Ракеты и полеты в космос

Лей Вилли

Однако самой большой американской ракетой периода второй мировой войны оказалась авиационная ракета «Тайни Тим», предназначенная для поражения целей, расположенных вне пределов досягаемости обычной артиллерии. Внешне она напоминала авиационную морскую торпеду и имела длину 3 м и диаметр 30 см; в стартовом положении она весила 580 кг. Пороховой ракетный заряд состоял из четырех крестообразных шашек общим весом до 66 кг. Боевая головка ракеты «Тайни Тим» весила 268 кг и несла около 68 кг тротила.

Первые экспериментальные запуски ракеты «Тайни Тим» с самолета проводились с помощью устройства, выдвигающегося из бомболюка; при запуске же с истребителей ракета сбрасывалась на вытяжном шнуре.

Во время одного из первых испытаний, в конце августа 1944 года, произошел несчастный случай. Сразу же после запуска ракеты «Тайни Тим» самолет, с которого производился запуск, перешел в пикирование и разбился. При этом погиб и пилот, лейтенант Армитидж, именем которого назван аэродром на ракетной испытательной станции в Иньокерне (штат Калифорния). Расследование причин катастрофы показало, что хвостовое

оперение самолета было сильно повреждено воспламенителем ракетного заряда. Было предложено значительно уменьшить мощность воспламенителя, а также увеличить длину шнура. С тех пор запуски ракет несчастными случаями не сопровождались.

Во время второй мировой войны ракета «Тайни Тим» применялась против японцев на острове Окинава. Но установить эффективность ракетной бомбардировки тогда не удалось, потому что ракеты были использованы в комплексе с многими другими средствами поражения.

К этому времени относится и начало разработки зенитных ракет. Эти ракеты отличаются тем, что нуждаются в ускорителе для обеспечения как можно большего начального импульса при запуске. Естественно, что это достигается за счет максимального увеличения заряда ускорителя. Первоначально зенитным управляемым снарядам придавалась форма и вид реактивного самолета. Но, для того чтобы запустить эти снаряды и вывести на траекторию, был нужен мощный ракетный ускоритель или же дорогостоящая и чересчур громоздкая катапульта. К сожалению, изготавливавшиеся в то время стартовые ракеты были сравнительно небольшими и маломощными. Для обеспечения взлета самолета-истребителя требовались две — четыре такие ракеты, а для взлета тяжелого бомбардировщика нужно было несколько десятков таких ракет. Поэтому разработкой тяжелых, мощных ускорителей занялись не только создатели управляемых зенитных ракет, но и авиационные промышленные фирмы.

Химикам, специалистам по топливам, конечно, были хорошо известны все возможности известных тогда топлив для ускорителей. Главной их проблемой в этом деле было не столько отыскание собственно горючего, то есть сжигаемого вещества, сколько подбор окислителя — вещества, дающего необходимый для горения кислород. Все известные в ту пору твердые окислители делились на две группы, в каждой из которых имелось большое количество веществ, отличавшихся своими преимуществами и недостатками.

К первой группе относились нитраты, из которых больше всего в пиротехнической практике был известен нитрат калия (КМО₃). Почти 40% его веса составляет кислород, выделяющийся при сгорании. Однако продукты сгорания с этим окислителем состоят главным образом из дымов, что создает при работе с ним большие трудности. Следующим в этой группе был нитрат натрия (NаNО₃), который выделяет еще больше кислорода (около 47%), но также дает много дыма и, кроме того, имеет еще ряд недостатков. Третий окислитель, нитрат аммония (NH₄NO₃), не образует при сгорании никаких твердых продуктов, но выделяет всего лишь 20% кислорода, так как часть кислорода уходит на соединение с водородом той же молекулы. Помимо этого, при большом увеличении температуры (выше 32° С) сильно изменяется объем нитрата аммония, что представляется небезопасным [20] .

20

Позднее было установлено, что от этого фактора можно легко освободиться. Филиал по ракетным топливам фирмы «Филиппс петролеум» разработал твердое топливо для ускорителей, состоящее из сажи, синтетической резины и некоторых присадок с нитратом аммония в качестве окислителя. Это топливо весьма устойчиво к большим колебаниям температуры, но выделяет при горении небольшое количество дыма. (Прим. авт.)

Вторая группа включала в себя перхлораты. На первый взгляд эти вещества кажутся более эффективными, чем нитраты, так как выделяют в среднем более 50% (по весу) кислорода. Так, перхлорат магния (MgCl0₄) выделяет 57,2% кислорода. Но химики отвергли это вещество из-за его чрезвычайно высокой гигроскопичности. Следующим по количеству выделяемого кислорода (52%) является перхлорат натрия (NaCl0₄), тоже весьма гигроскопичное соединение, которое при горении выбрасывает твердое вещество — поваренную соль. Еще один окислитель этой группы, перхлорат калия (KClO₄), дает почти 46% кислорода, но так же, как и перхлорат натрия, образует твердый остаток—хлористый калий (КСl). Последний в группе—перхлорат аммония (NH₄Cl0₄); он высвобождает до 34% кислорода, не изменяет объема, как нитрат аммония, и не выбрасывает с продуктами сгорания никаких твердых веществ. Но одним из продуктов сгорания перхлората аммония является хлористый водород (НСl) — крайне токсичное и весьма активное вещество, которое в сыром воздухе образует туман.

