Рассказ третий

Второе рождение ракеты

1. Новое топливо для ракеты

Мы познакомились с ракетным двигателем, который замечателен тем, что одновременно служит и топливным баком.

Но такое объединение двигателя и бака, как мы говорили, не всегда удобно. Оно приводит к тому, что пороховой двигатель можно применять только там, где нужна кратковременная работа. В отдельных случаях, как, например, в составных ракетах, приходится работу разделять между несколькими двигателями.

Особенности порохового ракетного двигателя служили и причиной больших неприятностей, несмотря на все предосторожности.

Академик Н. А. Крылов вспоминал:

«Это было в 1908 г. Я был тогда председателем морского технического комитета. Был такой инженер-полковник Герасимов, имел он влияние в различных сферах, и вот придумал он как-то ракету, которая будет нестись на большое расстояние, причем она может нести с собой снаряд.

Даны были ему средства на осуществление этой ракеты, он ее сделал и сказал, что такого-то числа на Охтенском морском полигоне будет производить испытания.

Поехал я посмотреть. Ракета его была стальная фута 3½ длины, в диаметре имела около 8 дюймов и наполнена была пороховой мякотью. Хвоста у нее не было, но чтобы сообщить ей устойчивость, он приспособил крылатку, вроде вентилятора, и на ней маховичок; это гироскопическое приспособление и должно было придать ракете устойчивость при полете.

Приехал он на полигон, поставил свой ракетный станок. Мы посмотрели все приспособление, потом он спрашивает: «Ну что же, позволите поджигать?» — «Нет, нельзя! Здесь на полигоне поджигать ракету иначе не полагается, как из блиндажа. Даже при стрельбе из испытанной пушки все люди должны быть в блиндаже, а выстрел производится гальванически по проводу из блиндажа».

Разнесли и прирастили провода, приспособив к ракете воспламенитель.

Спрашивает нас Герасимов: «Где у вас наблюдатели?» Отвечают, что они расставлены на расстоянии чуть ли не до 18 верст. «Как раз, — говорит Герасимов, — она на 18 верст и улетит». Замкнул он ток, из блиндажа видно было облако дыма. Подходим — ни станка, ни ракеты, ничего, только одни дребезги»...

В двадцатых годах, когда производились опыты со всякого рода ракетными автомобилями и дрезинами, частенько гремели взрывы.

Надо отметить, что порох — не самый лучший источник энергии. Он незаменим в артиллерии Потому, что там требуется сверхбыстрое сгорание.

Но то, что хорошо для пушки, не годится для ракеты. Для нее нужно замедленное сгорание и при этом — выделение большой энергии.

В 1903 г. Константин Эдуардович Циолковский предложил ракету на новом — жидком — топливе.

Потребовалась большая работа для того, чтобы ракетная техника освоила новое топливо.

И когда это было сделано — это явилось вторым рождением ракеты. Ракеты на жидком топливе появились, как оружие на самолетах, дальнобойные ракеты оставили позади рекорды сверхдальнобойной артиллерии первой мировой войны. Высотные ракеты поднимались в несколько раз выше, чем разведчики больших высот — шары-зонды. Наконец, появились и самолеты с ракетными двигателями, самолеты-ракеты.

Познакомимся подробнее с жидким топливом для ракет. Тогда нам будет понятно, как устроен и работает двигатель на жидком топливе.

Но прежде нам придется совершить небольшую экскурсию в химию.

Известно, что при горении происходит соединение горючих элементов топлива с кислородом. Химическая реакция, называемая горением, в том и заключается, что молекулы сгорающего вещества соединяются с молекулами кислорода. При этом выделяется тепло и образуются новые вещества — продукты сгорания.

Участников этой реакции — два. Один из них — горючее, другой — окислитель (кислород).

Горючее и окислитель, как мы видели, есть и в твердом топливе — порохе. Там они соединены вместе так, что каждая частица — смесь горючего и окислителя, иначе говоря, — топливо.

И жидкое топливо, которое применяется теперь в ракетной технике, тоже состоит, конечно, из горючего и окислителя, но они вместе не смешаны, хранятся отдельно и встречаются только в камере сгорания.

Говорят, что такое жидкое топливо является двухкомпонентным, состоящим из двух частей, понимая при этом, что это отдельные, самостоятельные части.

Теперь мы познакомимся с жидким топливом для ракетных двигателей.

К ракетному топливу предъявляется ряд требований. Прежде всего при сгорании топлива должно выделяться возможно больше тепла — оно должно обладать высокой теплотворной способностью. Чем больше теплотворная способность топлива, тем выше поднимается ракета.

Чтобы топливо можно было использовать для охлаждения нагретых частей двигателя, оно должно поглощать возможно больше тепла, т. е. обладать высокой теплоемкостью. При этом оно не должно разлагаться и давать осадков под влиянием высокой температуры.

Важным качеством является легкая воспламеняемость и быстрое сгорание. Желательно, чтобы топливо обладало высоким удельным весом. При хранении топлива, при перевозке и вообще при обращении с ним людям не должна угрожать опасность взрыва или отравления, механизмам — опасность порчи.

Посмотрим, какие жидкие горючие и окислители применяются в ракетных двигателях.

Из горючих наиболее широко применяются спирты метиловый и этиловый. Работы по применению этого горючего впервые были начаты в Советском Союзе. Позднее такое топливо применялось немцами.

В ракетах применяется также бензин. В воздушно-реактивных двигателях используются соляровое масло и керосин.

Одним из наиболее интересных горючих является водород. В смеси с жидким кислородом он дает наболее эффективное топливо с наибольшим газообразованием.

Однако, недостаток водорода — его малый удельный вес, который создает очень большие трудности при конструировании ракет. Особенный интерес представляет то обстоятельство, что при переходе атомарного водорода в молекулярный выделяется огромное количество тепла. Но водород даже в жидком состоянии имеет малую плотность, т. е. понадобились бы чересчур большие баки чтобы обеспечить ракету необходимым количеством топлива. Кроме того, сжиженные газы очень легко испаряются, и нужны особые сосуды с двойными стенками для их хранения. Из-за сравнительно низкой температуры кипения и больших практических трудностей, связанных с применением чистого водорода, пришлось обратиться к соединениям, богатым водородом.

В качестве окислителей применяются жидкий кислород, азотная кислота и перекись водорода. Жидкий кислород в качестве окислителя был предложен К. Э. Циолковским еще в 1903 г. Это, конечно, лучший окислитель. В жидком виде он дешев, доступен, безвреден и обладает достаточным удельным весом. Это, как мы видели на примере водорода, немаловажное обстоятельство!

Правда, применение его как охладителя затруднено его малой удельной теплоемкостью. Но при применении жидкого кислорода для охлаждения используется горючее.

Жидкий кислород, однако, имеет тот недостаток, что он легко испаряется.

Мы упомянули слово «охладитель». Что же такое охладитель?

При сгорании горючего выделяется большое количество тепла; температура в камере сгорания ракетных двигателей на жидком топливе доходит до 3 000°С. Такая высокая температура требует охлаждения нагреваемых частей двигателя — камеры сгорания и сопла. Это охлаждение наиболее удобно производить самим топливом. Забирая тепло от двигателя, топливо перед поступлением в камеру сгорания подогревается.

В первых жидкостных ракетах применялись жидкий кислород и бензин. Позднее в качестве горючего стал применяться спирт.

Однако, использование жидких газов связано с трудностями. Поэтому стали искать заменитель жидкого кислорода.

В качестве одного из таких заменителей предлагалась перекись водорода. Но при ее использовании встретились с трудностями. При опытах с окислителем — перекисью водорода — произошло несколько взрывов. Когда стали выяснять причины взрывов, оказалось, что они вызваны соприкосновением перекиси водорода с некоторыми веществами, которые разлагают ее. Распад происходит настолько бурно, что происходит взрыв. Но даже если изолировать перекись водорода от меди и других веществ, вызывающих взрыв, то она не может служить хорошим окислителем, так как очень неустойчива.

Если к перекиси водорода добавлять перманганат натрия или калия, то происходит выделение водяного пара и газов. Смесь их — парогаз — может быть использована для приведения в действие турбин, вращающих насосы, которые подают топливо в ракетный двигатель.

Хорошим ракетным топливом служат углеводороды в смеси с азотной кислотой или тетранитрометаном в качестве окислителя.

Вместо обычного кислорода в качестве окислителя предлагали использовать жидкий озон, т. е. трехатомный кислород.

Возможность применения озона впервые была высказана Ю. В. Кондратюком. По сравнению с обычным кислородом озон более эффективен и обладает большим удельным весом. Однако, он очень нестоек.

Помимо окислителей на основе кислорода, могут быть использованы также окислители на основе галоидов.

Самый активный окислитель — фтор.

Но он крайне ядовит и вступает в реакцию почти со всеми химическими веществами, что затрудняет его использование. Известны также соединения фтора, которые могут быть использованы в качестве окислителей.

В ракетах может применяться и такое топливо, в котором одна из составных частей — горючее или окислитель — твердое вещество.

Твердое горючее или окислитель помещаются в камеру сгорания. Жидкая же часть топлива подается во время работы двигателя.

В качестве твердых горючих особый интерес представляют соединения кремния, обладающие очень высокой теплотворной способностью. Из чистого кремния и карборунда можно изготовить детали двигателя, которые потом по миновании надобности будут сжигаться в камере сгорания.

Советские изобретатели Ф. А. Цандер и, независимо от него, Ю. В. Кондратюк предложили использовать в качестве горючих для ракет металлы.

Кондратюк предложил добавлять к горючим металлы для повышения их теплотворной способности. Цандер же предложил сжигать в камере сгорания ставшие ненужными металлические части ракет, предварительно расплавив или измельчив их. Для этой цели пригодны металлы: бериллий, бор, алюминий, магний и литий.

Предложение Цандера открывает широкие перспективы перед ракетной техникой.

Есть еще один вид топлива, который в будущем будет играть существенную роль. Это так называемое унитарное топливо, заключающее в себе одновременно и горючее и окислитель. Порох является твердым унитарным топливом, но он обладает рядом недостатков, о которых мы уже говорили. Применение жидкого унитарного топлива — «жидкого пороха» — упростило бы хранение и подачу топлива в ракете. Работы по созданию двигателя, использующего «жидкий порох», впервые проводились у нас в Советском Союзе.

Для безотказной работы двигателя важнейшее значение имеет запуск его. Поэтому топливо должно легко воспламеняться. Еще лучше, если горючее и окислитель при соединении в камере сгорания будут самовоспламеняться. Но этим свойством обладают не все топлива. Иногда к топливу добавляют специальные составы, обеспечивающие самовоспламенение.

Впервые идею применения самовоспламеняющихся топлив выдвинули советские ученые.

Чрезвычайно большие скорости истечения, во много раз превышающие скорости, которые получаются при использовании энергии сгорания химических веществ, может дать атомное топливо — использование энергии распада атомов.

Мы говорили об основных требованиях к топливу для ракет.

Топливо должно занимать в ракете как можно меньше места и вместе с тем обеспечить максимальную скорость истечения газов из камеры сгорания.

Мы узнали о преимуществах и недостатках различных топлив, твердого и жидкого.

Здесь в табл. 1 вы видите, какую скорость истечения дают некоторые химические ракетные топлива.

В табл. 2 вы видите, какую скорость истечения может дать горючее будущего — атомное горючее (при использовании водорода в качестве рабочей жидкости).

Как видим, путем молекулярных реакций нельзя получить скорости истечения, превышающие 4 тыс. м/сек. На практике эти значения будут еще меньшими, если учесть неизбежные потери, существующие в любом двигателе.

Гораздо более высокие скорости истечения, чем у ныне применяемых горючих смесей, могут быть получены путем нагрева водорода энергией, освобождающейся в результате процесса разложения атомного ядра. Удельная тяга¹ в этом случае значительно возрастает, а скорость истечения возрастает в несколько раз по сравнении с современной.

¹ См. раздел 3.

Но надо иметь в виду, что при применении атомной энергии придется столкнуться с такими ее особенностями, которые заставят многое изменить в конструкции ракеты. Например, известно, что выделение внутриатомной энергии сопровождается чрезвычайно вредным радиоактивным излучением и температурой столь высокой, что при ней металлы не только плавятся, но даже испаряются. Придется немало поработать, чтобы решить задача ограждения будущих пассажиров и приборов в атомной ракете от вредного излучения, а ее механизмов и двигателя — от тепла атомной установки.

Но применение атомной энергии открывает перед ракетной техникой широчайшие перспективы. И нет сомнения в том что трудности, стоящие на пути к созданий атомного ракетного двигателя, будут преодолены.

Когда после первой мировой войны ракетные двигатели еще только начинали развиваться, самым главным затруднением было отсутствие необходимых жаростойких материалов. Надо сказать, что применение жидких топлив, открывая перед ракетой новые горизонты, вместе с тем открыло и новые трудности. По существу ракетный двигатель построен из горючего, потому что металлы способны в соответствующих условиях гореть. Развивающаяся в двигателе высокая температура и наличие окислителя никак не располагают к длительной работе. И первые ракетные двигатели сгорали действительно очень быстро. Только к началу второй мировой войны удалось справиться с этой трудностью — появились надежно работающие ракетные двигатели.

Тогда на первое место встала, как одна из главных, проблема топлива для ракетных двигателей.

Эти две проблемы — материалы и топливо — конечно, тесно связаны между собой.

Сейчас мы уже знаем, каким образом можно бороться с врагом ракетного двигателя — высокой температурой.

Применение жаростойких материалов и различных способов охлаждения обеспечивают надежную работу двигателя.

Но когда станет возможным использование атомной энергии, вновь во весь рост встанет проблема материала. Наука и техника, вооруженные опытом прошлого, смогут в будущем решить и эту задачу.

Теперь когда мы познакомились с жидким топливом, нам легко будет установить и особенности ракетного двигателя, использующего это топливо.

