Глава История и техника ракеты Часть III. ОТ ФЕЙЕРВЕРОЧНОЙ РАКЕТЫ К КОРАБЛЮ ВСЕЛЕННОЙ Кто в д.

Главная страница > Хронология

Глава 1. История и техника ракеты.

Глава История и техника ракеты

Часть III. ОТ ФЕЙЕРВЕРОЧНОЙ РАКЕТЫ К КОРАБЛЮ ВСЕЛЕННОЙ

Кто в действительности был первым изобретателем ракеты - неизвестно. Впервые для военных нужд ракеты, по-видимому, стали употребляться китайцами, применившими их для осады укреплений в 1232 г. В 1249 г. арабы пользовались зажигательными ракетами при защите Дамиетты. В 1405 г. Конрад Кейзер фон-Эйхштадт подробно описал ракету со стержнем.

Военные и спасательные ракеты

В Индии князь Гандар-Али Мисорский в 1766 г. содержал корпус ракетных стрелков численностью в 1 200 человек. Его сын Типу-Сагиб в 1782 г. увеличил этот корпус до 5 000 человек. Их оружием являлись ракеты с железными гильзами весом от 3 до 6 кг, снабженные бамбуковыми палками длиной в 2,5 м.

Оригинальное описание всех мыслимых применений ракет в 1420 г. дал Фонтана. Он предложил применять ракеты для передвижения на колесах и для переноса по воде, под водой и по воздуху взрывчатых снарядов, придавая этим ракетам причудливые формы баранов, зайцев, лодок, рыб и голубей.

Исход сражения под Серингапатом в 1799 г. послужил стимулом для введения военной ракеты в английскую армию по инициативе Конгрэва. Возвратившись из Индии в 1804 г., он предпринял ряд опытов с ракетами. Эти опыты вскоре же увенчались замечательными результатами, стоявшими вполне на уровне достижения артиллерии того времени.

Они были в 1799 г. применены при осаде Серингапата, где с их действием познакомился английский полковник Конгрэв.

Находясь на вершине своей славы, он написал свой основной труд. В этой книге он подробно описал применения ракеты при всех видах военных действий на суше и на море, в сражениях на открытой местности и при осаде крепостей. Попутно он постарался выявить все преимущества ракет по сравнению с более дорогой и трудно перевозимой артиллерией. Конгрэв указывает, что фактически ему удалось изготовить ракеты весом до 12,3 кг, но что он считает технически выполнимым и изготовление ракет весом в 400 кг. Однако эти его указания относятся только к его лабораторным опытам, в то время как для военных нужд он, невидимому, не изготовлял ракет тяжелее 12,3 кг. Эти ракеты могли переносить снаряды весом в 3,3 кг на расстояние в 2 750 м, весом в 5 кг - на 2 300 м и весом в 15,6 кг - на 1 830 м.

Уже при первых своих опытах Конгрэв достиг дальности полета ракеты в 1 400 м, а в 1805 г. - уже в 2 500 м. При позднейших своих опытах он меньше стремился к увеличению дальности полета, чем к увеличению веса самых ракет. При этом он руководствовался вполне понятными стратегическими соображениями о возможности метания по направлению к неприятельским укреплениям более тяжелых снарядов. Первый крупный военный успех был им достигнут в 1806 г. путем поджога Булони 200 ракетами, выпущенными с военных кораблей. В следующем году с помощью нескольких тысяч ракет весом в 5, 10, 15 и 20 Кг Конгрэв поджег город Копенгаген. Тем самым ему удалось завоевать доверие английского короля и военного командования и основать в 1809 г, крупную пиротехническую лабораторию в Вульвиче. Наконец 16 октября 1823 г. ему был выдан патент № 4853 на его изобретение.

По примеру Конгрэва в 1812 г. в австрийской армии был организован специальный ракетный корпус под командованием Августина, успешно действовавший во время войны с Италией и Венгрией в 1848-1849 гг. Однако в 1866 г. он уже не мог более соперничать с возросшими к этому времени достижениями артиллерии и поэтому в следующем году был расформирован. Организованная в Пруссии, почти одновременно с австрийским ракетным корпусом, специальная военная часть была расформирована в 1872 г. В Англии ракета весом в 3,7 кг и дальностью полета в 1 100 м состояла на вооружении до 1885 г. преимущественно в колониях, где использование артиллерии было крайне затруднительно. Что касается способа набивки военных ракет, применявшихся в XIX в., то Конгрэв применял преимущественно ракеты с конической пустотой.

Достигнутые Конгрэвом успехи побудили все остальные воюющее государства Европы к подражанию. В 1819 г., после того как удалось выведать все секреты Конгрэва, в Германии вышла книга по этому вопросу, написанная генералом Бемом, а в 1829 г. появился и немецкий перевод оригинального труда Конгрэва.

Особый вид ракеты, так называемая бесстержневая вращающаяся ракета, был изобретен в 1846 г. американцем Вильямом Хэлом; впоследствии эта ракета была применена и в австрийской артиллерии. Устойчивость этой ракеты во время полета достигалась выпусканием газов из сопла, в котором были расположены винтообразные изогнутые крылышки, благодаря чему вся ракета во время полета приобретала быстрое вращение вокруг продольной оси.

В Австрии применялись ракеты со сплошной забивкой с выдавленным в ней после этого углублением. В более позднее время в Пруссии, а также в Австрии применялись ракеты также со оплошной набивкой, в которой затем с целью достижения больших начальных ускорений высверливалось простое или же ступенчатое цилиндрическое отверстие.

Мысль о возможности применения военных ракет Конгрэва для целей спасания людей с терпящих бедствие кораблей путем перебрасывания на этот корабль с берега троса впервые была высказана в 1807 г. капитаном Трейгрусом в Гельстоне. Однако вплоть до 1824 г. ему не удалось привлечь к своему предложению должного внимания, вероятно, потому, что он использовал для своих опытов обыкновенные сигнальные ракеты, которые для этой цели должны были оказаться слишком слабыми. И только Деннет из Ньюпорта на острове Белом достиг в этом отношении успеха, использовав в 1824 г. для переброски веревки более сильную ракету Конгрэва. Рис.37 Продольный разрез германской спасательной ракеты. Г-головка, С - стенка гильзы, 3 - заряд, П - пролетное пространство, В - вилка, Р - винтовая резьба для навинчивания стержня.

Калибр вышеупомянутых ракет обычно колебался от 5 до 8 см и только Конгрэв мог изготовлять 12-сантиметровые ракеты благодаря тому, что он, по-видимому, уже в то время располагал необходимыми для этого весьма мощными гидравлическими прессами.

Английские спасательные ракеты подобно нашим маленьким фейерверочным ракетам снабжались необходимым для устойчивости полета стержнем, привязанным к гильзе сбоку. У германской же ракеты этот стержень привинчивался на продолжении продольной оси ракеты с помощью особой металлической вилки, состоявшей из трех ножек, прикреплявшихся к заднему открытому концу ракеты (рис. 37). Последняя конструкция несомненно представляет преимущество в виде большей устойчивости в полете, правда, ценой некоторой потери в силе. Начиная с 1860 г., такая конструкция стала применяться для всех ракет, для которых точность попадания была важнее дальности полета.

В Германии 17 октября 1828 г. генерал Штилер предпринял первый опыт пуска спасательной ракеты на Мемельском взморье; она пролетела 400 шагов. В 1854 г. дальность полета обычной английской спасательной ракеты составляла уже 300 м, а германской даже 400 м. Дальнейшее увеличение дальности полета спасательных ракет уже тогда считалось возможным. Однако к достижению его на практике не было проявлено достаточных усилий.

Головка делалась настолько тяжелой для того, чтобы ракета во время полета не могла отклоняться ветром. Без троса такая ракета могла пролететь 900 м. С принятым же к ней тросом окружностью в 2,5 см, состоящим из 27 прядей длиною в 450 м и весом в 14,6 кг, такая ракета могла пролететь 370-400 м.

Спасательная ракета того времени обладала калибром в 8 см. и длиною в 55 см. Длина прикреплявшегося к ней стержня составляла 1,77 м. Заряд - пороховой весом в 3 кг, а общий вес составлял 15,8 кг со стержнем и 12,7 кг без стержня. Гильза весила 1 кг, а одна только массивная головка ракеты 6,6 кг.

