Ракеты и полеты в космос

Лей Вилли

Например, проблема возвращения космических кораблей в атмосферу Земли все еще не может считаться решенной. Недавние исследования К. А. Эрике показали, что вхождение корабля в атмосферу и приземление его вполне возможны, если его масса достаточно мала, а размер велик. Это касается прежде всего крылатых ракет с пустыми топливными баками. Но это же исследование показало, что небольшое снижение скорости, на которой корабль входит в атмосферу с помощью тормозного ракетного двигателя не даст больших результатов. Гораздо более перспективным было бы увеличение объема корабля без изменения его массы.

Другой нерешенной проблемой является проблема влияния космических лучей на организм человека. Почти все согласны с тем, что кратковременное воздействие, измеряемое несколькими днями,

не причиняет человеку почти никакого вреда. Но пока еще неизвестно, какая продолжительность воздействия будет для него опасной.

Есть и целый ряд специфических проблем, касающихся деталей проектов. Например, уже сейчас можно думать о том, каким образом осуществить регенерацию воздуха в кабине межпланетного корабля. Но еще слишком рано пытаться отыскивать окончательное решение.

Большой проблемой, которую, однако, нельзя связывать с развитием ракетной техники, является применение атомной энергии в космических кораблях. Реактивное движение, осуществляемое с помощью атомной энергии, открывает совершенно новые пути развития ракетной техники. Но пока что наши познания в области атомной энергии не обеспечивают ее применения в двигателях ракет. Эта проблема принципиально отличается от использования атомной энергии для движения подводных лодок, надводных кораблей и даже самолетов. Расщепляя тяжелые ядра атомов урана на ядра более легких элементов или превращая легкие ядра атомов водорода в более тяжелые ядра атомов гелия, мы можем сейчас лишь разрушать материю для получения энергии, которая неизменно выделяется в виде тепловой. Для корабля, подводного или надводного, этого вполне достаточно. Атомная силовая установка корабля - это реактор, который выделяет только тепло. Это тепло поглощается расплавленным металлом; металл в свою очередь превращает воду в пар, а тот приводит в движение турбину, вращающую винт.

Несомненно, что при создании кораблей и судов с атомными двигателями были решены исключительно сложные инженерные проблемы, но результатом явилась всего лишь простая замена атомным реактором топки паротурбинной силовой установки.

Можно себе представить — и по этому вопросу написано уже немало научных работ, — что ракетный двигатель мог бы работать по тому же принципу: атомный реактор создавал бы высокую температуру и нагревал рабочую жидкость, например, воду или жидкий водород. Но для того чтобы получить примерно те же скорости истечения, которые обеспечивают эффективнейшие химические топлива, потребуются такие высокие температуры, с которыми мы еще никогда не сталкивались.

Есть и другой путь использования атомной энергии для полетов в космос. Он заключается в создании так называемых «ионных ракет». Принцип действия таких ракет довольно прост: получив в атомном реакторе пар для вращения турбины, соединяют турбину с генератором электрического тока и с помощью его ионизируют рабочий газ, который истекает из сопла со скоростью, значительно превосходящей любую скорость истечения газов химического топлива.

Теоретически это вполне возможно. Но, обеспечив огромную скорость истечения ионизированного газа, мы вряд ли сможем сделать достаточной его массу. Практически это приведет к тому, что ракета с массой в несколько тонн будет иметь тягу всего лишь в несколько килограммов (в среднем по 200 г тяги на тонну веса ракеты). Эта тяга будет устойчивой, и со временем такой двигатель сообщит ракете значительную скорость, но только в том случае, если корабль будет находиться уже в космическом пространстве.Существует много планов создания «ионных ракет». Есть даже официальный проект исследования «ионной тяги». Но все это является делом будущего, и нельзя сказать точно, когда и каким образом оно будет осуществлено.

А между тем совершенствование во всех областях науки и техники продолжается неуклонно час за часом, день за днем.