Так как жидкое топливо состоит из горючего и окислителя, которые смешиваются только непосредственно перед сгоранием, то камера сгорания уже не может служить одновременно и топливным баком, как это было в пороховом ракетном двигателе. Топливо должно храниться в отдельных баках.

А раз баки и камера сгорания разделены — топливо нужно подавать в камеру. Для подачи топлива нужны особые приспособления, например насосы. Это, конечно, — усложнение двигателя. Но, вместе с тем, это дает ряд решающих преимуществ такому ракетному двигателю перед пороховым.

Недостаток твердого топлива — пороха — тот, что прекратить его горение или уменьшить скорость сгорания, если оно началось, нельзя. Раз запущенный двигатель работает безостановочно, пока не сгорит все топливо.

Чтобы прекратить работу ракетного двигателя на жидком топливе, достаточно закрыть топливу доступ в камеру сгорания. Регулируя подачу топлива, можно управлять работой двигателя, изменять его тягу.

Таким образом, ракетный двигатель на жидком топливе должен иметь следующие основные части: камеру сгорания с соплом, топливные баки, приспособление для подачи топлива и систему для управления двигателем контроля его работы. Ракетный двигатель на жидком топливе — двигатель многократного применения, его можно остановить в полете и запустить снова.

Горючее и окислитель поступают в камеру через форсунки в определенном соотношении: горючего меньше, окислителя больше. Топливная смесь воспламеняется электрической запальной свечой.

Могут применяться и другие способы зажигания, например добавление в камеру сгорания веществ, самовоспламеняющихся при соединении с одним из компонентов топлива.

Когда топливо зажжено и в камере возник устойчивый очаг тепла, зажигание может быть выключено. Вновь поступающее топливо воспламеняется при соприкосновении с горячими газами в камере.

Топливо в двигателе горит при сравнительно высоком давлении, но не в несколько сот, как в пороховом, а в несколько десятков атмосфер.

Топливо в камеру сгорания можно подавать разным способами.

Существуют два основных способа подачи.

Можно подавать топливо из баков в камеру под давлением сжатого воздуха или какого-либо газа (чаще всего — азота), запасенного в баллоне — аккумуляторе давления. Сжатый газ вытесняет из баков топливо, не взаимодействуя, конечно, с топливом химически. Поэтому выбирают такие газы, как азот, неспособные воздействовать на топливо.

Кроме подачи под давлением сжатого газа может применяться подача под давлением газов, образующихся при сгорании пороха в отдельной камере — пороховом аккумуляторе давления. В таком аккумуляторе можно поддерживать постоянное давление газов.

Такой способ подачи очень прост и двигатель с баллонной или аккумуляторной подачей, как и пороховой двигатель, не имеет движущихся частей,

Однако эта простота влечет за собой и осложнения. Раз подача производится под давлением, — баки нужно делать очень прочными; значит, они будут и весить больше, чем в случае, когда давление будет меньше. Как и пороховой ракетный двигатель, двигатель с баллонной подачей работает недолго, а потому и применяется в ракетных снарядах или стартовых ракетах.

Когда же нужно, чтобы двигатель работал дольше, и также когда нужна подача большого количества топлива, применяют другой способ подачи — насосный. Между баками с топливом и камерой сгорания устанавливаются насосы, которые подают горючее и окислитель в камеру.

Насосы приводятся в действие специальной турбиной или другим двигателем. Турбина, как мы уже упоминали, работает на горячих газах, образующихся во вспомогательной камере, где находится перекись водорода, разложение которой и дает газы для работы турбины.

Турбонасосный способ подачи топлива обеспечивает большую продолжительность работы, чем аккумуляторный.

Баки при этом не находятся под давлением. Они могут иметь поэтому более тонкие стенки и будут легче. Такой способ применяется в двигателях далеко летающих ракет и ракетных самолетов.

Этот способ требует сложного оборудования — турбин, насосов. Усложняется система управления двигателем.

Он применяется там, где это усложнение себя оправдывает.

Подача топлива в двигатель регулируется специальным устройством, стоящим на пути топлива от насоса или бака (в случае баллонной подачи) к камере сгорания.

Ракетный двигатель на жидком топливе по своей конструкции хотя и сложнее порохового ракетного двигателя, но все же проще поршневого двигателя.

Единственные движущиеся части конструкции у него — насосы и турбина, вращающая их. А в двигателе с аккумуляторной подачей вообще нет движущихся частей.

Однако, нельзя думать, что если такой двигатель и проще по устройству, чем поршневой, то отсюда следует, что происходящие в нем процессы также просты. Одновременное испарение топлива и окислителя, процесс горения их в камере, истечение газа при высокой температуре и с большой скоростью — все эти и многие другие явления очень сложны по своей природе и еще требуют своего дальнейшего изучения.

Рассмотрим теперь для примера устройство одного из ракетных двигателей на жидком топливе, применявшихся во время войны на дальнобойных ракетах (фиг. 9).

Двигательная установка ракеты включает собственно двигатель (камера сгорания и сопло), топливные баки, агрегаты подачи топлива (парогазогенератор, турбина; топливные насосы) и органы управления, обеспечивающие пуск, работу и остановку двигателя. На фиг. 9 показаны общий вид двигателя и его детали.

Двигатель, работая на спирте, разбавленном водой (горючее), и жидком кислороде, расходует в секунду 125 кг топлива. Камера сгорания двигателя, изготовленная из специальной стали, имеет форму приплюснутого шара. К камере сгорания примыкает удлиненный расширяющийся раструб — сопло.

Камера сгорания и сопло имеют двойные стенки, в пространство между которыми подается спирт для охлаждения. На головной части камеры сгорания расположены форсуночные гнезда, показанные также на фиг. 9. Каждое такое гнездо имеет одну большую кислородную форсунку, окруженную маленькими спиртовыми. Кислород подается насосом под давлением сразу к форсункам, спирт же поступает в зазор между стенками сопла. Небольшая часть его попадает через маленькие отверстия в сопло, охлаждая его внутренние стенки. Это понижает температуру стенок с 2 700° С до 1 000°С.

Остальной спирт проходит в охлаждающую рубашку камеры, образованную ее двойными стенками, и затем уже попадает к форсункам.

Спирт и кислород подаются в двигатель двумя насосами, приводимыми в движение турбиной. Турбина работает на смеси пара и газа, который образуется во вспомогательной камере сгорания. В этой камере происходит разложение перекиси водорода под действием перманганата натрия. Полученные в результате этого горячие газы, обладающие большим давлением, вращают турбину. В камере двигателя создается давление около 16 ат. Продукты сгорания вытекают со скоростью 2 000 м в секунду. Двигатель развивает тягу, у земли в 25 000 кг.

Посмотрим теперь, какие особенности имеют ракетные двигатели на жидком топливе.

Ракетный двигатель является тепловым двигателем. Он преобразует энергию, заключенную в топливе, в энергию движения газов.

Насколько полно он это делает, насколько он экономичен, — показывает к. п. д. двигателя.

Коэффициент полезного действия характеризует совершенство теплового двигателя. Чем меньше потерь энергии происходит в двигателе, тем выше его к. п. д. Потери тепловой энергии в ракетном двигателе происходят как при сгорании топлива, так и при истечении газов.

Идеального сгорания быть не может — часть топлива не сгорает и пропадает бесполезно. При истечении газов происходят сложные процессы, при которых теряется часть тепла. Часть тепла неизбежно теряется на нагревание самого двигателя.

Таким образом, к. п. д. показывает нам, насколько велики все эти и различные другие потери в двигателе. Коэффициент полезного действия представляет собой отношение тепла, превращенного в полезную работу, ко всему развиваемому при сгорании топлива теплу. Коэффициент полезного действия ракетного двигателя может иметь величину такого же порядка, как у других тепловых двигателей.

Можно оценить также, насколько полно используется энергия топлива для приведения в движение летательного аппарата — в данном случае ракеты.

Наконец, можно оценить и общие потери как в самом двигателе, так и при полете ракеты. Коэффициенты полезного действия, относящиеся к этим случаям, с приближением скорости ракеты к скорости истечения увеличиваются.

Вот почему ракетные двигатели выгодны лишь при больших скоростях движения, близких к скорости истечения. Даже при рекордной скорости ракетного автомобиля с пороховым двигателем — около 400 км/час — его к. п. д. не превышал 0,03. Полезно использовалось только 3% энергии топлива! Зато при больших скоростях ракетный двигатель становится более экономичным — к. п. д его растет. Артиллерия и авиация, где движение происходит с большими скоростями, — вот главные области применения ракетного двигателя.

Двигатели сравнивают также по их так называемому «удельному весу». Этот вес определяется не весом единицы объема, как в физике, а весом, приходящимся на единицу тяги.

Удельный вес жидкостного ракетного двигателя составляет всего 0,05 кг на килограмм тяги, иногда больше, но не превышает 0,15 кг.

Иными словами, ракетный двигатель на жидком топливе способен развить большую тягу при малом весе; например, вес двигателя ракеты, развивавшего тягу в 25 т, составлял около 1 т.

Это очень большое преимущество ракетного двигателя.

Мы представим себе его лучше, если вспомним, что на каждый килограмм тяги, развиваемой поршневым авиационным двигателем, приходится 1,5-2 кг его веса. Это значит, что такой двигатель, способный развить тягу в 25 т, должен был бы весить до 50 т.

Фиг. 9. Современная далеколетающая ракета на жидком топливе и ее двигатель. а — общий вид двигателя; б — головная часть камеры сгорания с форсуночными гнездами; в — турбина и насосы; г — обшивка; д — топливный бак; е — стабилизатор; ж — графитовый руль; з — сопло; и — ракета.

При подъеме на большую высоту, где давление воздуха уменьшается, тяга ракетного двигателя возрастает.

На высоте 10 км тяга ракетного двигателя на 8,5% больше, чем у земли; на высоте в 20 км — на 11%.

Наибольшую тягу ракетный двигатель способен развить в пустоте.

Константин Эдуардович Циолковский первый указать на него, как на двигатель будущего межпланетного корабля.

Выше мы говорили об удельном весе ракетного двигателя. Существует также понятие «удельной тяги» двигателя. Это — та тяга, которая получается при расходовании 1 кг топлива в 1 сек.

Удельная тяга ракетного двигателя показывает степень его совершенства, оценивает, как полно он использует свое топливо. Удельная тяга в современных ракетных двигателях составляет 150-250 кг.

Зная удельную тягу и тягу, которую должен развивать двигатель, можно определить и секундный расход топлива.

Так, например, если удельная тяга составляет 200 кг тяги на 1 кг топлива в секунду, а тягу он развивает 25 т, то, значит, в секунду расходуется 125 кг топлива.

Чтобы осуществить более или менее продолжительный полет на ракете или самолете с ракетным двигателем на жидком топливе, требуется огромный запас топлива.

Расчеты показывают, что постройка истребителя с жидкостным ракетным двигателем, который имел бы продолжительность полета при работающем двигателе примерно 40 мин., — практически невозможна. Ему понадобятся огромные баки для топлива и самолет получится столь больших размеров, что не сможет подняться в воздух.

Ракетные двигатели на жидком топливе применяются в настоящее время для получения больших скоростей полета. Ракеты с такими двигателями развивают скорости, в несколько раз превосходящие скорость звука. Продолжительность работы двигателя относительно невелика — порядка минуты, в то время как тяга доходит до 25 т. Авиационные ракетные двигатели, применявшиеся во время войны на истребителях-перехватчиках, работали 8-10 мин. В будущем продолжительность работы ракетного двигателя, конечно, увеличится.

Ракетный двигатель пойдет по дороге, указанной Циолковским — от ракетного самолета к межпланетной ракете.

Какие же процессы происходят в ракетном двигателе на жидком топливе?

Топливо поступило в камеру сгорания. В ней существуют как бы две зоны. Первой зоной можно считать пространство вблизи форсунок. Здесь горючее и окислитель распыляются, перемешиваются, подогреваются и, наконец, испаряются. Температура здесь еще сравнительно невысока.

Фиг. 10. Изменение температуры, скорости и давления газов в камере сгорания ракетного двигателя на жидком топливе.

Вторая зона, — это зона сгорания топлива. Здесь в момент сгорания молекулы окислителя — кислорода или химического вещества, содержащего кислород, соединяются с молекулами горючего, — спирта, бензина и т. п. Происходит сложный химический процесс, в результате которого образуются газообразные продукты горения и выбрасываются из камеры сгорания через сопло наружу.

Как только окислитель и горючее, уже распыленные, подогретые и перемешанные, переходят во вторую зону, начинается резкое повышение температуры. В конце камеры температура может уже достигнуть 2 500-3 000°С (фиг. 10).

Все эти переходы окислителя и горючего из зоны в зону внутри камеры сгорания и все процессы, происходящие с ними, длятся почти неуловимые мгновения.

Давление в камере в момент сгорания равно примерно 20-30 ат, причем в пределах камеры оно меняется незначительно, поскольку и скорость течения газов в камере меняется также незначительно.

Из камеры сгорания газы поступают в сопло, давление их быстро падает, а скорость сильно возрастает, достигая при выходе из сопла, как мы уже говорили, в среднем скорости 2 000 м/сек.

При дозвуковой скорости потока для увеличения скорости газов канал должен сужаться. Наоборот, если канал расширяется, то поток замедляется. Вспомните, как течет река: там, где русло сужается, — река течет быстрее, где русло расширяется, — река замедляет свое течение.

Но до какой же величины может возрастать скорость в сужающемся канале?

Оказывается, самая большая скорость, какую только можно получить в сужающемся канале, равна скорости распространения звука. Перейти через скорость звука или, как ее называют образно «звуковой барьер», не удавалось до тех пор, пока в результате многочисленных опытов не было создано сопло специальной формы, дающее возможность получать сверхзвуковые скорости.