Под влиянием успехов, достигнутых градобойными пушками бургомистра Штигера, сумевшего защитить в 1895 г. целый район в Штейермарке, пиротехники пришли к мысли о возможности бороться с градом с помощью ракет. Рис.38 Продольный разрез градорассеивающей ракеты. Г- головка; ВЗ-заряд для взрыва; ПЗ - подъемный заряд; П-пролетное пространство; 3 - запал; О - обручи, скрепляющие гильзу ракеты со стержнем С; ЦТ - положение центра тяжести.

Вскоре после 1900 г. ракета завоевала новую область применения.

Наилучшие результаты были достигнуты с помощью швейцарских градорассеивающих ракет пиротехника Мюллера ив Эмисхофена, высота поднятия которых, измеренная графом Цеппелином, достигала 800-1200 м. С помощью таких ракет в Швейцарии в настоящее время сельскохозяйственными общинами, союзами помещиков, владельцами виноградных садов и др. повсеместно ведется борьба с градобитиями. При опасности градобития пускаются такие ракеты, район действия которых составляет около 1 км2.

Они перенесли сотрясающее градорассеивающее действие выстрела штитровской пушки с земной поверхности в середину градовой тучи. Благодаря этому была достигнута существенная экономия в расходах при одновременном увеличении градорассеивающего действия.

После одновременного пуска нескольких ракет выпадает один только дождь.

Если ракета выпускается уже при выпадении первых градин, то, согласно сообщениям Карла Бирнера в Констанце, происходящее после детонации перемешивание воздушных масс обусловливает превращение града в снежные хлопья, которые после пуска второй и третьей ракеты тают и выпадают в виде дождя.

Поэтому в некоторых районах Швейцарии при опасности градобития ракеты выпускаются на расстоянии километра одна от другой.

Было доказано, что в то время как в пределах распространения воздушных волн, возникающих при взрыве ракетной головки, не выпадает града, за пределами этой зоны град выпадает.

Кроме того, начиная с 1900 г., небольшие ракеты нередко применялись для установления связи через реки при отсутствии мостов, лодок и перевозов. Ракеты применялись также и для доставки сообщений и продуктов питания при сношениях с селениями, отрезанными от прочего мира наводнениями или стихийными бедствиями. Это осуществлялось путем подвешивания ракет на крючках в горизонтальном положении к натянутой проволоке, по которой они могли скользить подобно вагонеткам подвесной канатной дороги. Кроме того ракеты средних размеров часто употреблялись для облегчения нормального причаливания корабля к пристани. О помощью ракеты на него перебрасывался тонкий трос и тем самым устанавливалась первая связь с берегом. О помощью ракеты крупного калибра такой способ перебрасывания небольшого якоря облегчает причаливание лодки в полосе прибоя, а на войне служит для выдергивания неприятельских проволочных заграждений.

Сам механизм воздействия градорассеивающих ракет остается непонятным и даже парадоксальным, так как запас энергии, освобождаемой при взрыве головки ракеты, в несколько тысяч раз меньше количества энергии, необходимого для превращения в воду градин, находящихся в радиусе действия ракеты. Следовательно, это воздействие не может быть непосредственным, но должно являться лишь причиной освобождения какой-то энергии, содержащейся в самой атмосфере,. При том же градорассеивающая ракета отнюдь не принадлежит к числу наиболее крупных типов ракет. Обычно она обладает калибром в 3 - 4 см, длиною в 25 - 35 см и снабжается простой картонной гильзой.

Инженеру Маулю также не легко было добиться успеха. Его опыты, обошедшиеся примерно в 300 000 марок, потребовали 10 лет напряженной работы для достижения поставленной цели.

Стимулом к дальнейшему усовершенствованию сильных ракет по сравнению с уровнем их развития, достигнутым в XIX в., послужили начатые в 1900 г. инженером. Альфредом Маулем в Дрездене опыты по подъему с помощью ракет фотографических аппаратов для целей аэросъемки. Впрочем эта же мысль была за несколько лет высказана, но не могла быть осуществлена Ф.Денисом, о чем Маулю, невидимому, известно не было.

Поэтому не может существовать сомнений в том, что в случае, если бы эти опыты были продолжены при условии использования еще несколько большего калибра и 6 - 4 штук таких же 8-сантиметровых ракет, то удалось бы осуществить поднятие грузов весом в 80 - 100 кг на высоту в 800 - 1 000 м.

Наиболее крупная модель фотографической ракеты инженера Мауля, сконструированная в 1912 г., поднимала фотоаппарат размером 20 х 25 см с фокусным расстоянием объектива в 28 см. Калибр этой ракеты составлял 52 см, длина стержня 6 м и вес не менее 42 кг. Эта фотографическая ракета могла подниматься на высоту свыше 800 м. Точность нацеливания фотографического аппарата этой ракеты составляла 0°25'. Для подъема всего устройства Мауль использовал две спасательных ракеты, прикрепленные к стержню по бокам. Калибр их был 8 см, длина около 55 см и вес порохового заряда - около 3,5 кг. Ракеты эти, изготовлявшиеся в технической лаборатории в Шпандау, обладали начальной подъемной силой в 80 кг и конечной подъемной силой около 150 кг при продолжительности горения в 2 - 2,5 сек.

Инженер Мауль уже в первые годы своих опытов с помощью ракеты небольшою калибра вместо фотоаппарата поднимал в клетках мышей, морских свинок и других небольших зверьков, которые после спуска чувствовали себя вполне хорошо. Следовательно, для осуществления полета на ракете человека уже в 1912 г. осталось сделать лишь немного.

Кроме того надежность раскрытия парашюта (на конструкцию для производства которого Мауль получил патент) была настолько велика, что вместо фотоаппарата на этой ракете безусловно можно было осуществить и подъем каких-нибудь живых существ.

Одновременно с усовершенствованием инженером Маулем его фотографических ракет в 1906 - 1908 гг. шведский полковник Унге вел работу с ракетами на полигоне Круппа в Меппене в совершенно ином направлении. Его целью являлось изобретение воздушных торпед как нового рода военного оружия. При этом он надеялся сделать излишними тяжеловесные пушечные стволы и достичь еще большей дальнобойности по сравнению с существовавшей артиллерией. Унге действительно удалось изготовить модель своей воздушной торпеды, обладавшую общим весом в 50-60 кг, весом порохового заряда в 4-5 кг и калибром самой ракеты около 8 см, способную осуществить переброску «полезного» груза в виде гранаты весом в 30-40 кг на расстояние 5 000 - 8 000 м. Такие ракеты пускались с особого лафета и получали устойчивость в полете благодаря вращению около продольной оси, приобретаемому под действием специального пропеллера, который помещался в струе извергаемых газов. Благодаря такому устройству торпеда могла точнее следовать по намеченному пути. Идея такой конструкции была высказана Хэлом еще в 1846 г. После того как в 1909 г. после трехлетних опытов, обошедшихся в несколько десятков тысяч марок, Унге не смог добиться удовлетворительной меткости попадания, - эти опыты были прекращены. При этом не представила бы значительных трудностей постройка более тяжелых и более дальнобойных моделей.

К сожалению, благодаря прихоти судьбы изобретатель был лишен вполне заслуженного вознаграждения за понесенные им труды и жертвы. В течение тех недель, когда он вел переговоры с военным министерством о продаже своего изобретения для военных нужд, его фоторакеты сделались излишними в результате получения первых фотографий с самолетов.

Таким образом и получилось, что за время мировой войны нам ничего не привелось услышать о стратегических достижениях крупных ракет, в то время как артиллерия и остальные роды оружия совершили за годы войны огромную эволюцию. И лишь по окончании этой войны идея ракетного движения вновь воскресла благодаря тому, что постепенно начала укореняться мысль о практической осуществимости с помощью ракет полетов в пустом мировом пространстве.

Морские министерства в годы, предшествовавшие мировой войне, также не оставались в бездействии и пытались приспособить ракету для нужд морской войны. При этом старались, соответственно изменив конструкцию большой сигнальной ракеты, приспособить ее для приведения в движение подводных торпед, так как ракеты хорошо горят и под водой. В этом случае вода образует своего рода канал вокруг вырывающихся из ракетной торпеды пороховых газов. Благодаря этому выведенные для работы в пустоте формулы ракетного движения здесь менее применимы, чем формулы давления газов, образующихся при выстреле. Изготовленные с этой целью в 1906 - 1914гг. ракетные торпеды (калибра в 8 см) оказались удовлетворительными и в том отношении, что они показали гораздо большую скорость движения под водой, чем обычные торпеды, приводимые в движение сжатым воздухом, вращающим гребной винт. Но меткость их попадания оказалась гораздо хуже. Это решило судьбу изобретения и дальнейшие опыты в этом направлении были прекращены. В то время управление торпедами по радио еще не было известно.

