Главная страница >  Хронология 

ВПЕРЕД — НА МАРС!

Хлопоты Ф.А. Цандера не остались безрезультатными. В конечном итоге ему разрешили проводить некоторые опыты в Авиатресте, которые он начал с исследований, направленных на использование в ракетных двигателях металлического горючего. Осенью 1928 года он изготовил ряд сплавов на основе магния и несколько распылителей, предназначенных для подачи металлического порошка в камеру. Об этих своих опытах он 30 ноября доложил на заседании комиссии по научному воздухоплаванию при Московской аэрологической обсерватории. Его доклад был встречен с большим вниманием, ученому предложили построить метеорологическую ракету с высотой полета 20—40 км.

ВПЕРЕД — НА МАРС!

Выздоровев, он вернулся к своей работе и сосредоточил свои усилия на создании реактивного двигателя. 30 сентября 1929 года он писал: «После того как мною были произведены все теоретические расчеты, я должен был практически проверить принятые мною методы, расчеты и получить первые экспериментальные результаты, необходимые для создания второго двигателя увеличенной мощности. В связи с тем, что средств было недостаточно, неожиданно у меня появилась идея перестроить паяльную лампу под первый реактивный двигатель».

В этот период Ф. А. Цандер особенно много работал и сильно переутомился. В довершение к этому в его семье произошло несчастье: его трехлетний сын заболел скарлатиной, а в больнице, куда его положили на лечение, он заразился другими болезнями и умер. Ф.А. Цандер сам заразился скарлатиной и длительное время лечился, находясь буквально между жизнью и смертью.

В октябре он провел окончательный расчет этого двигателя, известного в научной литературе под названием ОР-1 {опытный реактивный, первый). В соответствии с расчетом двигатель (рис. 6), работал на бензине и сжатом воздухе, Должен был потреблять 1,76 грамма топлива в секунду и развивать тягу 1,4 ньютона при скорости истечения продуктов сгорания, достигающей 840 метров в секунду.

Рис. Схема двигателя ОР-1

Медная трубка для жидкого бензина была заменена более длинной и охватывала витками коническую насадку для подогрева бензина. Кроме того, бак был снабжен манометром для измерения давления подачи бензина и ниппелем для впуска воздуха. К баку был приделан термометр для измерения температуры крышки бака. Для регулирования расхода горючего имелся специальный кран. Сжатый воздух для горения и охлаждения камеры сгорания подавался в охладительный тракт через штуцер, присоединенный к кожуху впереди сопла. Зажигание смеси производилось с помощью электрической свечи, впаянной в головку».

Конструкцию своего первенца ученый описал таким образом: «Насадка (паяльной лампы. — Г. С.) была мною перестроена и окружена кожухом, в который впускался воздух под давлением. Внутри кожуха при помощи особой трубки устроено пространство для сгорания. На конце этой трубки была приделана коническая сменяемая насадка (сопло. — Г. С.) для получения скоростей истечения больших, чем скорость звука.

Двигатель хорошо работал, и до середины июля 1932 года он 59 раз подвергался огневым испытаниям. С его появлением авторитет Ф.А. Цандера в научных кругах резко возрос. Те организационные вопросы, которые он до этого не мог решить несмотря ни на какие свои усилия, теперь решались с завидной быстротой и легкостью. Прежде всего, ученый сосредоточил свои усилия на подготовке кадров по ракетно-космической специальности.

В жизни ученого было несколько определяющих моментов, когда происходило коренное преобразование его деятельности. Вспомним, в годы учебы в Рижском городском реальном училище он перешел от пассивного к активному способу получения знаний. В 1912 году он стал исследователем, впервые сделав ряд смелых научных выводов; в начале 20-х годов разработал собственную концепцию космического полета, повлекшую за собой и изменения в характере его деятельности. Создание двигателя ОР-1 стало очередным качественным скачком в жизни Ф.А. Цандера — свои теоретические исследования он дополнил инженерно-практическими работами по ракетной технике.

