Оберт не дает детальных чертежей аппарата, а лишь эскиз его, оговариваясь при этом, что, в случае исполнения его в натуре, многое придется изменить.

Цель аппарата: Исследование высоты, состава и температуры земной атмосферы, определение закона сопротивления воздуха при разных высотах и скоростях, а также исследование работы самой ракеты, которую автор называет „Модель В“.

Аппарат состоит из двух ракет: верхней, внутренней — водородной (Н. R.)* и нижней, в то же время внешней — спиртовой (A. R.)** Длина аппарата 5 метров, ширина 55.6 см, вес 544 кг, из коих 6.9 кг приходятся на Н. R. Кроме того предвидена еще вспомогательная ракета. Вопрос о материале ракеты окончательно не решен. Материал ее работает, благодаря внутреннему сверхдавлению, на растяжение. Для A. R. Оберт применяет сплавы аллюминия с уд. весом 3,0²/см² и сопротивлением разрыву 30-32 кг/см². Ввиду кратковременности действия сопротивления (около ½ минуты) можно допустить на разрыв 20 кг/см². Баллоны для кислорода предположено сделать из сплава меди со свинцом, коэффициент сжатия которого при охлаждении до 170-180° одинаков со сплавом аллюминия. Части, подвергающиеся большому нагреву, делаются из меди. Для стенок распылителя примерно серебро (Silberblech).

* Н. R. — Wasserstoff — Rakete.

** A. R — Alkoholrakete.

Н. R. устроена из свинца, прочность которого при низких температурах равняется прочности стали.

Общие данные. Начало подъема с высоты s₀ = 7700 м, т. к. до высоты 5500 метр, аппарат поднимается при помощи дирижаблей (фиг. 46), а еще на 2200 при помощи вспомогательной ракеты, чтобы получить начальную скорость v₀.

Давление в камере сгорания 16.5 кг/см² <p₀ ≤ 20 кг/см².

Горючее: 341.5 кг воды, к которой примешано 45.8 кг. спирта, 1.67 кг очищенного спирта, 98.8 кг жидкого кислорода или соответствующее количество жидкого воздуха. В последнем случае воды потребуется меньше.

Температура сгорания 1700°С <С Т₀ < 1750°С.

Давление в устье дюзы P_d = β₀ =0.39 кг/см².

Отношение площади устья дюзы к площади миделя ракеты

Скорость извержения газов принята с = 1400 м/с.

Сосуд со смесью воды и спирта находится под сверхдавлением 3 атм.

Под таким же давлением находится и помещение для Н. R.

Сосуды для кислорода находятся под давлением Р₀ X 1.5 атм.

Толщина стенок движущего аппарата 2.35 мм, а стенок помещения с кислородными баллонами — 2.8 мм.

Вес отдельных частей показан в таблице.

Из таблицы имеем отношение масс ракеты перед полетом и по сгорании смеси в A.R.:

*Оберт здесь делает арифметическую ошибку, принимая

В дальнейшем принято это отношение равным 9.

Нагрузка на поперечное сечение ракеты 0.225 кг/см².

Начальная скорость V₀ = 500 м/с.

Скорость по сгорании всего горючего V₁ = 2800-2900 м/с.

При истощении горючего — нагрузка на поперечное сечение 0.0232 кг/см².

Продолжительность горения 36-40 с.

В секунду будет сгорать

Составление смеси и сгорание. (Фиг. 48 и 49). В верхней части камеры сгорания имеется ряд труб (в пространстве А), шириною внизу 2.5 см, а вверху 3.6 см. Эти трубки не доходят до потолка камеры. Между этими трубками находится очищенный спирт, который доводится до кипения благодаря тому, что помпа mn накачивает богатый кислородом и горючий газ, который и выделяется в виде пузырьков. Пары спирта попадают в трубки, в которые сверху, с днища сосуда (S) с кислородом проникают трубки D, в боковых стенках которых имеются отверстия (фиг. 37 а). Давление в пространстве А немного выше p₀ атм., а в сосуде с кислородом — p₀+1.5 атм., благодаря чему кислород выбрасывается через трубки D тонкими струйками. У концов трубок помещается трут (или зажигатель) G, который и зажигает смесь. Так как через трубки выбрызгивается кислороду значительно больше, чем это требуется для воспламенения, то получается газ, заключающий 95% кислорода и дающий при 700° давление до 20 атм. Этот газ идет далее через трубки Е в камеру О, причем по пути к нему примешивается вода со спиртом, которая вбрызгивается через мелкие отверстия и затем воспламеняется.

