Рис. 1. Робер Эсно-Пельтри (1881-1957)
Робер Эсно-Пельтри является одним из первых пионеров, предвидивших в своих теоретических исследованиях и подтвердивших своими экспериментами возможность космических полетов.
Его проницательность и размах развернутых им работ по космической проблематике столкнулись с полным непониманием и с непреодолимыми материальными и финансовыми трудностями.
Со стороны государственных и промышленных организаций он не встретил почти никакой поддержки, так как к его проектам относились с недоверием. Учитывая большое количество и значимость его оригинальных проектов, можно утверждать, что он сделал бы несравненно больше, если бы нашел понимание и помощь.
Сын текстильного фабриканта, Робер Эсно-Пельтри родился в Париже 8 ноября 1881 г. С детских лет он проявлял исключительную склонность к технике. В 13 лет, получив в подарок игрушечный поезд, он сам сконструировал к нему целую сеть путей с электрическим освещением, постом перевода стрелки и автоматической сигнализацией [1]. В 17 лет он устроил в своей маленькой механической мастерской настоящую физическую и химическую лабораторию и занялся изучением радиотелеграфии [2]. Уже тогда он ищет оригинальные решения. Вместо того, чтобы покупать или копировать, он сам изобретает необходимые ему устройства. Так, в 1902 г. он регистрирует свой первый патент на высокочувствительное электрическое реле [3]; в том же году он получает степень бакалавра наук в Сорбонне (ботаника, общая физика, общая химия). В это время ему исполнился 21 год, и отныне он посвящает все свое время исследованиям в области авиации. Его теоретические исследования дополняются конструированием аппаратов, которые он сам испытывает, проверяя достоверность результатов своих исследований.
Попытаемся дать общую характеристику деятельности Эсно-Пельтри в различных областях науки и техники.
В 1904 г. Эсно-Пельтри сконструировал свой первый летательный аппарат — бесхвостый планер-биплан с несущими поверхностями из натянутого полотна, а в 1905 г. он производит ряд испытаний, пользуясь автомобилем, буксирующим части планера с очень большой для того времени скоростью — 100 км/ч. Таким образом, Эсно-Пельтри был первым, кто выполнил прямые опыты в этой области [4].
Используя результаты указанных выше опытов, он в 1906 г. приступает к конструированию своего первого моноплана, каркас которого состоял из металлических элементов; эту работу он заканчивает в 1907 г. [5]. Учитывая желательность уменьшения веса двигателя, Эсно-Пельтри установил на этот самолет двигатель собственной оригинальной конструкции с непарным числом звездообразно расположенных цилиндров и одной кулачковой шайбой, обеспечивающей последовательное зажигание в каждом цилиндре через равные промежутки времени [6]. Этот двигатель (рис. 2), а также теория металлического воздушного винта явились темой сделанного им 8 ноября 1907 г. сообщения Обществу гражданских инженеров Франции, которое присудило ему в том же году Большой ежегодный приз (золотую медаль) [7]. Тридцать лет спустя 75% самолетов, произведенных всеми странами, были снабжены двигателями, в основу конструкции которых был положен тот же принцип.
В 1907 г. этот самолет был оборудован также значительным количеством изобретенных им приспособлений, которые впоследствии стали классическими, а именно: «ручкой управления» — органом управления рулем высоты и перекашивания плоскостей при помощи одной рукоятки (изобретателем которой является Эсно-Пельтри); шасси, снабженным масляно-пневматическими амортизаторами, и пр.
В период с 1908-1914 гг. он конструирует значительное число самолетов, успешно участвовавших во многих соревнованиях и ставивших ряд рекордов. Одновременно он патентует ряд изобретений, указывающих на его постоянную заботу о безопасности пилота: привязной ремень, указатель скорости, спасательный парашют для пилота, двойное управление на учебных самолетах. Таким образом, самолеты, разработанные Эсно-Пельтри до 1914 г., содержали в своей конструкции многие основные узлы и системы, ставшие классическими для авиации 30-40 годов XX века.
Эсно-Пельтри являлся одним из организаторов основанного в 1908 г. Общества промышленников по воздухоплаванию. Впоследствии это Общество слилось с Палатой профсоюза авиационной промышленности, в которой он председательствовал в течение одиннадцати лет. С 1909 г. он — председатель Исполнительного комитета, который организует во Франции первые международные выставки авиационной промышленности, предшествовавшие современному Авиационному салону в Бурже. С 1913 г. он председатель Авиационной комиссии Аэроклуба Франции.
В течение этих лет становится ясным, что будущее авиации уже не вызывает сомнений, и Эсно-Пельтри проницательно указывает на возможность осуществления полетов в космическом пространстве.
Некоторые лица утверждали (в частности, Вернер фон Браун в одной недавно вышедшей из печати книге) [8], что Эсно-Пельтри имел, по сравнению с другими пионерами космонавтики, то большое преимущество, что прославился при жизни. Это, возможно, и верно в отношении авиации, но совершенно неправильно в отношении деятельности Эсно-Пельтри в области космонавтики и ракетной техники. По этому поводу было даже написано, что перед второй мировой войной подпись «Эсно-Пельтри» на каком-либо докладе являлась достаточным основанием для официальных учреждений, которым был адресован доклад, чтобы отложить его в сторону.
В 1908 г. Эсно-Пельтри уже считал, что космические полеты вполне возможны. Указание об этом имеется в книге капитана Ф. Фербера «С вершины на вершину, из города в город, с континента на континент», где упоминаются соответствующие мысли Эсно-Пельтри в тексте, датированном 26 июля 1908 г. [9].