Второе направление его деятельности состояло в продолжении практических работ по ракетной технике. В декабре 1930 года он поступает на работу в только что выделившийся из ЦАГИ Институт авиационного моторостроения, где работает в должности старшего инженера. Здесь он сформировал небольшую бригаду для исследования реактивных двигателей.

В марте 1930 года аэромеханический факультет МВТУ и часть одного из факультетов Московского механического института имени М.В. Ломоносова были преобразованы в Высшее аэромеханическое училище (ВАМУ, позже МАИ). 16 апреля Ф.А. Цандер становится преподавателем механики в этом училище. С 31 августа 1930 года по 20 июля 1931 года он читает лекции по прикладной механике в шести группах самолетостроительного факультета МАИ. Осенью 1930 года по инициативе ученого организуется ракетная секция в студенческом авиакружке имени Н.Е. Жуковского (АКНЕЖ) этого института. Первое занятие секции «ракетчиков» состоялось 26 октября 1930 года, и до апреля 1932 г. Ф. А. Цандер провел около 40 занятий. В январе 1931 года ученый организует секцию реактивных двигателей в авиационном научно-техническом Обществе МАИ (АНТО, бывшее АКНЕЖ) и становится ее руководителем.

Ф.А. Цандер решил заинтересовать это Общество своими работами. Хорошо работающий ОР-1 в этом вопросе был лучшим агитатором, и в июле 1931 года при Осоавиахиме начинает создаваться Бюро изучения реактивного движения (БИРД), председателем которого должен был стать Ф.А. Цандер. По-видимому, в этот период он познакомился с С.П. Королевым, который был уже довольно известным специалистом в области авиации, разработавшим ряд планеров и проект легкомоторного самолета. Вскоре, с 1 по 20 сентября 1931 года, вместо БИРД была образована общественная Группа изучения реактивного движения (ГИРД). Первым руководителем этой группы был назначен Ф. А. Цандер; а С. П. Королев стал председателем технического совета.

В то время в нашей стране большую и полезную работу проводило добровольное общество Осоавиахим, оказывавшее в ряде случаев материальную помощь отдельным изобретателям.

Многие работы ГИРД велись в рамках развития идей Ф.А. Цандера и в той или иной мере были направлены, в конечном счете, на разработку концепции корабля-аэроплана. Руководимая им (первая) бригада занималась опытами с ОР-1, в частности проводила эксперименты по сжиганию металлического горючего в воздухе. С 1931 года в этой бригаде разрабатывался и затем испытывался жидкостный ракетный двигатель OP-2, a позже и первая ракета, работавшая на жидких компонентах топлива, — «ГИРД-Х».

18 ноября 1931 года Ф.А. Цандер подписал в ЦС Осоавиахима «Социалистический договор на укрепление обороны СССР», предусматривавший разработку и испытания ракетного двигателя ОР-2 в составе ракетопланера РП- В 1932 году ГИРД из общественной превратился в научно-исследовательскую и опытно-конструкторскую организацию со своим штатом и производственной базой. Руководителем ГИРД стал С.П. Королев, а Ф.А. Цандер возглавил первую бригаду, хотя фактически выполнял обязанности главного инженера. Сбылась мечта ученого — впервые за многие годы он получил возможность работать в специализированной организации по ракетной технике.

Третья бригада, руководимая Ю.А. Победоносцевым, вела исследования в области прямоточных воздушно-реактивных двигателей, теория которых была разработана и в 1929 году опубликована Б.С. Стечкиным, Ф.А. Цандер предполагал использовать эти приспособленные к «летанию в воздухе двигатели» на первой ступени своего корабля-аэроплана. Четвертая бригада под руководством С.П. Королева готовила планер РП-1 конструкции В.И.Черановского к полету с ракетным двигателем ОР-2.