Его главный конкурент в Европе профессор Оберт в Румынии при своих работах по конструированию ракет с жидким горючим должен был, к сожалению, ограничиться использованием оборудования физического кабинета средней школы *.

Первым, кто с этой целью предпринял усовершенствование пороховых ракет на научной основе, был американский профессор Клэркского колледжа в Ворчестере Р. Годдард. Он начал свои практические работы с 1917 г. и, получив крупную субсидию, продолжал их в более широком масштабе.

В Германии дальнейшее развитие ракетной техники после мировой войны так же, как и авиационной техники, было сильно стеснено суровыми условиями Версальского мирного договора. Согласно условиям этого договора были уничтожены машины, служившие для изготовления 8-сантиметровых ракет как в пиротехнической лаборатории в Шпандау, так и на пороховом и пиротехническом заводе фирмы Эйсфельд и Зильберхюгте. Лишь гораздо позднее некоторые из наиболее суровых условий этого мирного договора были несколько смягчены. После этого фирме Кордес в Везермюнде, находившейся тогда во владении инженера Зандера, удалось вновь организовать производство 8-сантиметровых спасательных ракет для снабжения станций общества спасания на водах. Все же остальные германские пиротехнические фирмы должны были ограничиться производством ракет калибра 3,5-5 см., ручной набивки.

* Более подробно о работах Годдарда и Оберта сообщается в четвертой главе этой же части книги. (Прим. ред.)

Изготовление пороховых ракет

Это и послужило причиной того, что автор в январе 1928 г. смог проступить к опытам, предпринятым в осуществление своего проекта ракетного движения, на средства фирмы Опель лишь в Везермюнде. В процессе этих опытов весною того же года был осуществлен старт первого ракетного автомобиля, а летом - первый полет ракетного самолета, как об этом будет более подробно рассказано в следующих главах.

* Для того чтобы не увеличивать соблазн этой группы читателей, описание способа изготовления фейерверочных ракет в русском издании намеренно пропущено. (Прим. ред.)

Если заглянуть в любое руководство по пиротехнике и познакомиться со способом изготовления пороховых ракет, то легко может создаться впечатление, что изготовление безотказно работающих ракет любых размеров и любой силы тяги является делом очень простым. В действительности же дело обстоит совершенно иначе. Даже из рук опытных пиротехников - профессионалов всегда выходит некоторый процент негодных ракет, из которых одни не воспламеняются, а другие взрываются. При этом трудности при изготовлении ракет с картонными гильзами значительно возрастают по мере увеличения калибра. При использовании же металлических гильз к этим трудностям присоединяются еще и совершенно новые затруднения, влекущие за собой серьезную опасность взрыва при изготовлении таких ракет. Следует поэтому самым настойчивым образом предостеречь от попыток самодельного изготовления ракет, на что могли бы решиться наиболее увлекающиеся из числа юных читателей этой книги *. Первой человеческой жертвой ракетного движения в 1923 г. оказался не какой-либо исследователь ракет или работающий с ним спортсмен, но восьмилетний школьник, смертельно раненый при взрыве ракеты, изготовленной его товарищем.

Находящийся на открытом воздухе плотно спрессованный пороховой стержень, подожженный с одного конца, сгорает, как свечка, но только скорее, примерно со скоростью в 1 - 2 см/сек; для этого необходимо лишь, чтобы поверхность этого стержня была чем-нибудь изолирована, с тем, чтобы огонь, распространяясь вдоль по стержню, не мог преждевременно охватить ее всю. Пороховой шар, внесенный сразу в язык пламени, благодаря чему одновременно загорается вся его поверхность, сгорает радиально по направлению к его центру. Если радиус такого шара составляет 2 см, а скорость сгорания 2 см/сек, то в течение одной секунды он сгорит, т.е. превратится в газ без остатка. Если же мы вместо такого шара возьмем 8 шариков половинного диаметра, то общий их объем будет тем же самым, но общая их поверхность будет вдвое больше, благодаря чему они успеют сгореть вдвое быстрее. Это рассуждение может быть продолжено для случаев все более и более мелких пороховых зернышек и пылинок. Это убеждает нас в том, что она и та же масса пороха будет сгорать и превращаться при этом в газы тем быстрее, чем большая поверхность ее доступна для одновременного воспламенения. Рис.39 Схематический продольный разрез фейерверочной ракеты.

Для того чтобы понять, с какими трудностями связано изготовление безотказно действующих ракет большой силы тяги, мы прежде всего должны детально рассмотреть процесс сгорания пороха.

На первый взгляд может показаться парадоксальным, что на основании теоретических расчетов для набивки ракет, которые должны гореть в продолжении многих секунд, оказывается выгодным пользоваться пороховой мукой, обладающей наибольшей поверхностью, которая, будучи подожженной в свободно рассыпанном состоянии, сгорает с невероятной быстротой *.

Отсюда понятно, почему для зарядов крупных артиллерийских орудий, у которых продолжительность полета снаряда внутри канала ствола составляет 1/50 - 1/25 сек., применяется порох в форме шаров величиной с кулак или в форме стержней или трубок длиною с руку. Это позволяет замедлить продолжительность горения заряда до момента вылета снаряда из канала ствола. Для зарядов же охотничьих ружей и револьверов нарочно употребляется порох в форме более или менее мелких зернышек, пластинок или листочков для того, чтобы путем увеличения поверхности воспламенения достигнуть полного превращения заряда в газы за время чрезвычайно короткого - продолжающегося всего лишь 0,002 - 0,0005 сек. - прохождения пули или дроби через ствол.

Наиболее правильное понимание процессов, происходящих при набивке ракет и при последующем их сгорании, мы получим, мысленно вооружившись микроскопом и лупой времени.

* Было бы не правильно в данном случае говорить о взрыве, так как относительно условий сгорания пороха были установлены следующие определения: а) вспышкой мы называем тот случай, когда некоторое количество свободно насыпанного пороха быстро превращается в газы исключительно вследствие значительной общей площади его частиц; б) взрыв происходит, когда некоторое количество замкнутого со всех сторон пороха под действием повышения давления, происходящего после начала воспламенения, настолько повышает скорость своего сгорания, что остаток заряда превращается в газ практически моментально; в) детонация имеет место тогда, когда зажигание пороха происходит от удара, причем скорость сгорания оказывается равной скорости распространения в порохе волны удара.

* Еще раз повторяем, что любознательные читатели под страхом серьезных увечий и даже смерти ни в коем случае не должны производить этих опытов сами. (Прим. ред.)

При увеличении в 100 000 раз пороховые зернышки показались бы нам картофелинами, насыпанными в высокую цилиндрическую бочку. Между отдельными зернышками, разумеется, остается воздух в виде тонко разветвленной массы, все части которой связаны между собой. Эта структура больше всего напоминает резиновую губку, в которой вещество губки соответствует воздуху, а поры - крупинкам пороха. Если бы мы произвели зажигание сверху при таком состоянии пороха, то пламя имело бы возможность с самого же начала пробираться по воздушным каналам между зернышками до самого дна и произвести одновременное зажигание всего заряда. Легкое спрессовывание пороха, производимое давлением руки на сжимающий порох стержень или пест, плотно входящий в набиваемую гильзу подобно поршню, лишь слегка изменило бы эту картину. Совершенно иное положение создалось бы при утрамбовывании пороха ударами молотка или колотушки *.

Вышеописанное состояние (соответствующее плотности или удельному весу пороховой набивки в 1,25-1,30) характерно для обыкновенных продажных ракет в картонной гильзе малых и средних калибров. До сих пор особых трудностей и опасностей при изготовлении ракет, разумеется, в надлежащей обстановке и при принятии всех мер предосторожностей, не встречается. Но подобного рода ракеты и не могут обладать сколько-нибудь значительной силой тяги.

