а) с помощью радиосигналов компактного телеметрического передатчика, работающего на частоте 85 мггц; б) путем осмотра приборов после падения снаряда. Хвостовая часть снаряда отделялась от корпуса на определенной высоте на нисходящей ветви траектории при помощи взрывного приспособления. Снаряд, лишенный хвостовой части, становился в полете аэродинамически неустойчивым и вследствие этого беспорядочно падал на землю со скоростью, не превышающей 45 м/сек, причем приборы, заключенные в специальную бронированную оболочку, сохранялись в удовлетворительном состоянии. В последнее время отделяют от снаряда весь приборный отсек и спасают его при помощи парашюта ленточного типа.

После запуска трех макетов снарядов, не имевших собственных двигателей, 24 ноября 1947 г. было проведено первое испытание полностью снаряженного снаряда «Аэроби». К сожалению, полет снаряда пришлось прекратить с помощью радиокоманды с земли через 35 сек. после старта из-за чрезмерного отклонения снаряда на взлете. Второй полет 5 марта 1948 г. был вполне успешным, и снаряд достиг высоты 112 км. Испытания снаряда «Аэроби» проводились не только с наземных стартовых установок. Несколько снарядов было пущено на море с пловучей испытательной базы новых видов оружия воено-морской авиации США «Нортон Саунд» (рис. 81). Летом 1950 г. с этого судна был пущен снаряд в заливе Аляска с целью определения зависимости между магнитным полем земли и космическими лучами. Позднее с этого же корабля в Тихом океане был произведен пуск снаряда нового типа «Викинг» фирмы «Гленн-Мартин» (рис. 82), который достиг высоты 171 км.

Снаряд «Викинг» обладает некоторыми уникальными конструктивными особенностями. В то время как снаряду Фау-2 устойчивость в полете обеспечивают четыре газовых руля, направление полета снаряда «Викинг» регулируется путем отклонения всего двигателя (камеры сгорания и сопла) в нужную сторону. В обоих случаях положение органов управления регулируется гироскопической системой, корректирующей направление оси снаряда в пространстве. Несмотря на различное устройство систем, они действуют одинаковым способом, т. е. отклоняют газовую струю, вытекающую из двигателя, в нужную сторону, корректируя тем самым любое отклонение снаряда от правильного курса. Применение двигателя

Р и с. 82. Подготовка к пуску высотного снаряда „Викинг" на испытательном полигоне „Уайт-Сандс"

с поворотной камерой вместо газовых рулей позволило снизить вес снаряда, избежать потерь в силе тяги двигателя, вызываемых наличием газовых рулей, и исключить возможность сгорания последних. Интересно припомнить, что гироскопический способ управления рулями был продемонстрирован еще в 1932 г. покойным д-ром Р. Годдардом в его первых экспериментах с ракетами в Розуэлле (шт. Нью-Мексико). Годдард также первым применил поворотный двигатель для управления полетом. Он построил ракету, коническая хвостовая часть которой и двигатель под влиянием гироскопической системы поворачивались на шарнире при помощи особых мехов, наполненных сжатым азотом. Первый полет этой ракеты был успешно проведен в июле 1937 г.

Двигатель снаряда «Викинг» работает на жидком кислороде и спирте. Подача топлива осуществляется турбонасосом, работающим на перекиси водорода. Малейшая тенденция снаряда к вращению вокруг продольной оси автоматически устраняется путем выпуска струи отработанных газов от турбонасоса через особые клапаны в сторону, противоположную вращению снаряда. Проект снаряда «Викинг» зародился в 1946 г., когда специалисты пришли к выводу, что экономически более целесообразно построить совершенно новый снаряд, специально предназначенный для исследования верхних слоев атмосферы, чем копировать Фау-2. Фактором, способствующим отказу от немецкого снаряда, явилось также и то обстоятельство, что этот снаряд становится неустойчивым, если он не догружен на несколько сот фунтов до максимального веса. Летом 1946 г. управление вооружений ВМС США передало авиационной фирме «Гленн-Мартин» заказ на проектирование и строительство десяти ракет-зондов с максимальной высотой полета свыше 320 км. Одновременно фирма «Риэкшн Моторс» получила заказ на производство двигателя с тягой 9100 кг. Новый снаряд марки «Викинг» отличается от Фау-2 во многих отношениях. Вероятно, наиболее важной особенностью снаряда «Викинг» является его цельноалюминиевая конструкция, что наряду с другими мерами, направленными к уменьшению веса снаряда, позволяет ему, несмотря на наличие двигателя, развивающего тягу в два с лишним раза меньше тяги двигателя Фау-2, подниматься гораздо выше снаряда немецкой конструкции. Снаряд «Викинг» имеет очень большой относительный вес топлива, составляющий 80% от общего веса снаряда, в то время как относительный вес топлива Фау-2 составляет 67%, а «Аэроби» — 55%.