Если в самом узком месте сопла, в его так называемом «критическом: сечении», устанавливается скорость, равная скорости звука, то в расширяющейся части сопла скорость не уменьшается как при дозвуковых течениях, а, наоборот, увеличивается.

Вот почему в современных ракетных двигателях, снабженных соплом, скорость истечения газов достигает сверхзвуковой — 2 000 м/сек, а в дальнейшем, когда будут найдены более эффективные виды топлива, эта скорость может быть еще увеличена.

Тяжелые условия работы камеры сгорания и сопла требуют изготовления их из специальных материалов и применения охлаждения.

Для изготовления частей жидкостного двигателя, подвергающихся сильному нагреванию, применяются поэтому особые жаростойкие стали.

Очень большое значение имеет охлаждение камеры сгорания и сопла. Для охлаждения обычно используется та часть топлива, которая кипит только при высокой температуре. Иначе, не дойдя до камеры сгорания, топливо начнет испаряться и, конечно, нарушит правильный режим горения в камере.

Насколько хорошо выполняет свою роль охлаждение, показывает тот факт, что сопло и другие части двигателя больших ракет после полета тщательно исследовались и ни в одном случае не установлено, что они нагревались выше температуры 600°С.

Для авиационных воздушно-реактивных двигателей, работающих более длительно, нежели ракетные двигатели, металлургами также созданы специальные сплавы. Здесь температурные условия не такие жесткие, продукты сгорания в воздушно-реактивных двигателях разбавляются на 85% воздухом, камера сгорания охлаждается чистым воздухом. Но, конечно, потребуется еще большая исследовательская работа в области материалов для ракетных двигателей.

Применение в будущем атомной энергии в ракетных двигателях означает еще большее повышение температуры, а это, в свою очередь, выдвинет новые требования и перед металлургами, изготовляющими материалы для ракет, и перед инженерами, разрабатывающими систему охлаждения для двигателей.

Из всего, что мы рассказывали до сих пор о ракетном двигателе на жидком топливе, следует, что на пути создания таких двигателей имеются большие технические трудности.

Сложными являются вопросы подачи и зажигания топлива. Эти вопросы, как и вся работа двигателя, проверяются и решаются при испытании двигателей (фиг. 11).

Нужно сказать, что испытание ракетного двигателя — дело очень сложное.

Его проводят в специальных бетонных камерах («боксах»); испытатели находятся вне «бокса» и управляют двигателем на расстоянии. Наблюдения при этом ведутся по приборам.

При испытании приходится измерять много различных показателей: величину тяги, расход топлива, давление и температуру в камере сгорания, температуру стенок камеры и сопла, скорость газов в струе и многое другое. Приходится также производить измерения двух видов: те, которые соответствуют установившимся режимам работы, когда измеряемые величины изменяются только постепенно, и наблюдать за так называемыми неустановившимися режимами, т. е. за запуском, остановкой двигателя и т. п.

Фиг. 11. Испытания ракетного двигателя.

Техника измерений при этом очень сложна. Не останавливаясь на всех подробностях, расскажем в виде примера, как может производиться определение скорости и температуры газов, выходящих из сопла.

Существуют кинокамеры, позволяющие производить киносъемку со скоростью 200 000 кадров в секунду; при проектировании на экран с обычной скоростью — 16 кадров в секунду — можно видеть явление замедленным в 18 500 раз. Такой скоростной кинокамерой снималась струя газов, выходящих из сопла.

Наблюдая за введенными в пламя кусочками металла, по изменению их цвета можно судить о температуре выходящих газов. Для регистрации быстро протекающих явлений (например, при запуске и остановке двигателя) применяются электрические осциллографы.

Показания всех приборов фотографируют. Это делается как при испытаниях на земле, так и при летных испытаниях в воздухе.

Ниже мы расскажем также об испытаниях ракет для того, чтобы можно было ясно представить себе, как сложна, как трудна и вместе с тем как увлекательна и многообразна работа по созданию и освоению ракет, ракетных двигателей и топлива для них.

Теперь, когда мы познакомились с ракетным двигателем, мы можем рассмотреть и устройство ракеты на жидком топливе.

Фиг. 12. Схема ракеты на жидком топливе. 1 — головная часть; 2 — бак с окислителем; 3 — бак с горючим; 4 — двигатель; 5 — стабилизаторы.

Перед нами эскиз жидкостной ракеты (фиг. 12). Ее форма такова, что ракета испытывает наименьшее сопротивление воздуха. Заостренная головная часть устраивается и у снарядов, летающих с большими скоростями.

В передней части корпуса располагаются «пассажиры» ракеты: взрывчатое вещество и взрыватель — у боевой, приборы и парашют — у стратосферной метеорологической, почта или груз — у почтовой или грузовой, экипаж — у будущей пассажирской.

Средняя часть корпуса занята топливными баками, а в задней части корпуса помещается двигатель.

К корпусу крепятся стабилизаторы, а у крылатых ракет — и крылья. Корпус состоит из каркаса и обшивки, изготовленной из легких металлических сплавов или стали.

Ракетные снаряды на жидком топливе могут широко применяться в зенитной артиллерии. В таких снарядах двигатель работает сравнительно непродолжительное время и потому возможна подача топлива под давлением сжатого воздуха.

Двигатели с баллонной подачей имеют и стартовые ускорители для самолетов.

Во время войны появился новый вид ракетного вооружения — воздушные торпеды. Они применялись в войне на море — для борьбы с кораблями противника. Сбрасывая торпеду в районе цели, самолет подвергается меньшей опасности поражения зенитной артиллерией противника.

Воздушная торпеда — это по существу уже маленький самолет с ракетным двигателем, управляемый по радио. На таких торпедах применялись двигатели с баллонной подачей.

На дальнобойных ракетных снарядах ставились двигатели с турбонасосной подачей. Такого же типа двигатели применяются и в стратосферных ракетах, предназначенных для исследования высоких слоев атмосферы.

Такие ракеты, быть может, более крупные, поднимут в стратосферу и человека.

В руках милитаристов ракета предназначена быть оружием разрушения. У нас не было и не могло быть «ФАУ» — средства массового уничтожения мирного населения. В нашей миролюбивой стране ракета станет оружием великих технических преобразований, откроет человеку дорогу в стратосферу и межпланетное пространство.

Остановимся подробнее на устройстве современной ракеты на жидком топливе, воплощающей в себе достижения многих отраслей науки и техники.

Корпус ракеты разбивается на несколько отсеков. Носовой отсек занимает полезный груз. За ним — отсек приборов управления и радиооборудования.

Большой ракетой необходимо управлять в полете. Управлять — это значит прежде всего выдерживать правильно заданное направление полета.

Для управления полетом ракета имеет газовые рули. Применение газовых рулей было предложено Циолковским, который писал: «Рули находятся против выходного отверстия взрывной трубы (сопла — Б. Л.). Они должны действовать одинаково хорошо, как в воздухе, так и в пустоте».

Газовые рули поворачиваются небольшими моторчиками, входящими в конструкцию автопилота.

Автопилот имеет две гироскопические системы. Ось одного гироскопа расположена вдоль оси ракеты, другого — перпендикулярно ей.

При отклонении ракеты в ту или иную сторону оси гироскопов сохраняют свои прежние положения. Таково свойство гироскопа — быстро вращающийся волчок сохраняет неизменным положение своей оси. Связанная с корпусом ракеты рамка гироскопа тогда отклоняется и включает электрическую цепь. Полученный электрический импульс усиливается в цепи усилителем и воздействует на рули, возвращая ракету на прежнее (заданное) направление.

Наоборот, если нужно изменить курс ракеты, радиосигналы, принимаемые приемником и усиленные усилителем, включают цепь моторчиков рулей, поворачивающих ракету.

Ракеты, предназначенные для полета на дальность, могут иметь также управление по заранее разработанной «программе». Поворот ракеты осуществляется в этом случае специальным регулятором, который автоматически подает необходимые импульсы тока, воздействующие на рули. По радио можно выключить в полете двигатель.

Радиооборудование ракеты включает также передатчик для передачи сигналов с ракеты на землю. Эти сигналы дают возможность проследить за ее полетом.

Радиопередатчик может передавать на землю и показания приборов ракеты. Его можно использовать и для других целей. Так, например, производились опыты с измерением температуры обшивки ракеты в полете. Для этого в обшивку вставляли маленькие диски из различных металлов с определенными точками плавления. Диски включались в электрическую цепь, связанную с радиопередатчиком. Когда такой диск расплавлялся, то передатчик посылал сигнал на землю.

Радиоуправление, однако, не является совершенно надежным, его могут нарушить вражеские радиопомехи. Возможных других путей управления, когда требуется ракетой управлять на всем протяжении ее пути, может быть несколько. Так, например, возможно «астронавигационное» устройство, которое может опознавать определенные звезды. Сравнивая наблюдаемое положение звезды-ориентира с известным, вычисленным заранее ее положением, прибор вносит поправки курса и непрерывно корректирует полет.

Возможно улавливать излучаемые звездой гамма-лучи и корректировать курс при помощи двух приемников этого излучения. Если ракета летит точно по курсу, то лучи падают на главный приемник и рули не отклоняются. Как только ракета «собьется с пути», лучи начинают падать левее или правее главного приемника — на тот или другой вспомогательный приемник. Включается цепь рулей, и ракета возвращается на прежний курс.

Познакомимся теперь с отдельными частями ракеты.

На фиг. 9 (стр. 78—79), где был показан двигатель этой ракеты, вы видите ракету, части корпуса, обшивку и стабилизаторы, графитовый руль.

Баки занимают следующий (третий) отсек — топливный, за ним — отсек двигателя.

Каждый отсек — самостоятельное целое. Это обеспечивает удобство сборки ракеты.

Ракета собрана и установлена на стартовой площадке, все механизмы ее проверены и исправны. Баки наполняются топливом. Это последняя операция перед стартом, иначе при задержке каждую минуту испаряется 2 кг жидкого кислорода.

Открываются краны; горючее и кислород подаются в камеру сгорания. Начинает работать турбина, работающая на парогазе.

Когда турбина достигает нужной скорости, основное топливо начинает подаваться в камеру. Тяга увеличивается, и через несколько секунд она становится больше веса ракеты — ракета отрывается от земли.

Большие ракеты, применявшиеся в прошедшую войну, весили до 13 т. Они развивали наибольшую скорость в 1 600 м/сек и достигали высоты около 100 км, покрывая расстояние до 300 км.

Стратосферные ракеты достигали высоты в несколько сот километров. В высшей точке подъема отсек с приборами отделяется и на парашюте опускается на землю.

Стратосферные ракеты — это предвидение Циолковского, почти полвека назад предложившего ракету для исследования атмосферы.

Кроме далеколетающих снарядов с ракетными двигателями на жидком топливе во время войны появились и первые самолеты с такими двигателями.

Как и во многих отраслях науки и техники, здесь первенство также оказалось за советскими людьми.

Первым в мире совершил полет в 1942 г. самолет конструкции В. Ф. Болховитинова с жидкостным ракетным двигателем, пилотируемый капитаном Г. Я. Бахчиванджи (фиг. 13).

К концу войны такие самолеты появились и у немцев.

Мы уже отмечали, что продолжительность работы авиационного ракетного двигателя на жидком топливе была сравнительно невелика. Время полета истребителя-перехватчика с работающим двигателем измеряется 8—10 мин.

Фиг. 13. Взлет ракетного самолета.

Двигатель этот показан на фиг. 14. Он устроен значительно сложнее двигателей авиационных ракетных снарядов. Для подачи топлива в нем имеется турбинное устройство. В ракетных снарядах двигатели непосредственно человеком не управляются. Авиационный ракетный двигатель управляется передвижением рычага в кабине летчика, регулирующего подачу топлива. Поэтому тяга двигателя может меняться в довольно широких пределах (от 200 до 1 500 кг).

Камера сгорания в таком двигателе охлаждается топливом, циркулирующим в охлаждающей рубашке.

Двигатель этот весил около 160 кг. Самолет с таким двигателем развивал максимальную скорость до 900 км/час.

Фиг. 14. Ракетный двигатель на жидком топливе с насосной подачей.

Строились и другие типы боевых ракетных самолетов.

Например, был построен одноместный истребитель-перехватчик, который можно было бы назвать «летающей ракетной батареей». Эта батарея закрывалась прозрачным колпаком из «плексигласа» (прозрачной пластмассы), который сбрасывался в бою. Такой самолет является по существу крылатой ракетой (фиг. 15). Взлетать он должен был со специальной установки, состоящей из фермы с тремя направляющими рельсами. Поднимаясь вертикально, он в первое время после взлета должен был управляться по радио с земли. Затем управление переходило к летчику, который должен был подвести истребитель вплотную к самолету противника и выпустить в него ракетные снаряды. Выпустив снаряды, летчик должен был выбрасываться на парашюте вместе с сидением Двигатель спускался отдельно, также на парашюте. Скорость самолета должна была достигать почти 1 000 км/час.

Фиг. 15. Истребитель-перехватчик с ракетным двигателем на жидком топливе.

Рассказывая об этом самолете, мы говорили: «должен был» или «должна была», потому что производство таких самолетов к концу войны налажено не было; мы знаем о них лишь по опытным образцам, сведения о которых опубликованы в печати.

Проектировался также планер-истребитель, предназначенный для действий против бомбардировщиков с очень малых дистанций и снабженный двигателем такого же типа, как и на описанном ранее истребителе-перехватчике. Предполагалось, что запаса топлива у него хватит лишь на 2 мин работы двигателя; остальное время он должен был планировать с неработающим двигателем (откуда и название планер-истребитель).

Такой истребитель должен был иметь мощную броню и установку для стрельбы ракетными снарядами.

