Несмотря на большое количество выпущенных в США с исследовательскими целями реактивных снарядов, работа по изучению свойств атмосферы над различными областями земного шара потребует еще многих лет экспериментов со снарядами типа «Аэроби». Вообще говоря, при таких экспериментах вряд ли возникнет необходимость поднимать снаряды на высоту, превышающую 160 км.

Тем не менее можно ожидать, что стремление распространить полет снарядов за пределы атмосферы будет и дальше усиливаться. В феврале 1949 г., например, был произведен пуск составного снаряда «Бампер», который достиг высоты полета 390 км. Он состоял из снаряда «ВАК Корпорал» и снаряда Фау-2, выполнявшего функции ускорителя (рис. 87). Этот пример дает представление о широких возможностях, существующих в настоящее время.

Этот интересный эксперимент был торжественно объявлен как первый положительный шаг к созданию небольшого снаряда-спутника, обращающегося по постоянной орбите вокруг Земли. О намерении правительства США создавать такие снаряды-спутники было заявлено министром обороны конгрессу за несколько месяцев до этого испытания. В заявлении говорилось о том, что изучение вопросов конструирования снаряда — спутника Земли ведется уже два года и что, хотя работа находится лишь в начальной стадии, она проводится различными военными организациями самостоятельно под непосредственным руководством комитета по управляемым снарядам. Это сообщение вызвало немедленную реакцию прессы. В печати появилось много статей, описывающих возможное оснащение «космических станций». Появился также ряд поспешно высказанных соображений о том, почему такие станции смогут сохранять свое положение в пространстве, не падая на Землю. Эти соображения неизменно сводились к следующим двум: а) «космическая станция удерживается на границе поля тяготения» (Понимайте как хотите!) и б) «на расстоянии 320 тыс. км от Земли находится нейтральная точка, в которой на тело не действует ни земное, ни лунное притяжение».

Ни одно из этих объяснений не является правильным. Дело обстоит проще. Если снаряд будет пущен за пределы атмосферы по кривой, эквидистантной к поверхности земного шара, лежащей, скажем, на высоте 800 км, и ему будет сообщена скорость приблизительно 7,4 км/сек, то он станет обращаться вокруг Земли так же послушно, как любая планета обращается вокруг Солнца. Если снаряд будет двигаться на высоте 800 км вдоль экватора в направлении вращения Земли, то он будет совершать полный оборот приблизительно за 107 мин.

Снаряд не будет падать в результате того, что при сформулированных выше условиях устанавливается равновесие между центробежной силой, вызываемой криволинейностью движения снаряда, и силой земного притяжения. Поскольку межпланетное пространство не является средой, оказывающей сопротивление, то двигающийся в нем снаряд не теряет скорости и превращается в искусственного спутника Земли. Скорость снаряда, направленная по касательной к поверхности Земли, должна быть равна , где g — среднее ускорение силы тяжести на уровне моря, r — радиус Земли и S_x — расстояние, на котором снаряд находится от центра Земли. Другим интересным фактом является то, что, если бы высота орбиты равнялась 35 500 км, снаряд оказался как бы «остановленным в небе» и совершал бы вместе с Землей один оборот за каждые 24 часа (при скорости 3,04 км/сек).

Начало программы создания таких «снарядов-спутников» было положено в Америке в 1946 г. после изучения деятельности немецких ракетных научно-исследовательских центров в Пеенемюнде и других местах и после опроса выдающихся немецких инженеров американскими и английскими разведывательными органами. В организации «РАНД Проджект» (позднее «РАНД Корпорейшн»¹) был создан исследовательский отдел, который объединил возможности авиационной фирмы «Дуглас Эркрафт», вооруженных сил и ряда специальных исследовательских организаций. Однако нет данных о том, что работа этого отдела вышла за пределы теоретических исследований (повидимому, из-за послевоенной гонки в развитии вооружения), хотя в последнее время вновь ожил интерес к снаряду-спутнику, являющемуся важным звеном в дальнейшем развитии программы изучения больших высот².

¹ Организация, ведающая всеми видами исследовательских проектов.

² Singer S. F., A minimum orbital instrumented satellite — now, Journal of the British Interplanetary Society, March 1954.

Можно полагать, что первым образцом такого снаряда будет составная ракета с очень небольшим грузом, состоящим из приборов, предназначенная для движения вокруг Земли по орбите на высоте между 640 и 800 км. Многие проблемы, возникающие при проектировании снаряда-спутника, уже сейчас подвергаются детальному рассмотрению, и, поскольку они имеют научный характер, им посвящен ряд докладов. Один из них посвящен теоретическому анализу природы и протяженности атмосферы¹.