Устройство ракеты (фиг. 49). Верхняя часть ракеты представляет как бы шапку над обеими ракетами и удерживается от раскрытия пружинами b, b¹; когда в спиртовой ракете горючее истощится, связь между верхушкой и туловищем ракеты прерывается, верхушка раскрывается, распадаясь на две части (фиг. 50), и из туловища спиртовой ракеты вылетает внутренняя, водородная ракета. Внутри обеих половинок верхушки имеется воздух (с), который помешает им утонуть, если они упадут в воду. При скорости полета ракеты около 3000 м/с, верхушка будет сильно нагреваться, почему необходимо устроить особые охладители (на чертеже не показаны). Кроме того, изнутри она будет охлаждаться испаряющимся водородом, выделяющимся из дюзы внутренней ракеты и поднимающимся в пространстве между стенкой А и стенкой ракеты вверх. Затем этот водород выходит через предохранительные клапаны К.

Фиг. 48. Двигатель ракеты Оберта	Фиг. 49. Двойная ракета Оберта.
Фиг. 50. Головка ракеты.

Диаметр внутреннего помещения спиртовой ракеты 30 см, а диаметр водородной ракеты — 25 см, так что между стенками обеих ракет остается пространство толщиною 2.5 см, которое наполнено водородом и еще разделено стенкою А. Верхушка Н. R. расположена на 1 см ниже верха A. R. В разных местах между Н. R. и A. R. располагаются подушки f, для предохранения Н. R. от ударов, которые, при ее весьма низкой температуре, могли бы ее разбить. Вода со спиртом помещается в пространстве е. Там же имеется поплавок g, назначение которого будет объяснено позднее. Эта смесь находится под давлением 3 атм., поддерживаемым помпами mn, которые накачивают горячий газ в двойное дно h, откуда он поднимается вверх через многочисленные отверстия. Регулировка давления поддерживается автоматическими клапанами К. Через клапан y и трубки О смесь воды и спирта подается попеременно в камеры р₁ и p₂, которые также имеют сообщение с предохранителем К, и кроме того с трубой k, которая и подводит смесь в распылитель Z. Камеры p₁p₂ имеют двойное дно i, через поры которого в них поступает газ, накачиваемый помпами mn. Поэтому и сами эти камеры действуют как помпы. Клапаны а₁ действуют так, что пока одна из них наполняется смесью из е, в это время другая выбрасывает эту смесь в распылитель под давлением 20-23 атм. Сосуд с кислородом S находится под давлением 18-21 атм. Давление же в пространстве A на 1 атм. меньше. Во избежание выпучивания днища S, оно поддерживается проволоками к потолку этого сосуда. Потолок имеет форму эллипсоида, что, при круговом сечении ракеты, дает в примыкании потолка к стенкам в двух противоположных точках пониженные места, в которых установлены клапаны О₂, через которые жидкий спирт протекает в распылитель Z. Жидкость же в камере p₁ собирается в середине, у К. Испаряющийся кислород будет находиться под давлением 21 атм. и будет испаряться, так как 1) под ним находится горячее пространство А (фиг. 48) и 2) помпы mn подают горячий газ. Этот газ содержит между прочим водяной пар, который, при испарении кислорода, обращается в ледяные кристаллы, которые будут плавать над поверхностью жидкого кислорода и, при истощении его, выбросятся через широкое отверстие m₁ чтобы не засорить пор трубок распылителя.

Фиг. 51. Насосы ракеты.

В сосуде S с кислородом имеется поплавок, при помощи которого поддерживается соответствие расходов горючего и кислорода. Этот поплавок электрически связан с поплавком g стакана W со спиртом и с предохранительным клапаном сосуда S, действующим аналогично с клапанами К. Если, например, уровень жидкого кислорода понижается медленно, то давление над ним повышается, и тогда в распылитель попадает больше кислорода.