10-го июня 1911 г. доктор Андре Бинг, с которым Эсно-Пельтри не был знаком до конца 1912 г., получил бельгийский патент (о чем Эсно-Пельтри не знал) на изобретение «аппарата для исследования верхних слоев атмосферы с любой разреженностью» [10] — патент, в котором предусматривалась возможность «выйти за пределы земной атмосферы» при помощи «ступенчатой ракеты» и с использованием ядерной энергии.
Несколько позже, сначала на конференции в Петербурге в феврале 1912 г. [11], а затем 15 ноября 1912 г. в имевшем большой резонанс сообщении Французскому физическому обществу в Париже [12], Эсно-Пельтри излагает свои «соображения о результатах бесконечного уменьшения веса двигателей» и, давая отпор саркастическим замечаниям, первый указывает на теоретическую возможность движения между Землей и Луной тела, имеющего определенные свойства [13]. Мало того, он предвидит возможность реализации межзвездных средств сообщения, после того как будет достигнуто практическое использование атомной энергии.
Как это часто бывает, примерно в то же время некоторые ученые независимо друг от друга занимались оригинальными исследованиями в этой же области. Действительно, в 1912 г. (и Эсно-Пельтри вспомнит об этом впоследствии на одной из конференций) профессор Р. Годдард производит в Принстонском университете теоретические расчеты, а затем — в 1913 г. и 1916 г. в Университете Кларка (г. Вустер, штат Массачусетс) — испытания ракет, предназначенных для исследования верхних слоев атмосферы [14]; при этом концепция, которой руководствуется Годдард, поразительным образом напоминает концепцию доктора Бинга.
При публикации прочитанного в 1912 г. доклада Эсно-Пельтри секретарь Физического журнала проявил такую скупость при подсчете строчек и даже отдельных слов, что мысль автора стала в ряде случаев почти непонятной вследствие купюр, которым подверглась значительная часть текста. Указанный секретарь действительно был испуган содержанием доклада, хотя Эсно-Пельтри проявил осторожность и замаскировал фактическое содержание ничего не говорящим названием. Английский перевод полного текста этого доклада был роздан в качестве справочного материала участникам Международного конгресса по астронавтике, проходившего в Амстердаме в 1958 г.
Эсно-Пельтри весьма сожалел о чрезмерном сокращении его доклада при напечатании, так как оно явилось причиной кажущегося расхождения в выводах, сделанных Годдардом и им в отношении возможности реализации в эту эпоху устройства, способного преодолеть силу земного притяжения. В действительности Годдард в это время намеревался только отправить на Луну ракету с осветительным зарядом и убедиться в ее прибытии при помощи телескопа. Эсно-Пельтри же рассматривал условия, необходимые для того, чтобы соответствующее устройство могло транспортировать живые существа с одной планеты на другую и доставлять их обратно на Землю; его более пессимистические выводы были обусловлены выбором большей величины начальной массы, необходимой для приведения в движение достаточно малой конечной массы, и ограниченностью средств, которыми можно было располагать в то время.
Его доклад содержит все необходимые теоретические обоснования реактивного движения, рассеивает миф о ракете, «опирающейся на воздух», и дает практические рекомендации по управлению движением ракеты. В его докладе уже предвидится значение вспомогательных двигателей для обеспечения управления движением ракеты. В нем можно найти расчеты, относящиеся ко второй космической скорости, а также ко времени и скорости прямых и обратных полетов между Землей и Луной, продолжительности полетов на Луну, Марс, Венеру. В нем также имеются соображения о тепловых аспектах, в частности о значении характера поверхности ракеты, обращенной к Солнцу (полированный металл или черная поверхность).
Этот доклад, датируемый 1912 г., является первым чисто научным исследованием, знаменующим рождение астронавтики. Таким образом, Эсно-Пельтри является основоположником теоретической астронавтики*.
Если предвидение и заслуга в использовании ракеты в космосе, начиная с 1903 г., принадлежит полностью К. Э. Циолковскому, то Эсно-Пельтри мы обязаны тем, что он составил уравнения этой задачи и разработал математическую теорию межпланетных сообщений*.
* Это утверждение автора является неверным. Первым научно обосновал возможность космического полета К. Э. Циолковский еще в работах 1903 г. и 1911-12 гг. Подобное возражение автору данного доклада было высказано советским ученым Е. С. Щетинковым на XIII Международном конгрессе по истории науки (см. [13, стр. 19]) — прим. ред.
После первой мировой войны он возобновляет в 1920 г. исследование условий осуществления полетов в космос [15], но полученные им результаты для скорости ракеты, упоминаемые его другом Андре-Луи Гиршем, не были опубликованы в то время.
8-го июня 1927 г. Эсно-Пельтри представляет в Сорбонну доклад «Исследование при помощи ракет верхних слоев атмосферы и возможность межпланетных сообщений» [16]. В этом докладе он очень тщательно уточняет теоретические данные, в частности относящиеся к значению скорости истечения газов и соотношению начальной и конечной масс, а также излагает теорию расширения газов в сверхзвуковом реактивном сопле.
Вслед за этим он приступает к конструированию ракеты, предназначенной для запуска в стратосферу, и продолжает многочисленные разработки различных видов жидкого топлива (которые он предпочитает порохам), но, к несчастью, он располагает совершенно недостаточными средствами.
Полагая, что операции с жидким кислородом особенно опасны, он считает более разумным испробовать жидкое взрывчатое вещество — тетранитрометан. Но его постигает неудача, так как применение сверхчувствительного взрывчатого вещества вызывает 9 октября 1931 г. аварию; в результате он теряет четыре пальца левой руки [17]. Все же этот несчастный случай подействовал на косную администрацию, и по инициативе генерала Феррье Эсно-Пельтри выделяют, наконец, некоторые ассигнования. Однако эти ассигнования настолько незначительны, что он может только проектировать некоторые устройства, но не может перейти к их изготовлению.