¹ Grimminger G., Analysis of temperature pressure and density of the atmosphere extending to extreme altitudes, U. S. A. F. Project, RAND report, No R. 105, the RAND Corporation, 1 November 1948.

Важность такого исследования очевидна, так как движение снаряда-спутника возможно только за пределами атмосферы. Снаряд может быть без затрат энергии спутником Земли только при условии, если он не будет встречать сопротивления своему движению по орбите. Если влияние атмосферы на полет межпланетного снаряда из-за непродолжительности прохождения его через воздушный слой оказывается сравнительно небольшим, то вследствие того, что снаряд-спутник будет двигаться месяцами или даже годами по одному и тому же пути, наличие даже чрезвычайно разреженной атмосферы приведет в результате постепенного торможения снаряда к возвращению его на Землю.

Следующей ступенью после создания снаряда-спутника явится, вероятно, управляемый снаряд для полета на Луну или, что более благоразумно, для полета по орбите вокруг нее. Последнее, конечно, будет связано с большими требованиями к технике управления стартом и полетом снаряда. Может быть, даже окажется возможным

Рис. 87. Составной снаряд „Бампер" (Фау-2/„ВАК-Kopпoрал") на взлете. Последняя ступень достигла высоты 390 км. В снаряде было размещено большое количество измерительных приборов (вес оборудования в последней ступени составлял 22,6 кг).

с помощью сравнительно легкой аппаратуры передавать на Землю телевизионные изображения лунной поверхности, в том числе изображения больших областей поверхности Луны, скрытых от нашего непосредственного наблюдения. Однако эта интересная перспектива в развитии межпланетных снарядов вряд ли может быть реализована в недалеком будущем из-за чрезмерного веса и большой сложности необходимой аппаратуры управления и связи.

При обсуждении проблемы межпланетного полета часто возникают вопросы, которые обывателю должны показаться лишенными всякого практического значения. Как, например, мы можем так спокойно обсуждать полет на Луну на расстояние 384 тыс. км, когда наибольшей достигнутой высотой полета снаряда является лишь высота 387 км? Ясно, что для несведущих это может показаться невероятным. Рассуждая таким образом, забывают, что при межпланетном полете значение имеет не расстояние, а скорость полета, так как снаряд, который разовьет скорость, превышающую 11,2 км/сек, преодолеет земное притяжение и никогда не вернется назад.

Поле тяготения, как известно, определяется массой планеты. Оно может частично характеризоваться предельной скоростью падения тела на планету (без учета влияния ее атмосферы. — Ред.). Для Земли предельная скорость падения тела равняется 11,2 км/сек. Такой скорости достигло бы тело, свободно падая на Землю с чрезвычайно большого (теоретически бесконечного) расстояния при отсутствии сопротивления воздуха. И наоборот, величина этой скорости является минимальной для преодоления поля тяготения Земли при запуске снаряда с ее поверхности и при отсутствии сопротивления воздуха.

Никогда нельзя сказать, что тело находится «вне влияния сил притяжения», потому что притяжение уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния и теоретически его действие простирается до бесконечности. Однако, хотя сила притяжения Земли будет всегда стремиться удержать улетающее тело, начальная скорость в 11,2 км/сек обеспечит преодоление земного притяжения и вылет снаряда навсегда в межпланетное пространство.

Чисто теоретически можно полагать, что снаряд, имеющий неограниченный запас горючего, мог бы лететь на Луну (или в любую другую часть вселенной) с небольшой постоянной скоростью, например 50 км/час. На практике, это, однако, невозможно, так как, по энергетическим соображениям, необходимая для полета скорость должна быть сообщена снаряду возможно быстрее. Однако не настолько быстро, чтобы уничтожить экипаж снаряда, но и не настолько медленно, чтобы энергия бесполезно расходовалась на подъем большого запаса топлива, необходимого для совершения полета.

Например, если бы все топливо могло быть использовано в первую секунду подъема, как это предложил Жюль Верн для своей фантастической «межпланетной пушки», то не пришлось бы вообще тратить энергию на подъем топлива. На практике, конечно, возможно только постепенное ускорение. Это означает, что снаряд должен подняться на несколько сотен километров, прежде чем он разовьет скорость, необходимую для отрыва от Земли. Отсюда следует, что какое-то количество топлива будет находиться в снаряде в течение всего времени, пока он не наберет нужную скорость. Другими словами, чем медленнее движется снаряд и чем дольше он остается вблизи поверхности Земли, тем больше горючего потребуется для его полета. Отсюда вытекает необходимость сообщить снаряду в процессе его разгона наибольшее допустимое ускорение, с тем чтобы он возможно раньше мог развить нужную для отрыва от Земли скорость, после чего его двигатель можно выключить. Тогда, как бы близко ни находилась Земля, снаряд никогда не упадет обратно, а будет продолжать свои полет в межпланетном пространстве, хотя и с медленно убывающей скоростью.