С каждым ударом молотка по песту заряд будет все более и более уплотняться, причем отдельные зернышки пороха, будут постепенно спрессовываться в одно целое, а воздух, заключающийся в промежутках между ними, будет выгоняться наружу. В конце концов будет достигнуто состояние, при котором уже не будет существовать воздушных каналов, пронизывающих весь заряд, но будут сохраняться лишь мельчайшие, короткие, не связанные один с другим воздушные канальцы, средняя длина которых будет измеряться долями миллиметра. Если воспламенение производится при таком состоянии, то вспышки уже не получается, а происходит быстрое сгорание. В этом случае огонь будет проникать с поверхности пороха в короткие выходящие к ней воздушные канальцы и, выжигая радиально их стенки, превращать их в маленькие воронкообразные кратеры, нижняя часть которых будет пробуравливать массу пороха вплоть до встречи с новым воздушным канальцем, после чего этот процесс возобновится. Следовательно, фактическая поверхность горения будет во много раз превосходить поверхность совершенно гладкого порохового цилиндра равного объема.

С тем чтобы помочь этой беде, пиротехники прежнего времени скорее чутьем, чем отчетливым пониманием, дошли до мысли о целесообразности использовать порох, смешанный из его составных частей в наиболее правильной пропорции. Кроме того они стали смачивать пороховую набивку спиртом. Работая этим «мокрым способом», Конгрэв уже 100 лет назад изготовлял свои большие военные ракеты с помощью мощных гидравлических прессов, так как сила человеческих рук оказалась недостаточной для того, чтобы уплотнять до нужной степени набивку ракет крупного калибра ударами колотушки. Изготовленные мокрым способом ракеты обладают зато тем крупным недостатком, что они требуют перед употреблением сушки продолжительностью в несколько недель. Поэтому находчивые пиротехники напали на мысль снабжать пест специальными отверстиями для отвода воздуха. Однако ясно, что этот выход представлял собою лишь полумеру. Достигнутые таким образом результаты были поэтому невелики.

Стремясь к изготовлению более сильных ракет с более плотной пороховой набивкой (удельного веса 1,6-1,85) и .притом большего калибра, и, работая вышеописанным способом, быстро пришли к такому положению, при котором каждая ракета во время уплотнения набивки ударами колотушки неминуемо взрывалась. Причина этого явления заключалась в том, что воздух, находящийся между крупинками пороха, не находя выхода, сжимался вместе с порохом. При этом он по закону адиабатического сжатия постепенно все более и более нагревался вплоть до достижения им температуры возгорания пороха. Поскольку пест при этом образовывал почти не пропускающий газа затвор, в результате получалась не вспышка, а самый настоящий взрыв.

Работая этим новейшим способом, удается изготовлять ракеты вплоть до калибра в 30 см и до длины в 2 м. в любых металлических гильзах при том условии, если давление при прессовке пороха может быть доведено на площади калибра до 500 ат. При этом пороховая набивка приобретает консистенцию стекла (удельный вес 1,80-1,85). Правда, при этом возникают новые трудности при последующем высверливании пролетного пространства в порохе, первоначально прессуемом в форме массивного цилиндра. Однако в настоящее время эти трудности могут считаться технически преодоленными.

Единственное правильное средство для полноте преодолевания этого недостатка было найдено лишь недавно в процессе усовершенствования техники изготовления ракет. Для этого потребовались специальные машины и ряд технических приемов, сохраняемых в секрете.

В заключение этого раздела мы для полноты вкратце осветим вопрос о материале для изготовления ракетных гильз.

Из вышеизложенного с полной очевидностью следует, что ни один неспециалист не может надеяться наладить самодельное изготовление крупнокалиберных пороховых ракет большой силы тяги, потому что уже для изготовления ракет калибра в 8 - 10 см необходим гидравлический пресс, могущий произвести давление в 40 - 50 т, стоимость которого вместе с насосами и вспомогательными устройствами весьма высока.

* По этой же причине рассчитанные на многократное употребление гильзы для охотничьих ружей изготовляются дз латуни, но не из железа, или стали. (Прим.ред.)

Известная с незапамятных времен картонная гильза обладает не только преимуществами легкости и дешевизны. Кроме того она представляет значительные удобства благодаря податливости своих стенок, ввиду чего забиваемый в нее отдельными порциями порох плотно в ней удерживается. Мы можем считать, что перед набивкой картонной гильзы внутренняя ее поверхность является строго цилиндрической. После же окончания набивки эта поверхность приобретает волнистый характер, в результате того, что каждая порция пороха при ее спрессовывании выдавливает в картонной стенке гильзы бороздку, в которой плотно и защемляется. Преимущество малого веса картонных гильз велико лишь при небольших калибрах. При более крупных калибрах приходится делать стенки картонной гильзы такой толщины, что она оказывается тяжелее металлической трубки одинаковой с нею прочности. Начиная же с калибров в 40 - 50 мм картонные гильзы вообще более неприменимы. К этому можно было бы еще добавить, что уже начиная с калибра в 25 мм картонные гильзы для достижения равномерной прочности со всех сторон должны изготовляться на специальных машинах. Больших давлений они тем не менее не выдерживают. При переходе к изготовлению металлических гильз пиротехники прежнего времени сначала предпочли тот металл, который по своей податливости наиболее приближается к картонной гильзе, и именно медь. К сожалению, медь обладает весьма высоким удельным весом, в силу чего лишь с трудом удается изготовлять медные ракетные гильзы толще 1/2 - 3/4 - 1,0 мм. При этом не удается достигнуть прочности, заведомо достаточной для того, чтобы противостоять высокому внутреннему давлению пороховых газов. Кроме того при медленно сгорающей пороховой набивке значительное затруднение представляет хорошая теплопроводность меди, так как при скорости распространения жара вдоль по трубке, превосходящей скорости сгорания пороховой набивки, происходит воспламенение нижележащих ее слоев от раскалившейся гильзы, и ракета разлетается вдребезги. В этом случае податливость меди опять-таки приносит пользу, так как в лопающейся медной гильзе образуется продольная щель, но не получается осколков представляющих значительную опасность для окружающих*. Для того чтобы обеспечить более прочное застревание пороховой набивки в медной трубке, пиротехники прежнего времени снабжали внутреннюю их поверхность винтообразной нарезкой.

Поэтому в последнее время почти отказались от применения стальных ракетных гильз и обратились к использованию для этой цели сплавов легких металлов, в основном состоящих из алюминия и магния. Прежде против использования этих сплавов существовало предубеждение, так .как считалось, что они должны сгорать вместе с набивкой подобно термиту*. Позднейшие опыты показали, что эта опасность при использовании известных сплавов алюминия с тяжелыми металлами может быть значительно уменьшена. В случае быстро сгорающих ракет ею возможно пренебрегать, а при продолжительностях горения свыше 8 сек. (а равно при пользовании стальными или медными гильзами, которые в данном случае раскаляются докрасна и добела) ее удается предотвратить путем устройства соответствующей тепловой изоляции.

С точки зрения возможности достижения наибольшей прочности при наименьшем весе, естественным является стремление изготовлять ракетные гильзы из цельнотянутых высокосортных стальных труб. И действительно, при их использовании, в силу допустимости высоких внутренних давлений, при том же способе зарядки достижимы наивысшие скорости извержения газов. Но зато стальные гильзы в случае взрыва представляют наибольшую опасность. Это объясняется тем, что при происходящем лишь при весьма высоком давлении разрыве их они разлетаются на большое расстояние градом острых осколков, похожих по своей форме на осколки гранат.

Таким образом будущее в деле усовершенствования мощных пороховых ракет по-видимому принадлежит гильзам из сплавов легких металлов. Это объясняется тем, что с их помощью удается достигнуть столь благоприятною отношения M0/M1, являющегося решающим для величины идеального импульса, которого никогда не удавалось достигнуть при применении картонных, медных или стальных гильз. Можно думать, что идеальным в этом отношении легким металлом мог бы явиться сейчас еще, к сожалению, невероятно дорогой бериллий, соперничающий по своей легкости с алюминием, по своей прочности - со сталью и по своей тугоплавкости - с платиной.

* Смесь порошка алюминия и окиси железа, сгорающая с большой отдачей тепла, и поэтому в недавнее время (до усовершенствования техники электросварки) широко применявшаяся для сварки металлов. (Прим. ред.)