После аварии с тетранитрометаном он возвращается к жидкому кислороду и сталкивается с трудностью обеспечения двух взаимосвязанных режимов подачи кислорода и горючего.
С 1930 г. Эсно-Пельтри совместно с Пьером Монтаном теоретически исследовал оптимальные условия карбюрации в реактивном двигателе, и это позволило ему определить соотношение жидкого кислорода и эфира в топливной смеси, обеспечивающее наиболее высокий коэффициент полезного действия.
В 1932 г. Эсно-Пельтри совместно с Монтаном и Саваллем приступает в своей лаборатории к конструированию кислородного ракетного двигателя, для чего использует испытательный стенд в Сатори; это позволяет ему с 1934 по 1937 гг. изучать условия, обеспечивающие оптимальный коэффициент полезного действия его двигателя, путем подачи в одну и ту же графитовую камеру сгорания жидкого кислорода и эфира. Учитывая трудности, связанные с применением графита, Эсно-Пельтри использовал для «критики» сопла вольфрамовую деталь, изготовленную им самостоятельно в печи с нагревом токами высокой частоты, которую он сконструировал специально для этой цели.
Для производства указанных работ он добился небольшой материальной помощи от Управления по испытанию и производству вооружения, которое уполномочило своего главного инженера Демазьера наблюдать за их выполнением.
В 1937 г., в присутствии официальных представителей, посетивших лабораторию Эсно-Пельтри, двигатель работал нормально в течение 60 сек, развив тягу в 125 кг. Двигатель был одобрен, но в дальнейшей финансовой помощи было отказано, хотя за счет этих ассигнований Эсно-Пельтри хотел установить на ракете гироскопический стабилизатор, что он считал необходимым. Он согласился составить проект ракеты с оперением, но без указанного устройства; он дал этому проекту наименование «НИК» сокращенное («n'importe comment») т. е. «как-нибудь»), но затем прекратил проектирование. А вскоре после этого, в 1939 г. началась вторая мировая война, положившая конец деятельности Эсно-Пельтри в области астронавтики.
Эсно-Пельтри первым понял опасность, таящуюся в использовании ракет в качестве оружия, допускающего возможность межконтинентальных ударов, и был этим обеспокоен. Однако сначала он предпочел хранить молчание. После появления в печати его работы 1927 г. «Исследование при помощи ракет верхних слоев атмосферы и возможности межпланетных сообщений» он получил большое количество писем, ознакомивших его с работами, о которых он не знал, а именно: «Ракета в космическое пространство» Г. Оберта (1923 г.) [18]; «Возможность достижения небесных тел» В. Гомана (1925 г.) [19]; «Полет в космическое пространство» М. Валье (1924 г.) [20].
По ознакомлении с этими работами Эсно-Пельтри решил, что его долг заключается в том, чтобы довести до сведения государственных органов своей страны суть выводов, к которым он пришел в своих работах, и, учитывая возрастающую военную опасность, также и о средствах, обеспечивающих практическую возможность запуска на несколько сотен километров ракетных снарядов общим весом в несколько тысяч тонн. Используя первые расчеты, произведенные им в 1920 г. совместно с двумя его коллегами Скалем и Маркюсом, он решил составить первый секретный доклад [21] и направил его 20 мая 1928 г. своему другу — генералу Феррье, который передал доклад своему начальству. В этом докладе теоретически доказывалась возможность достижения дальности 2267 км при скорости запуска 2667 м/сек (однако впоследствии Эсно-Пельтри отмечает, что указанное значение скорости было завышенным для того времени). Кроме того, он подробно исследовал случаи полета ракеты на дальность 600 км, уточнив все соотношения, относящиеся к массе ракеты, в частности, к величине баллистического коэффициента полезного действия ракеты (соотношение между необходимым весом топлива и весом ракеты, запускаемой на это расстояние) как при применении смеси бензин-двуокись азота, которую он использовал в качестве примера, так и при применении пороха, использовавшегося в свое время проф. Годдардом.
Этот доклад заканчивался сравнением экономичности бомбардировок с самолета и обстрела ракетами и выводом, в котором указывалось, что ракеты дальнего действия, по-видимому, явятся артиллерией будущего.
Через несколько месяцев доклад был возвращен: им не заинтересовались. Тогда никто не ожидал от подобных работ полезных результатов, и ученый не смог преодолеть косность административных инстанций, которые систематически игнорировали все результаты его исследований.
Все же военная администрация дала в 1931 г. согласие на прикомандирование к лаборатории Эсно-Пельтри лейтенанта технического отдела артиллерийской службы Ж.-Ж. Барре, который в частном порядке сотрудничал с ним с 1927 г. и принимал участие в расчетах при составлении упомянутого выше доклада. Это откомандирование через год было прервано т. к. в то время считали, что «ракетные исследования не могут поглотить активность офицера». Несмотря на научную обоснованность доклада, Эсно-Пельтри так и не добился субсидий, необходимых для эффективного продолжения намеченных им исследований.
Иное положение было в Германии, где аналогичные работы закончились созданием ракеты ФАУ-2. Следует отметить, что в 1931 г. А. Гирш (вместо Эсно-Пельтри, который не мог предпринять эту поездку) выехал в Германию, чтобы ознакомиться с первым ракетным испытательным стендом в Рейникендорфе, около Берлина; в то время эти опыты не были засекречены, так как в Германии, конечно, еще не верили в их будущее военное значение.