Как мы увидим далее, малые ускорения при разгоне снаряда возможны в том случае, если межпланетный корабль начинает свой полет вне Земли с круговой орбиты при постепенном ее увеличении до тех пор, пока не будет достигнута скорость отрыва от Земли. Серьезной проблемой является создание флота транспортных снарядов, необходимых для сборки и обслуживания межпланетных кораблей вне Земли.

Скорость 11,2 км/сек может развить многоступенчатый снаряд, обладающий несколькими ускорителями. Отдельные ступени ускорителей последовательно отпадают по мере расходования своих запасов топлива и сообщения основному снаряду (несущему в себе измерительные и другие приборы) соответствующего количества движения. Последний ускоритель доводит скорость основного снаряда до скорости «отрыва» (11,2 км/сек), после чего снаряд может продолжать полет без дальнейшего расхода энергии.

Р и с. 88. Снаряд-спутник Земли (проект). Снаряд трехступенчатый со сбрасываемыми баками. Общий вес приблизительно равен 148 т. Вес приборов 50 кг.

В докладе американских исследователей Малины и Самерфилда указывается, что скорость отрыва от Земли может быть достигнута управляемыми снарядами с любым видом топлива путем правильного решения вопроса о количестве ступеней в составе снаряда. Например, пятиступенчатый снаряд с кислотно-анилиновым топливом общим весом в 372 т мог бы унести с Земли полезный груз 4,5 кг. В другом варианте десятиступенчатый снаряд с кислотно-анилиновым топливом мог бы дать тот же результат при общем весе 62 т. В обоих случаях конструктивный показатель снаряда

В описываемых расчетах в качестве полезной нагрузки принимался прибор весом 4,5 кг. В качестве такого прибора имелся в виду небольшой радиолокационный приемник-передатчик и электрический измеритель какой-либо величины, например интенсивности космического излучения. При помощи наземного передатчика, подобного тому, какой использовался для передачи сигналов на Луну, могли бы передаваться сигналы на снаряд во время его полета. Радиолокационный приемник-передатчик, находящийся в последней ступени составного снаряда, предназначается для «отражения» принимаемых сигналов обратно на Землю, доставляя таким образом данные о траектории снаряда. Данные об интенсивности космических лучей, получаемые во время полета, могли бы также включаться в посылаемые на Землю сигналы.

Необходимые для связи с Землей энергетические ресурсы можно получить на самом снаряде-спутнике при помощи солнечного регенератора, превращающего энергию солнечной радиации в электроэнергию.

В качестве первого этапа в межпланетное пространство должен быть послан снаряд — спутник Земли, который при помощи описанной системы передачи может обеспечить получение важных сведений о различных видах радиации и, в частности, о периодических подъемах и спадах интенсивности космического и ультрафиолетового излучения. Даже минимальные сведения в этой области будут представлять более чем академический интерес и немедленно найдут применение в электронике и метеорологии.

Р и с. 89. Снаряд — спутник Земли (принципиальная схема).

Если взять снаряд с двигателем на кислородно-водородном топливе с той же полезной нагрузкой 4,5 кг, мы увидим, что при использовании в нем пяти ступеней ускорителей его общий взлетный вес по сравнению с упомянутым выше пятиступенчатым снарядом на кислотно-анилиновом топливе уменьшится с 372 до 3,8 т. Это сравнение подчеркивает важность создания двигателей с высоким коэффициентом полезного действия. Вместе с тем нужно иметь в виду, что при тщательно отработанной конструкции снаряда уже сейчас можно, используя обычные топлива, проводить опыты чрезвычайно интересного характера в межпланетном пространстве. Как только будет произведен запуск первого снаряда-спутника, появится реальная возможность создания в недалеком будущем управляемого снаряда, способного вылететь в межпланетное пространство. В докладе, представленном в 1950 г. Английскому обществу межпланетных сообщений А. М. Кунешом, А. Е. Диксоном и автором настоящей книги, была изложена оригинальная конструктивная схема снаряда с передней частью, разделенной на отдельные баковые отсеки, которые по мере расходования горючего отделяются от снаряда. Каждый баковый отсек состоит из двух баков в форме полукольца, соединенных вместе взрывными связями.