Во второй бригаде под руководством М.К.Тихонравова велись работы по созданию ракеты «09» на гибридном топливе. Это направление находилось несколько в стороне от идей Ф.А. Цандера. Однако в этой бригаде была сделана попытка разработать авиационный; двигатель с насосной подачей жидкого кислорода и бензина. Идея двигателя принадлежала Ф.А. Цандеру.

1932 год был по-настоящему счастливым для ученого не только потому, что в это время был организован, производственный ГИРД, но и потому, что в Государственном авиационном и автотракторном издательстве вышла его первая и единственная книга «Проблема полета при помощи реактивных аппаратов». Еще в конце 1929 года советские ученые получили приглашение от Нидерландского королевского клуба принять участие в V Международном конгрессе в Гааге и выступить с докладом.

Несмотря на свою большую производственную нагрузку, Ф.А. Цандер по-прежнему уделял значительное; внимание вопросу о подготовке специалистов по ракетной специальности. В 1932 году при ГИРД были организованы курсы по реактивному движению, на которых он совместно с другими видными учеными — В.П. Ветчинкиным, Б.С. Стечкиным, В.В. Уваровым и другими — читал свои лекции.

В книге «Проблемы полета при помощи реактивных аппаратов» Ф.А. Цандер не смог поместить все свои наиболее ценные работы. Поэтому ее содержание не отражает всех его достижений, полученных к тому времени. В ней рассматривалась его идея увеличения термодинамического цикла с помощью обратного конуса, принципы расчета жидкостных ракетных двигателей, обсуждался: вопрос об использовании металлического горючего в ракетах, приводился проект корабля-аэроплана и, наконец, анализировались некоторые вопросы ракето— и астродинамики:

Ф.А. Цандер заинтересовался этим приглашением и написал большой доклад «Проблемы сверхавиации и очередные задачи по подготовке к межпланетным сообщениям». В феврале 1930 года этот доклад обсуждался на техническом совещании в Авиатресте, затем был переведен на французский язык для отсылки в Гаагу. Однако вскоре было, принято решение никого на Конгресс не посылать в связи с тем, что ни Авиатрест, ни ЦАГИ работ по межпланетным сообщениям не вели. Тогда ученый решил переработать доклад и издать его в виде книги.

Начавшиеся в 1931 году работы по созданию ОР-2 протекали успешно. По замыслу этот двигатель должен был развивать тягу в 980 ньютонов при давлении в камере 0,7—0,8 мегапаскалей и работать непрерывно в течение 60 секунд, используя бензин и жидкий кислород. В ходе работ было решено создать сначала двигатель с уменьшенной тягой (до 490 ньютонов), а затем (в случае успеха) увеличить ее.

Ученый предполагал издать также и еще одну книгу: «Расчет реактивных двигателей и их комбинаций с двигателями других видов» и даже заключил договор с издательством, но преждевременная смерть помешала ему осуществить свои планы.

Этот ЖРД (рис. 7 и 8) состоял из цилиндрической камеры сгорания с коническим сверхзвуковым соплом имел вытеснительную систему подачи топлива, включавшую в качестве основных элементов азотный компенсатор — емкость с жидким азотом, служившим для вытеснения топлива из баков, и два испарителя для газификации жидкого кислорода. На головке камеры были предусмотрены струйные форсунки для впрыскивания топлива. Воспламенение осуществлялось от электросвечи. Тяга двигателя могла меняться по желанию пилота за счет изменения расхода топлива.

Рис. Схема двигателя ОР-2: 1 — бензиновый бак; 2 — предохранительный клапан; 3 — кислородный бак; 4 — испаритель; 5 — камера сгорания; 6 — кран; 7 — помпа; 8 — водяной бачок; 9 — дополнительный нагрев; 10 — трос; 11 — ролик; 12 — азот под давлением; 13 — испаритель; 14 — цилиндр с горячей водой; 15 — азотный компенсатор [двойной линией показана циркуляция топлива, одиночной линией — воды, пунктирной линией — азота]

Рис. Внешний вид двигателя ОР-2

Камера сгорания охлаждалась газообразным кислородом, сопло — водой. Вода, выходя из рубашки охлаждения, поступала в специальный бак, где отделялась от пара; затем она разделялась на три части, одна из которых шла к азотному компенсатору для газификации жидкого азота, а две другие поступали соответственно к испарителям, где газифицировался жидкий кислород, использовавшийся далее для наддува бака окислителя.