Интересно отметить, что летчик в планере-истребителе, по мысли конструктора, должен был располагаться лежа — это смягчило бы вредное действие больших ускорений. Истребитель не должен был самостоятельно взлетать в воздух. Предполагалось, что его, укрепленного, подобно бомбе, под фюзеляжем, будет нести большой самолет-бомбардировщик.

При приближении противника несущий самолет должен был отцепить планер-истребитель. Летчик истребителя запускал ракетный двигатель и атаковал противника на близком расстоянии.

Израсходовав ракетные снаряды, он мог планировать и приземлиться на ближайшем аэродроме, откуда вскоре должен был вновь отправиться в бой. Планер-истребитель мог атаковать и земные цели — укрепления противника, танки, морские суда. Летчик в таком планере-истребителе был хорошо защищен броней и располагал мощным ракетным вооружением.

Однако, и этот самолет участия в военных действиях не принимал. Мы знаем о нем лишь по проектам, опубликованным в печати.

Мы рассказали о некоторых проектах ракетных самолетов для того, чтобы можно было полнее представить себе возможные применения ракетного двигателя в военной авиации.

Нам нужно сказать еще об одной роли ракетного двигателя в авиационной технике. В авиации широкое применение нашли ракетные ускорители на жидком топливе.

Ракетный двигатель — стартовый ускоритель для самолетов — состоит из камеры сгорания с соплом, трех резервуаров — для горючего, окислителя и сжатого газа и распределительной системы, регулирующей подач топлива. Топливо в камере самовоспламеняется при смешении горючего и окислителя. Летчик перед взлетом открывает кран, открывая доступ сжатому газу в топливные резервуары. Под давлением газа топливо начинав поступать в камеру сгорания, воспламеняется и ускоритель начинает работать. При работе двигателя выделяется много телла.

Учитывая, что ускоритель применяется неоднократно — после старта он сбрасывается на парашюте, — нужно стремиться сохранить двигатель. Поэтому устраивается охлаждение камеры сгорания и сопла топливом.

Ракетные ускорители могут применяться и в полете для кратковременного увеличения скорости, что важно в воздушном бою.

Как нельзя начинать рассказ о создании и развитии авиации и не отметить при этом огромного значения трудов создателя авиационной науки — аэродинамики — Н. Е. Жуковского, так нельзя рассказывать о ракете, не рассказав при этом о первом творце ракеты на жидком топливе — Константине Эдуардовиче Циолковском¹.

Член-корреспондент Академии артиллерийских наук СССР М. К. Тихонравов в предисловии к «Трудам по ракетной технике» Циолковского писал:

«В эту войну ракетная техника сделала ряд успехов, и если мы сопоставим ее достижения с идеями Циолковского, то увидим, что последний в своей работе 1903 г. почти точно предугадал современную ракету на жидком топливе.

¹ Циолковский Константин Эдуардович (1857 — 1935). Родился в селе Ижевском Рязанской губернии. Девяти лет перенес тяжелую болезнь, в результате которой почти полностью потерял слух. 16-ти лет поехал в Москву учиться. Занимался преимущественно самостоятельно. В 1879 г. сдал экстерном экзамен на звание учителя. Преподавал сначала в Боровске, затем в Kaлyre. С 1885 г. начал серьезно заниматься вопросами воздухоплавания. В 1895 г. построил первую в России аэродинамическую трубу. В том же году разработал проект аэроплана. С 1895 г. занимался разработкой идеи цельнометаллического дирижабля. Проблемой реактивного движения начал заниматься с 1883 г. В 1903 г. опубликовал работу „Исследование мировых пространств реактивными приборами".

В дальнейшем занимался преимущественно вопросами реактивной техники, авиации и межпланетных сообщений.

Циолковский писал о ракете, использующей жидкий кислород в качестве окислителя, о ракете, в которой в камеру сгорания топливо подается насосами, о ракете, автоматически управляющейся».

Вот что писал Циолковский о жидкостной ракете в 1903 г.

«Представим себе такой снаряд: металлическая продолговатая камера... Камера имеет большой запас веществ, которые при своем смешении тотчас же образуют взрывчатую массу. Вещества эти, правильно и довольно равномерно взрываясь в определенном для того месте, текут в виде горячих газов по расширяющимся к концу трубам вроде рупора или духового музыкального инструмента. Трубы эти расположены вдоль стенок камеры, по направлению ее длины. В одном узком конце трубы совершается смещение взрывчатых веществ: тут получаются сгущенные и пламенные газы. В другом расширенном ее конце они, сильно разредившись и охладившись от этого, вырываются наружу через раструбы с громадной относительной скоростью.

Понятно, что такой снаряд, как и ракета, при известных условиях, будет подниматься в высоту.

...Необходимы автоматические приборы, управляющие движением ракеты... и силою взрывания по заранее намеченному плану.

...Труба окружена кожухом с быстроциркулирующей в нем жидкостью... Проще всего, для управления ракетой может служить... руль, помещенный вне ракеты, поблизости от выходного конца трубы».

В современных ракетах осуществлены все эти идеи Циолковского.

Циолковский указал пригодные для ракет топлива и предвидел возможность использования в ракетных двигателях атомной энергии.

Он рассмотрел большое количество вопросов, связанных с конструкцией и работой ракетного двигателя на жидком топливе.

Циолковский указал на преимущество насосного способа подачи топлива в ракетных двигателях. Мы уже знаем, насколько важным является вопрос о материалах для ракетных двигателей. И этот вопрос был рассмотрен Циолковским. Выше мы рассказывали, как охлаждается жидкостный ракетный двигатель. Идея такого охлаждения также принадлежит Циолковскому.

Циолковскому принадлежит идея составной космической ракеты.

«Одиночной ракете, — писал Циолковский, чтобы достигнуть космической скорости, надо давать большой запас горючего». Составная ракета «дает возможность... достигнуть больших космических скоростей».

Максимальная скорость простой — одноступенчатой — ракеты ограничивается тем, что мощность двигателя расходуется на ускорение всей массы ракеты, даже и тогда, когда часть ее уже пуста и становится ненужной.

В этом отношении большое преимущество имеют многоступенчатые ракеты. Каждая ступень является самостоятельной ракетой. После израсходования запаса топлива «ступень» постепенно отделяется и приводится в действие следующая ракета. Последняя, наименьшая, ракета имеет полезный груз.

Так, например, трехступенчатая ракета сможет достигнуть первой космической скорости около 8 000 м/сек. Однако, размеры и вес ее при использовании существующих топлив будут все же очень велики, а полезный груз — мал. Используя более эффективное топливо и увеличивая число ступеней, можно будет улучшить характеристики такой ракеты и повысить ее скорость.

Приведем еще один пример.

Циолковский предлагал устроить сопло большой длины («взрывную трубу»). Строились ракеты на жидком топливе с небольшой камерой сгорания и длинным соплом, а также ракеты с «взрывной трубой» (камера сгорания служила одновременно соплом), похожие на предлагавшуюся Циолковским конструкцию.

Циолковский указал пути совершенствования ракеты. Вот почему «... ракетную технику можно рассматривать... только начиная от Циолковского», — пишет М. К. Тихонравов.

«Константин Эдуардович Циолковский, — говорит он, — творец основных положений теории реактивного движения, указавший ряд практических путей для дальнейшего развития ракетостроения».

К. Э.Циолковский (1867—1935)

Прямым продолжателем дела Циолковского явился Фридрих Артурович Цандер¹— крупный ученый и талантливый инженер, всецело посвятивший свою деятельность разработке проблем ракетной техники и межпланетного полета. С работами Цандера проблема ракетного полета перестала быть проблемой чисто теоретической, она стала делом практики, делом сегодняшнего дня.

¹Цандер Фридрих Артурович (1887— 1933). Родился в Риге. В 1914 г. окончил Рижский политехнический институт по механи­ческому отделению. Начал работать над разрешением проблемы межпланетных сообщений с 1908 г.

В 1915 — 1919 гг. работал на различных заводах в Москве.

В 1920 г. сделал первое сообщение о своих работах в области межпланетных полетов. Читал лекции в различных городах. В 1924 г. организовал в Москве Общество межпланетных сообщений.

С 1930 г. работал над осуществлением проектов своих ракет­ных двигателей.

Все его научные изыскания и экспериментальные работы имели своей целью ускорить осуществление межпланетного полета и преодолеть все имеющиеся на этом пути трудности. Так, например, предложение Цандера об использовании частей ракеты в качестве топлива для ракетного двигателя во многом облегчает возможность практического осуществления космического полета.

Для уменьшения размеров межпланетного корабля, снижения необходимого количества топлива, уменьшения перегрузки от больших ускорений, развиваемых ракетой, Цандер предложил проект крылатой ракеты. Крылья должны были служить ей при полете в атмосфере Земли — при подъеме и спуске. Так как в конце полета ракета становится намного легче, то в проекте Цандера предусмотрено две системы крыльев — большие для подъема ракеты, которые затем втягиваются внутрь, переплавляются в специальном котле и сжигаются в ракетном двигателе, и маленькое крыло для спуска на землю. Он не только разработал конструкцию этого космического корабля, но и предложил наиболее пригодные для его изготовления сплавы магния, алюминия и лития, предусмотрев их изготовление и способы обработки.

Ф.А.Цандер (1887-1933)

В 1930—1931 гг. Цандер построил ракетные двигатели, которые успешно испытывались. Смерть Цандера в 1933 г. помешала ему осуществить свой проект — установить ракетный двигатель на самолет.

Но работа продолжалась. Энтузиасты советской ракетной техники упорно работали над претворением в жизнь идей своего учителя — Циолковского.

С особым интересом мы вспоминаем пуск первой ракеты — знаменательное событие в истории нашей ракетной техники.

Вот как вспоминали этот пуск его участники: «Скоро сумерки. Спешно заканчивается установка ракеты. Вот кончена заливка кислорода, бак унесен и все удалились в укрытие. Около ракеты осталось двое. Медленно нарастает давление кислорода... Стоящий у манометра показывает на пальцах остальным: вот уже 12 атмосфер... 13...

Сердце бьется. Кругом тишина и эта минута кажется жутко длинной, бесконечной...

Раздается команда: «Контакт!» Открывают кран подачи топлива. «— Есть контакт!» Механик крутит ручку магнето и... Из сопла ракеты появляется огненный конус... Плавно скользя по направляющим станка, блестящая сигара поднимается в воздух. Все быстрее и быстрее она летит. Вот она уже высоко в голубом небе, так высоко, что кажется вдвое меньше своей настоящей величины... Поворачивает, летит некоторое время горизонтально, потом начинает снижаться и, наконец, коснулась верхушек деревьев, скользнув сквозь ветки, зарылась носом в землю.

Все это продолжалось считанные секунды, но для наблюдавших полет время остановилось... Мы бросились к ракете. — Я устроился за блиндажом, — вспоминал один из участников пуска, — и должен был сфотографировать ракету в полете... Последнее предупреждение — «Контакт!» — Раздается характерный звук работающего двигателя. Ракета будто удлиняется... Плавно выскальзывает из станка и, все ускоряя движение, идет вверх. С ревом и пламенем врезается серебристая ракета в голубое небо.

Мы все буквально не помним себя от радости. Я сфотографировал сначала вместо ракеты лес! У товарища, сидевшего на дереве и оттуда наблюдавшего за ракетой, свалился с ноги ботинок, и он этого не заметил!

Гордостью полно было сердце, забыты все трудности, оставшиеся позади... Все бросились к забору, за которым еще слышалось дыхание ракеты — первой советской ракеты, о которой мечтали Циолковский и Цандер».

К. Э. Циолковский, внимательно следивший за развитием нашей ракетной техники, говорил: «Сильно поднялось мое самочувствие, когда я увидел, как мои продолжатели скромно и незаметно ведут крупную и вместе с тем сложную техническую работу».

Ракетный двигатель на жидком топливе открывает дорогу в стратосферу. На стратосферную ракету может быть возложено две задачи.

Первая — это изучение воздушного океана. Стратосферные ракеты достигнут таких высот, каких не может достигнуть никакой другой летательный аппарат. О том, как это произойдет, мы рассказываем дальше, в главах о будущем ракеты.

Вторая задача — это полет в стратосфере человека.

Вот что говорит о ней летчик-испытатель генерал-майор авиации П. М. Стефановский¹.

¹ „Техника молодежи", 1947, № 5.

Ракетные самолеты смогут произвести беспосадочный перелет вокруг света в течение двух-трех часов, т. е. со средней скоростью порядка 10 тыс. км в час.

Только ракетный двигатель, скорее всего жидкостный, при очень легком весе и малых габаритах сможет развить нужную тягу. Такому двигателю и предстоит перспектива довести самолет до скорости, во много раз превышающей скорость звука, и забросить ракетоплан за атмосферу.

Ракетный самолет будет приспособлен к полетам на больших скоростях.

Фюзеляж приобретает форму, характерную для снарядов, но с обрезанной нижней половиной. Это необходимо для того, чтобы использовать нижнюю, плоскую часть фюзеляжа, как дополнительную несущую поверхность.

Нос фюзеляжа остроконечный, фюзеляж должен вместить в себя экипаж, горючее и двигатель, так как толщина крыльев будет ничтожна.

Крыло характерно своим тонким профилем с острыми кромками — передней и задней.

При огромных скоростях полета надобность в крыле как таковом уменьшается. Самолет при скорости порядка 10 000 км в час сможет уравновешиваться на две трети подъемной силой фюзеляжа и только на одну треть подъемной силой крыльев.

Фиг. 17. Взлет ракетного самолета будущего.

При старте вследствие большого запаса горючего средняя нагрузка на квадратный метр несущей поверхности будет в 10 раз превышать посадочную и составит около 800 кг. Таким образом, если не учитывать подъемную силу, создаваемую фюзеляжем, нагрузка на квадратный метр крыльев была бы равной почти 1 400 кг.