Для обеспечения обтекаемости снаряда в начальной стадии подъема и для удобства соединения, поскольку все баки расположены вокруг общей оси, каждый баковый отсек имеет в верхней части коническую поверхность.

Для практической оценки идеи баковых отсеков был создан проект снаряда-спутника, рассчитанного для движения по орбите на удалении 1000-1100 км от Земли. Данный снаряд (рис. 88 и 89 и табл. 6) имеет трехступенчатую схему с расположением отдельных ступеней одна внутри другой. Этот проект ни в каком отношении не выходит за пределы возможностей современной техники. В качестве топлива взяты обычные жидкий кислород и спирт.

Удельная тяга была принята равной 204 кгсек/кг на уровне моря с постепенным возрастанием до 240 кгсек/кг к моменту вылета снаряда из плотных слоев атмосферы. Эти показатели уже были получены в опытах со снарядами Фау-2 и «Викинг». При выборе конструктивного показателя были также использованы данные указанных снарядов. В основу расчета двигателей положены характеристики двигателя снаряда Фау-2. Наконец, в этом проекте принят такой вес полезного груза, который позволил бы поместить необходимый минимум приборов без увеличения начальной массы снаряда до чрезмерных пределов. Для получения приемлемого компромиссного решения было просчитано несколько вариантов составного снаряда, из которых наиболее приемлемым оказался трехступенчатый снаряд со сбрасываемыми баками и с полезным грузом в 50 кг.

Отношение было принято равным 14 (тогда как у Фау-2 оно равно 13,3, а у «Викинг» 5,7-9,51, в зависимости от веса полезного груза). Поэтому исходя из веса полезного груза 50 кг последняя ступень должна иметь массу 700 кг, вторая ступень — 9800 кг и первая ступень — 137 тыс. кг. Тяга второй и последней ступеней была установлена соответственно 21 100 кг и 1500 кг, что обеспечивало ускорение снаряда в пределах от 2 до 9 g.

Таблица 6

Тяга начальной ступени ограничивалась величиной тяги двигателя Фау-2, поэтому было решено применить семь таких двигателей. Двигатели взяты без изменения их конструкции, каждый со своими насосами и другим оборудованием; у четырех двигателей сохранены их газовые рули, которые связаны между собой так, чтобы они могли действовать синхронно.

С целью уменьшения напряжений, которые могли бы возникнуть во второй ступени снаряда, если бы она с полными баками подверглась большому ускорению, двигатели были расположены таким образом, чтобы три из них вместе с пустыми баками могли быть сброшены после их использования. Поэтому ускорение первой ступени удерживается на уровне ниже 5g. Для облегчения старта предусмотрено использовать ускорители на твердом топливе с бронированием заряда (каждый ускоритель способен развить тягу 2270 кг в течение 5 сек.).

Стартовые ускорители расположены двумя поясами вокруг задней части первой ступени, первый пояс имеет 92 ускорителя, а второй — 83. В каждом поясе ускорители размещены по глубине в два ряда. Чтобы избежать резкого толчка при взлете, который мог бы произойти в случае одновременного действия всех ускорителей, необходимо запуск ускорителей каждого пояса производить с интервалом в 1,5 сек.

Для того чтобы уменьшить влияние сопротивления воздуха и получить выигрыш в величине тяги, мы допустили, что запуск снаряда будет произведен на высоте 4 тыс. м над уровнем моря. Сопротивление воздуха определялось с помощью обычных баллистических методов.

Ускорители за время их работы (13 сек.) сообщают снаряду скорость 140 м/сек. Первый баковый отсек первой ступени снаряда сбрасывается через 50 сек. после взлета на высоте 17 км, когда скорость достигнет 450 м/сек.

Вертикальный полет снаряда заканчивается на 65-й секунде. В это время он достигнет высоты 25 км, а скорость повысится до 660 м/сек. Сбрасывание второго бакового отсека происходит на 82-й секунде, когда снаряд будет находиться на высоте 38 км и разовьет скорость 975 м/сек. Наконец, на 102-й секунде полета сбрасывается третий баковый отсек и три двигателя. При этом снаряд достигнет высоты 60 км и скорости 1730 м/сек.

Топливо, имеющееся в последнем баке первой ступени, иссякает на 125-й секунде полета. К тому времени, как будет полностью сброшена первая и начнет действовать вторая ступень, снаряд окажется уже на высоте 100 км и будет двигаться со скоростью 2600 м/сек.