Стенки сосуда с кислородом имеют толщину 2.8-3 мм. Стакан W, в котором находится жидкий спирт, соединен с распылителем Z при помощи трубки К. Его назначение: 1) задерживать здесь давление определенной высоты, так как сюда действие р₁ р₂ не достигает. Давление же в самом стакане W поддерживается помпами mn, которые гонят в него горячий газ. В стакане имеется поплавок g, который, помимо ранее указанного действия, еще регулирует работу р₁ р₂. Стакан W помещается под дюзой Н. R. и должен быть предохранен от охлаждения. Форма его яйцеобразная. Между W и р₁ остается пространство I, в котором могут помещаться инструменты, регистрирующие работу A. R. Их также надо предохранить от охлаждения. Тут же можно поместить и электрические приборы и динамо-машинку.

Помпы mn работают следующим образом (фиг. 51): Небольшой насос m₁ нагнетает спирт попеременно в два сосуда m₂ и m₃ и постоянно в баллон n. Сосуды m_2,3 на подобие камер р_1,2, накачивают кислород в n. На дне m_2,3 набросаны куски натрия. При открытых клапанах m_4,6 или m_5,7 кислород устремляется в сосуды m_2,3. Когда оба сосуда наполнятся кислородом, эти клапаны закрываются, и через открытые клапаны m_8,9 спирт устремляется в кислород. Благодаря присутствию натрия начинается бурное горение, и кислород устремляется по l_2,3 в баллон n, где и происходит соответствующая смесь кислорода со спиртом. В сосуде n также находится натрий, который превращает в пары весь спирт и кислород, благодаря чему через трубку l₄ выходит горячий, обильный кислородом газ. Баллон n уложен внутри огнеупорным материалом. Снаружи же n окружен жидким кислородом. В трубке l₄ имеются краны, регулирующие приток газа в h или i.

Примечание. Вместо натрия можно применить и электрическое зажигание.

Камера сгорания О (фиг. 49) не прямо соприкасается с наружной обшивкой, а отграничена тонкой стенкой t, соединенной с обшивкой рядом распорок. Между t и обшивкой циркулирует жидкость, попадающая сюда из распылителя. Здесь она обращается в пар, и, охлаждая стенку t, предохраняет ее от перегорания. Из этого простенка пар уходит в камеру О через выход L, и, устремляясь наружу, скользит вдоль стенок t, предохраняя их от горячего газа. В случае чрезмерного испарения жидкости в простенке, начинает действовать термоэлемент Т¹, который понижает температуру. Кроме того в простенке имеется уширение (см. сечение 7), где плавает поплавок, который, при излишнем притекании жидкости, поднимается и приостанавливает ее приток, чтобы она не выливалась через отверстие L в камеру сгорания. Перегородка u у горла Fm делит простенок на две части Q и R (фиг. 49 ). Когда все горючее истощится, то, благодаря действию помп mn, начинается испарение жидкости сначала в R, а потом в Q. Вследствие такого устройства не требуется обкладывания дюзы огнеупорным материалом, и вес ракеты получается меньше. Сама дюза имеет или один раструб, когда ракета не велика, или ряд их, которые питаются из общей камеры сгорания.

Стабилизаторов имеется всего 4, причем каждый из них двойной. Перья их могут вращаться вокруг осей х. По подъеме они способствуют устойчивости и направлению движения, действуя отчасти как рули под влиянием приборов I. При спуске же они поворачиваются назад и своим сопротивлением замедляют падение.

Отыскание упавшей на землю ракеты может быть облегчено при помощи следующего приспособления. В стенке ее делается небольшая камера, закрываемая снаружи дверцей. Внутри помещается резиновый баллон с газом. Воздух в камере находится под давлением 10 атм. При падении ракеты на землю особая кислота начинает действовать на запор дверцы и разъедается, дверца открывается, и баллон, раздувшийся благодаря уменьшенному в 10 раз давлению, вылетает и поднимается на известной высоте над ракетой, удерживаемый шнуром и указывая на место ее падения.

Инструменты, которые должны находиться при спиртовой ракете (A. R.).

1. Генератор постоянного электрического тока.

2. Жироскоп с электромотором. Он управляет стабилизаторами.