Приложение I. Ракетные самолеты и ускорители старта

История создания ракетного самолета является частью истории развития ракет, а сам ракетный самолет может быть назван побочным продуктом ракетных исследований. Свыше 20 лет тому назад (1928

год) Макс Валье предлагал превратить обычный самолет в ракетный путем простой замены двигателей внутреннего сгорания ракетными. Он утверждал, что в дальнейшем, постепенно совершенствуя двигатели и сокращая площадь несущих поверхностей, можно будет создать из такого самолета пилотируемую космическую ракету. Первые опыты Валье проводились летом 1928 года; они были составной частью экспериментов Опеля по использованию на самолетах ракетных двигателей. Самолет представлял собой планер тогда еще нового типа — «утка». 11 июня 1928 года этот самолет в первый и последний раз поднялся с горы Вассеркуппе в Западной Германии.

Ракетные двигатели для эксперимента были созданы Зандером, самолет предоставлен обществом «Рён-Росситен Гезельшафт», а финансировал все это дело сам Опель. Перед испытанием полноразмерного планера испытывались небольшие его модели. Опытами руководил А. Липпиш, а обязанности пилота этого первого ракетного планера выполнял Фридрих Штамер. Для испытаний Зандер разработал пять типов ракет, три — для моделей планеров и два — для полноразмерного планера.

Естественно, что первые испытания были проведены на моделях. Это были так называемые «бесхвостки» с размахом крыла немногим более 210 см и весом около 13 кг. На первой из них установили одну из мощных ракет с тягой 75 кг. Как и следовало ожидать, крылья и элероны модели оказались для столь мощной ракеты просто помехой; ракета мгновенно подняла модель вертикально вверх, а когда кончилось топливо, модель упала на землю.

В третьем опыте модель, снабженную небольшой ракетой на твердом топливе, запустили с деревянной пусковой направляющей с помощью автоматически сбрасываемого резинового троса. Модель оказалась достаточно устойчивой в воздухе и совершила длительный полет. Четвертое испытание во многом походило на первое. Модель с установленной на ней очень мощной ракетой покинула направляющую, по выражению Липпиша, «как снаряд», и поднялась на высоту около 100 м. Теперь уже было совершенно ясно, что одна ракета достигла бы в десять раз большей высоты; крылья же, встречая огромное сопротивление воздуха, резко снижали эффективность. Достигнув максимальной высоты, модель перевернулась на спину, пролетела так еще несколько секунд, а затем, совершив переворот через крыло, приняла нормальное положение и долго планировала.

В пятом испытании крылья модели не выдержали. Они не были рассчитаны на перегрузки, которые возникают при разгоне до скорости 560 км/час меньше, чем за 3 секунды. Крылья сломались, и модель камнем упала на землю, когда двигатель перестал работать.

Эти опыты позволили сделать определенные выводы относительно возможности установки ракет на планер. Экспериментаторы отказались от ракет с тягой 360 кг, а остановились на двух типах ракет с тягой соответственно 12 и 15 кг. Поскольку пилот мог допустить ошибку, воспламенение ракет осуществлялось электрическим запалом, рассчитанным на последовательное включение ракет. Это была правильная предосторожность. Для запуска планера с земли использовался обычный резиновый трос. Пилот не должен был включать ракеты, пока планер не поднимался в воздух и не освобождался от троса.

Несмотря на все эти приготовления, первые две попытки поднять в воздух планер закончились неудачей: что-то случилось с резиновым тросом, а Штамер включил один из двигателей еще до того, как планер оказался в воздухе. Топливо выгорело, но скорость планера не увеличилась. Во второй раз Штамеру удалось подняться в воздух, но при выравнивании планера он обнаружил какую-то неисправность и сделал посадку, пролетев около 200 м без второго двигателя. Планер был возвращен на стартовую площадку, и второй двигатель был снят. После осмотра системы зажигания на планер установили два ракетных двигателя на твердом топливе с тягой по 20 кг. Расстояние, которое планер пролетел на этот раз, составило около 1,5 км, а весь полет длился немногим более одной минуты.