Сравнительно высокий достижимый идеальный импульс, производящий столь заманчивое впечатление, мог бы обеспечить подъем таких ракет с поверхности лишенного атмосферы небесного тела (обладающего полем тяготения одинаковой силы с полем тяготения Земли) на весьма большие высоты. К сожалению, действием сопротивления воздуха этот импульс был бы вскоре сведен на нет, после того как ракета выгорела бы. Причина этого состоит в том, что баллистическая поперечная нагрузка пустой гильзы оказывается слишком малой для того, чтобы успешно бороться с сопротивлением воздуха.

У пороховых ракет при соответствующем давлении в камере взрывания и при подходящей форме сопла могут быть достигнуты скорости извержения газов в 1 200 м/сек. Однако реальные возможности достижения при работе с ними благоприятных соотношений масс в настоящее время часто переоцениваются. В действительности же со стальными гильзами трудно добиться равенства весов заряда и пустой гильзы. По этой причине может представить интерес в выше приведенной таблице сводка наилучших результатов, полученных автором путем систематических опытов. Материал гильзы Ракета без стержня Ракета со стержнем M0 / M1 = ех Заряд Идеальный импульс M0 / M1 = ех Заряд Идеальный импульс Сталь 1,94:1 = е2/3 48% 800 м/сек 1,65:1= e 1/2 39% 600 м/сек Картон 2,72:1 = е 63% 1200 м/сек 1,94:1 = e 2/3 48% 800 м/сек Алюминий 5,64:1 = е3/2 82% 1800 м/сек 2,72 :1 = е 63% 1 200 м/сек

При огромном прогрессе, достигнутом во всех отраслях техники за последние десятилетия, является прямо-таки непонятным, как могла проблема научной разработки теории ракеты остаться в таком пренебрежении, что даже сегодня работа сплошь и рядом ведется по совершенно устаревшим правилам. Ни в одном учебнике мы не найдем формулы, по которой может быть наперед рассчитана сила ракеты, подобно тому как может быть рассчитана конструкция моста или свода заданной прочности или конструкция мотора заданной мощности. Рис. 4 Ракетный измерительный станок автора.

Конструирование пороховых ракет большой силы

Прежде всего оказалось необходимым построить подходящей конструкции измерительный аппарат, для того чтобы получить кривую реактивного действия во времени.

Поэтому автору пришлось попытаться самому установить законы, лежащие в основе действия ракет и определяющие их мощность. Это было произведено после начала его совместной работы с Опелем осенью 1927 г. путем постановки систематических опытов, начатых в январе 1928 г. у Зандера в Везермюнде. Хотя по соображениям секретности полученные при этом результаты не могут быть полностью опубликованы, основной ход исследования все же может быть охарактеризован в общих чертах.

По полученной кривой давления непосредственно отсчитывалась продолжительность горения ракеты в секундах и величина давления (сила тяги), производимого его в любой момент; при этом наибольшая величина давления записывается в форме самого высокого зубца кривой. Площадь, ограниченная кривой (с учетом разности полного веса ракеты и веса пустой ее оболочки), являясь произведением величины давления (силы тяги), выраженного в килограммах, на продолжительность горения (в секундах), и служила мерой действия, производимого испытуемой ракетой*.

Для этой цели пришлось соорудить станок наподобие десятичных весов (рис. 40). На верхнем ребре коромысла этих весов могла в одном из гнезд устанавливаться в специальном держателе испытуемая ракета. В одно из других гнезд этого коромысла упиралась головка динамометра. При этом могла быть достигнута желаемая степень усиления или ослабления давления, производимого ракетой, путем подбора соответствующих длин плеч рычага. Динамометр, по своему устройству напоминавший обыкновенные пружинные весы. приводил в движение как обычную стрелку, вращавшуюся по круглому циферблату, так и перо, чертившее кривую давлений (в килограммах) на бумажной ленте, надетой на барабан, вращаемый часовым механизмом (рис. 41). Разумеется, этот измерительный прибор перед производством опытов калибрировался. Рис. 4 Кривые давления (тяги) ракет, полученные на измерительном станке автора.

Деля площадь вышеупомянутой кривой на продолжительность горения, мы получаем среднюю тягу ракеты R. Частное же от деления веса заряда па продолжительность горения дает секундное обращенное в газ количество пороха т (выраженное в килограммах веса, а при делении полученного частного на g=9,81 - в применяемых здесь килограммах массы). Подставляя две последние величины в основное уравнение реактивного действия (тяги ракеты) R/m = С, получаем скорость извержения пороховых газов. Эта последняя оказывается прямо пропорциональной динамическому коэфициенту полезного действия ракеты, потому что он в свою очередь равен действительно достигнутой скорости извержения газов, выраженной в процентах от теоретически наивысшей достижимой скорости их извержения.

* Подобно тому, как мы говорим о двигателе, что он при определенном запасе горючего производит работу в столько-то килограммометров, мы можем в данном случае сказать об определенной ракете, что она производит действие в столько-то килограммосекунд вплоть до израсходования ее заряда.

При калибре испытуемых ракет, например, в 50 мм применялись кольца с нижеуказанными диаметрами их отверстий, при которых получались следующие соотношения площади горения F к площади отверстия f:

Систематические опыты по конструированию пороховых ракет большой силы были начаты с ракетами со сплошной набивкой, спрессованной под очень высоким давлением. Такой выбор был сделан потому, что только у ракет с такой набивкой площадь горения в точности равна известной нам площади поперечного сечения калибра, выраженной в квадратных сантиметрах и не изменяется вплоть до окончания горения ракеты. На верхний конец цилиндрических металлических гильз ракет надевались плоские металлические кольца-шайбы с высверленными в них отверстиями различных диаметров. Просвет этих отверстий был в точности известен, благодаря чему точно могло быть вычислено отношение площади горения к площади отверстия для выпуска газов. Для отдельных опытов одной и той же серии заряды, разумеется, брались по своему весу в точности одинаковыми.

Каждая серия опытов на измерительном ракетном станке, разумеется, начиналась с наиболее широким отверстием, равным полному калибру гильзы, и продолжалась с постепенно уменьшаемыми отверстиями вплоть до получения взрыва. Так как именно вблизи этой критической границы, легко могло сказываться влияние случайных причин, вслед за этим производились контрольные измерения с двумя или тремя диаметрами отверстий, наиболее близких к границе взрыва. Рис. 4 Диаграмма работы ракеты.

o = мм 50 40 30 25 20 18 16 14 13 12 11 F : f 1,00 1,56 2,78 4,00 6,25 7,72 9,76 12,76 14,80 17,38 20,65 o = мм 10 9 8,5 8 7,5 7 6,5 6 5,5 5,25 5,00 F : f 25,00 30,9 34,6 39,1 44,5 51,0 59,3 69,5 82,7 90,60 100,0

Такой ход этих кривых является вполне понятным. Ход же кривых реактивной отдачи и вкорости извержения, напротив, оказывается неожиданным. Правда, кривая отдачи поднимается по мере сужения отверстия вплоть до границы взрыва, но в конце этот подъем происходит медленно. Могущая показаться парадоксальной причина этого состоит в том, что скорость извержения пороховых газов, рассчитываемая вышеуказанным способом, начинает падать задолго до достижения давления, предшествующего взрыву. Максимум этой скорости неожиданным образом оказывается соответствующим примерно 1/6 калибра, или соотношению площадей порядка 36: Этот факт является для конструирования мощных пороховых ракет столь же важным, сколь и благоприятным. Отсюда следует, что излишне стремиться вести работу возможно ближе к точке взрыва с помощью более толстостенных гильз. Наоборот оказывается, что для каждого сорта пороха наивысшие скорости извержения газов, образующихся при его горении, достижимы уже при больших отверстиях, меньших давлениях, а следовательно, и при меньших весах гильз. Повторением этой первой серии опытов в наиболее благоприятной области с соплами подходящей формы было установлено, что при соответствующих диаметрах шейки сопла скорость извержения газов может быть удвоена. Эти же опыты показали, что таким способом прежняя граница взрыва может быть отодвинута благодаря тому, что в результате извержения газов, происходящего без образования вихрей, достижимы более благоприятные соотношения площадей. Вследствие этого в определенных условиях удается при увеличении секундной, обращенной в газ массы пороха, но уже при убывающей скорости извержения, получить несколько большую силу отдачи, являющуюся произведением этих двух величин. Тем самым было доказано, что у ракеты, как и у авиационного мотора, существует помимо наивысшего еще и наивыгоднейшее отношение, в данном случае отношение площади горения к площади поперечного сечения шейки сопла.