На высоте 220 км, когда скорость достигнет 3800 м/сек, сбрасывается единственный бак второй ступени. Работа двигателя этой ступени заканчивается на 204-й секунде полета при скорости полета снаряда, равной 5290 м/сек. В это время снаряд уже поднимается на высоту около 300 км, пройдя по траектории путь, равный 400 км.

Промежуточная вторая ступень не отделяется от последней (третьей) ступени сразу, а продолжает некоторое время двигаться вместе с ней по инерции. Это необходимо для того, чтобы третья ступень снаряда имела правильное направление в момент начала работы ее двигателя. До момента отделения второй ступени ее парогенератор продолжает производить пар для системы управления поворотной камерой сгорания. Разделение двух последних ступеней происходит за 75 сек. до достижения снарядом верхней точки траектории, которая находится на высоте 1000-1100 км.

Общее увеличение скорости третьей ступени составляет 3 тыс. м/сек.

На всех участках траектории полета снаряда, включая и его окончательную орбиту, ослабление притяжения Земли оказывается ничтожно малым.

Интересно отметить, что уменьшение высоты орбиты до 800 км позволяет увеличить вес полезного груза до 65 кг или же при сохранении прежнего веса полезного груза значительно уменьшить общий взлетный вес. Таким снарядом можно было бы управлять с Земли. Основные приборы управления и другую аппаратуру можно было бы разместить во второй и третьей ступенях снаряда.

Описанная система не предлагается, конечно, в качестве действительного проекта. Если бы вопрос был поставлен официально, можно было бы разработать более совершенные основные показатели снаряда-спутника. Однако и в таком виде этот проект свидетельствует о возможности создания уже в настоящее время снаряда — спутника Земли.

Вместе с тем этот проект подтверждает весовые преимущества, имеющиеся у снарядов с отбрасываемыми конструктивными элементами.

В обычном снаряде типа Фау-2 и особенно в простом составном снаряде, первым образцом которого является комбинация Фау-2 и «ВАК Корпорал», полезный груз находится в носовой части. Поэтому находящиеся ниже баки должны выдерживать, помимо своего собственного веса и веса топлива, давление, оказываемое на них полезным грузом, которое, конечно, повышается с увеличением ускорения. В снаряде со сбрасываемыми частями полезный груз ложится непосредственно на силовые элементы двигателя, а баки несут только свой собственный вес плюс вес топлива. Помимо этого, сбрасывание порожних баков освобождает от необходимости сообщать ускорение ненужному «мертвому грузу». В описанном выше снаряде — спутнике Земли применение сбрасываемых баков на первой и второй ступенях позволило существенно уменьшить взлетный вес снаряда.

Основным недостатком снарядов со сбрасываемыми баками является то, что необычные формы последних приводят к чисто конструктивным затруднениям и, несомненно, усложняют конструкцию снаряда в целом. В снарядах больших размеров может возникнуть затруднение в быстром переливании горючего из одного бака в другой и в герметизации системы подачи топлива в момент сбрасывания пустых баков. Эти проблемы, однако, кажутся преодолимыми.

В докладе, подготовленном специально для второго международного съезда по астронавтике, состоявшегося в сентябре 1951 г., те же авторы дали анализ четырех вариантов снарядов-спутников на несколько более реалистической основе. Для лучшей их сравнимости приняты следующие общие для всех исходные данные: высота орбиты — 800 км, топливо — жидкий кислород и гидразин, удельная тяга — 325 кгсек/кг. Все анализируемые снаряды трехступенчатые. Отдельная схема иллюстрировала применение сбрасываемых баков. Все расчеты строились на достижении скорости полета 10 км/сек; ускорение было принято равным 1g при взлете и до 6g¹ по окончании горения как для первой, так и для второй ступеней каждого снаряда.

¹ В действительности у варианта D вследствие применения сбрасываемых баков оно было немного больше.