Так как работы Эсно-Пельтри рассматривались как бесполезные и в необходимых субсидиях ему постоянно отказывали, то к началу войны он, согласно его собственной оценке, прошел только около одной сотой пути, т. е. произвел стендовые испытания реактивных двигателей, развивающих тягу в 300 кг в течение 60 сек, что соответствовало ракете с общей массой в 100 кг, которая могла бы достигнуть высоты в 100 км (т. е. тому, что было достигнуто американцами после 1945 г.).
1-го февраля 1928 г. Эсно-Пельтри совместно с Гиршем учреждают международную премию по астронавтике, которая присуждалась до 1939 г. за «лучшую оригинальную, теоретическую или экспериментальную, научную работу, способную продвинуть вперед решение одного из вопросов, от которых зависит реализация межзвездной навигации, или умножить человеческие познания в одной из отраслей, соприкасающихся с астронавтикой».
Термин «астронавтика», который Эсно-Пельтри ввел тогда в научную терминологию, был впервые произнесен в декабре 1927 г. старым писателем Ж. Росни-старшим, тогдашним президентом Гонкуровской академии, впоследствии ставший членом Комитета по присуждению премий «РЭП-Гирша».
* «РЭП» — распространенное при жизни ученого сокращение, образованное из начальных букв его имени и фамилии: Робер Эсно-Пельтри. Подпись «РЭП» нередко ставилась ученым не только под публикациями в периодической французской печати, но и в ряде официальных документов. — прим. ред.
Следует отметить, что Астрономическое общество Франции, которое проявило тогда такую смелость, что приняло в свое ведение премию «Эсно-Пельтри-Гирша», оказалось первым из существовавших в то время научных обществ, понявшим перспективность этой новой науки.
Комитет по присуждению премий в первый же год присудил премию за рукопись, представленную Г. Обертом, который в то время был профессором в маленьком городке. Премия позволила ему найти издателя, и в 1929 г. его книга была опубликована. На последней странице книги Оберта отмечалось, что Астрономическое общество Франции присудило ему премию, и указывалось: «Весьма обнадеживающим является тот факт, что Наука и Прогресс побеждают национальные предрассудки. Я не смог бы лучше выразить свою благодарность Астрономическому обществу Франции, чем обещая ему на этих страницах со своей стороны работать ради Науки и Прогресса, и я обещаю, что буду судить о людях только по их делам».
А. А. Штерифельд, которому была присуждена премия в 1934 г., в 1957 г. после запуска в СССР первого искусственного спутника Земли послал А. Гиршу письмо, в котором писал, что работы Эсно-Пельтри, переведенные Рыниным, оказали большое влияние на советских ученых и что в своих работах они отправлялись от его математической теории астронавтики [22].
Последним лауреатом этой премии был в 1939 г. Фрэнк Малина, в то время молодой студент из Калифорнии.
Г. Оберт первый указал на техническую возможность разработки ракет с двигателями, истечение газовой струи которых превышает скорость 4000 м/сек (за что он и получил премию Эсно-Пельтри-Гирша). Но Оберт только указал на эту возможность без подтверждения ее соответствующими расчетами, тогда как Эсно-Пельтри в 1926-1930 гг. занимался решением этой проблемы математической физики и результаты своего исследования опубликовал в книге, изданной в 1930 г. [23]. Он также установил, что температура в камере сгорания должна быть значительно ниже той, которая была определена Обертом; причина этого заключалась в увеличении удельной теплоемкости по мере повышения температуры. Отсюда он сделал заключение о возможности применения камер и сопел из жаростойких материалов.
Интересно отметить, что теоретические расчеты Эсно-Пельтри, относящиеся к определению температуры, блестящим образом подтвердились во время подъема в стратосферу профессора Пиккара. Кабина сферической формы, покрытая черной краской с одной стороны и полированная с другой, на некоторое время оказалась обращенной своей черной стороной к Солнцу; в это время температура внутри камеры поднялась до 39°С [24]. В своих расчетах Эсно-Пельтри для этого же положения определил температуру в 42°С.
В 1930 г. Эсно-Пельтри объединил результаты своих работ и опубликовал упомянутый выше капитальный труд «Астронавтика», подлинный трактат о космических средствах сообщения, оказавший глубокое влияние на все последующие работы в этой области; этот труд является глубоким теоретическим исследованием, опирающимся на обширные знания в области небесной механики, астрофизики, баллистики, физической химии и физиологии. Ни одно из его положений не было впоследствии опровергнуто.
Эта книга явилась полезным пособием для всех интересующихся проблемами астронавтики. Достаточно привести названия ее глав, чтобы увидеть, что она представляет собою одновременно капитальный научно-технический труд и сумму весьма ценных практических знаний. Названия глав таковы:
— движение ракеты в безвоздушном пространстве и в воздухе;
— плотность и состав очень высоких слоев атмосферы;
— расширение продуктов сгорания в сопле;
— процессы в камере сгорания;
— возможное использование ракет (исследование очень высоких слоев атмосферы, запуск ракеты на Луну, полеты вокруг Земли на больших скоростях, полет за пределы атмосферы);
— межпланетные путешествия (с разделами, посвященными: изучению условий, в которых осуществятся полеты вокруг Луны, исследованию управления космическим кораблем, приборам астронавигации и пилотажа, условиям обитаемости корабля).
В отношении условий обитаемости космического корабля Эсно-Пельтри указывает, что можно будет наполнить кабину чистым кислородом, что в свою очередь позволит уменьшить давление приблизительно до 1/10 атмосферного, в связи с чем значительно сократятся утечки.
В этой же работе Эсно-Пельтри описывает возможный способ придания устойчивости кораблю при помощи трех небольших электродвигателей, каждый из которых снабжен маховичком с достаточным моментом инерции, причем оси двигателей расположены под прямыми углами.