3. Указатель ускорений. Он может состоять из груза, укрепленного на упругой полоске. При изменении ускорений, перо, находящееся при грузе, будет на движущейся бумаге чертить линию, при помощи которой можно судить о скорости, а по ней и о высоте полета.

4. Поплавки, регулирующие уровни спирта и кислорода. Они также могут производить замыкание электрического тока.

5. Манометр, регистрирующий внутреннее давление.

6. Прибор для измерения наружного давления воздуха. Для этой цели может служить или анероид, или, так как его устройство и применение вряд ли даст надежные показания, особый прибор. Последний связан с указателем ускорений и имеет указатель в виде ролика, который может катиться по кривому краю полоски, нижний, горизонтальный край которой катается на роликах. Верхний край полоски очерчен по кривой.

7. Внутреннее давление, которое выше наружного сопротивления воздуха L, может сбросить верхушку ракеты и поэтому пластинки b, b₁ должны работать на разрыв, который также измеряется и служит для учета сопротивления.

8. Все, возбуждаемые в ракете разными приборами (поплавками и пр.) электрические токи действуют на электро-магниты и, в конце концов, влияют на работу помп mn и на полет ракеты.

9. Термографы. Один из них устанавливается у вершины, чтобы регистрировать свойства воздуха.

Общие замечания.

Полет водородной ракеты начинается с высоты s₁ = 56.2 км.

В таблице показано распределение веса ее частей и горючего.

Давление в камере сгорания Р₀ = 3 атм.

Температура Т₀ = 1700 С.

Диаметр выходного отверстия дюзы 25 см.

» горла дюзы dm = 7.55.

Скорость истечения газов с = 3400 м/с.

Давление в сосуде с водородом = 0.24 атм., что для начальной высоты полета этой ракеты дает сверхдавление около 0.12 атм.

Толщина стенок ее 0.0144 мм

Скорость полета V_x = 3400·0.650 = 2210 м/с.

Ускорение в 1-ю сек. b₀ = 200 м/с².

Расход горючего

Давление газов в устье дюзы Р_d = 0.0196 атм.

Продолжительность горения

По истощении горючего скорость ракеты будет

Здесь — 3000 — конечная скорость спиртовой ракеты.

2210 — собственная скорость водородной ракеты.

64.3 — уменьшение скорости благодаря влиянию земного притяжения и сопротивления воздуха.

7 — уменьшение скорости благодаря сопротивлению воздуха на остальном пути (после окончания влияния фактора 64.3).

При скорости 5139 м/с ракета поднимется на высоту 1960 км.

Фиг. 52. Отделение головки от ракеты

Устройство. Верхушка а¹ ракеты (фиг. 52) устроена на подобие таковой же у A. R. Она раскрывается при спуске и из помещения под ней вылетает парашют f¹ Створки верхушки остаются соединенными с ракетой. Изнутри она покрыта пористым холстом, смачиваемым водою, находящейся в с¹, и вбрызгиваемой в холст помпой е¹. Дальнейшие буквы (со значками), обозначают на фиг. 49 части, аналогичные A. R. Кислород помещается в кольцевом сосуде S¹ и оттуда в виде паров попадает в трубы Е¹ под давлением 3.1 атм. Водород (Н¹) помпами Р¹_1,2 под давлением 5 атм. нагнетается в пространство между трубами Е¹. Стаканом служит пространство внутри кислородного кольца. В помпах Р¹_1,2 пролегают трубки (i¹), подводящие горячий газ. В них устроены особые фильтры, чтобы в распылитель Е¹ не попадали кристаллы льда, которые могут образоваться благодаря присутствию в газах паров воды. Следует иметь в виду, что жидкий водород только при 253° ниже нуля, а жидкий кислород при 183° ниже нуля перестают улетучиваться, и как только головки от ракеты, температура поднимается выше этого предела, вещества эти испаряются. Поэтому необходимо применять вентиляторы и охладители. Вместе с тем, при столь низкой температуре, металлические стенки становятся настолько хрупкими, что для них мог бы быть пригоден разве только свинец. Камера сгорания О¹ и дюза обтекаются жидким водородом. Стабилизаторы устроены поворотными. Когда Н. ракета находится внутри A. R. (сечение 3), эти стабилизаторы (W¹) повернуты и прилегают к ее корпусу в соответственных углублениях. При выходе Н. R. из A. R. эти стабилизаторы по особым шарнирам скользят вниз и располагаются ниже дюзы, направляя движение ракеты.

