Техника - молодёжи 2004-01, страница 19
В прошедшем году было — менее торжественно, чем хотелось бы — отмечено 100-летие теоретической космонавтики. Сегодня «Историческая серия» посвящается технике, воплотившей мечту человека о космическом полете. Первая проблема космонавтики — энергетическая. Полет в космос требует разгона до — по крайней мере — первой космической скорости, 7,9 км/с. Полет же в космос человека требует еще создания и поддержания для него искусственной окружающей среды, ибо жить в вакууме люди не могут. Что, в свою очередь, означает, что разогнать до вышеназванной скорости нужно вполне определенный (и не маленький) груз. Мало того, потом, в конце полета, этот груз еще придется вернуть на Землю, для чего затормозить. Единственным известным на сегодня способом полета в космосе является реактивный: за счет отбрасывания запасенной на борту массы. Но тогда скорость и отношение масс заправленной и пустой ракеты связаны формулой Циолковского, и это отношение должно быть как можно больше. В переводе на технический и экономический язык это означает следующее: для космического полета нужна ракета большая, с очень легкой (но прочной) конструкцией, вмещающая максимальное количество топлива. Создание такой ракеты невозможно на уровне любителей и общественных организаций, к нему должна подключиться промышленность. Но... во имя чего? Обоснование необходимости полета в космос — тема отдельного разговора. Если бы организационная часть космонавтики основывалась именно на принципах, воспетых Циолковским (или, допустим, Хайнлайном), в космос не полетели бы и сегодня. Однако, к счастью (в данном случае), логика развития... вооружений и военной техники пришла на помощь энтузиастам межпланетных полетов: разделенным океанами противоборствующим государствам потребовались межконтинентальные ракеты (МБР). Чтобы боеголовка пролетела требуемые 8—10 тыс. км, ее нужно разогнать примерно до 6—7 км/с! «Добавить» еще полтора — два км/с, даже ценой уменьшения полезного груза, было уже нетрудно. Но, в отличие от космических носителей, МБР нужны сотни и тысячи, тут уже есть где развернуться промышленности! Поэтому не удивительно, что именно на межконтинентальных баллистических ракетах и начался путь Человечества в Космос. И первыми этот путь прошли советская межконтинентальная ракета Р-7, американские «Атлас» и «Титан 2». Последним в этом «помогла» ракета малой дальности «Редстоун». Конструкция Р-7 в значительной степени вынужденна, далека от оптимальной. Напомним, что заставило С.П. Королева сделать «семерку» стать такой, какой мы ее знаем. Требовалось доставить 5 т на дальность 10 и более тыс. км. Для данных компонентов топлива и удельного импульса двигателей соотношение масс ракеты на старте и в конце разгона определяется однозначно, причем в последнюю входит не только полезный груз, но и конструкция баков и остальных частей аппарата. С другой стороны, масса баков под определенное количество топлива, определяется техническим уровнем промышленности, их изготавливающей. В результате, чтобы в те немногие проценты массы, остающиеся после выгорания топлива, втиснуть полезный груз и конструкцию, ракету пришлось делать большой. Размеры же отдельных блоков ограничивались необходимостью везти «изделие» со столичных заводов на дальний полигон (а потом — и в строевые части) по железной дороге. Причем — скрытно. ИЗ БОЕВЫХ- В ПИЛОТИРУЕМЫЕ Ракета, рассчитанная на такую дальность, неизбежно стала многоступенчатой. Сама по себе идея — сбрасывать ненужные по мере выработки топлива элементы конструкции — была уже не новой, однако никто пока не знал, как после отделения ускорителя первой ступени запустить ЖРД второй — когда в 1954-м выбирались основные параметры «семерки», сроки решения задачи даже не прогнозировались... Ну и наконец, тяжелая ракета требует двигателей большой тяги. Однако попытка получить в начале 1950-х гг. тягу в 100 т с одной камеры для ракеты Р-3 закончилась полным провалом. Поэтому на «семерку», в конце концов, поставили 20 камер сгорания, объединенных в 5 двигателей. Тяга каждой камеры не достигала и 25 т... В результате родилась многоблочная машина, у которой двигатели 1-й и 2-й ступени стояли параллельно и запускались одновременно на Земле. При этом тяга 1-й ступени составляла 80% стартовой, а 2-я ступень работала в 2 раза дольше первой. Форму центрального и боковых ракетных блоков выбирали из многих требований, но никак не из технологичности — отсюда конические «морковки» боковых блоков и сложная форма кислородного бака центрального блока. Такая компоновка и стремление максимально облегчить конструкцию ракеты потребовали громоздкого стартового сооружения, в котором машина не стоит на стартовом столе, как было до и после, а ВИСИТ на верхних узлах крепления боковиков! Еще 4 октября 1957 г. — при 3-м испытательном пуске, задолго до принятия на вооружение в качестве МБР — Р-7 стала первым в мире космическим носителем. Но даже эта громадина была недостаточна для пилотируемого полета: она выводила на околоземную орбиту около полутора