Р и с. 90. Минимальный снаряд — спутник Земли, предназначенный для изучения изменений орбиты при помощи следящего наземного радиолокатора (вариант А). Снаряд не несет на себе никакой измерительной аппаратуры. 1 — аппаратура управления; 2 — третья ступень; 3 — вторая ступень; 4 — первая ступень.   Полезный груз, кг Аппаратура управления, кг Вес конструкции, кг Насосы и двигатели, кг Топливо, кг Общий вес, кг Расход топлива, кг/сек Тяга, кг Время горения, сек Ускорение Длина, м Диаметр, м Число двигателей Первая ступень Вторая ступень Третья ступень 2880 — 1000 1730 11 190 16 800 108,6 33 600 103 6g 15,6 1,9 1 210 100 350 300 1 920 2 880 18,64 5 760 103 6g 8,3 1,05 1 — 25 30 15 140 210 0,68 210 206 6g 3 0,5 1

«Абсолютно минимальный снаряд», вариант А (рис. 90), проектировался исходя из возможности его запуска и перехода на движение по орбите с минимальным количеством оборудования управления. Применение такого снаряда дало бы возможность получить при помощи следящего радиолокатора первые сведения о постоянстве орбиты. Метод, принятый для управления полетом снаряда, предусматривает установку всех органов программного управления не в последней ступени (снаряде-спутнике) , а в предпоследней. На эту ступень поэтому возлагается функция управления полетом до момента отделения от последней ступени. В период до отделения управление осуществляется при помощи струи парогаза из насосной установки второй ступени. Таким образом, система управления последней ступени не должна вести снаряд по криволинейной программной траектории, так как ей при помощи второй ступени будет придано направление по касательной к поверхности Земли и для нее потребуется лишь весьма простая система управления (подобная системе Фау-2), задачей которой является предотвращение отклонения оси снаряда от требуемого направления. Практически эта задача решается с помощью гироскопической системы в соединении с газовыми рулями или с поворотным двигателем для устранения отклонений в углах тангажа и рыскания на последнем участке разгона снаряда, когда снаряд-спутник приобретает скорость, необходимую для движения по орбите. Снаряд управляется в своем движении по программной траектории только при работе первой или второй ступени снаряда. Как только третья ступень становится самостоятельной, программное управление прекращается.

Общий вес снаряда варианта А был определен в 16,8 т, общая длина — 15,6 м при максимальном диаметре 1,9 м, что приблизительно соответствует размерам Фау-2.

Поскольку размеры третьей ступени (снаряд-спутник) невелики (длина 3 м, диаметр 0,5 м), было бы возможно ценой очень незначительного увеличения веса присоединить к снаряду надувающийся в полете металлизованный «бумажный» шар в качестве отражателя ультракоротких радиоволн. Дальнейшее усовершенствование могло бы пойти по линии установки в снаряде-спутнике радиомаяка (для определения местонахождения снаряда) и прибора для измерения какой-либо одной величины (например, интенсивности космического излучения). Следует напомнить, что американские исследователи Малина и Самерфилд указывали на возможность сделать подобный прибор весом 4,5 кг.

Вариант В (рис. 91) иллюстрирует влияние увеличения полезного груза, находящегося в третьей ступени, до 100 кг, на взлетный вес снаряда. Распределение оборудования управления по весу в снаряде этого варианта такое же, как и в варианте А: 25 кг в третьей ступени и 100 кг во второй. Вследствие установки в снаряде данного варианта полезного груза весом 100 кг общий взлетный вес снаряда увеличился до 62,4 т (против 16,8 т в предыдущем варианте), что привело к увеличению общей длины снаряда до 20,5 м при максимальном диаметре 3 м. Было принято, что пять двигателей первой ступени развивают тягу 125 т.

Опыт, приобретенный в проектировании и испытании первых снарядов-спутников больших размеров, несомненно, позволит проектировать снаряды-спутники Земли с большими возможностями управления по сравнению с вариантами снаряда А и В, где последняя ступень (собственно снаряд-спутник) фактически неуправляема. Вариант С (рис. 92) содержит поэтому, кроме полезного груза в 100 кг, имеющегося в варианте В, еще 75 кг груза, помещенного также в третьей ступени и состоящего из приборов управления. В результате этого общий вес снаряда увеличивается до 91 т (против 62,4 т для снаряда варианта В) при общей длине 24 м и максимальном диаметре 3,5 м.

Р и с. 92. Снаряд-спутник, подобный варианту В, но с дополнительной аппаратурой управления для более точного выдерживания программы полета (вариант С). Полезный груз 100 кг. 1 — полезный груз; 2 — аппаратура управления; 3 — третья ступень; 4 — вторая ступень; 5 — первая ступень.   Полезный груз, кг Аппаратура управления, кг Вес конструкции, кг Насосы и двигатели, кг Топливо, кг Общий вес, кг Расход топлива, кг/сек Тяга, кг Время горения, сек Ускорение Длина, м Диаметр, м Число двигателей Первая ступень Вторая ступень Третья ступень 15 600 — 5 420 9 350 60 530 90 900 587,7 181 800 103 6g 24,0 3,5 5 1 680 — 1 900 1 620 10 400 15 600 101,0 31 200 103 6g 13,25 1,9 1 100 100 240 120 1 120 1 680 5,4 1 680 206 3g 6,0 1,0 1