Совершенно очевидно, что самолет с такими колоссальными нагрузками не сможет произвести взлет с нормального аэродрома. Для него потребуется создание специального стартового приспособления — ускорителя, независимого от работы двигателя ракеты. Это даст экономию горючего на самолете, которое потратилось бы для взлета.

Для старта ракетного самолета потребуется рельсовая стартовая дорожка, строго прямолинейная, горизонтальная, укрепленная на железобетонной основе. Дорожка должна быть снабжена салазками с ракетной установкой, развивающей большую тягу в течение 10—15 сек.

Длина стартовой дорожки должна быть около 3 км. На этом пути самолет должен набрать скорость до 500 м/сек через 0—11 сек. отделиться от салазок и за счет инерции набрать высоту около 4 км (фиг. 17).

В это время летчик ракеты должен включить свой двигатель и продолжать набирать скорость, удерживая самолет в пологом наборе высоты.

Поднимаясь под углом в 30° к горизонту, летчик к концу подъема на высотах 50—150 км сможет развить скорость от 20 000 до 28 000 км/час, в зависимости от эффективности двигателя и запаса топлива, после чего двигатель выключается. Дальнейший полет будет происходить благодаря запасенной кинетической и потенциальной энергии путем планирования.

Траектория полета будет напоминать траекторию сверхдальнобойного снаряда, нисходящая ветвь которой растянута по длине в результате планирования. При этом скорость полета по траектории, имеющей длину во много тысяч километров, снижается от очень большой начальной скорости до нормальной посадочной скорости.

Профессор В. П. Ветчинкин проделал еще в 30-х годах ряд исследований по теории полета ракетных самолетов и ракет. Им были исследованы математически полет ракетного самолета с работающим двигателем и планирование его, вертикальное движение ракеты и другие вопросы.

В 1942 г. советский летчик первым в мире совершил полет на самолете с жидкостным ракетным двигателем.

Ракетный полет в стратосфере — задача ближайшего будущего авиационной техники, задача — трудная и сложная, связанная со множеством вопросов, которые необходимо решить.

Об этой задаче мы еще будем говорить в следующем рассказе.

Рассказ четвертый

Ракета в народном хозяйстве

1. Штурм больших высот

В предыдущих рассказах мы познакомились с широким и многообразным применением ракеты на войне.

Но ракета — не только оружие войны. Ракета «оружие» мирной жизни в великой борьбе человека с силами природы.

Чтобы победить эти силы, надо их сначала изучить. Ракета здесь будет верным помощником человека.

Разведка больших высот — такова первая важная задача, которую поможет решить ракета.

Надо отметить, что и здесь первенство принадлежит русской науке. В 1903 г. на заре авиации Циолковский написал замечательные слова:

...«В качестве исследователя атмосферы предлагаю реактивный прибор, т. е. род ракеты, но ракеты грандиозной и особенным образом устроенной...

Вычисления... дают столь замечательные результаты, что умолчать о них было бы недопустимо... В далеком будущем уже виднеются сквозь туман перспективы до такой степени обольстительные и важные, что о них едва ли кто мечтает»...

Этими словами русская наука открыла новую главу в исследовании и завоевании больших высот.

Большие высоты издавна привлекали внимание человека — они скрывали много интересных загадок. Туда поднимались на самолетах и стратостатах отважные исследователи, вооруженные приборами. Советские герои-стратонавты Федосеенко, Усыскин и Васенко в 1934 г. подняли «потолок мира» до 22 км. Они оставили за собой огромную толщу воздушного океана.

Но осталось еще немало загадок. Космические лучи, состав и температура воздуха на очень больших высотах и многое, многое другое ждут своих исследователей — надежных и точных приборов.

И туда, куда не смог проникнуть человек, проникли приборы. Маленькие разведчики больших высот — воздушные шары-зонды с приборами — поднялись на высоту около 40 км. Это уже близко к той высоте, на которой летали в первую мировую войну снаряды сверхдальнобойных орудий. Но снаряду нельзя доверить хрупкие приборы, как нельзя доверить людей жюль-верновской колумбиаде. Маленькие же воздушные шарики, похожие на игрушечные детские шары, поднимают своих пассажиров на недосягаемые высоты. И все же этого мало.

Высокие слои атмосферы изучают и другими способами. Наблюдая за падением метеоров, за серебристыми облаками, северными сияниями, за распространением световых, звуковых и радиоволн, удалось установить много нового об атмосфере.

Оказалось, что в высоких слоях атмосферы находится озон. Под действием ультрафиолетового излучения солнца двухатомный кислород расщепляется на атомы, из которых образуются затем трехатомные молекулы озона.

С высоты около 100 км начинается новая область атмосферы — ионосфера.

Ионосфера обладает замечательными свойствами.

Радиотехника столкнулась с непонятным на первый взгляд явлением огибания радиоволнами земного шара. Как показали исследования, радиосигналы отражаются от ионизированных, т. е. электропроводящих слоев воздуха, расположенных в ионосфере, на высотах от 100 до 300 км.

Различными способами удалось установить интересную картину распределения температуры на больших высотах. Раньше думали, что на больших высотах температура постепенно понижается, достигая где-то предела — абсолютного нуля, мертвящего холода межпланетного пространства.

Оказалось, что это совсем не так.

Начиная с 11 км, падение температуры прекращается и устанавливается постоянная температура, равная в среднем 56,5°С ниже нуля.

Начиная с 25—30 км, температура начинает расти. На высоте 60 км она составляет примерно +75°С. Затем начинается понижение температуры до —30°С на высоте 80 км, затем снова подъем. На границе ионосферы — стоградусная жара.

На высоте около 200 км температура достигает +700°С.

Далее температура продолжает еще расти или остается почти постоянной. Будущее покажет, какое из этих двух предположений, основанных на разных методах исследований, окажется справедливым.

Ракета сможет поднять приборы на такие высоты, которые не доступны ни для каких других летательных аппаратов.

До сих пор на эти высоты поднималась боевая ракета. Теперь ракета поднимает в стратосферу не смертоносный груз, а автоматические самозаписывающие приборы.

Стратосферные ракеты могут быть небольшими — до 5 м длиной и весом около 300 кг. Такие ракеты смогут подниматься на высоты 75—100 км. Работать они будут на жидком или твердом топливе.

Для подъема на большие высоты понадобятся более крупные ракеты длиной свыше 10 м и весом свыше 10 т. Работать они будут на жидком горючем и окислителе (фиг. 18). Для запуска ракет могут применяться пусковые станки, а также высокие металлические башни с направляющими рельсами.

Приборы на этих ракетах устанавливаются в головной части, затем размещается аппаратура радиоуправления, баки с горючим и окислителем, двигатель.

Управление полетом осуществляется с помощью газовых рулей, помещенных в потоке вытекающих из двигателя газов, или установкой двигателя в шарнире, связанном с гироскопом.

Фиг. 18. Стратосферная ракета. а — общий вид ракеты; б — головка ракеты; 1 — сосуды с авто­матическими кранами для взятия проб воздуха; 2 — счетчик косми­ческих лучей; 3 — регистратор ультрафиолетового излучения Солнца; 4 — спектрогелиограф; 5 — радиоаппаратура; 6 — термопара болометра — электрического термометра; 7 — ротошют, лопасти которого автоматически раскрываются после отделения головки ракеты.

В обоих случаях направление полета меняется путем отклонения струи газов. В первом случае струя отклоняется газовыми рулями, во втором — поворотом двигателя.

Как газовые рули, так и гироскоп шарнирного устройства управляются с земли по радио.

В приборном отсеке помещаются прибор для измерения ионизации атмосферы, счетчик космических лучей, сосуды для взятия проб воздуха, спектрогелиограф, термограф для регистрации температур и др. Отсек с приборами сбрасывается на парашюте при помощи механизма, управляемого по радио. Сама ракета тоже управляется по радио.

Постепенно поднимаясь все выше и выше, стратосферные ракеты позволят получить новые данные о стратосфере и проверить то, что получено другими методами.

Уже сейчас стратосферные ракеты достигают высот порядка 200 км и выше.

Развитие ракетного метода изучения стратосферы ставит новые задачи перед ракетной техникой.

Такой задачей является, прежде всего, повышение предельной высоты подъема — потолка ракет.

Ракетный двигатель на жидком топливе — единственный тип двигателя, способный создавать тягу в разреженном воздухе больших высот и в безвоздушном пространстве.

Если поршневой двигатель самолета снабжать окислителем, то он будет работать и в безвоздушном пространстве, но тяги он не создаст, потому что для этого ему нужен воздух — ведь тягу создает воздушный винт.

Потолок ракеты практически ограничен лишь запасом топлива.

Поэтому важно увеличивать запас топлива в ракете и применять новые, более эффективные горючие смеси для ракет. Можно, например, ожидать значительного улучшения полетных характеристик ракеты от применения в качестве окислителя озона.

Применение новых высокопрочных, но легких сплавов в конструкции ракеты позволит снизить общий ее вес или при том же весе взять больший запас топлива.

Потолок ракеты при вертикальном ее подъеме зависит от той скорости, которую она приобрела в момент окончания работы ее двигателя. Остальной участок подъема ракета летит за счет запасенной кинетической энергии.

Составная ракета дает возможность получить более высокую конечную скорость, чем не составная, одинарная ракета. Поэтому потолок составной ракеты может быть выше, чем у одинарной.

Конечно, составная ракета устроена гораздо сложнее, чем одинарная, что служит причиной дополнительных технических трудностей (фиг. 19).

Сложнее управление такой ракетой, усложняется конструкция ракеты, но зато потолок может быть значительно повышен даже при применении ныне существующих топлив и материалов. Можно полагать, что с помощью таких ракет будут достигнуты высоты порядка 500 км и выше.

500 км! Еще полтора десятка лет назад эта цифра показалась бы беспочвенной фантастикой. Теперь эти цифры уже не кажутся фантастическими.

Для стратосферных метеорологических ракет важным является вопрос создания специальных приборов. Приборы должны быть простыми, надежными, легкими и в то же время выдерживать значительные нагрузки, которые возникают при полете ракеты. Если приборы помещаются в достаточной близости к ракетному двигателю, они должны быть хорошо защищены от действия высокой температуры.

Если они располагаются поблизости от баков с жидким кислородом, то их следует изолировать от действия чересчур низкой температуры.

Приборы на ракете должны обладать еще одним свойством — они должны достаточно быстро реагировать на все происходящее в окружающем воздухе.

Обыкновенный термометр, например, непригоден для измерения температуры на быстро летящей ракете, так как разреженный воздух больших высот не успеет нагреть его.

Для измерения температуры на летящих ракетах предложили применять термисторы — вещества, которые с изменением температуры по-разному проводят электричество.

Фиг. 19. Составная пассажирская ракета. а — полет ракеты с ускорителем: I — ускоритель; 1 — двигатель; 2 — топливные баки; 3 — парашют, II — ракета, б — спуск ускорителя на парашюте. а — ракета, 1 — двойная обшивка с тепловой изоляцией; 2 — топливные баки; 3 — полезный груз; 4 — баллоны с кислородом и охлаждающим составом; 5 — радио-установка; 6 — носовой обтекатель; 7 — кабина; 8 — летчик; 9 — носовое колесо в убранном положении; 10 — колесо основного шасси в убранном положении; 11 -турбина и насосы; 12 — трубопроводы для подачи топлива; 13 — камера сгорания и сопло.

Термисторы весьма быстро реагируют на изменение температуры.

Управление полетом ракеты обеспечивает радиооборудование. По радио выключается двигатель; в случае отклонения ракеты от намеченного пути, воздействуя по радио на механизмы рулей, можно вернуть ракету на правильный курс.

Показания приборов на ракете можно будет непосредственно передавать по радио на землю. В настоящее время имеется самозаписывающая радиоаппаратура для приема сигналов с летящего радиозонда.

Советскими конструкторами разработана конструкция портативного легкого радиопередатчика для радиозондов.

Способ передачи сигналов с ракеты по радио близко соприкасается с такой областью радиотехники, как телевидение.

Возможно, в будущем будет производиться непрерывная передача показаний приборов, фиксируемых специальной телевизионной передающей аппаратурой.

Близко к этому примыкает и вопрос о фотографировании земли и неба с больших высот.

Первое применение ракет для фотографирования земной поверхности относится к периоду 1914—1918 гг.Тогда производились опыты подъема с помощью ракеты фотоаппарата на небольшую высоту. Однако, развитие аэрофотосъемки — фотографирования с самолетов — сделало излишним применение ракет для этой цели. Но предельная высота подъема самолета или стратостата ограничена двумя-тремя десятками километров. Выше может подняться лишь ракета. И теперь вновь вернулись к идее подъема на очень большую высоту ракеты с фотоаппаратом.

Уже на современных высотных ракетах, которые поднимались на высоту до 200 км, были установлены кинокамеры для съемки земной поверхности.

На этих снимках отчетливо видна кривизна земной поверхности — непосредственное подтверждение шарообразности формы Земли.

В будущем, возможно, достижения радиолокационной техники и телевидения позволят осуществить передачу с ракеты изображений на Землю в полете.

Фотографирование с больших высот окажет неоценимые услуги астрономии. Оставив за собой почти всю земную атмосферу, ракета окажется в условиях, чрезвычайно благоприятных для фотографирования небесных светил.

Воздух мешает астрономическим наблюдениям, искажая изображения. Поэтому обсерватории и располагаются в горах. Ракета же поднимает аппараты на такую высоту, где воздух совсем не будет мешать наблюдениям.

Сейчас трудно еще предвидеть все те огромные возможности, которые откроет ракета — разведчик больших высот перед наукой и народным хозяйством.

Развитие сверхвысотной авиации, полеты на больших высотах с большими скоростями, служба погоды, дальняя радиосвязь — все это требует изучения высоких слоев атмосферы.