Снаряд «Викинг» со времени не совсем удачных первых испытаний, проведенных в мае 1949 г., когда вследствие преждевременного выключения двигателя снаряд достиг высоты только 83 км, претерпел ряд конструктивных изменений. Длина первого образца снаряда была на 0,3 м меньше Фау-2 (13,7 м), а его диаметр (800 мм) в два раза меньше диаметра того же снаряда. Позднее длина снаряда была увеличена до 14,5 м. Этот снаряд достиг рекордной высоты 216 км. На основе накапливаемого опыта конструкция каждой последующей модели снаряда улучшалась; особенно большим изменениям подверглась восьмая модель. Диаметр корпуса этой модели с целью увеличения запаса топлива примерно на 50% был доведен до 1140 мм. Но от этого варианта пришлось отказаться из-за неудачной системы запуска. Его основные характеристики были сохранены в девятом варианте снаряда, который при испытаниях 15 декабря 1949 г. на полигоне Уайт-Сандс также достиг рекордной для одноступенчатых снарядов высоты 217 км. Двигатель этой модели прекратил работу на высоте 56 км через 60 сек. после взлета, когда скорость снаряда достигла 6250 км/час (~ 1750 м/сек).

Таблица 5

Снаряд девятого варианта был приблизительно на 2 м короче снаряда седьмого варианта, но имел больший диаметр при двигателе, развивавшем, как и у снаряда седьмого варианта, тягу 9300 кг; системы управления и подачи топлива, а также электронная аппаратура были совершенно другими. Наиболее заметной внешней отличительной особенностью снаряда были меньшие по размерам треугольные стабилизаторы.

Хотя проектная величина максимальной полезной нагрузки снаряда «Викинг» 9 составляла 900 кг, фактически в нем было установлено различных приборов и инструментов только на 340 кг. Значительная часть аппаратуры предназначалась для измерения в верхних слоях атмосферы спектрального состава и интенсивности солнечного света в различных участках спектра рентгеновских и ультрафиолетовых лучей. В частности, в состав измерительных приборов входили: автоматически наводящийся на солнце спектрограф и три фотоносчетчика. Фотоносчетчики по своему устройству аналогичны известным счетчикам Гейгера, которые применяются для обнаружения атомной радиации, но вместо электронов (протонов) или тяжелых ядер они подсчитывают отдельные кванты света (фотоны). Фотоносчетчики, применявшиеся во время последних испытаний, предназначались для анализа состава солнечного света и точного измерения его количества.

Р и с. 83. Взлет снаряда „Вероника". Четыре троса, разматывающихся с барабана, установленного на стартовой площадке, обеспечивают начальную стабилизацию снаряда при взлете. На верхнем снимке показан момент отделения кронштейнов с тросами от стабилизатора снаряда, после того как он достиг необходимой скорости.

В носовой части снаряда был помещен специальный фотоэмульсионный прибор для обнаружения космической радиации, а также шесть фотоаппаратов для съемки показаний различных измерительных приборов, определения пространственной ориентировки экспериментального оборудования в процессе полета и для фотосъемки в инфракрасном свете больших участков земной поверхности. Для получения сравнительных данных характеристики ракетного двигателя замерялись как во время стендовых испытаний, так и в полете. Исследовалась также эффективность стабилизирующих органов снаряда при работающем и выключенном двигателе.

Для успеха испытаний необходимо было обеспечить сохранность некоторых приборов, например фотоаппаратов. С этой целью носовая часть снаряда «Викинг» в полете отделялась от корпуса при помощи взрывного приспособления, которое срабатывало по команде с наземной станции по радио. Как уже указывалось, сопротивление воздуха значительно снижало конечную скорость падения носовой части снаряда и она не испытывала сильного удара о землю.