Для возвращения на Землю Эсно-Пельтри предусматривал разворот космического корабля, который тормозится собственным реактивным двигателем (в настоящее время — тормозные двигатели), и использование на последнем этапе парашюта.
В мае 1934 г. Эсно-Пельтри читает доклад (опубликован в 1935 г.) [25], явившийся дополнением к упомянутой книге. В нем он подвергает специальному рассмотрению практические условия и значение межпланетных сообщений. В докладе освещались вопросы движения ракеты (определение скорости, траектории в зависимости от режимов расхода топлива и начального соотношения масс); применение реактивных сопел Лаваля; термодинамика процессов сгорания (с учетом термохимических исследований П. Монтана, за которые последний получил в 1931 г. премию «РЭП-Гирша»). В нем же давалась оценка перспектив применения ядерных двигателей, использования радиоактивных элементов (нейтроны и явление ядерного распада были открыты именно в это время) и атомарного водорода (таким образом, у Эсно-Пельтри впервые возникла идея воспользоваться свободными радикалами, чтобы обеспечить получение максимальной скорости истечения).
В этой работе, кроме того, содержится решение вопросов проектирования орбит, а также рассмотрена проблема приложения теории относительности к определению движения ракеты, по своим характеристикам аналогичной фотонной ракете, которая только недавно стала объектом исследований в некоторых странах.
Принцип ступенчатости ракет и соответствующие расчеты соотношений характерных масс, которые были тогда указаны Эсно-Пельтри, побудили Луи Дамблана к выполнению работ, результатом которых явился патент 1936 г. на «реактивные снаряды, заряд топлива в которых распределен на нескольких ступенях сгорания, состыкованных по оси ракеты» [26].
Эсно-Пельтри предвидел также значение ракет в изучении зоны северных сияний, что в настоящее время является целью значительной части исследований, осуществляемых при помощи географических ракет.
После опубликования этого дополнения к его книге Большая ежегодная премия Общества гражданских инженеров Франции вторично была присуждена Эсно-Пельтри.
Затем, в 1937 г., он был избран в члены Французской Академии наук по секции применения научных достижений в промышленности [27].
Ниже приводятся некоторые экспериментальные разработки Эсно-Пельтри, которые позволили ему найти оригинальное решение ряда проблем (подробным сведениям о работах, приводимых в пунктах 1-4, мы обязаны главному инженеру Ж.-Ж. Барре, который счел возможным передать нам копии некоторых докладов Эсно-Пельтри, подлинники которых не сохранились).
Сначала Эсно-Пельтри пытался использовать устройство с поршневыми нагнетателями, приводимыми в действие газовой турбиной определенного типа, действующей от части струи истекающих из сопла газов. От этого устройства пришлось отказаться вследствие трудностей, возникающих при смазке нагнетателей и недостаточной стойкости уплотнений при использовании жидкого кислорода. После этого для нагнетания — впрыска горючего и окислителя — применили вытеснительную баллонную систему. Действие этой системы основывалось на использовании давления инертного газа на горючее и работы подогревателя, увеличивавшего давление паров кислорода и частично его испарявшего.
 Рис. 3. Устройство для подачи горючего и окислителя в камеру сгорания. 1 — бак для аргона; 2 — спиральный теплообменник; 3 — бак для жидкого кислорода; 4 — редукционный клапан; 5 — бак для эфира; 6 — датчик давления; 7 — терморегулятор; 8 — трубопровод эфира; 9 — трубопровод жидкого кислорода |
На рис. 3 изображена схема весьма оригинального устройства, примененного группой Эсно-Пельтри. Оно основано на том, что давление паров жидкого аргона при температуре 140°К равно 31,5 ат; при той же температуре давление паров жидкого кислорода равно 25 ат. Клапан 7 отрегулирован на давление, имеющееся в баллоне 3 с жидким кислородом, и пропускает эфир в количестве, достаточном для поддержания давления в 25 ат, с учетом тепла, отдаваемого жидким кислородом аргону, содержащемуся в баллоне 1. Редукционный клапан 4, в котором пары аргона расширяются в связи с понижением давления до 25 ат, нагнетает эфир из баллона 5 к форсункам либо непосредственно, либо через змеевиковый теплообменник. (При опытах в Сатори в условиях режима работы на стенде, приводимых в п. 5, для нагнетания горючего через редуктор использовался баллон, содержащий сжатый азот). Действие этого устройства можно считать весьма надежным при условии, что в случае необходимости будет обеспечена очистка регулирующих частей от обледенения; к большим достоинствам этого устройства следует отнести его крайне незначительный вес. Однако способ нагнетания при помощи охлаждения плотных газов имеет и некоторый недостаток, заключающийся в том, что масса этих газов становится в конце концов значительной.
Вслед за этим Эсно-Пельтри изобрел пульсирующий объемный дозатор для регулирования нагнетания жидкостей. На рис. 4 показано действие соответствующего прибора, в основу которого положен принцип работы спаренного маятника. Жидкость поступала в емкость К и выходила через два цилиндра С и клапаны золотников Т, соединенных пружинами с поршнями Р. Золотники Т были закреплены посредством пружин на корпусе прибора, в котором помещались цилиндры. Вся система колебалась в резонансе с емкостью К, собственные колебания которой были согласованы с колебаниями поршней-золотников благодаря глухой трубке А. Таким образом, расход жидкости осуществлялся равными и изохронными порциями. С первого же испытания, при котором применялась вода, действие этого устройства оказалось вполне удовлетворительным.