Сопротивление воздуха при полете около земли ограничивает скорость полета, требует затраты огромной мощности. В разреженных высоких слоях атмосферы сопротивление уменьшается, и ракетный двигатель способен будет обеспечить получение огромных скоростей полета порядка 2 000—3 000 км/час и больше. Но для полетов на больших высотах необходимо знать господствующие там условия: состав воздуха, его плотность, температуру, воздушные течения.

Для выяснения этих условий высотная метеорологическая ракета незаменима.

Очень важным для будущих сверхвысотных полетов является картина распределения тепла и холода в атмосфере.

При полете с большой скоростью тело нагревается. Далеколетающая ракета, максимальная скорость которой составляет около 5 000 км/час, к концу своего непродолжительного пятиминутного полета нагревается до высокой температуры.

Метеоры, влетающие в земную атмосферу с еще бóльшими скоростями, сгорают, не долетая до земной поверхности. Лишь очень крупные из них достигают земли.

Очевидно, для длительного скоростного полета в атмосфере очень важно знать температурные условия. Так, они необходимы для того, чтобы выбрать такую высоту полета, которая была бы выгодна с точки зрения наименьшего сопротивления и нагрева.

Непрерывное наблюдение за состоянием атмосферы имеет важнейшее значение для предсказания погоды. В будущем наблюдения при помощи шаров-зондов, самолетов и воздушных шаров дополнятся наблюдениями ракетных зондов.

Ракеты, поднимая приборы на большие высоты, смогут вести наблюдения за изменением солнечного излучения, а также за электрическими и магнитными явлениями в верхних слоях атмосферы, вызываемыми деятельностью Солнца. Перед наукой стоит сейчас большая проблема — «Солнце—Земля», т. е. изучение механизма влияния Солнца на жизнь Земли. Эти наблюдения, несомненно, во многом помогут ученым в решении этой проблемы.

Ракеты, поднимая радиоаппаратуру на большие высоты, дадут ценные для радиотехники сведения о распространении радиоволн и возможности радиосвязи в сверхвысотном полете.

Уже сейчас первые подъемы стратосферных ракет на высоту до 200 км принесли очень интересные сведения об атмосфере — о температуре, давлении и составе воздуха.

На ракетах с помощью специального спектрографа были сделаны снимки солнечного спектра с разных высот. Оправдались выводы ученых, сделанные ими на основании косвенных наблюдений о наличии на высоте 30—60 км слоя озона, который задерживает бóльшую часть ультрафиолетового излучения Солнца. Спектры, заснятые на высоте 55 км, оказались сильно вытянутыми в сторону ультрафиолетовых лучей.

В будущем ракеты смогут не только постоянно вести службу наблюдения за погодой, но и изменять погоду по желанию человека.

Вот как представляет себе работу метеорологических ракет будущего инженер-метеоролог С. В. Реполовский¹.

¹ ,,Знание-сила", 1948, №10

...Из ангара на опушке леса с резким свистом вылетела ракета, управляемая по радио... Ракета передавала на телевизор состояние погоды, «увиденное» ею во время полета.

Приборы над телевизором принимали показания с ракеты о температуре, влажности, высоте.

Такие ракеты выпускаются из разных районов страны, давая моментальную «фотографию» состояния атмосферы земли на разных высотах.

Но вот получено задание об изменении погоды.

...Из ангаров главной станции стали вылетать огромные ракеты, управляемые с пультов оперативного зала. Ракеты несли специальные атомные установки для получения тепла или холода. С помощью этих установок можно было нагреть или охладить на несколько градусов воздух над пространством в десятки тысяч квадратных километров. Изменение температуры больших воздушных масс нарушало их равновесие и заставляло нужную погоду перемещаться в желаемом направлении».

Таким образом, разведка больших высот ракетами имеет важнейшее значение для народного хозяйства.

Следующим после разведки больших высот вопросом является вопрос о полете на больших высотах.

Полет человека на ракетах в стратосфере близится к осуществлению.

Этот вопрос очень важен для народного хозяйства нашей страны. Необозримые просторы нашей родины требуют быстрого и удобного сообщения.

Ракета и будет средством такого сообщений.

Разберем этот вопрос подробнее.

Если в дальнобойной ракете заменить взрывчатое вещество каким-либо полезным грузом, например почтой, мы получим возможность быстрой переброски срочных грузов на большие расстояния.

Опыты с почтовыми ракетами на твердом топливе производились уже давно. Ракеты перебрасывали почту на небольшие расстояния в горных местностях, где связь другими способами затруднена.

Развитие ракетной техники за последние годы привело к созданию ракеты на жидком топливе, двигатель которой за 60—70 сек. работы сообщает ракете максимальную скорость, в несколько раз превышающую скорость звука. Высота подъема такой ракеты составляет 100—200 км. Разработан вопрос об управлении такой ракетой в полете.

Создание новых, более совершенных конструкций ракетных двигателей, применение новых, более эффективных ракетных топлив позволят увеличить в будущем дальность и высоту полета ракет.

Увеличение дальности полета ракеты выдвинет, в свою очередь, ряд новых технических задач.

Ф. А. Цандер, занимавшийся расчетами полета и проектированием далеко летающих ракет, писал: «...Полет далеко летающих ракет... в ближайшем будущем будет играть громадную роль при перевозке грузов и людей с одного пункта земли на другой».

Управление ракетой значительно усложняется. Если боевая ракета управляется лишь на небольшом участке ее пути, до момента окончания работы двигателя, то грузовая ракета должна будет управляться на всем ее пути от места старта до места назначения. Влетая в более плотные слои атмосферы, ракета может отклониться от намеченного пути. Все случайные отклонения, накапливаясь к концу пути, приведут к тому, что ракета не попадет в пункт назначения. На больших дальностях даже небольшие отклонения могут дать, в конце концов, такие «ошибки», что сделают невозможным приземление ракеты в точно назначенном пункте.

Когда речь идет о переброске полезного груза, точность полета совершенно необходима.

Автопилоты, управление по радио обеспечат эту точность. Но для этого, конечно, предстоит проделать еще очень большую работу.

Другим отличием грузовой, скажем почтовой, ракеты от боевой является необходимость ее благополучного спуска. Этот вопрос, также является достаточно сложным.

Вес современных ракет превышает 10 т, а в будущем он может и еще увеличиться. Скорость ракеты при влете в атмосферу в несколько раз превышает скорость звука. Плотность воздуха на больших высотах очень мала. Поэтому применение, скажем, грузового парашюта является не простой задачей. На большой высоте парашют работать не сможет. Скорость же ракеты в плотных слоях воздуха будет все еще очень высока. Парашют не сможет выдержать такой большой действующей быстро, подобно удару, нагрузки, которая возникнет, когда он раскроется. Предстоит изыскать способы такого применения парашюта, когда, раскрывшись, он не оторвется, а благополучно спустит ракету. Вероятно, потребуется снижение конечной скорости ракеты. Этого можно достигнуть, если использовать для торможения ракетный двигатель, направив силу тяги его в сторону, противоположную движению. Такой способ связан с дополнительным расходом топлива, а, следовательно, с некоторым уменьшением дальности.

Другой способ связан с использованием для торможения силы сопротивления воздуха. Возможно применение парашютов другой конструкции, например со свободно вращающимся двухлопастным ротором. При снижении лопасти раскрываются специальным автоматом и начинают вращаться, снижая скорость падения. Такой ротор напоминает ротор автожира.

Интересно, что этот парашют или, как его называют, ротошют, встречается в природе. Им снабжены семена клена.

Скорость ракеты в полете быстро растет. Это приводит к большим перегрузкам. Выносливость человеческого организма по отношению к перегрузкам ограничена.

В ракете, летящей с большой скоростью, возможно использовать воздушные тормоза. Они должны автоматически управляться, в то же время работа этих тормозов не должна нарушать устойчивости ракеты.

Возможно комбинированное применение воздушных тормозов и парашюта: тормоза снижают скорость ракеты до такой величины, когда в работу может вступить парашют.

Грузовая, почтовая ракета не является ракетой одноразового применения, как боевая, дальнобойная. Она лишь тогда окупит себя, когда будет совершать регулярные рейсы, доставляя почту и грузы в самые отдаленные районы страны. Поэтому и является таким важным вопрос о благополучном ее приземлении.

Применение ракет для переброски почты может дать большой эффект и с точки зрения экономической и с точки зрения быстроты почтовой связи. Самый быстрый вид почтовой связи — авиапочта — не сможет конкурировать с ракетной почтовой связью.

Так, например, из Москвы на Дальний Восток письмо идет поездом почти три недели, самолетом — несколько дней.

Скоростная ракетная почтовая авиация резко уменьшит, конечно, эти сроки. Очень большие сверхзвуковые скорости будет развивать самолет с прямоточным воздушно-реактивным двигателем. Но и у такого самолета есть свой потолок, потому что его двигатель нуждается в воздухе. На очень больших высотах такой двигатель работать не будет.

Ракета поднимается на такие высоты, где сопротивление воздуха отсутствует и потому скорость полета может быть чрезвычайно велика. Известен проект ракеты, которая должна была достигнуть скорости в 7 000 м/сек. Эта скорость близка к первой космической скорости (7 900 м/сек), необходимой для того, чтобы ракета превратилась в спутника Земли.

Ракета может поэтому перебросить почту и грузы из одного конца страны в другой в рекордно короткий срок — в 1—2 часа. Учитывая, что грузоподъемность ракеты составляет теперь около тонны, а в будущем, вероятно, еще будет увеличена, ракета сможет в один рейс перебросить большое количество писем. Стоимость «перевозки» одного письма будет поэтому невелика.

Итак, почтовая ракетная связь будет иметь большое значение в народном хозяйстве страны.

Почтовые ракеты, как и высотные метеорологические, могут быть составными.

Ракеты, предназначенные для полетов на большие расстояния, могут снабжаться крыльями для увеличения дальности полета.

Крылатая ракета представляет собой, по существу, ракетный самолет. Но в отличие от самолета крылья такой ракете нужны не на всем протяжении полета, а, главным образом, на завершающем его участке. Когда ракета входит в земную атмосферу, она, имея большую скорость, обладает и большой кинетической энергией. Добавление к ракете крыльев позволяет использовать эту энергию для того, чтобы ракета, планируя, увеличила дальность своего полета. Подъемная сила крыльев превращает крутое пикирование бескрылой ракеты в плавный планирующий спуск крылатой ракеты.

Однако, крылатая ракета выдвигает новые технические трудности. Крылья дают не одну только подъемную силу — они одновременно увеличивают вес машины и ее сопротивление. Необходимо обеспечить достаточную прочность крыла и его хорошую аэродинамику. Для сверхзвукового полета требуется один профиль крыла, а для дозвукового — другой. Ракета же проходит часть своего пути с дозвуковой скоростью, а другую часть — со сверхзвуковой. Сверхзвуковой профиль крыла ракеты будет невыгоден на дозвуковых скоростях и наоборот.

В современной авиации очень важной характеристикой самолета является нагрузка на крыло, т. е. вес, приходящийся на единицу площади крыла.

Нагрузка на крыло ограничивает посадочную скорость, которая не должна быть чрезмерно велика. У самолетов с ракетными двигателями на жидком топливе нагрузка на крыло больше, чем у самолетов с поршневым и воздушно-реактивными двигателями. У крылатых ракет она будет еще больше, так как из соображений сопротивления крыло нельзя делать большого размаха, а нагрузки, испытываемые ракетой в полете, больше, чем у самолета. Площадь крыла, следовательно, будет относительно невелика, а значит, на каждый квадратный метр этой площади будет приходиться больший вес конструкции.

Следовательно, и посадочная скорость ракеты будет большая. Правда, по сравнению с обычным самолетом и даже с самолетом реактивным (с воздушно-реактивным двигателем), у крылатой ракеты, как и у самолета с ракетным двигателем, есть одна особенность. Она заключается в том, что ракетный двигатель как самолета, так и ракеты, расходует, как мы видели ранее, очень большое количество топлива. Но благодаря этому вес ракеты в полете изменяется, а следовательно, меняется и нагрузка на крыло — она к концу полета уменьшается.

Это обстоятельство позволяет надеяться, что посадочная скорость крылатой ракеты будет не чрезмерно велика, несмотря на огромную сверхзвуковую максимальную скорость в полете.

Механизация крыла — щитки, закрылки, применяемые в современных самолетах, сделают посадку безопасной. Возможно также для снижения посадочной скорости применить и торможение, о котором мы говорили выше.

Возможно, будут созданы выдвижные крылья. Крылья нужны на том участке, где ракета планирует, и при посадке механизм, управляемый с земли по радио, выдвигает крылья из корпуса ракеты, когда она вступает в плотные слои атмосферы.

Особенности полета со сверхзвуковыми скоростями требуют крыла малой толщины, с острой передней кромкой. Такое крыло, в свою очередь, требует и новой технологии изготовления. Разместить в крыле его «начинку» — многочисленные нервюры, лонжероны, стрингеры становится затруднительно. Тем более затруднительно разместить в крыльях баки с горючим.

Предполагают, что тонкие «сверхзвуковые» крылья будут изготовлять коваными и обрабатывать затем на металлорежущих станках. За последние годы огромных успехов добилась химия пластических масс. Созданы пластмассы прочные, как металл, выдерживающие всевозможные воздействия.

Не исключена возможность, что в будущем пластмассы специального состава будут использованы в качестве материала для крыльев ракетных самолетов и ракет.

Мы уже говорили о преимуществах полета на больших высотах.

Остановимся теперь на проблемах пассажирского ракетного полета в стратосфере.

Необычайные условия больших высот ставят много трудностей на пути осуществления ракетного полета в стратосфере человека.

Человека на больших высотах нужно защищать от «высотной болезни» — малого давления воздуха, обеспечить его воздухом нормального состава для дыхания, поглотить вредные выделения организма. Скафандр или герметическая кабина должны будут решить эту задачу. Авиация и воздухоплавание накопили большой опыт в области высотных полетов.. Но ракета проникнет на такие большие высоты, где человека подстерегают новые, еще неведомые опасности.