Показания большей части приборов передавались на землю посредством радиотелеметрической системы с 30 каналами передачи, обеспечивавшими непрерывную автоматическую посылку кодированных сигналов на наземную приемную станцию. На землю передавались данные не только о выполнении снарядом своей основной задачи, т. е. исследования верхних слоев атмосферы, но и дополнительные данные о летных характеристиках самого снаряда (тяга двигателя, положение снаряда в пространстве и т. д.).

В настоящее время под руководством научно-исследовательской лаборатории военно-морских сил США при помощи снарядов «Викинг» проводятся исследовательские работы с целью получения наиболее полных данных: а) о физическом состоянии земной атмосферы на возможно больших высотах, при этом основными предметами изучения являются температура, давление, плотность и состав воздуха; б) о природе и свойствах ионосферы и процессах, которые ведут к ее образованию; в) о солнечной и земной радиации и г) о физических свойствах космических частиц, обладающих большим запасом энергии.

Конечной целью программы развития снаряда «Викинг» являлось создание снаряда, способного обеспечить проведение научных исследований верхних слоев атмосферы на высоте до 320 км. Поэтому после пуска девятого варианта снаряда научно-исследовательская лаборатория заказала еще четыре снаряда, доведя таким образом общее число заказанных снарядов до 14. Запуск снаряда «Викинг» 10 не привел к увеличению уже достигнутой ранее высоты полета (217 км). 24 мая 1954 г. на полигоне Уайт-Сандс был выпущен одиннадцатый вариант снаряда, который достиг высоты 254 км.

Интересный снаряд с расчетной высотой полета 125 км, предназначенный также для научно-исследовательских целей, построен во Франции научно-исследовательской лабораторией баллистики и аэродинамики. Этот снаряд, известный под названием «Вероника», имел длину около 6 м и взлетный вес 980 кг. Он был самым большим снарядом, построенным в Европе после окончания войны.

Пуск снаряда «Вероника», как и Фау-2, осуществляется с простой платформы, а для обеспечения начальной стабилизации полета служат четыре троса, разматывающихся с барабана, укрепленного на стартовой платформе. Своими концами тросы привязываются к четырем кронштейнам, прикрепленным к стабилизаторам снаряда. При взлете снаряда тросы разматываются с одинаковой скоростью и обеспечивают устойчивость полета снаряда (рис. 83) в начальный период взлета, когда скорость еще не достаточна для действия аэродинамических стабилизаторов. При таком устройстве отпадает необходимость в гироскопически управляемых газовых рулях или в двигателе с поворотной камерой.

По достижении достаточной скорости полета кронштейны с прикрепленными к ним тросами отделяются от снаряда при помощи взрывного приспособления, управляемого часовым механизмом.

Поскольку снаряд предназначен для проведения исследований на больших высотах, его носовая часть заполняется измерительной аппаратурой общим весом 56 кг. Приборный отсек отделяется от корпуса снаряда с помощью взрыва соединительных болтов незадолго до достижения снарядом максимальной высоты. Снижение скорости падения носовой части осуществляется с помощью специального тормозного устройства (рис. 84). В смежном с носовой частью отсеке снаряда находится газогенератор, создающий в топливных баках давление 27 кг/см², за газогенератором расположены топливные баки, вмещающие 370 л азотной кислоты и 165 л газойля. Азотная кислота используется для охлаждения камеры сгорания ракетного двигателя.

При испытаниях снаряд развивал максимальную скорость 4960 км/час (1400 м/сек) и достигал высоты 64 км. Дальность горизонтального полета такого снаряда с боевым зарядом составила бы 240 км.

Некоторые из научно-исследовательских работ, проводимых в настоящее время с помощью реактивных снарядов, имеют целью проверить и расширить имеющиеся данные о свойствах атмосферы на небольших высотах. В докладе д-ра Ван-Аллена съезду Американского ракетного общества в марте 1950 г. в Нью-Йорке подчеркивалась необходимость получения таких данных для большого числа далеко отстоящих друг от друга районов. Важно, заявил Ван-Аллен, создать надежные и недорогие снаряды¹, которые позволят научно-исследовательским организациям, применяющим различную методику исследований, проверить и пополнить собранные в различных частях мира данные о верхних слоях атмосферы. Только тогда могут быть получены надежные сведения об ионосфере, о природе солнечной и космической радиации и ее интенсивности.