Эта форсунка предназначалась для обеспечения правильной дозировки компонентов смеси, причем потеря напора была постоянной, независимо от вязкости жидкостей. Внутренняя поверхность форсунки выполнялась шероховатой, что достигалось путем нанесения борозд. Если глубина борозд равна их шагу, то истечение не зависит от вязкости жидкостей. Естественно, это устройство вызывает увеличение потери напора между баллоном и камерой сгорания.
При изготовлении баллонов для жидкого кислорода особенно пригодными оказались легкие сплавы, в связи с тем, что их механические характеристики улучшаются при очень низких температурах. Tак как процесс сварки этих сплавов не был еще вполне освоен, Эсно-Пельтри разработал метод изготовления баллонов из тонкого листа дюралюминия, скрученного так, что представлялось возможным склейка шва по образующей внахлест. До практического внедрения этот способ не был разработан из-за отсутствия качественных клеев, но значительно позднее этот способ был применен за границей.
Устройство для проведения испытаний было сооружено в Сатори в 1932 г. На нем испытывались реактивные двигатели, развивавшие тягу вначале в 100 кг, а затем — до 300 кг. В 1936 г. была достигнута скорость истечения 2400 м/сек.
Левый отсек стенда предназначался для размещения баллонов с эфиром, средний — для ракетного двигателя, который испытывался, а правый — для баллонов с жидким кислородом. Эти баллоны устанавливались на регистрирующих весах. Двигатель, сопло которого было направлено вниз, был подвешен к динамометру, снабженному мощным амортизатором колебаний. Этот амортизатор с первого же испытания работал в соответствии с расчетами Эсно-Пельтри. Последовательные испытания позволили зафиксировать время, расход топлива, давление в баллонах, давление в камере сгорания и в критическом сечении сопла, тягу двигателя, температуру подаваемой и отводимой охлаждающей жидкости. Все основные операции выполнялись в установленной последовательности благодаря механической системе автоматического регулирования, сконструированной Эсно-Пельтри. Следует отметить, что с первых же испытаний это устройство функционировало успешно. Пришлось добавить только нагревательный элемент (сопротивление), чтобы регулировать давление кислорода. В качестве охлаждающей жидкости Эсно-Пельтри применял сначала воду.
Испытания устройства для охлаждения при помощи жидкого кислорода были осуществлены впоследствии: 15 октября, 3 и 16 декабря 1936 г. [28].
На рис. 5 приведен общий вид устройства для охлаждения сопла путем циркуляции жидкого кислорода до ввода его в головку сопла. Последняя была выполнена из дюралюминия и имела внутри блок из красной меди, к которому были привинчены шесть трубчатых насадков, также из красной меди, образующих предкамеры; эти насадки имели по четыре венца отверстий для впрыска.
Сопло было изготовлено целиком из красной меди и имело внешние продольные бороздки с углом 30°. Они удваивали омываемую кислородом поверхность и обеспечивали для него достаточный проток даже в случае, если бы сопло, расширяясь, коснулось внешнего кольца А, регулирующего толщину охлаждающего жидкого слоя.
Окислитель поступал под давлением в полость В и, проходя по круговому каналу С, вытекал через 290 маленьких треугольных щелей глубиной 0,5 мм, сделанных на верхней части кольца D; затем он стекал по наружной поверхности самого сопла и образовывал вокруг нее слой, регулируемый кольцом А; расточенная на конус внутренняя поверхность кольца имела нарезку, придававшую ей шероховатость, обеспечивавшую постоянный режим истечения. Размеры зазоров для прохождения кислорода, обусловленные взаимным расположением сопла и колец А и D, были предварительно отрегулированы при испытаниях «на воде».
Ни один из трех опытов не дал положительных результатов, и Эсно-Пельтри отказался от способа охлаждения с применением жидкого кислорода. Следует отметить, что его попытки обеспечить такой способ охлаждения сопла были вызваны опасением за возможность нормальной работы неохлаждаемого сопла.
В конце 1936 г. Эсно-Пельтри приступает к испытаниям сопел из сверхжаростойкого материала. Для этого он строит электрическую печь собственной конструкции. После преодоления многочисленных трудностей, связанных с необходимостью использования cтapoгo оборудования из-за недостатка финансовых средств, и проведения ряда экспериментов [29], ему удалось изготовить сопла со следующими размерами: диаметр цилиндра 50 мм, толщина 20 мм; вдоль оси цилиндра имелось отверстие сходящейся конфигурации, входной диаметр которого составлял 35 мм, а диаметр критического сечения 17 мм. Стендовые испытания обычно продолжались 60 сек. Чтобы иметь возможность изготовить при помощи упомянутой электропечи необходимые ему сопла, он тщетно ходатайствовал перед Национальной кассой субсидирования научных исследований о предоставлении ему пособия, которое позволило бы ему приобрести генератор переменного тока в 32000 гц (который стоил в то время 6000 франков), а также различные измерительные приборы. Несмотря на трудные условия для продолжения работ, его исследования, относящиеся к совершенствованию материалов для электропечи, все же позволили ему построить электропечь весьма оригинальной конструкции, названную им «пращевой печью», при изготовлении которой он использовал центробежные силы для увеличения плотности керамического материала.
Следует отметить, что он испытывал также сопла без критического сечения; в этом случае расширяющееся сопло являлось непосредственным продолжением цилиндрической камеры.