Результаты подобного рода измерений оказались столь же своеобразными, сколь и поучительными: начиная от полного отверстия калибра вплоть до уменьшения его наполовину, продолжительность горения и обратно пропорциональное ей секундное обращающееся в газ количество пороха (расход горючего), изменяются мало, а тяга ракеты и скорость извержения газов остаются незначительными. По этой причине на рис. 42 эта часть кривой, как не представляющая интереса, не показана. При уменьшении же диаметра отверстия до 1/3 диаметра калибра, получается соотношение площадей 9: Начиная с этого момента при дальнейшем уменьшении диаметра отверстия, продолжительность горения сначала медленно, а затем все быстрее начинает уменьшаться, а обратно пропорциональное ей секундное обращенное в газ количество пороха начинает расти. Это продолжается вплоть до того, как диаметр отверстия не составит примерно 1/8 калибра; в этом момент при отношении площадей F : f = 64 : 1 происходит взрыв. Правда, при использовании сопел подходящей формы вместо сужающих калибр колец удается отодвинуть границу взрыва до диаметра шейки сопла в 1/9 - 1/10 калибра или до отношения площадей F : f = 81 : 1 или даже до 100 : Однако, несмотря на это, в конце концов все же наступает положение, при котором неизбежно происходит взрыв при любой толщине стенок гильзы. На изображенной на рис. 42 диаграмме работы ракеты в этом месте кривая продолжительности гонения падает до нуля, а кривая секундного обращенною в газ количества пороха уходит в бесконечность.

Последнее, правда, легче сказать, чем сделать, потому что сколько-нибудь точно может быть рассчитана лишь «начальная площадь горения», т. е. площадь или, вернее, поверхность пороховой набивки перед ее зажиганием; этот расчет производится по общеизвестным формулам путем сложения площадей дна отверстия и конических или цилиндрических стенок пустоты, или (как ее иначе называют) пролетного пространства. Но во время горения будет беспрестанно изменяться площадь горения благодаря тому, что огонь будет углубляться внутрь пороховой набивки в направлении, перпендикулярном ко всем ее поверхностям. Поэтому невозможно математическим путем прямо рассчитать площадь горения в любой желаемый момент и для решения этой задачи приходится выбрать обходный путь. Пользуясь вышеуказанной формулой (R=1/3 кг/см2), мы можем по кривой давления сделать заключение о том, как велика была мгновенная площадь горения. Наибольшая сила тяги ракеты, разумеется, будет соответствовать наибольшей мгновенной поверхности горения. Лишь для ракет с цилиндрической пустотой имеет смысл вычислять также и теоретическую «конечную площадь горения», равную в данном случае внутренней поверхности металлической гильзы, включая и площадь ее дна. У металлических гильз она не должна превышать 120 :1, так как из опыта известно, что действительно достижимая на практике площадь горения может составлять лишь 3/4 этого теоретического значения.

При достаточно подходящей форме сопла и при применении черного пороха, мы можем вести расчеты на получение силы отдачи или тяги ракеты в 1/3 кг на каждый квадратный сантиметр площади горения. Несмотря на то, что это соотношение было выведено для ракет со сплошной набивкой, оно оказалось прекрасно приложимым и для всех ракет с коническо-цилиндрической, или ступенчато-цилиндрической пустотой, независимо от способов их изготовления. Во всех случаях в расчет должна приниматься лишь площадь горения в каждый момент действия ракеты.

После всего сказанного читатель легко поймет, почему пиротехники так опасаются даже тончайших трещинок в прессуемой массе порохового заряда, в большинстве случаев действительно влекущих за собою взрыв ракеты. Каждая такая трещинка неизбежно обусловливает непредусмотренное увеличение площади горения со всеми вытекающими отсюда последствиями: увеличением секундного обращенного в газ количества пороха, увеличением давления внутри ракеты и т. п. Если благодаря наличию таких трещинок, например у ракеты с картонной гильзой, отношение площадей 40:1 повышается до 50:1, то гильза лопается, так как она не рассчитана на давление, соответствующее отношению, заметно превосходящему 40: Все вышесказанное остается справедливым и для любой ракеты со сколь угодно толстостенной металлической гильзой.

Производя по установленным критериям оценку ракет в картонных гильзах, изготовленных по старым пиротехническим правилам, мы убедимся в том, что они в лучшем случае обладают соотношениями площадей порядка 30:1, доходящими до 40: Благодаря конической форме их пролетного пространства, это отношение остается почти неизменным в течение всей продолжительности горения ракеты. Старые же, 8-сантиметровые спасательные ракеты благодаря большому их калибру и цилиндрической форме их пролетного отверстия в начале горения, имели отношение площадей 9:1, в процессе горения повышавшееся до 49:1; тем самым работа их в существенной части протекала на наиболее благоприятном участке кривой, несмотря на тo, что употребление сопел в то время было еще неизвестно.

Пролетное пространство не должно доходить до самого дна ракеты, так как в противном случае огонь, распространившись по дну, или выкинет не сгоревший еще заряд из гильзы, или же приведет к взрыву.

Становится также вполне понятным, почему пролетное пространство ракеты с несплошной забивкой калибра должно иметь или коническую или ступенчато-цилиндрическую форму для того, чтобы наличный объем гильзы мог быть использован наилучшим образом. Если бы мы попытались использовать в качестве пролетного пространства узкое цилиндрическое отверстие, то газы, образующиеся при сгорании его поверхности, закупорили бы выход газам, которые образовались бы от сгорания более глубоких слоев, что благодаря повышению давления обусловило бы взрыв ракеты. В этом случае лопается верхний конец гильзы. Разрыв же гильзы под соплом, на близком от него расстоянии, свидетельствует о том, что или отверстие было слишком узким или отношение площадей слишком большим.

(Для С0=1 кг, С=1200 м/сек, М0/М1=3:1, действие L=80 кг/сек=40 сек. х 2 кг=40 кг х 2 сек.)

Различие действия ракет со сплошной забивкой калибра и ракет с конической или иной формы пустотой также становится вполне очевидным. Сила тяги первых значительно меньше (она не превосходит двойного веса заряженной ракеты), тогда как продолжительность их действия значительно дольше (до 40 сек.). Сила же тяги вторых гораздо значительнее (может превосходить начальный вес ракеты до 40 раз), тогда как продолжительность горения их сравнительно не велика (около 2 сек.). При одинаковых массах заряда и одинаковых скоростях извержения произведение силы тяги на продолжительность горения, т.е. иными словами, действие ракеты, выраженное в килограммосекундах, у ракет той и другой конструкции, разумеется, должно оставаться одинаковым.

У ракет же с пролетным пространством дело обстоит как раз наоборот. У них тяга возрастает пропорционально поверхности пролетного пространства, увеличивающегося в свою очередь по мере удлинения ракеты, а продолжительность горения возрастает вместе с увеличением калибра, иными словами, вместе с утолщением стенок набивки. Это происходит потому, что набивка сгорает в направлении, перпендикулярном поверхности пролетного пространства. Попутно заметим, что у ракет с пролетным пространством начальную площадь горения вполне возможно сделать равной десятикратной площади поперечного сечения калибра, после чего по мере сгорания ракеты это отношение может быть увеличено еще втрое. Как уже было сказано выше, у ракеты с пролетным пространством заряд одной и той же массы может сгореть в 20 раз быстрее, чем заряд такой же массы у ракеты со сплошной набивкой и в результате этого может развить и двадцатикратную среднюю силу тяги.

Так как у ракет со сплошной забивкой калибра площадь горения равна площади поперечного сечения калибра, то тяга ракеты возрастает пропорционально квадрату калибра. Когда калибр составляет 10 см, а площадь его поперечного сечения 78,5 см, мы можем рассчитывать получить тягу в 26,2 кг, так как на 1 см2 возможно получить тягу в 1/3 кг. У ракет этой конструкции продолжительность горения равна этой длине, деленной па скорость горения. Продолжительность горения в данном случае возрастает пропорционально длине набивки.

При попытке же утолщения ракеты нормальных размеров с сохранением величины ее пролетного пространства, отношение начальной поверхности горения к возрастающему весу ракеты вскоре сделалось бы слишком малым, вследствие чего ракета стала бы подниматься все хуже и хуже и под конец совершенно не смогла бы подняться.