На больших высотах ракета оставит под собой почти всю земную атмосферу.

Придется считаться с опасностью воздействия на человеческий организм солнечного и космического излучения. А это осложняет задачу создания скафандра или кабины для высотной ракеты, которые должны иметь защиту от вредного действия этих излучений.

Защитный слой в оболочке скафандра и стенке кабины должен предохранить пассажиров ракеты.

Отрыв от земли, взлет, набор высоты, изменение направления полета будут сопровождаться изменением скорости. Поэтому в течение известного промежутка времени человек будет испытывать действие ускорения. Насколько это является важным, показывает опыт военной авиации. С повышением скорости полета самолета, с появлением реактивных самолетов сильно осложнились условия работы пилота. При выполнении фигур возникает ускорение — перегрузка, прижимающая невидимой тяжестью, нарушающая нормальное кровообращение, зрение, работу мозга. Чтобы смягчить вредное действие перегрузки, кресло летчика устраивают наклоняющимся, потому что было установлено, что действие перегрузки на организм зависит от положения тела и можно его ослабить при некотором определенном положении. Проектировались самолеты со специальными кабинами для лежачего положения летчика, в котором легче переносится перегрузка. Пытались изготовить особый противо-перегрузочный костюм для летчика. В ракетах придется столкнуться с еще большими перегрузками, чем те, которые имеют место в авиации. Поэтому защита от перегрузок будет очень важной задачей пассажирского ракетного полета.

С другой стороны, при свободном полете в пустоте с выключенным двигателем перегрузка вовсе будет отсутствовать. Это состояние «невесомости» часто описывалось авторами множества романов о межпланетных полетах. Однако, какое в действительности действие окажет более или менее продолжительная невесомость на человека, судить достоверно нельзя.

Физиологические условия сверхвысотного полета должны будут тщательно изучаться, чтобы обеспечить безопасность полета.

Человек не заменит приборов и приборы не заменят человека. Они дополняют друг друга. Сложная обстановка больших высот требует и сложных, точных приборов для разнообразных наблюдений. Такие приборы есть, но их нужно совершенствовать и приспосабливать к условиям скоростного полета. Та же перегрузка, которая действует на человека, действует и на приборы. Все достижения современного точного приборостроения будут использованы для оборудования сверхвысотных ракет. Нужно еще учитывать, что все это оборудование должно быть возможно более легким.

Учитывая трудные условия работы пилота в ракете, необходимо будет стремиться к наиболее полной автоматизации работы двигателя, управления ракетой и работой приборов.

Достижения радиолокационной техники тоже найдут свое применение в будущих сверхвысотных ракетных полетах.

Наземные радиолокационные станции будут непрерывно определять положение ракеты и дадут возможность составить ясную картину ее полета. Радиолокационные высотомеры покажут пилоту точную высоту полета, так как на больших высотах обычные авиационные высотомеры-анероиды бесполезны. Радиолокаторы помогут пилоту точно совершить посадку.

Совершенствование радиолокации даст связь на весьма коротких волнах, проникающих через ионизированные слои воздуха, которые задерживают более длинные волны. Локация Луны, возможность которой была теоретически доказана еще в 1943 г. советскими учеными академиками Л. И. Мандельштамом и Н. Д. Папалекси и осуществленная в 1946 г., доказала, что очень короткие волны проникают через атмосферу. Связь на волнах радиолокационных длин — задача техники будущего, решение которой важно для ракетных полетов на больших высотах.

Чтобы увеличить высоту полета ракет, нужно совершенствовать их конструкцию.

Одна из задач — совершенствование ракетного двигателя, получение большой силы тяги и продолжительности его работы.

Полет ракеты с большими скоростями выдвигает множество новых вопросов. Сюда относятся вопросы устойчивости, наилучшей формы ракеты для больших скоростей полета и другие вопросы, связанные с аэродинамикой ракетного летательного аппарата.

Составные ракеты также могут быть использованы для пассажирского ракетного полета. Дальность полета в этом случае увеличивается. Так, например, в случае добавления к крылатой ракете с дальностью полета в 500 км еще одной ракеты-ускорителя, т. е. в случае составной ракеты с крыльями, дальность увеличится до 4 800 км — почти в 10 раз.

Во время войны немцами был разработан проект ракеты для перелета из Европы в Америку. Ракета предполагалась составной из двух ракет: ускорителя и крылатой ракеты с пассажиром. Ракетный двигатель ускорителя должен был развивать тягу в 180 т и сообщить начальную скорость пассажирской ракете в 2 700 м/сек (10 000 км/час). После достижения высоты около 300 км, когда запас горючего в ускорителе должен был израсходоваться, ускоритель автоматически отцепляется и крылатая ракета начинает свой полет. Ускоритель опускается на парашюте. Затем должен был начинать работать двигатель крылатой ракеты, после чего начиналось планирование.

Развитие ракетной техники позволит создать пассажирские ракеты с большими грузоподъемностью, потолком, скоростью и дальностью полета. Таким образом, ракета поможет решить важнейшую народнохозяйственную задачу — задачу сверхскоростного пассажирского транспорта, имеющую большое значение для нашей Родины, просторы которой занимают шестую часть всего земного шара.

У многих может возникнуть вопрос: как же будут летать ракеты на больших высотах, если там температура достигает нескольких сот градусов? Это, на первый взгляд, серьезное препятствие, на самом деле несущественно.

Объясняется это тем, что воздух на больших высотах крайне разрежен. Уже на высоте 50 км плотность воздуха в 1 000 раз меньше, чем на уровне моря. Поэтому передача тепла от воздуха к ракете происходит очень медленно, медленнее, чем сама ракета будет терять тепло излучением. Кроме того, температура ракеты будет зависеть от того, сколько молекул воздуха ударится о ее поверхность. Так как воздуха мало — число ударов будет сравнительно невелико.

Нагревание ракеты о воздух от трения будет хотя и велико, но значительно меньше, чем при полете в нижних слоях атмосферы.

Действие же солнечных лучей скажется лишь на высоте 250—300 км.

Таким образом, при полете на высотах до 250 км ракета не будет очень сильно нагреваться и, возможно, придется заботиться не об охлаждении кабины, а об ее отоплении.

Мы рассмотрели применение ракеты для решения трех важнейших научных и народнохозяйственных задач: исследования высших слоев атмосферы, сверхскоростной грузовой и почтовой связи на большие расстояния и сверхскоростного пассажирского транспорта.

Освоение больших высот и скоростей полета будет главным народнохозяйственным применением ракеты. И перспективы этого применения дают нам право сказать, что ракета — орудие великих технических преобразований.

Рассказ пятый

От фантазии к науке

Идея полета в мировое пространство родилась раньше появления ракеты. О «вознесении на небо», о полете к Солнцу, к звездам люди слагали легенды еще задолго до развития науки о мироздании.

Развивалась техника, и стали появляться проекты межпланетных кораблей.

Для полета на другие планеты предлагали использовать магнетизм Земли, световое давление, пушечный снаряд, центробежную силу и многое другое.

Все это были утопии.

Реальной возможностью межпланетный полет становится только с момента возникновения науки о ракете. Эту науку создал К. Э. Циолковский.

В 1903 г. Циолковский опубликовал замечательную работу «Исследование мировых пространств реактивными приборами», хотя предложил использовать ракетный принцип для полета в межпланетное пространство много раньше. В недавно выпущенных «Трудах по ракетной технике» Циолковского опубликованы отрывки из рукописи 1883 г., из которых видно, что еще тогда Циолковский думал о применении ракетного принципа для движения в безвоздушном, свободном от тяжести, пространстве. В 1896 г. в написанной им повести «Вне земли» Циолковский указал на ракету как на межпланетный корабль¹. А в начале 1903 г. ой подготовил первую часть работы «Исследование мировых пространств реактивными приборами».

¹ Была издана в 1920 г.

В этой работе Циолковский показал, что будущий межпланетный корабль может быть только ракетой. Он показал, что если запас топлива в 3 раза больше веса пустой ракеты, то скорость ее в конце горения топлива почти достаточна для того, чтобы ракета могла вращаться за пределами атмосферы вокруг Земли подобно ее спутнику. Если же запас топлива в 6 раз больше веса пустой ракеты, то скорость ракеты почти достаточна для удаления ее от Земли и вечного вращения вокруг Солнца в качестве самостоятельной планеты. При большем количестве топлива возможно достижение пояса астероидов и даже больших планет.

Циолковский исследовал математически движение ракеты в межпланетном пространстве и ее полет в атмосфере.

Он изучил условия взлета ракеты с различных планет и возвращение ее на Землю.

Он разработал идею составной космической ракеты.

Но работы Циолковского не ограничиваются одними теоретическими расчетами. В своих работах он дал и практические указания инженерам по конструированию и изготовлению отдельных деталей, выбору топлива, вопросам устойчивости и управления полетом ракет. Циолковский на десятки лет вперед определил пути развития ракетной техники, наметив обширную программу последовательных усовершенствований реактивных аппаратов. Исследования Циолковского по теории реактивного движения написаны с широким размахом и необычайным взлетом фантазии.

Именно он был первым в мире человеком, который увидел в полете в мировое пространство не только прекрасную мечту, но также и технически вполне осуществимую идею.

Циолковский описал двигатель межпланетной ракеты. Это был первый реально осуществимый проект ракетного двигателя на жидком топливе. Циолковский дал расчеты и схему такого двигателя.

Фиг. 20. Звездолет (схематический чертеж К. Э. Циолковского).

Циолковский разработал несколько типов межпланетных ракет.

Вот как представлял он себе будущий ракетный корабль (фиг. 20):

«Звездолет» — тот же самолет, только без воздушного винта. Ввиду огромной скорости движения крылья имеют едва заметную вогнутость. Топливо, т. е. горючее и кислород, хранятся отдельно. Они накачиваются в двигатель двумя насосами. Здесь они встречают особую «решетку смешения» и воспламеняются. Из камеры сгорания они устремляются в сопло, из которого быстрым, охлажденным от расширения и разрежения потоком вырываются наружу.

Отдача этих газов и производит непрерывно ускоряющееся движение ракеты. В расширенной наружной части трубы находятся рули направления, высоты и боковой устойчивости. Благодаря стремительному потоку выхлопных газов они работают в пустоте независимо от окружающей среды.

В камере происходит ряд взрывов, как в пулемете. Разница только та, что в ракете «ствол» конический, взрыв холостой (без пули), да составные части взрывчатого вещества разделены и смешиваются только в камере сгорания. Еще разница: они накачиваются при посредстве особого двигателя. Последнее условие можно устранить, используя отдачу (реакцию), как ее использует пулемет. Это еще упрощает наш снаряд, который уже немногим тогда будет отличаться от пулемета.

Ю. В. Кондратюк

Если осуществим пулемет, то осуществим и звездолет. Остается только заимствовать часть его механизмов отдачи, чтобы избавиться от особого двигателя.

Звездолет быстро достигнет разреженных слоев воздуха и приобретет такую скорость, которая выкинет его за пределы атмосферы...

Возвращение может совершиться без расходования взрывных материалов: сначала быстрое спиральное движение в редчайших слоях воздуха, потом в более плотных, постепенная потеря космической скорости, наконец, планирование и спуск на почву или воду наподобие обыкновенного самолета.

Циолковский понимал, как сложна проблема топлива для ракетного двигателя на жидком топливе и какое огромное значение она имеет в деле осуществления межпланетного полета.

В поисках путей для быстрейшего осуществления своей мечты Циолковский разработал идеи составной ракетной эскадрильи и космического ракетного поезда, которые должны приблизить сроки осуществления межпланетного полета.

Надо отметить выдающуюся работу по ракетной технике Ю. В. Кондратюка «Завоевание межпланетных пространств», изданную в 1929 г. В этой книге Кондратюк изложил результаты своего многолетнего труда по теории ракетного полета в мировое пространство.

Он высказал ряд совершенно оригинальных идей, оценить полностью которые можно лишь в наши дни. Он предложил воспользоваться в качестве окислителя в ракетном двигателе не кислородом, а озоном. Это повышает теплоту горения, увеличивает скорость истечения продуктов сгорания. Кроме того, озон обладает большим удельным весом, чем кислород, что имеет немалое значение.

Кондратюк доказал, что ракета, которая не будет сжигать части своей конструкции (баки, крылья и т. п.), не может преодолеть земного притяжения.

Кондратюк исследовал возможность применения крыльев для межпланетной ракеты и указал условия полета, при которых применение крыльев будет наивыгоднейшим.

Фиг. 21. Внеземная база по Ю. В. Кондратюку.

Он подробно рассмотрел вопрос о нагревании ракеты при полете в атмосфере.

Многие ученые предлагали устроить промежуточную базу для межпланетных путешествий. Идею такой «внеземной станции» выдвинул К. Э. Циолковский.

«К. Э. Циолковский первый в истории науки и техники подчеркнул важнейшее значение проблемы ракеты — спутника Земли и указал, что дает людям решение этой проблемы для развития ракетной техники.

Проблема расчета и конструирования ракеты — спутника Земли имеет весьма важное значение как принципиальный шаг развития ракетной техники. Этот шаг завершит развитие земных... ракет (ракет-снарядов) и явится началом завоевания космического пространства...

Такая маленькая Луна может служить исследовательской лабораторией, в которой можно изучать основные вопросы космических полетов. Следует отметить, что создание ракеты — спутника Земли имеет также большое военное значение. Ракетам-снарядам, имеющим скорость около 7 912 м/сек, доступны любые районы земной поверхности, и, следовательно, регулируя запас топлива, можно заставить ракету-спутника упасть там, где необходимо.