Инструменты в Н. R.

1. Электрическая батарея.

2. Жироскоп.

3. Указатель ускорений.

4. Приборы, регулирующие режим жидкостей.

5. Манометр.

6. Термограф.

7. Измеритель давлений на вершину (b — у A. R.)

При помощи описанной ракеты можно:

1. Определить сопротивление воздуха на больших высотах и закон изменения его в функции скорости.

2. Определить плотность и удельный вес воздуха на этих высотах.

3. Определить давление и температуру его.

4. Определить движение верхних слоев атмосферы (по разности расчетного и действительного положения места падения ракеты на землю.

1. Предварительные опыты должны заключаться в испытании работы дюзы и распылителя; в испытании истечения жидкостей из мелких отверстий и т. п.).

2. Вспомогательная ракета (фиг. 53) имеет назначением поднять вышеописанную составную ракету с высоты 5550 м до 7750 м и дать, по истощении своего горючего, главной (A. R.) ракете начальную скорость 500 м/с. Вес ее с горючим — 220 кг, продолжительность работы — 8 с; она сообщит A. R. ускорение 100 м/с². Она своими прорезами (b) вставляется в стабилизаторы A. R., а ее баллон с кислородом (а) помещается в дюзе A. R. Для прочности, A. R. укрепляется снаружи кольцами, которые спадают одновременно со спадением вспомогательной ракеты. На фиг. 54 схематически показано взаимное расположение всех трех ракет: водородной (пунктир), спиртовой (сплошные линии) и вспомогательной (заштриховано).

3. Значение помп Р_1,2 будет тем больше, чем больше вся ракета.

4. Чем больше будет ракета, тем больше будет отношение веса наполненной и пустой ().

Фиг. 54. Тройная ракета Оберта

Фиг. 53. Нижняя ракета.

5. Составная ракета, изображенная на фиг. 49, является довольно сложной и если не задаваться целью очень высокого подъема, то путем постепенного исключения ее отдельных частей уменьшится и высота подъема (300, 250, 100 км.).

1. Применение жидкого топлива вместо предлагавшегося до сих пор твердого или порошкообразного взрывчатого вещества. Преимущества: а) возможность регулировать скорость, b) возможность получить бóльшую величину отношения , большая скорость извержения, благодаря чему вырываются более легкие газы и, вследствие более целесообразной формы дюзы, работа горючего будет более выгодной.

2. Деление ракеты на части. Преимущества: а) уносится в пространство меньший мертвый вес, b) в зависимости от поставленных целей отдельные составные ракеты могут быть устроены соответственно.

3. Регулятор скорости, приспособление для подъема, камерная помпа, испарение благодаря вбрызгиванию пузырьков. Наконец, предложение новых формул 3-11 и исследование эффекта ускорений.

На фиг. 55 изображена составленная нами на основании данных Оберта схема полета его ракеты. Из точки (а) на поверхности моря начинается подъем ракеты на дирижаблях (фиг. 46) до высоты S¹₀ = 5.55 км. Здесь освобождается от дирижаблей и под действием вспомогательной ракеты, в 8 сек. поднимается до высоты S₀ — 7.75 км, у каковой она развивает скорость V₀ = 500 м/с. На этой высоте вспомогательная ракета отпадает и начинается действие спиртовой (алкогольной A. R.) ракеты, при помощи которой аппарат в 40 с долетает до высоты S₁ = 56.2 км, где имеет скорость V₁ = 3000 м/с. Здесь A. R. отпадает и начинает работать водородная ракета (Н. R.) до высоты S₂ = 89.4 км, которой она достигает в 8.15 с, развивая скорость V₂ = 5139 м/с, Здесь отпадает движущая часть водородной ракеты и остается ее верхняя камера со стабилизаторами, которая долетает до высоты S₃=1960 км и, описывая эллипс, упадет на землю в точке (b), которая будет сзади (западней) точки вылета (а), за это время перешедшей в некоторую точку а₁.

Фиг. 55. Схема полета ракеты Оберта.