Из вышеизложенного ясно, что расчет ракет большой силы тяги является нелегким делом вследствие того, что допустимые отношения площадей, к сожалению, заключены в довольно тесных границах. Так, например, ракету обычных размеров нельзя улучшить тем, что мы ее просто сделаем подлиннее. Для того чтобы, она не взорвалась, коническая или ступенчато-цилиндрическая пустота должна при атом все более и более расширяться вплоть до достижения ею внутренней поверхности гильзы, когда для пороховой набивки уже не остается места. Но еще до достижения такого положения выигрыш в силе тяги благодаря незначительному увеличению веса заряда будет поглощен увеличением веса удлиненной гильзы.

Поспешим и в этом месте еще раз предостеречь неспециалистов от попыток самодельного изготовления ракет. Именно стремясь изготовить ракету наибольшей силы, мы неизбежно должны будем вести работу ближе к границе взрыва. Автору, работавшему совместно с инженером Зандером, удавалось выйти из этого затруднения лишь благодаря тому, что опыты производились на особом полигоне.

Равным образом и увеличение калибра (что в широких пределах: доступно при современном развитии техники) не приносит достаточной пользы в желаемом направлении. Это объясняется тем, что при сохранении пропорций, оказавшихся наиболее выгодными при небольшом калибре, веса будут возрастать в кубе, а поверхности лишь в квадрате. Площадь горения по сравнению с весом, подлежащим поднятию, становится слишком малой. Для того чтобы увеличить ее до необходимых пределов, пустоту пришлось бы делать шире вплоть до того, пока и в этом случае не останется места для самого заряда между поверхностью пролетного пространства и внутренней поверхностью гильзы.

Ввиду этих затруднений многие пиротехники уже давно пришли к выводу о том, что с помощью пороховых ракет никогда не удастся достигнуть высот подъема более 2.000 - 2 500 м. Конгрэв 80 лег назад из-за крупных успехов, достигнутых артиллерией, должен был отступить со своими ракетами, так как он не видел никакого исхода из того тупика, в который зашла ракетная техника.

Там имелась возможность следить за работой ракет через окошечки толстого сруба с помощью стереотруб, фото и киноаппаратов. На первых порах почти ежедневно происходившие сильные взрывы вдребезги разносили дорогие измерительные приборы, а разлетавшиеся острые осколки стальных гильз вонзались на несколько сантиметров в стены сруба. Случалось, что весившие несколько килограммов, до-бела раскаленные сопла улетали более чем на сто метров вверх или в сторону, а однажды выброшенная часть невыгоревшего заряда едва не послужила причиной лесного пожара, возникновение которого было предотвращено вызванной пожарной командой.

Зато имеется возможность сообщить о том, что путем увеличения калибра ракет удалось достичь весьма значительного действия, доходящего до 1 200 кг/сек, на единицу веса ракеты (для ракет со сплошной набивкой калибра - тяги в 24 кг в продолжение 50 сек., для ракет с пролетным пространством - тяги в 400 кг в продолжение 3 сек.). Такая сила тяги ракет вполне сравнима с силой тяги двигателей мощностью в несколько сот лошадиных сил. Тем самым была обеспечена возможность осуществления езды и полета человека с помощью ракет в наземных экипажах и на самолетах подходящей конструкции. На основании теоретических выводов реальность этой возможности утверждалась автором еще до этого в течение ряда лет. В следующих двух главах будут вкратце описаны достигнутые в этих направлениях результаты и на основе выработанной теории ракетного движения будут сделаны осторожные прогнозы дальнейших успехов, которые можно ожидать в ближайшие месяцы.

То, что исход из этого тупика в действительности существует, показали прежде всего успехи, достигнутые профессором Р. Годдардом в Америке. Этот исследователь, по-видимому, уже в 1917 - 1918 гг. произвел те же наблюдения, которые зимою 1928 г. были проделаны автором совместно с инженером Зандером, и при этом на основании получения аналогичных результатов вывел те же законы действия ракет. Дальнейшим подтверждением небезнадежности создавшегося положения явилось сконструирование за последние месяцы инженером Зандером (по идее автора после конца их совместной работы) усовершенствованных ракет, которые уже летом 1929 г. поднимались до стратосферы. О том, каким способом были достигнуты подобные результаты, по соображениям секретности естественно ничего рассказать нельзя.

В течение 1929 г. пороховая ракета в Германии усовершенствовалась главным образом инженером Зандером в Везермюнде. С помощью своих новых больших прессов он получил техническую возможность изготовления ракет калибром до 35 см и длиною до 2 м и использовал эту возможность. Однако, что важнее увеличения калибра, Зандер сумел добиться большей надежности ракет в смысле их безопасности, а также и увеличения их силы. В своих последних работах он отказался от применения черного пороха и перешел к использованию сортов пороха иного химического состава, отличающихся гораздо большим содержанием энергии. Этим способом ему удалось как повысить прежнюю скорость извержения газов, равную 1 000 м, до 1 800 м, так и увеличить имеющее решающее значение с точки зрения теории ракетного движения отношение масс полной и пустой ракеты до 8:1 для крупных калибров. Эти результаты частично были им достигнуты благодаря применению дорогих труб из легких металлов вместо прежних тяжелых стальных или медных гильз. Главную же роль при этом сыграла замена навинчивавшихся прежде снаружи чугунных или бронзовых сопел соплами, запрессовавшимися внутрь гильзы и состоявшими из легких тугоплавких сплавов редких элементов. Благодаря этому удалось поднять идеальный импульс лучших зандеровских ракет до 4 000 м/сек, что еще год назад считалось технически недостижимым.

Несмотря да все то, что произошло впоследствии и что в результате теоретических и персональных расхождений повлекло за собой прекращение совместной работы автора с Опелем н Зандером, следует все же подчеркнуть, что неоспоримой заслугой Фрица Опеля явилось принятие им проекта автора и существенная материальная поддержка при его осуществлении. Зандер со своей стороны вложил в совместную работу все свои силы и весь свой опыт знающего пиротехника. Лишь благодаря этому в течение 2 месяцев удалось осуществить то, что до этого не удавалось осуществить на протяжении 50 лет, а именно создать ракеты, доказавшие возможность ракетной езды по земной поверхности и ракетного полета человека. Будем надеяться на то, что вскоре удастся настолько улучшить полученные результаты, что будет дано фактическое доказательство и возможности полета в мировое пространство.

Конструирование ракет с жидким горючим

Среднюю силу тяги своих ракет калибром в 5 cм, 9 см и 15 см и длиною в 1,80 м с конической пустотой Зандер в настоящее время оценивает соответственно следующими цифрами: 180 кг, 300 кг и 1 680 кг. Однако наилучшие результаты были достигнуты им с ракетами калибром в 22 см, с помощью которых мог быть совершен подъем грузов весом 400 - 500 кг на высоту в 4 000 - 5 000 м, откуда, будучи отделенными от выгоревшей ракеты, они могли плавно спускаться на парашютах. Зандеру не представило бы большого труда осуществить подъем в стратосферу этих крупнокалиберных сверхмощных ракет, снабдив их самопишущими приборами. Однако обнаружилось, что метеорологические приборы обладают слишком большой инерцией для того, чтобы их показания могли достаточно быстро следовать за изменениями метеорологических элементов при подъеме или при спуске. Таким образом не несовершенство ракет, а лишь несовершенство самопишущих метеорологических приборов явилось причиной тою, что до настоящего времени регистрирующая ракета еще не оправдала возлагавшихся на нее надежд в деле изучения стратосферы. Используя большую силу тяги своих крупнокалиберных ракет, Зандер несомненно смог бы заставить подняться лишенный плоскостей ракетный корабль с помощью агрегата таких ракет на высоту нескольких тысяч метров. О этой высоты пассажиры такого корабля смогли бы спуститься на парашютах в воздухонепроницаемой гондоле или в скафандрах. Однако представляется сомнительным, чтобы пассажиры такого корабля смогли бы выдержать ускорение, имеющее место при взлете этих ракет.

Была ли когда-нибудь изготовлена модель этого изобретения, неизвестно. Голяйтли разделил участь многих изобретателей, опередивших уровень развития техники своего времени. Его патент даже не был напечатан и изобретатель умер в бедности и неизвестности. Неудивительно поэтому, что он не имел последователей вплоть до 1895 г., когда перуанцу Педро Полету удалось сконструировать весьма совершенную ракету с жидким горючим. Этот изобретатель в то время не добился никакого признания.