¹ Стоимость снаряда „Викинг", по имеющимся данным, составляет около 143 тыс. фунтов стерлингов.

В течение 1952-1953 гг. проводились эксперименты по отработке техники пуска небольших реактивных снарядов с аэростата «Скайхук», которые подтвердили, что старт ракетных снарядов с аэростата является недорогим способом подъема небольшого количества измерительных приборов в верхние слои атмосферы. В августе 1953 г. снаряд с полезной нагрузкой около 14 кг, выпущенный с аэростата на высоте 15 км, достиг высоты 80 км. Такой же снаряд, выпущенный на полигоне Уайт-Сандс с земли, достиг высоты только 30 км.

Снаряд этот известен под названием «Дикон». Он изготовлен Аллегейнской баллистической лабораторией. В качестве двигателя снаряда использован самолетный ускоритель «Джато» на твердом топливе, развивающий в течение 3,5 сек. тягу 2590 кг (максимальное ускорение составляет 60 g). Длина снаряда 2,7 м. Измерительные приборы помещаются в отделяющейся носовой части.

Р и с. 84. Тормозное устройство для снижения скорости падения головной части снаряда „Вероника"; состоит из четырех дисков, соединенных тросами.

Снаряд подвешивается к аэростату на легком тросе длиной 30 м, а к одному из стабилизаторов снаряда подвешивается небольшой ящик, содержащий пусковое устройство и источник электроэнергии (рис. 85).

Р и с. 85. Снаряд военно-морских сил США „Дикон", поднимаемый аэростатом. На высоте 15 км снаряд запускается с помощью приборов, находящихся в небольшом ящике, прикрепленном к стабилизатору. В головной части снаряда помещены приборы для измерения космической радиации на высоте от 65 до 80 км.

Аэростату с подвешенным к нему снарядом требуется 60 мин. для набора высоты 15 тыс. м, после чего барометрическое реле автоматически запускает двигатель ракеты. Под действием ускорения подвешенный к снаряду ящик с пусковыми приборами отрывается.

Опыты проводились под объединенным руководством научно-исследовательского отдела военно-морского министерства США и комиссии по атомной энергии при участии университета штата Айова. Основной задачей экспериментов было исследование космических лучей. С этой целью в снаряде устанавливались счетчики Гейгера или ионизационные камеры. В отдельных случаях использовались только аэростаты, поднимавшие пластинки, покрытые специальной эмульсией для измерения интенсивности космических лучей на высотах около 25 км.

Аэростаты со снарядами «Дикон» запускались с ледокола береговой охраны США «Иствинд» в районе северного магнитного полюса.

Запуск снаряда «Дикон» обходился много дешевле запуска снаряда с наземных стартовых установок. Сам снаряд стоил приблизительно 280 фунтов стерлингов, аэростат— 140 фунтов. Общая сумма расходов на один полет, включая стоимость измерительных приборов, составляла около 1000 фунтов стерлингов. Имеются данные, что военно-воздушные силы США изучают возможность пуска с самолета небольших высотных снарядов, способных поднимать 18 кг полезного груза на высоту до 80 км.

Результаты исследований верхних слоев атмосферы уже практически используются в метеорологии, радиосвязи, аэронавигации, ядерной физике и астрофизике, а также при разработке и эксплуатации управляемых снарядов.

Совсем недавно из доклада д-ра Дж. Генри, сотрудника Лаборатории авиационной медицины военно-воздушных сил США в г. Дейтоне (шт. Огайо), стало известно о проведении опытов по изучению физиологического действия высотных полетов на живые организмы. Такие опыты уже проводились с семенами, насекомыми и животными.