Из всех перечисленных окислителей только перхлорат калия может быть использован в ракетном двигателе, и он действительно был применен в качестве топливного компонента Гуггенхеймской авиационной лабораторией Калифорнийского института технологии (сокращенно GALCIT) [21] .

Однако мы забыли еще об одной группе химических веществ с высокими окислительными свойствами—о так называемых пикратах, основой которых является пикриновая кислота. Эта кислота может служить взрывчатым веществом, и, кроме того, она довольно токсична.

Ее полное название — тринитрофенол (НО • С₆Н₂(N0₂)₃). Химики относят ее к типичным нитросоединениям ароматического ряда, а военные называют ее лиддитом или мелинитом.Очень чистая пикриновая кислота сама по себе вполне безопасна, но она легко образует при реакциях с металлами некоторые соли — пикраты, чрезвычайно чувствительные к трению или нагреванию. Пикраты тяжелых металлов, особенно таких, как свинец, детонируют при малейшей встряске. С пикратами легких металлов обращаться легче; уже давно известны такие пикратные пороха, как порох Брюжера и порох Дезиньоля, которые применялись как для гражданских взрывных работ, так и для военных целей. Порох Брюжера состоял на 54% из пикрата аммония, на 45% из нитрата калия и 1% инертных веществ. Порох Дезиньоля включал в себя пикрат калия, нитрат калия и древесный уголь.

21

Это топливо состояло из 70—78% КСlO₄ и 22—30% асфальта с небольшим добавлением асфальтового маcла. (Прим. авт).

В настоящее время применяется пороховая ракетная смесь, близко напоминающая порох Брюжера, которая состоит из пикрата аммония (40—70%), нитрата калия (20—50%) и твердой добавки.

Однако, несмотря на определенную перспективность пикратных порохов, более употребительными стали все же старые двухосновные пороха Нобеля, которые теперь изготовляются не в виде прессованных шашек, а в форме литых пороховых зарядов. Прессованные шашки Нобеля обычно включали в себя 50—60% нитроклетчатки, 30—45% нитроглицерина и 1—10% других веществ, литые же заряды наряду с нитроклетчаткой (45—55%) и нитроглицерином (25—40%) содержат еще до 12—22% пластификатора и около 1—2% различных специальных добавок.

Замена прессования отливкой позволила создавать заряды толщиной более 30 см и длиной свыше 180 см, высвобождающие всю энергию, заключенную в них, в течение 2,5—3 секунд и создающие тем самым огромный начальный импульс. Большие литые пороховые заряды окружены слоем пластмассы, который плотно прилегает к стенкам корпуса ракетного двигателя.

Один из таких больших ускорителей показан в разрезе на рис. 33. В этом образце передняя плита давит на заряд с помощью мощной пружины. Это позволяет фиксировать положение заряда и иметь небольшое пространство для компенсации теплового расширения заряда в начале горения. Заряд воспламеняется спереди, а горение развивается от центрального канала к периферии заряда. Путем придания центральному каналу определенной формы можно обеспечить регулировку внутреннего давления. Рассмотренная выше крестообразная шашка, например, горит таким образом, что внутреннее давление является максимально высоким в момент воспламенения заряда, в то же время толстостенная трубчатая шашка теоретически обеспечивает постоянное давление в камере сгорания в течение всего периода работы двигателя; такое горение называется горением при неизменной тяге. Если давление в камере сгорания поднимается с момента воспламенения и возрастает до тех пор, пока весь заряд не выгорит, имеет место, как говорят, горение с возрастанием тяги. Такое горение наиболее характерно для шашки, выполненной в форме стержня с несколькими продольными каналами; менее присуще оно таким шашкам, которые плотно прилегают к стенкам корпуса двигателя и имеют только один центральный канал. Если последний имеет не круглую, а звездообразную форму, происходит интересное явление: заряд горит с небольшим возрастанием тяги в течение первой четверти секунды, затем, в продолжение 2 секунд, горит с падением тяги, после чего тяга снова возрастает. К тому же звездообразное сечение центрального канала предъявляет весьма небольшие требования к прочности корпуса и таким образом позволяет уменьшить его вес.

Рис. 33. Ускоритель на твердом топливе

Такие ускорители применяются для запуска больших управляемых снарядов, например самолетов-снарядов «Матадор». Было также несколько попыток использовать их на экспериментальных пилотируемых самолетах-истребителях. Кроме того, пробовали ставить ракетные ускорители на специальные ракетные салазки и тележки для проверки влияния больших ускорений и замедлений на организм человека. Подобные ускорители были испытаны и на зенитных ракетах, что привело к созданию совершенно нового типа исследовательских ракет, которые рассматриваются в последующих главах книги. И, наконец, эти тяжелые литые заряды позволили создать новые ракеты класса «земля—земля», способные нести тяжелую боевую головку, в том числе и атомную, на расстояние, соответствующее дальности стрельбы самой дальнобойной артиллерии.

Рис. 34. Ракета «Онест Джон» и траектории ее полета

Ракета, которую я имею в виду, называется «Онест Джон» (рис. 34). Эта тщательно испытанная и вполне надежная система, официально именуемая артиллерийской ракетой М-31, имеет пусковую установку типа ХМ-289 с углом возвышения около 45°. По внешнему виду «Онест Джон» напоминает огромную ракету «Базука», главным образом из-за массивной заостренной боевой головки. 4 октября 1956 года во время показа на Абердинском полигоне одна из ракет «Онест Джон» покрыла расстояние 20 800 м, а вторая прошла 20 600 м.