Некоторые из многочисленных приспособлений и устройств, проектировавшихся Эсно-Пельтри, нашли применение в ФАУ-2 и в американских ракетах типа Викинг (производных от ФАУ-2). Таково, например, сопло, подвешенное на карданном подвесе, о котором сообщалось в докладе Эсно-Пельтри в 1927 г. Это сопло было соединено с ручкой управления приводом, позволявшим осуществлять управление аппаратом посредством простых и непроизвольных движений. Было бы даже возможным, указывал Эсно-Пельтри, — осуществить автоматическое управление посредством маятниковой системы. Эта идея была использована в устройстве интегрирующего акселерометра ФАУ-2, который, регулируя отражатели потока, направляет снаряд по заданной траектории. Действительно, этот акселерометр состоит из гироскопического маятника, смонтированного на карданной подвеске.
Наряду с работами в области авиации и космонавтики Эсно-Пельтри применил свои редкие способности во многих других научно-технических областях: металлургии, электротехнике, магнетизме, исследовании вязкости и сжимаемости жидкостей, термодинамике. Он получил более 200 патентов на изобретения и сконструировал ряд принципиально новых устройств и приборов; двигатели внутреннего сгорания, газовые турбины, механические и гидравлические коробки передач, подвески автомобилей, магнитоэлектрические измерительные приборы, приборы для определения твердости металлов, медицинские приборы для лечения электрошоком и т. д. Его баллистический двигатель, который он разрабатывал с 1916 по 1921 гг. (передаваемая жидкости энергия газов воздействует на гидравлическое приемное устройство), является первым воплощением идеи гидравлической передачи мощности, получающей в настоящее время некоторое распространение (например, немецкая передача Клатте).
В 1915 г., снова предвосхищая научно-техническую мысль, он выполнил очень глубокое исследование, касающееся использования энергии приливов в проливе Па-де-Кале.
Следует отметить, что Эсно-Пельтри постоянно расширял области своих познаний и деятельности, продолжая заниматься многочисленными фундаментальными исследованиями. Так, для исследований в области астронавтики ему пришлось углубить многие понятия, относящиеся к анализу размерностей, т. е. к средствам и способам определения вида уравнений, связывающих некоторые величины.
Действительно, в 1933 г. его исследования о ракетных двигателях, работающих на жидком горючем с кислородом в качестве окислителя, привели к постановке вопроса о конструировании карбюратора для двигателя в 20000 л. с, который весил бы не более 2,5 кг и занимал бы небольшой объем. Таким образом, перед ним возникла задача о таком движении жидкости, для которого уравнения классической гидродинамики были неприменимы. Оставалась одна возможность: провести серию экспериментов и подкрепить опытные данные теоретическим исследованием в рамках анализа размерностей. Не найдя публикаций, которые могли бы ему помочь в этом вопросе, он приступил к самостоятельным изысканиям. Его теоретическое исследование, сообщение о котором он представил в 1933 г. в Французскую Академию наук, позволило ему выявить особый режим «изоземического» истечения (при постоянном падении напора), который, по данным анализа размерностей, не должен зависеть от вязкости. Приведенные выше опыты, осуществленные с эфиром и жидким кислородом (с размерами отверстий, отрегулированными согласно расчетам), полностью подтвердили его предварительные соображения.
Окончательным результатом явилось опубликованное в 1948 г. в Лозанне [30] исследование «Анализ размерностей», первоначальная редакция которого создавалась с сентября 1945 г. до апреля 1946 г.
В приложении к книге «Анализ размерностей» Эсно-Пельтри высказал мысль о создании при каждом факультете учебных заведений кафедр истории науки для подробного анализа ошибочных суждений, которые пришлось преодолеть в ходе научного прогресса, и для сравнения гипотез, которые пришлось отвергнуть, с гипотезами, прошедшими проверку временем. Он указывал, что знание причин, по которым те или иные гипотезы были отвергнуты, а другие — окончательно приняты, является значительно более плодотворным для формирования научного интеллекта, чем изучение текстов, преподносимых в окончательном виде и рождающих иллюзии, что «все это происходит само собой».
После второй мировой войны Эсно-Пельтри, непонятый и непризнанный, удалился в Швейцарию и перестал заниматься космическими исследованиями. Это было большой потерей для астронавтики и об этом его решении можно только глубоко сожалеть, тем более что почти все его неопубликованные работы оказались утерянными. Многие документы, находившиеся на хранении у некоторых его сотрудников, были уничтожены ими в период оккупации Франции.
Все же в 1947 г. в докладе, прочитанном в Аэроклубе Франции [31], Эсно-Пельтри возвращается к результатам своих расчетов, относящихся к ранее изученным смесям (либо порохам, либо эфиру — жидкому кислороду), и дополняет эти расчеты, рассматривая состав жидкий водород-жидкий кислород, а также уран-235 и плутоний.
В последние годы Эсно-Пельтри пришлось пережить трудные дни. Он, который мог обеспечить себе большое состояние благодаря своим изобретениям, подвергся преследованиям со стороны финансовых органов; его имущество, состоявшее из домашней обстановки, было описано. Это явилось своеобразным «дополнением» к безразличию, непониманию и сарказму, от которых он страдал в течение всей своей жизни.
Будучи непосредственным участником бурного развития авиации и пионером теоретической космонавтики, Эсно-Пельтри до самой своей смерти, последовавшей 6 декабря 1957 г., имел лишь горькое утешение в подтверждении справедливости своих теорий за границей — сначала в Германии (ракета ФАУ-2), а позднее в СССР (первый искусственный спутник Земли).
А в день его смерти запуск ракеты «Авангард» с мыса Канаверал явился как бы посвященным ему почетным салютом.
После краткого ознакомления с трудовой жизнью нашего гениального предшественника хочется поклониться памяти этого многогранного человека. Трудно сказать, что заслуживает большей похвалы: его богатое воображение исследователя; строгость построений, свойственная теоретику; смелость экспериментатора или постоянная забота о совершенствовании, характерная для инженера.