Азотный компенсатор представлял собой сосуд с жидким азотом, в котором размещался другой сосуд с теплой водой, поступавшей в него из рубашки охлаждения сопла. Если в системе подачи топлива давление падало, сосуд с водой с помощью специального механизма погружался в азотный бачок, что приводило к более интенсивной газификации азота и, следовательно, к повышению давления в баке горючего. При повышении этого давления больше определенной величины сосуд с водой, наоборот, извлекался из азотного бака, и давление понижалось.

Работа двигателя ОР-2 должна была протекать следующим образом. В начальный момент азот под давлением собственных паров поступал через азотный компенсатор в бак горючего, создавал там избыточное давление, что и обеспечивало подачу бензина в камеру, сгорания. Окислитель подавался из бака под давлением собственных паров. После запуска двигателя вода, пройдя по тракту охлаждения сопла, нагревала далее азотный компенсатор и испарители. В результате жидкие азот и кислород газифицировались, и получавшийся газ использовался для вытеснения топлива из баков.

Ученый наметил весьма обширную программу холодных и огневых испытаний двигателя. 5 сентября 1932 года он впервые провел огневое испытание камеры (а не всей двигательной установки), но не на штатном топливе, а на бензине и воздухе. Она успешно проработала в течение одной минуты. Всего до 14 февраля

На этом двигателе Ф.А. Цандером был предусмотрен ряд интересных конструктивных решений, многие из которых не применялись в то время другими пионерами ракетной техники. Так, например, прогрессивным для самолетных двигателей было дросселирование тяги, удачной была цилиндрическая форма камеры, интересно была решена проблема автоматического поддержания заданного уровня давления в камере, газификации жидкого кислорода перед подачей в камеру. Выбранные Ф.А. Цандером компоненты топлива были плохими хладагентами. Кроме того, камеры, имеющие такую малую тягу, при неорганизованном внутреннем охлаждении не удается охладить с помощью одного какого-либо компонента топлива, так как его расхода не хватает, чтобы обеспечить общий теплосъем с поверхности камеры. Поэтому, безусловно, целесообразным следует считать охлаждение сопла водой, хотя камеру сгорания, по-видимому, следовало бы охлаждать не газообразным кислородом, а бензином.

В январе 1933 года под руководством Ф.А. Цандера начались работы и по созданию жидкостной ракеты «ГИРД-Х». В соответствии с техническими условиями она должна была подниматься на высоту не менее 5,5 километра с полезной нагрузкой 2 килограмма. Ракета проектировалась первоначально в двух вариантах. Первый вариант проекта предусматривал использование металлического горючего, запасенного на борту в виде порошка, а также применение в качестве горючего металлоконструкции самой ракеты. Второй вариант ракеты разрабатывался только под двигатель, работающий запасенным порошкообразным металлическим горючим. В обоих случаях предполагалось в качестве топлива применять также и бензин с жидким кислородом. Под руководством Ф.А. Цандера была разработана принципиальная схема ракеты, а также были проведены проектно-баллистические расчеты: определены центр тяжести, центр парусности, размеры хвостового оперения, устойчивость в процессе полета.

1933 года было проведено 25 холодных испытаний этого двигателя.

Силы Ф.А. Цандера были на исходе. С.П. Королев и другие гирдовцы упорно уговаривали его поехать на отдых. В конце концов он согласился и в марте 1933 года отправился в Кисловодск. В дороге он тяжело заболел тифом, и 28 марта его жизнь оборвалась в самом ее расцвете. Как несправедлива порой бывает судьба к людям. Многие годы ученый шел к своей мечте, совмещая исследования по космической тематике с основной работой на различных предприятиях, предпринимая колоссальные усилия для развертывания практических работ в этой области. А когда его мечта стала сбываться, жизнь внезапно оборвалась. И не увидел он ни работы своего двигателя, ни полета своей ракеты.