Первый опыт был проведен 17 декабря 1946 г. на полигоне Уайт-Сандс, когда была предпринята предварительная попытка установить, оказывают ли космические лучи и другие условия полета на больших высотах какое-либо необычное влияние на развитие и мутацию грибных спор. Споры, имеющие короткий цикл жизни, были помещены в пяти цилиндрах, сделанных из люсита; четыре цилиндра были вложены в снаряд Фау-2, а один был оставлен на земле в качестве контрольного образца. К сожалению, ни один из цилиндров, помещенных в снаряде, не был обнаружен после падения снаряда на землю. В 1947 г. аналогичный опыт был проведен с плодовыми мухами (плодовой молью). Мухи были помещены в герметический контейнер, установленный в снаряде Фау-2, который поднялся на 170 км. При обратном падении снаряда специальный заряд выбросил из него контейнер и одновременно раскрыл малый ленточный парашют, который снизил скорость падения контейнера до величины, допускавшей открытие парашюта большего размера, с помощью которого контейнер благополучно спустился с высоты 30 км. Мухи в контейнере оказались живыми и, по-видимому, нисколько не пострадали от полета.

Позднее, когда было начато исследование физиологического влияния на организм состояния невесомости при полете снаряда за пределами земной атмосферы, очередь дошла до обезьян и мышей. В этой связи важно отметить, что понятие «невесомости» не имеет ничего общего с понятием «отсутствия силы тяжести». Состояние невесомости имеет место всякий раз, когда снаряд находится в состоянии «свободного падения» (т. е. движения с неработающим двигателем).

Явление невесомости обнаружилось уже при проведении высотных испытаний экспериментального сверхзвукового самолета военно-морских сил США «Дуглас Скайрокет» с ракетным двигателем, обладавшего высотой полета 24 км. Вполне очевидно, что самолет, совершающий кратковременные подъемы на большую высоту, представляет ценную возможность для изучения условий полета в межпланетном пространстве. Необходимость получения информации о физиологическом действии невесомости была признана еще раньше двумя английскими конструкторами, Р. Смитом и Н. Россом, которые в декабре 1946 г. представили английскому министерству снабжения детально разработанный проект снаряда, на борту которого можно было бы поместить человека с целью проведения научных исследований на больших высотах.

Снаряд¹, являясь увеличенным вариантом немецкого Фау-2 с двигателем того же типа, имел герметическую кабину для человека, которая могла отделяться в полете от корпуса снаряда и опускаться при помощи парашюта. Особенностью конструкции кабины являлось то, что она позволяла проведение различных научных опытов еще до ее погружения в плотные слои атмосферы.

¹ Данные об этом снаряде опубликованы в английском журнале Journal of the British Interplanetary Society, May 1948.

После достижения максимальной скорости полета снаряда кабина должна была при помощи сжатого воздуха выбрасываться вперед в направлении движения и продолжать подъем самостоятельно до проектной высоты 300 км. Для устранения состояния невесомости, возникающего в это время, проектом предусматривались средства для создания вращения кабины вокруг ее продольной оси с целью вызвать при помощи центробежной силы «искусственную силу тяжести», при наличии которой стенки кабины становились бы своего рода «полом». Наблюдатель, находящийся в особом кресле-люльке, расположенном на известном расстоянии от оси вращения кабины, не будет ощущать вращательного движения. Специальные приборы должны были обеспечить ему возможность наблюдать наружные предметы, например звезды, в неподвижном положении. Небольшие двигатели, работающие на смеси перекиси водорода и перманганата с выходом газовой струи по касательной к стенкам кабины и под прямым углом к главной оси последней, должны были обеспечить возможность управления вращением кабины.

Таким образом, эксперименты, охватывающие широкий диапазон изменения степени и продолжительности невесомости, могут быть выполнены путем простого увеличения или уменьшения скорости вращения кабины. Полностью затормозив вращение, наблюдатель может проверить свое самочувствие в условиях полной невесомости, и если он в это время покинет свое место, то его тело будет свободно «висеть» внутри кабины.

Вопрос о том, станет ли «вращающаяся кабина» неотъемлемым оборудованием будущих межпланетных снарядов, должен, очевидно, ждать своего разрешения до тех пор, пока человек не получит возможности более продолжительного пребывания на большой высоте, чем это достижимо сейчас. Проект Росса и Смита вносит значительный вклад в дело развития пригодного для этих целей экспериментального снаряда.

В одном из американских экспериментов с Фау-2 в приборный отсек снаряда были помещены пять обезьян в индивидуальных герметических контейнерах. Перед полетом обезьянам сделали укол морфия, чтобы привести их в бессознательное состояние. Обезьянам были надеты кислородные маски для обеспечения дыхания в полете. Различные приборы регистрировали кровяное давление, работу сердца и режим дыхания животных. В процессе полета показания этих приборов непрерывно передавались на землю по радио. Несмотря на то, что все контейнеры были успешно выброшены из снаряда, только один из них сохранился, остальные же вследствие отказа парашютов были потеряны. По иронии судьбы уцелевшая обезьяна, благополучно совершившая подъем на высоту свыше 128 км, умерла от голода в пустыне Нью-Мексико незадолго до того, как она была там обнаружена.