1. Robert Esnault-Pelterie, Vie et travaux scientifiques (Orleans, France: Henri Tessier, 1931), pp. 3-5. — Ed.
2. Ibid, p. 5-6. — Ed.
3. French Patent 318, 667, 13 February 1902. — Ed.
4. Результаты этих испытаний были опубликованы в 1905 г.: Robert Esnault-Pelterie, Experiences d'aviation, executees en 1904, en verification de celles des freres Wright. — «L'Aerophile», vol. 13, June 1905, pp. 132-138. — Ed. Утверждение автора статьи о приоритете Эсно-Пельтри справедливо лишь принимая во внимание способ и скорость буксировки планера. «Прямые» или натурные аэродинамические испытания подъемных плоскостей проводились и раньше рядом исследователей и изобретателей (О. Лилиенталь, О. Шанют, бр. Райт и др.) — прим. ред.
5. L'Aeroplane et le moteur extra-leger Esnault-Pelterie — «L'Aerophile», vol. 15, April 1907, pp. 100-101. — Ed.
Самолет Эсно-Пельтри образца 1907 г. представлял собой моноплан, фюзеляж которого был выполнен из трубчатых металлоконструкций.
6. The «R. E. P.» Aerial Motor — A Striking Design, — «The Automotor Journal», vol. 12, 2 November 1907, pp. 1534-35; The 7-Cyl. «R. E. P.» Airship Motor, 30 November 1907, pp. 1749; REP, Le Moteur R. E. P. sept cylindres. — «La Revue de l'Aviation», vol. 2, 15 November 1907, pp. 5-7. — Ed.
7. L'Aviation aux ingenieurs civils; M. Robert Esnault-Pelterie laureat de la So-ciete des Ingenieurs Civils, — «L'Aerophile», vol. 16, 1 July 1908, p. 255. — Ed.
8. Wernher von Braun and Frederick I. Ordway I'll, Histoire Mondiale De'Astro-nautique (Larousse, Paris-Match, 1968). — Ed.
9. «From Crest to Crest, From City to City, From Continent to Continent», in L'Aviation, ses Debuts — son development (Paris, Nancy: Berger-Levrault & Cie, 1908), p. 161. — Ed.
10. Belgian patent 236, 377, 10 June 1911, A Device for Studying the Upper Atmosphere. — Ed.
11. К сожалению, пока не удалось обнаружить никаких материалов, свидетельствующих о факте выступления Р. Эсно-Пельтри в феврале 1912 г. в Петербурге с сообщением о своих теоретических работах по космонавтике.
12. REP. Considerations sur les resultats de l'allegement indefini des moteurs. Впервые опубликовано в «Journal de Physique theoretique et appliquee», ser. 5, vol. 3, 1913, mars, pp. 218-230.
13. «Из истории авиации и космонавтики», вып. 17-18. М., 1972, стр. 19.
14. Сведения о работах Годдарда, приводимые автором статьи, не совсем точны. Испытание высотных ракет были проведены Годдардом в 1917 г. В 1915— 1916 гг. он проводил эксперименты с пороховыми ракетными двигателями. The Papers of R. H. Coddard. N.-Y. 1970, vol. 1, pp. -13-22.
15. R. Esnault-Pelterie. L'Astronautique (Paris: A. Lahure, 1930), p. 20. — Ed.
16. R. Esnault-Pelterie. L'Exploration par fusees de la tres haute atmosphere et la possibilite des voyages interplanetaires, «L'Astronomie», Paris, 1928, mars.
17. R Esnault-Pelterie. De L'Aeronautique a l'astronautique, in: Quinze ans d'aero-nautique francaise, 1932-1947 (edite par l'Union Syndicale des Industries Aeronauti-ques, 1949), p. 17. — Ed.
18. H. Oberth. Die Rakete zu den Planetenraumen, Mimchen-Berlin, 1923.
24-19. W. Hohmann. Die Erreichbarkeit der Himmelskorper, Mflnchen, 1925.
20. M. Valier. Der Vorstoss in den Weltenraum, Mflnchen, 1924.
21. R. Esnault-Pelterie. Rapport a Monsieur le General Ferrie, (Paris, 1928).
22. Сведения, приводимые здесь автором, неточны. По свидетельству А. А. Штернфельда, в письме к А. Гиршу он не упоминал о влиянии работ Эсно-Пельтри на советских ученых — прим. ред.
23. R.'Esnault-Pelterie. L'Astronautique, Paris, 1930.
24. «L'Aerophile», vol. 39, 15 June 19Э1, pp. 179-180.
25. R. Esnault-Pelterie. L'Astronautique-Complement, Paris, 1935.
26. French patent 803, 021, 29 June 1936, «de projectiles autopropulseurs dont la charge propulsive est repartie en plusiers etages de combustion superposes suivant Гахе longitudinal de la fusee». — Ed.
27. Election a 1'Academie des Sciences, — «Bulletin de la Societe Astronomique de France», October 1936, p. 487. — Ed.
28. R. Esnault-Pelterie, Reglage des orifices pour la premiere experience de refro-idissement par oxygene liquide. — Report no. 2125, Paris, September-October 1936; Essais de mise a feu avec refroidissement par oxygene liquide, — Report no. 2163, Paris, 15 October, 3 December, and 16 December 1936. — Ed.
29. R. Esnault-Pelterie. Recapitulation des resultats obtenus au cours de Гаппё 1937, — Report no. 2333, Paris, 17 December 1937. — Ed.
30. R. Esnault-Pelterie. L'Analyse dimensionnelle, Lausanne: F. Rouge, 1948. — Ed.
31. R. Esnault-Pelterie. De la bombe atomique a l'astronautique (Paris: Ed. Aero-Club, 1947). — Ed