Наука капиталистических стран, особенно исследовательские институты США уделяют проблеме ракеты-спутника исключительное внимание. Империалисты и их верные слуги надеются при помощи таких ракет забрасывать атомными бомбами мирные города и села демократических стран. В наши дни наука стран капитализма в значительном масштабе поставлена на службу военным целям, на службу империалистической агрессии. Ученые, изобретатели и инженеры, поддерживающие капиталистические порядки, пытаются всякое новое открытие, всякое новое изобретение использовать как орудие нападения на свободолюбивые народы и для угнетения трудящихся своих собственных стран. Для этих господ ракета — спутник Земли еще одно новое тайное оружие против все возрастающего влияния коммунистических идей, против народов нашей великой страны. Только советская наука при разработке современных актуальных проблем ракетной техники руководствуется интересами трудящихся, интересами всего нашего народа, направляя научно-технические достижения на службу социалистическому государству¹».

¹ Проф. А. А. Космодемьянский, Знаменитый деятель науки Константин Эдуардович Циолковский (1857 — 1935), М., Воениздат, 1949, стр. 55 — 57.

Фиг. 22. Межпланетная станция по К. Э. Циолковскому.

Кондратюк первый серьезно подошел к проблеме спутника Земли — космической лаборатории с технической точки зрения. Он предложил устроить эту станцию вращающейся не вокруг Земли, а вокруг Луны. Так как Луна не имеет атмосферы, то «межпланетный вокзал» будет в безопасности от торможения, которое может оказаться значительным даже при большом разрежении воздуха (фиг. 21).

Цель, которую ставит себе человечество, стремясь осуществить межпланетные полеты, Кондратюк видел в следующем: во-первых, в обогащении научных знаний; во-вторых, в использовании каких-либо веществ, которые могут быть найдены на других планетах, и, в-третьих, в использовании солнечной энергии для изменения климата целых континентов.

«Принимая во внимание, — пишет о его работах профессор В. П. Ветчинкин,— что Ю. В. Кондратюк не получил высшего образования и до всего дошел совершенно самостоятельно, можно лишь удивляться талантливости и широте взглядов русских механиков-самоучек».

Исследования, произведенные автором в период между 1917 и 1925 гг., сохранили свое значение до нынешнего дня.

Эти грандиозные проекты перекликаются с идеями Циолковского о завоевании межпланетных пространств и использовании неисчерпаемых богатств Вселенной (фиг. 22). И необходимо подчеркнуть, что в противоположность зарубежным ученым, чьи помыслы и стремления — в новой войне, труды наших ученых — творцов ракетной техники — в первую очередь направлены на благо всего прогрессивного человечества.

Кондратюк писал в своей работе, что он предвидит возможность использования такого источника энергии, который позволит отказаться от применения «сверхмощных двигателей или каких-либо гигантских сооружений».

Циолковский также считал, что в дальнейшем будет найден более идеальный источник энергии, способный придать ракете космическую скорость.

Таким источником энергии Циолковский считал энергию расщепления атомного ядра. Вот его слова:

«Разложение атомов есть источник огромной энергии. Эта энергия в 400 000 раз больше самой мощной химической энергии».

Предвидение Циолковского сбывается. Успехи современной науки и ракетной техники велики. И нет сомнения, что в ближайшее время первая ракета полетит в межпланетное пространство.

Расчеты показывают, что простая (не составная) ракета, использующая энергию сгорания химических веществ, применяемых сейчас или могущих применяться в будущем, не сможет вылететь в межпланетное пространство. Мы видели, что самая большая скорость истечения, которую при этом можно получить, составляет теоретически примерно 4 000 м/сек, а практически еще меньше.

Составная космическая ракета, которую сейчас можно было бы построить, несмотря на огромные размеры — больше, чем у любой ракеты, сконструированной или запроектированной до сих пор, смогла бы пока поднять полезную нагрузку в несколько десятков килограмм.

Конечно, даже и такая скромная цифра — это свидетельство могущества современной техники.

«Сорок лет я работал над реактивным полетом, — говорил Циолковский, — в результате чего дал, по общему признанию, первый в мире, теорию реактивного движения и схему реактивного корабля. Через несколько сотен лет, думал я, такие приборы залетят за атмосферу и будут уже космическими кораблями. Идея космической эскадрильи приблизила реализацию космической ракеты, заменив... сотни лет только десятками их».

Прошло всего полтора десятка лет с того времени, когда были сказаны эти слова. Осталось еще много нерешенных вопросов, которые нужно исследовать, еще много задач, которые нужно разрешить, но уже и теперь имеется возможность вылета с земли в межпланетное пространство.

Хотя еще и мал полезный груз, который ракета сможет поднять, но и на такой ракете можно установить автоматические приборы и радиостанцию. А вслед за приборами — настанет и очередь человека.

Конечно, использование атомной энергии будет иметь огромное значение для будущих межпланетных путешествий.

Даже одноступенчатая ракета с атомным двигателем могла бы вылететь в мировое пространство. Расчеты показывают, что при температуре в камере сгорания атомного ракетного двигателя около 5 000°С необходимое для межпланетного полета отношение веса топлива к весу ракеты может быть примерно таким же, как у современной далеко летающей ракеты, у которой оно равно 0,7. Вот какие широкие возможности открывает перед нами использование атомной энергии.

Мы сейчас не можем еще точно сказать, как будет устроен такой двигатель.

Казалось бы, проще всего заставить продукты атомного распада вытекать из сопла и использовать получаемую при этом реактивную силу.

Но на таком пути непосредственного использования атомной энергии встает пока непреодолимое препятствие — высокая температура.

Более вероятным является путь использования тепла, выделяемого при распаде атома для нагревания какой-либо жидкости или газа, которые затем вытекали бы из сопла и создавали тягу. В качестве такого газа может быть использован водород.

Эта установка будет иметь еще одно важное преимущество: вместе с водородом, вытекающим наружу, из ракеты могут быть удалены радиоактивные продукты ядерного распада, которые оказывают разрушительное действие не только на двигатель, но и на приборы и экипаж.

Для того чтобы такая ракета смогла оторваться от земного притяжения, вес водорода должен всего в 4 раза превышать вес ракеты с полезным грузом. Для сравнения напомним, что одноступенчатая ракета, использующая энергию химических веществ, смогла бы улететь в межпланетное пространство только в том случае, если 96% полного веса будет занимать горючее и лишь 4% — ракета с полезным грузом. Ясно, что такую ракету построить нельзя.

Кроме использования тепла, выделяемого при распаде атома для нагревания жидкости или газа, возможны и другие схемы атомных двигателей.

Но пока и здесь на пути их осуществления стоит высокая температура. Нет сомнения, что будут найдены пути преодоления этого препятствия и мы с полной уверенностью можем сказать, что полег в мировое пространство уже реален.

Ракета раскроет нам тайны вселенной. Возможно, одним из первых шагов во Вселенную будет тот, о котором говорится в научно-фантастическом рассказе.

...Ракета, стартовавшая с ракетодрома, соскользнула с поверхности Земли и, как управляемый метеор, устремилась к Луне.

Бледный диск ее разрастался, приобретал выпуклость, наконец, занял почти половину черного неба, которое видели в иллюминаторе ракеты космические путешественники.

Ракета обогнала Луну, описав огромную петлю, и люди впервые увидели и сфотографировали тыльную сторону спутника Земли, который, как известно, всегда повернут к нам одной и той же стороной.

После этого путешественники легли на обратный курс на большое светило, красовавшееся в черном небе, на родную Землю...

Первые путешественники на Луну будут прежде всего исследователями. Освободившись от земного притяжения и покинув пределы атмосферы, они произведут наблюдения над миром звезд и планет, окружающих Землю.

Перед ними предстанет Вселенная, совсем не та, какой мы видим ее с поверхности Земли.

Они смогут наблюдать звезды круглые сутки, они увидят далекие планеты и звезды.

Вполне возможно, что мощные телескопы позволят космическим астрономам увидеть новые звезды, новые планеты, которых мы с Земли увидеть не можем.

Мы узнаем много нового о физических особенностях планет и свойствах межпланетного пространства, о таинственных космических излучениях, пронизывающих Вселенную, о чудесных превращениях материи при высоких температурах, доходящих до миллионов градусов, о свойствах вещества при температуре абсолютного нуля —273°С — и о многом другом.

Наше представление об окружающей нас Вселенной станет еще более полным и ясным.

Нельзя, однако, думать, что первый полет ракеты в межпланетное пространство будет подготовлен и совершен с большой легкостью. На пути к его осуществлению предстоит преодолеть много трудностей. Еще много технических задач предстоит решить ракетостроителям, прежде чем осуществится мечта о межпланетном полете.

Атомная энергия — это, прежде всего, высокие температуры в ракетном двигателе, гораздо более высокие, чем те, с которыми мы имеем дело сейчас. Понадобятся новые жаростойкие материалы, выдерживающие эти температуры.

Атомная энергия — это радиоактивные излучения, вредно действующие на организм.

Необходимо изыскать средства защиты от этих излучений, которые надежно предохраняли бы экипаж ракеты и не имели бы чрезмерно большого веса.

Атомная энергия — это новые двигатели, со сложной автоматикой, которые нужно строить, испытывать, изучать.

Межпланетной ракете грозит и еще одна очень серьезная опасность — встреча с метеорами, бесчисленное множество которых носится с огромными скоростями в межпланетном пространстве. Скорости метеоров так велики, что даже самый маленький из них, величиной с маковое зернышко, обладает энергией пули и может пробить ракету.

Но эти задачи техника будущего, несомненно, в состоянии решить.

И с появлением атомных ракетных двигателей начнется новая страница в истории ракеты — межпланетные полеты.

Исполнятся пророческие слова Циолковского: «Сначала будут полеты в стратосфере, потом — за атмосферой... Надо еще много и много трудиться, чтобы окончательно завоевать стратосферу и выбраться, наконец, за ее пределы. Это можно осуществить только у нас, в Советском Союзе».

«Ракетная техника — самая трудная техника в мире».

Вся история развития ракеты подтверждает эти слова Циолковского.

К современной ракете и ракетному самолету техника пришла долгим и трудным путем.

Мы проследили в наших рассказах этот путь.

Мы никогда не забудем, что первые шаги на этом пути были сделаны русской наукой и техникой.

Первая мировая война выдвинула новые роды оружия — танки, авиацию, химию.

Вторая мировая война была рождением трех новых видов оружия.

Это ракеты, атомная энергия и радиолокация.

В руках прогрессивного человечества они будут оружием науки в борьбе человека за покорение природы.

Три новых вида оружия на фронте науки будут связаны друг с другом, будут помогать друг другу, будут взаимодействовать друг с другом.

И это взаимодействие всех родов войск науки продвинет нас далеко вперед в познании природы.

Сколько интереснейших тайн природы будет раскрыто тогда!

Самой смелой фантазии не угнаться за ракетой.

Но это будущее. И не просто будущее, а будущее, к которому ведет еще длинный и сложный путь, полный труда и борьбы.

«У нас, в Советском Союзе, много юных летателей — так я именую детей-авиомоделистов, детей-планеристов, юношей на самолетах. На них я возлагаю самые смелые надежды. Они помогут осуществить мои открытия»...

Так говорил Циолковский.

Так будет.

Перед ракетной техникой открываются широчайшие перспективы.

Работать на благо народа в этой новой области техники — почетная задача нашей молодежи, которой принадлежит будущее в науке.

И нет сомнения, что советская ракетная техника с ее славными традициями Константинова, Кибальчича, Циолковского, умноженными советскими инженерами и учеными, будет и впредь лучшей в мире. Будущее ракетной техники за нами.

«Только моя пролетарская великая страна, только моя Родина может поддерживать и воспитывать людей, которые смело ведут новое человечество к счастью и радости» (Циолковский).

Для читателей, желающих глубже познакомиться с отдельными вопросами ракетной техники, с теорией реактивного движения и межпланетных полетов, жизнью и деятельностью К. Э. Циолковского, ниже указана рекомендуемая литература.

1. Циолковский К: Э., Труды по ракетной технике. Под редакцией М. К. Тихонравова, М., Оборонгиз, 1947, 368 стр.

Сборник основных работ Циолковского по теории реактивного движения, ракетной технике, реактивной авиации и межпланетным сообщениям.

2. Цандер Ф. А., Избранные труды по ракетной технике. Сборник статей под редакцией М. К. Тихонравова, М., Оборонгиз, 1947, 240 стр.

Сборник статей, содержащих оригинальные предложения Цандера по ракетной технике, и работы по теории полета ракет на дальние расстояния и в межпланетном пространстве.

3. Кондратюк Ю., Завоевание межпланетных пространств. Изд. 2-е. Под редакцией П. И. Иванова, М., Оборонгиз, 1947, 84 стр.

4. Воробьев Б., Циолковский, Молодая гвардия", 1940, 264 стр. („Жизнь замечательных людей").

5. Космодемьянский А. А., проф. Знаменитый деятель науки К. Э. Циолковский (1857— 1935), М., Воениздат, 1949, 84 стр. («Научно-популярная библиотека солдата и матроса").

6. Сойкин М., Русская ракетная артиллерия (Исторические очерки). М., Воениздат, 1949, 116 стр.

Исторический очерк развития русского ракетного оружия в XIX в.

7. Колесников А. А., Основы теории реактивных двигателей, №.. Воениздат, 1947, 124 стр.

Описание основных типовых схем реактивных двигателей и теоретический анализ тепловых процессов, происходящих в них.

8. "Физика и химия реактивного движения". Сборник 1. Госиноиздат, 1948, 235 стр.

Сборник переводов статей по вопросам топлива для реактивных двигателей.

9. Зенгер Е., Техника ракетного полета, 2-е изд. Под редакцией В. А. Штоколова, М., Оборонгиз, 1947, 300 стр.

10. Коой И. и Ютенбогарт, Динамика ракет. Под редакцией проф. А. А. Космодемьянского, М., Оборонгиз, 1950, 328 стр.