Ученый работал много и увлеченно, не давая себе времени на восстановление сил. Его любимым выражением стало «Вперед на Марс!» Он словно подстегивал им себя и других. Рассказывают, что однажды кто-то на двигатель ОР-2 повесил плакат с надписью «Вперед на Марс!». Ф.А. Цандер увидел его и радостно засмеялся. Несмотря на простоту двигателя, он все же знаменовал собой первые шаги советской науки и техники к покорению космоса.

«Благодаря его работам, — писал С. П. Королев, —. за последние 10 лет были созданы прототипы первых советских ракетных двигателей. Ф.А. Цандер умер… но сумел создать дружный коллектив работников, своих учеников и последователей».

Гирдовцы тяжело переживали потерю своего научного руководителя, старшего товарища. Постановлением ЦС Осоавиахима от 13 мая 1933 года ГИРД было присвоено имя Ф.А. Цандера, в Кисловодске на его могиле был установлен памятник.

В ходе следующих двух запусков наблюдался неустойчивый режим работы, приводивший к прогарам и механическим разрушениям камеры. Наибольшая длительность работы этого двигателя была зафиксирована при четвертом его испытании, состоявшемся 28 апреля 1933 года. Он развил тягу 392 ньютона в течение 35 секунд при давлении в камере 0,3—0,8 мегапаскаля.

Этот коллектив продолжил дело, начатое Ф.А. Цандером. 13 марта, когда ученый уже лежал на больнич-ной койке, его ученики провели первое огневое испытание двигателя ОР-2, закончившееся неудачей из-за неполадок в системе подачи топлива.

Не все эти нововведения были целесообразны. Однако в конечном итоге этот двигатель, получивший индекс «02», стабильно работал без разрушений в течение примерно 40—50 секунд. Для того времени это был большой успех. Р. Годдард, например, о такой длительности работы своих двигателей не мог даже и мечтать вплоть До конца 30-х годов. В 1936 году двигатель 02 проходил летные испытания в составе ракеты «216» конструкции С.П. Королева. В одном из опытов она поднялась по наклонной траектории на высоту около 500 метров.

Эти опыты показали, что на пути создания ЖРД стоят серьезные трудности, главные среди которых состояли в неустойчивом режиме горения и в сложности охлаждения стенок камеры. Пытаясь решить эти проблемы, последователи Ф.А. Цандера заменили бензин и жидкий кислород на топливо: спирт и жидкий кислород; отказались от водяного охлаждения сопла, заменив его охлаждением газообразным кислородом (то есть вся камера охлаждалась только кислородом), стенки камеры они стали облицовывать различными огнеупорными материалами.

Второй вариант был разработан в июне-июле 1933 года учениками Ф.А. Цандера. Его камера сгораний имела грушевидную форму и была изготовлена из нержавеющей стали. В передней ее части располагалась камера смешения, служившая для предварительного смешения компонентов топлива перед подачей их в камеру. Конструкторы предполагали таким путем обеспечить необходимую устойчивость процесса горения топлива, в качестве которого использовался бензин и жидкий кислород. Камера была окружена кожухом, обеспечивавшим зазор охлаждающего тракта, равный 3 миллиметрам, По этому тракту от сопла к головке протекал жидкий кислород для охлаждения камеры. Тяга двигателя должна была составлять 640 ньютонов при времени непрерывной работы 20—30 секунд.