Вариант D (рис. 93) ввиду его конструктивной сложности имеет меньшее практическое значение. Конструкция этого варианта допускает последовательное сбрасывание топливных баков, что позволяет при прочих равных условиях сравнить его с вариантом С в отношении изменения веса полезного груза. Общий взлетный вес и вес системы управления остается по сравнению с вариантом С неизменным. Вариант D состоит из трех ступеней, помещенных одна внутри другой. По существу, он подобен описанному выше образцу снаряда-спутника (рис. 88 и 89), с той лишь разницей, что двигатели второй и первой ступеней варианта D находятся на одном уровне, в результате чего центральный двигатель первой ступени устраняется. Благодаря этому двигатель второй ступени может действовать одновременно с двигателями первой ступени, тогда как в рассмотренном ранее образце он являлся мертвым грузом до окончания работы и отделения двигателей первой ступени.

1 — полезный груз; 2 — аппаратура управления; 3 — третья ступень; 4 — вторая ступень; 5 — первая ступень.   Полезный груз, кг Аппаратура управления, кг Конструкция кг Насосы и двигатели, кг Топливо, кг Общий вес, кг Расход топлива, кг/сек Тяга, кг Время горения, сек Ускорение Длина, м Диаметр, м Число сбрасываемых баков Отношение масс Число двигателей Первая ступень Вторая ступень Третья ступень 18 300 — 6 200 7 400 59 000 90 900 587,7 181 800 100 6,6g 12,5 4,0 3 2,84 6 2 670 — 2 340 1 910 11 380 18 300 118,5 36 600 96 7,25g 8,25 2,5 2 2,64 1 220 100 380 190 1 780 2 670 8,6 2 670 206 3g 5,25 1,2 — 3 1 Р и с. 93. Снаряд-спутник со сбрасываемыми баками (вариант D). Вес снаряда такой же, как у варианта С, но полезный груз увеличен со 100 до 220 кг. 1 — полезный груз; 2 — аппаратура управления; 3 — третья ступень; 4 — вторая ступень; 5 — первая ступень.

Преимуществом такой конструкции является сокращение общей длины снаряда, в связи с чем уменьшается действующий на него изгибающий момент и облегчается управление.

Управление первой ступенью благодаря близкому расположению двигателей друг к другу возможно с помощью газовых рулей. Топливо для двигателя второй ступени во время его работы совместно с первой ступенью могло бы поступать из баков первой ступени с помощью нагнетающего насоса через топливные баки второй ступени, поддерживая их, таким образом, наполненными вплоть до отделения первой ступени.

При том же самом взлетном весе, что и для варианта С (91 т), общая длина снаряда сокращается с 24 до 12,5 м при максимальном диаметре 4 м. Расчет показывает, что в результате последовательного сбрасывания баков при одинаковой тяге, равных взлетных весах и конечной скорости полета вес полезного груза снаряда увеличивается со 100 до 220 кг, т. е. более чем вдвое.

Снабжение снаряда-спутника энергией, необходимой для работы его приборов, является самостоятельной проблемой. Применение электробатарей при их коротких сроках службы не может явиться удовлетворительным решением. Можно надеяться найти решение в применении атомного реактора, который в связи с возможностью устранения экранирования¹ может быть сделан достаточно легким. На первых порах можно использовать разность температур обращенной к Солнцу и противоположной сторон снаряда и применить в качестве источников энергии термоэлементы. Такие термоэлементы смогли бы, вероятно, обеспечить кратковременные радиопередачи при достаточно длительных промежутках времени между ними.

¹ Хотя, конечно, не для всех исследовательских целей (например, изучение космической радиации без экранирования реактора невозможно).

Наконец, для этой цели может оказаться пригодным солнечный регенератор, в котором концентрируемые при помощи вогнутого зеркала солнечные лучи направляются на замкнутую систему трубопроводов, содержащих летучую жидкость. Энергия паров жидкости, образующихся под действием солнечного тепла, могла бы быть применена для приведения в действие маленького турбогенератора. Известно, что такой двигатель легко сделать, однако сомнительно, чтобы солнечный регенератор можно было использовать в малых снарядах-спутниках.