тонн, а требовалось пять... «Семерка» с 3-й ступенью получила название «Восток» и 12 апреля 1961 г. стала первым в истории космическим транспортом человека, хотя сначала она запускала автоматические лунные станции. К настоящему времени число выпущенных «семерок» не менее чем девяти только базовых вариантов уже превышает полторы тысячи — это больше, чем построил весь остальной мир, вместе взятый... Ни один носитель на планете не имеет такой серийности (которой и определяется надежность). Уже нет сомнений, что «семерка» перешагнет свой «золотой» юбилей, а, при сохранении нынешней ситуации в стране, доживет и до «бриллиантового»... История МБР «Атлас» началась еще в 1944 г., когда группа конструкторов авиастроительной фирмы «Конвэр» во главе с К. Бос-сартом начала разработку ракеты MX-774 для американской армии. Несмотря на то, что в 1947 г. программа была закрыта, именно в ней впервые были предложены такие технические решения, как несущие топливные баки с наддувом, отделяемая головная часть и управление ракетой при помощи поворотных двигателей. Уже в 1951 г. «Конвэр» возобновила работу, теперь по программе МХ-1593. Проект несколько раз пересматривался, но в 1955 г. все же началось изготовление ракет. После двух лет летных испытаний — с 1959 — ракеты пошли в войска. Конструкция этого аппарата имеет непревзойденное и сегодня массовое совершенство: в отличие от «семерки», «Атлас» был практически одноступенчатым, в полете сбрасывались только 2 из 3 маршевых двигателей с обтекателями. Но это стоило дорогого: топливные баки ракеты собирались в... подвешенном состоянии (монтажники попадали внутрь «мешка из стальной фольги» на специальных подвесках сверху); повернуть в горизонтальное положение можно было только уже собранные и наддутые отсеки. Как и Р-7, еще в ходе летных испытаний, 18 декабря 1958 г., «Атлас» «попробовался» в качестве космического носителя. Главные космические победы «Атласа» еще предстояли, и были связаны со вновь созданными верхними ступенями: «Адженой» и, главное, водородным «Центавром». Однако, когда после политического триумфа СССР — запуска Первого спутника, американцы начали программу MISS (аббревиатура от «человек в космосе как можно быстрее»), времени на глубокую модернизацию ракеты просто не было. Космический корабль «Меркурий» с астронавтом Дж. Пленном был впервые выведен на околоземную орбиту носителем в модификации LV-ЗВ (последние м/с до орбитальной скорости корабль дотянул на своих пороховых двигателях) 20 февраля 1962 г. Как средство освоения космоса «Меркурий» перспектив не имел, история же «Атласа» только начиналась. Всего было осуществлено 247 космических пусков 14 модификаций ракеты, из них только 32 (менее 13%) закончились авариями. В 2002 г. началась эксплуатация носителя «Атлас 5» (с российским двигателем РД-180!), но в нем от разработки К.Боссарта осталось только название... Впрочем, что, собственно, считать космическим полетом? Обязательно орбитальный? Юристы спорят уже полвека... А между тем, космическим считаются и прыжки А.Шепарда и В.Гриссома (соответственно 5 мая и 21 июля 1961 г.) на высоту 186 км по суборбитальной траектории. Они тоже сидели в капсулах «Меркурий», но запускались маленькими по космическим меркам ракетами «Редстоун». Ее проектирование начал в 1951 г. переехавший в США создатель Фау-2 В. фон Браун. От немецкой предшественницы «Редстоун» унаследовал топливные компоненты — жидкий кислород и спирт — а также развитые аэродинамические стабилизаторы и газовые рули. Но появились отделяемая головная часть, несущие топливные баки, инерциаль-ная система управления. Через 5 лет ракета поступила на вооружение, и к концу 1950-х была уже хорошо освоена промышленностью и войсками. Именно на базе «Редстоуна» тот же Браун создал первый в Америке космический носитель «Юнона». Неудивительно, что именно эта ракета и помчала американских астронавтов по суборбитальной траектории. Правда, на этом ее «космическая» биография и закончилась. Последним в ряду пилотируемых космических носителей первого поколения стоит «Титан 2». МБР этого семейства были задуманы для подстраховки «Атласа» и использовали менее отчаянные технические решения. Поскольку их разработка началась позднее, запуск двигателей в полете уже не был проблемой, и новые ракеты получили нормальные вторые ступени,что позволило использовать менее экстремальные вафельные конструкции из легких сплавов. «Титан 2» получил дол-гохранимые, самовоспламеняющиеся компоненты: горючее — смесь безводного гидразина и НДМГ, окислитель — азотный тетроксид. Грузоподъемность «Титана 2» позволила использовать именно его для запуска следующего американского космического корабля — 2-местного «Джемини». Однако большее значение для американской космонавтики имели варианты «Титан ЗД», «Титан 34» и «Титан 4» — оснащенные могучими твердотопливными «нулевыми» ступенями, они долгие годы оставались мощнейшими (после сверхгигантских «Сатур-нов») одноразовыми носителями США. П Сергей АЛЕКСАНДРОВ ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 1 ' 2 0 0 4 17 |