Последователи Ф.А. Цандера закончили работу и по созданию ракеты «ГИРД-Х». С использованием двигателя ОР-1 были проведены опыты по подаче металлического порошка в камеру, показавшие, что решение, этой проблемы потребует больших затрат времени и сил. В результате было решено делать ракету только на жидком топливе. С этой целью был разработан и построен двигатель «010», имевший три варианта (двигатель на металлическом горючем в ГИРДе называли первым вариантом, двигатели на жидком топливе соответственно вторым, третьим и четвертым вариантами).

В том же месяце был изготовлен третий вариант этого двигателя, не имевший особых отличий от предыдущего. В ходе испытаний прогар стенки наступал через 22 секунды при давлении в, камере, составлявшем 0,153 мегапаскаля.

В первой декаде августа 1933 года состоялось его первое огневое испытание. За 45 секунд работы стенка камеры раскалилась докрасна, и из нее полетели искры, да 63-й секунде она прогорела. Результаты этого опыта по тем временам были удовлетворительными — желаемые 20—30 секунд работы удалось значительно перекрыть.

В сентябре-октябре был создан четвертый вариант двигателя (рис. 9), на котором появились некоторые нововведения. Вместо бензина стал использоваться 75%-ный водный раствор спирта, жидкий кислород дополнительно вводился в охлаждающий тракт в конце (от сопла) камеры сгорания. Последнее решение было нецелесообразным, так как уменьшало интенсивность охлаждения сопла. Кроме того, использование в качестве ^хладагента водного раствора спирта было бы более эффективным по сравнению с жидким кислородом. В процессе работы над двигателем, дополнительный ввод кислорода в охлаждающий тракт камеры был ликвидирован, и она стала охлаждаться кислородом, вводившимся в этот тракт только со стороны сопла. Этот вариант двигателя был признан наиболее удовлетворительным. Его тяга составляла, 690—735 ньютонов: при давлении в камере 1 мегапаскаль и времени непрерывной работы свыше 20 секунд. Этот ЖРД и был установлен на ракете «ГИРД-Х».

Рис. Схема камеры четвертого варианта двигателя 010

После смерти Ф.А. Цандера руководителем первой бригады ГИРД стал Л.К. Корнеев. Большой вклад в работу по ракете «ГИРД-Х» внёс А. И. Полярный.

Ракета имела пять отсеков, В головной ее части (первый отсек) размещался парашют с выбрасывающим устройством; второй отсек занимал бак с жидким кислородом; третий — баллон со сжатым воздухом, служившим для наддува баков, и пусковая арматура; в четвертом отсеке размещался бак с горючим и, наконец, в пятом отсеке был смонтирован двигатель. Стартовая масса ракеты составляла 29,5 килограмма, из которых 8,3 килограмма приходилось на топливо, 2 килограмма— на полезную нагрузку.


Запуск ракеты состоялся 25 ноября 1933 года. В подготовительных работах принимали участие Л.С. Душкин, Л.Н. Колбасина, Л.К Корнеев, А.И. Полярный, К.К. Федоров. Двигатель запустился благополучно, и ракета, медленно сойдя с направляющих, стала подниматься вертикально вверх. На высоте 75—80 метров из-за возникших повреждений в креплении двигателя она изменила направление полета и упала в 150 метрах от места старта. Это был запуск первой советской ракеты, работавшей на жидких компонентах топлива и нашедшей свое развитие в созданных в Дальнейшем более совершенных ракетах.





Далее:
Проект Крым ВЭС на Ай-Петри.
Глава 5. УПРАВЛЕНИЕ Н1-Л3.
ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ЭКСПЕДИЦИИ.
Глава 9. «РАЗБЕРИТЕСЬ И ДОЛОЖИТЕ МЕРОПРИЯТИЯ».
3.3. ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ МЕТОДОВ ОХЛАЖДЕНИЯ ЖРД В США.
«ВСЕ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОЕ РАЗУМНО...».
МАРСИАНСКАЯ ЭКСПЕДИЦИЯ.
Орбитальные станции «Алмаз» и «Салют»(ЦКБМ И ЦКБЭМ).
Оберт Г. «Пути осуществления космических полетов».


Главная страница >  Хронология