Позднее штаб американских ВВС объявил, что в 1952 г. четыре животных (две обезьяны и две мыши), поднятых в снаряде «Аэроби» на высоту около 67 км, после спуска были обнаружены целыми и невредимыми. Организм этих животных не испытал каких-либо патологических изменений в полете, хотя в момент взлета они подверглись пятнадцатикратной перегрузке, длившейся меньше секунды, и перегрузке от 3 до 4 g в течение последующих 45 сек.

Публикуя все подробности этих экспериментов, «Журнал авиационной медицины» сообщает, что для этой цели было использовано три снаряда «Аэроби». Носовая часть каждого снаряда в целях обеспечения безопасного приземления находившихся в ней животных и приборов была снабжена ленточным парашютом. К несчастью, парашютная система первого снаряда в полете отказала; парашютная система второго снаряда подверглась конструктивным изменениям и после незначительного усовершенствования была успешно применена в третьем снаряде (рис. 86). Во время полета первого снаряда его приборы работали вполне исправно вплоть до удара снаряда о землю.

Эксперимент с анестезированными обезьянами был первой попыткой передачи на землю с помощью телеметрической системы физиологических данных с большой высоты. Полученные данные о пульсе, дыхании и электрокардиограммы подопытных животных были свободны от каких-либо искажений.

Рис. 86. Снаряд „Аэроби" фирмы "Аэроджет". В головной части снаряда находится герметическая кабина с парашютом. В переднем отсеке головной части размещено телеметрическое оборудование, а в заднем — анастезированные обезьяны, вращающийся барабан для мышей, баллон с кислородом, а также кинокамера. 1 — передний конус: 2 — антенна; 3 — генератор; 4 — телеметрическое оборудование; 5 — передатчик; 6 — ба­тареи; 7 — контейнер для животных; 8 — записывающий прибор; 9 — радиомаяк; 10 — парашют; 11 — баки для топлива; 12 — двигатель; 13 — хвостовая часть; 14 — стабилизатор; 15 — крепление стартового ускорителя; 16 — запальник; 17 — камера сгорания порохового двигателя; 18 — стабилизатор; 19 — сопло.

Мыши, помещенные в снаряде «Аэроби», не подвергались перед полетом анестезии и пользовались полной свободой в своей клетке. Для наблюдения за поведением мышей в полете в клетке была установлена автоматическая кинокамера. Проявленная пленка показала, что мыши вели себя нормально до момента окончания работы двигателя, но в течение трехминутного периода невесомости одна из мышей беспомощно болталась в середине клетки во взвешенном состоянии, а другая, уцепившись за боковую стенку своей клетки, была в состоянии сохранять свое положение. Как показывает д-р Генри, мыши не испытывали никакого беспокойства оттого, что они находились вверх или вниз головой, они просто утратили чувство пространственной ориентировки и занимали положение, которое было для них наиболее удобным.

На основании этого опыта можно сделать вывод, что живое существо теряет чувство ориентировки, если оно не в состоянии удержаться на одном месте. В то же время животные, которые в состоянии за что-нибудь держаться, сохраняют способность ориентировки и мало ощущают отсутствие силы тяжести. Однако создание снаряда — спутника Земли, имеющего на борту пассажиров, может быть осуществлено только после исследования влияния на живой организм отсутствия силы тяжести в течение многих часов.

Учреждением, ответственным за проведение научно-исследовательских работ в этой области, в Соединенных Штатах является отдел межпланетной медицины, созданный в 1949 г. в Рэндолф-Филде (шт. Техас) для исследования физиологического влияния повышенных ускорений, отсутствия силы тяжести и космической радиации на экипажи будущих самолетов, искусственных спутников Земли и межпланетных кораблей. Отдел межпланетной медицины является филиалом школы авиационной медицины военно-воздушных сил США и входит в организацию «РАНД Корпорейшн», занимающуюся вопросами создания искусственного спутника Земли.