В отношении изобретения и изготовления ракеты с жидким горючим XIX в. также не прошел даром. Уже в 1841 г. в Англии Чарльз Голяйтли получил патент на летательную машину, движимую реакцией извергаемого ею пара. Это изобретение в то время возбудило настолько большое внимание, что в печати того времени появилась карикатура на него (рис. 43). По всей вероятности изобретение Голяйтли было стимулировано успехом пороховых ракет Конгрэва и целью его явилось создание ракетного двигателя, могущего работать продолжительное время. Рис.43 Карикатура на летательную машину Голяйтли.

Он пишет: «Мои решающие опыты были произведены при использовании новой еще тогда ванадистой стали и только что сделавшихся известными панкластигов*, составленных изобретателем мелинита Турпином. В верхнюю часть конической внутри ракеты высотою в 10 см с диаметром нижнего основания также в 10 см по двум трубкам, снабженным вентилями специальной конструкции, с одной стороны подводилась двуокись азота, используемая в качестве вещества, содержащего кислород, а с другой стороны - бензин. Нужная для производства взрыва горючего электрическая искра производилась свечой, как у современного автомобиля. Свеча помещалась на половине высоты ракеты. Для производства первоначального опыта ракета соединялась длинными гибкими трубками с сосудами, содержащими двуокись азота и бензин. Кроме того ракета была снабжена зажигательным устройством и могла совершать взлет между двумя вертикально натянутыми проволоками. Наверху между двумя этими проволоками помещался сильный пружинный динамометр, измерявший силу толчка, производимого на него ракетой при остановке. Результат этих опытов превзошел все ожидания. Одна единственная ракета весом в 2,5 кг, производившая около 300 взрывов в минуту, не только могла производить постоянное давление на динамометр силой в 90 кг, но кроме того дала еще доказательство возможности сконструирования ракеты с жидким горючим, способной работать в течение часа без заметной деформации. В этих условиях вполне оправданным явилось предположение о технической осуществимости подъема грузов весом в несколько тонн с помощью двух последовательно работающих батарей таких ракет по 1 000 штук в каждой. Невозможность продолжения опытов со столь опасным взрывчатым веществом, как двуокись азота, и ряд других помех персонального характера явились причиной прекращениях этих опытов в 1897 г.»

Лишь в номере выходящей в Лиме (Перу) ежедневной газеты «Эль Комерцио» от 7 октября 1927 г. он сообщает реэультаты работы, произведенной им 32 года назад.

Для наших современных проектов постройки ракетного корабля результаты опытов перуанца Педро Полета чрезвычайно важны именно в том отношении, что он впервые доказал, что при применении жидкого горючего технически осуществимо сконструирсвание ракетного мотора, работающего в течение нескольких часов, тогда как пороховая ракета сгорает всего лишь в течение нескольких секунд.

* взрывчатые вещества. (Прим. Ред.)

В области усовершенствования ракет с жидким горючим в течение 1929 г. наибольших успехов достиг инженер Зандер. 10 апреля 1929 г. ему впервые удалось осуществить свободный полет такой ракеты. Согласно его сообщениям эта ракета обладала калибром в 21 см и длиною корпуса в 74 см. Вес заправленной горючим ракеты составлял 16 кг, а вес пустой ее оболочки 7 кг. Продолжительность горения этой ракеты равнялась 132 сек., а максимальная сила тяги 45 - 50 кг. Горючее, химический состав которого Зандер сохраняет в секрете, обладало теплотворной способностью в 2 380 кал/кг. Можно думать, что в качестве такового был использовав бензин в смеси с подходящими соединениями, содержащими кислород при особых условиях его сжигания. В качестве строительных материалов были применены сталь и легкие металлы.

В области конструирования ракет с жидким горючим с 1900 до 1918 г., собственно говоря, не было сделано таких достижений, которые превзошли бы результаты перуанца Полета. Однако в связи с этим следует упомянуть о некоторых опытах по созданию газовых реактивных турбин. Так, например, «Анонимное общество турбинных моторов» в Париже уже в 1905 г. построило бензиновую турбину, сопла которой за исключением некоторых несущественных подробностей вполне походили на сопла ракет с жидким горючим, рассчитанные профессором Обертом. Сопла эти работали превосходно, но сам двигатель не оправдал возложенных на него надежд по другим причинам: сконструирование подходящей формы рабочего колеса с лопатками оказалось практически неосуществимым. Ииженер Адольф Вейс 1 мая 1913 г. получил германский патент № 274988 на газовую турбину, отдельные части которой могут рассматриваться в качестве ракет прерывного действия, питаемых жидким горючим. То, чего Полет пытался достичь периодически закрывающимися вентилями, а именно разделения газовой смеси на небольшие порции и изоляции их от камеры сгорания, Вейс стремился осуществить с помощью снабженных отверстиями дисков, вращающихся в противоположных направлениях.

После успехов, достигнутых им в 1929 г. в области конструирования пороховых ракет и ракет с жидким горючим, инженер Зандер с большим рвением обратился к конструированию ракетного мотора для пассажирских самолетов. Уже в мае 1929 г. ему удалось поддерживать силу тяги около 200 кг дольше четверти часа. В июле того же года, работая у Опеля в Рюссельсхейме, ои достиг поддержания силы тяги в 300 ке более чем в течение получаса. При этом Зандер главное свое внимание, наряду с достижением надежности действия ракетного мотора, обратил на дешевизну горючего. Путем использования одного из отходов химической промышленности в качестве вещества, содержащего кислород, ему удалось снизить цену килограмма горючей смеси до 20 пфеннигов. При таком положении вещей возможно в недалеком будущем ожидать осуществления экономически выгодного ракетного полета на расстояниях в несколько сот километров. Для этого необходимо лишь устранить некоторые недостатки зандеровского ракетного мотора.

Эта первая ракета с жидким горючим взлетела настолько быстро, что не удалось ни проследить за ее полетом, ни найти ее после ее падения. Поэтому через два дня Зандер повторил свой опыт, привязав к ракете веревку длиною в 4 000 м и толщиною в 3 мм. Разумеется, при этом были приняты все меры предосторожности, хорошо ему известные по пуску спасательных ракет. Несмотря на этот тяжелый дополнительный груз, ракета вновь взвилась вверх подобно снаряду, подняв 2000 м веревки, после чего веревка внизу оборвалась, и эта вторая ракета, как и первая, навсегда исчезла вместе с куском веревки длиною в 2 000 м.

В конце 1929 г. профессор Оберт пытался осуществить первый старт своей ракеты, питаемой жидким горючим. Назначенный им на 6, но затем отложенный на 10, а потом на 19 октября старт его ракеты, в которой в качестве горючего предполагалось использовать угольные стержни и жидкий кислород, не был им осуществлен. Вследствие этого приходится признать, что за последнее время Оберт отстал от Зандера, так как то, что пытается сейчас осуществить Оберт, Зандер пытался осуществить уже давно, затем отбросил и наконец заменил лучшим способом. Неудачу пришлось пережить и американскому профессору Р. Годдарду при попытке произвести старт ракеты длиною в 7 м, обладавшей сигарообразной формой. Пуск этой ракеты был осуществлен 18 июля 1929 г. в Ворчестере (США) из специально выстроенной для этой цели стартовой башни. Ракета взорвалась, едва достигнув высоты в 300 м, с таким грохотом; что в окружающей местности на довольно большом протяжении возникшей воздушной волной были выдавлены все стекла в окнах. В области конструирования ракет с жидким горючим в настоящее время ведется интенсивная работа всюду, где вообще ведется работа по конструированию ракетных моторов, так как все борцы за осуществление этого проекта единодушно сходятся на том, что лишь ракете, питаемой жидким горючим, принадлежит будущее.

Первые отклики. Переписка с учеными.

ИНСТИТУТ «НОРДХАУЗЕН».

Трудные орбиты «Салютов».

ПУТЕШЕСТВИЕ НА РАКЕТЕ.

15. ПУСТЫНЯ.

На главной орбите.

КОСМОС НАЧИНАЕТСЯ... В АТМОСФЕРЕ.

Стромский И.В. «Космические порты мира».

.

Главная страница > Хронология