Серьезной проблемой, связанной с оборудованием снарядов-спутников, является надежность аппаратуры. Легко себе представить то смятение, которое будет вызвано, например, преждевременным сгоранием радиолампы (случай, нередкий в электронном оборудовании) в приборе, находящемся в снаряде-спутнике. Для организации, ответственной за создание и пуск снаряда, обычная шестимесячная гарантия фирмы, производящей эти радиолампы в подобном случае, была бы слишком малым утешением. Однако имеющийся опыт по эксплуатации телеметрических систем, применявшихся при исследовании верхних слоев атмосферы, показывает, что современные автоматические радиоприборы уже достигли высокой степени надежности.

Для иллюстрации надежности современной радиоаппаратуры можно привести еще один пример. Американским бюро стандартов недавно спроектирована независимая автоматическая «метеорологическая станция», передающая метеоданные по радио. Этот аппарат, изготовленный в виде бомбы, может быть сброшен на парашюте с самолета в труднодоступной местности. Толчок от падения на землю вызывает взрыв небольшого патрона, который отделяет парашют, избавляя прибор от опасности волочения по земле. Сразу же после спуска или через некоторое заранее установленное время срабатывает другой патрон, который, действуя на шесть пружинных ножек, заставляет станцию принять вертикальное (рабочее) положение. Третий патрон выдвигает шестиметровую вертикальную телескопическую антенну. Все действия аппарата управляются электрочасами. После этого «станция» готова начать автоматическую передачу через промежутки времени, заранее установленные на часовом механизме.

Первая модель «станции» имела полезную мощность порядка 5 вт и работала на частоте около 5 мггц. Модель надежно работала при дальности передачи свыше 160 км. Для питания «станции» электроэнергией применяются сухие батареи, способные обеспечить радиопередачу метеоданных через каждые 3 часа в течение более 15 дней.

Сторонники войны объявили снаряд-спутник потенциальной базой для атомной бомбардировки. Однако существуют, по крайней мере, две причины, заставляющие сомневаться в действенности «сверхоружия» такого типа. Во-первых, местоположение «спутника» в любой момент можно совершенно точно установить, что делает из него легко достижимую мишень для реактивных снарядов противника. Во-вторых, задачу поражения отдаленных целей на земле лучше и дешевле решать с помощью снарядов класса «земля-земля».

Р и с. 94. Схема использования снаряда-спутника в качестве ретрансляционной станции телевидения. Три таких спутника, находясь на одинаковом удалении друг от друга на суточной орбите, могут обслужить всю планету. 1 — первый снаряд-спутник; 2 — орбита с суточным обращением снаряда; 3 — второй снаряд-спутник; 4 — передача на землю; 5 — третий снаряд-спутник; 6 — линии радиосвязи.

Каковы бы ни были достоинства снаряда-спутника как оружия, его роль для многих отраслей чистой и прикладной науки будет весьма значительной. Так, снаряд-спутник может быть использован в качестве ретрансляционной станции для телевидения. Подобная станция будет принимать направленную передачу и передавать ее обратно на Землю почти на целое полушарие. Практически три такие станции, расположенные по окружности на равных расстояниях друг от друга, смогли бы обслужить всю планету (рис. 94). (Эта схема могла бы быть использована для любой коротковолновой радиопередачи, а также для управления полетом снарядов дальнего действия.)

Межпланетная станция представляет исключительные возможности в качестве физической исследовательской лаборатории в безвоздушном пространстве для изучения электронных и других потоков и как химическая исследовательская лаборатория для изучения протекания обычных химических реакций в безвоздушном пространстве при отсутствии влияния силы тяжести. Использование такой станции в качестве биологической лаборатории для наблюдения за ростом и делением живой клетки в условиях корпускулярной и электромагнитной радиации, а также при отсутствии силы тяжести откроет совершенно новые области в науке.

Межпланетные полеты принесут неоценимую пользу Делу дальнейшего развития астрономии и астрофизики. Атмосфера всегда была помехой для астрономов, задерживая все лучи, лежащие дальше ультрафиолетовых, и искажая свет видимой части спектра. В результате изучения первичной радиации за пределами атмосферы могут быть получены новые данные о характере вселенной.

Маlina F. J., Summerfield M., The Problem of Escape from the Earth by Rocket, Journal of the Aeronautical Sciences, August 1947.

Gatland K. W., Dixоn A. E., Kunesch A. M., Initial objectives in Astronautics, of the British Interplanetary Society, July 1950.

Доклад „Минимальные снаряды-спутники" и другие важные доклады, прочитанные на втором международном съезде по астронавтике, опубликованы в брошюре. The Artificial Satellite", published by the British Interplanetary Society, London.