Владимир Соколов - Огнепоклонники
Третья глава дипломной работы Глушко называлась «Металл как взрывчатое вещество». Это обстоятельство имело особое значение для биографии Глушко и для ракетного двигателестроения.
Глушко развил идею американского астрофизика Андерсона о лабораторном моделировании звездных температур, изложенную последним в январском номере «Астрофизического журнала» (США) за 1920 г.
Экспериментальная установка Андерсона представляла собой высоковольтный импульсный контур, состоящий из источника питания переменного тока, выпрямителя, шарового дозатора энергии разряда конденсаторов для испытуемого материала. При падении на последний высоковольтной волны с крутым фронтом в несколько микросекунд токопроводящий испытуемый материал практически мгновенно испаряется, минуя жидкую фазу. Эти пары, температура которых достигала, по Андерсону, 313000 °C, распространяются в воздухе со скростью около 3300 м/с, а при взрыве внутри насадки с открытыми торцами — 4500 м/с. На это обстоятельство и обратил внимание Глушко.
Дело в том, что в первой четверти нашего столетия скорость распространения продуктов горения всех известных химических топлив не превышала 2500 м/с. А ведь именно скорость истечения и определяет скорость движения самой ракеты.
В. С. Соколов у пульта управления ЭРД. 1933 г.
Глушко энергично приступает к опытам с разными токопроводящими материалами и соплами различной конфигурации. Первоначально эти опыты велись в лаборатории «Миллион вольт» академика А. А. Чернышева в Лесном, а позднее, с начала 1933 г., - на собственной экспериментальной установке, смонтированной в одном из мрачных казематов Петропавловской крепости на Неве. Постройку этой испытательной установки и проведение на ней экспериментов в целях выбора оптимальных токопроводящих материалов и энергетических дозировок, а также определения баллистических характеристик первого в мире электрического ракетного двигателя (ЭРД) электротермического типа Глушко и поручил мне, выполнив обещание дать увлекательную работу.
Доказав практическую возможность работы ЭРД с частотой взрывов подаваемых в его камеру металлических проводников до 25 Гц, Глушко нуждался теперь в его инженерной доработке. Новая испытательная установка была создана из разных комплектующих элементов, в основном — от рентгеновской аппаратуры, выпускаемой заводом «Буревестник». Используемые для выпрямления тока вакуумные кенотроны изготовлял завод (ныне НПО) «Светлана».
Установка позволяла получать энергетические дозы в виде электрических импульсов с крутым фронтом (порядка нескольких микросекунд) и амплитудой до 100000 В. Существо происходящего при этом процесса Глушко описал в своей дипломной работе следующим образом: «В рассматриваемом случае взрыв (испытуемого материала. — В. С.) происходит вследствие быстрого перехода вещества из твердого состояния в газообразное, то есть вследствие чисто физических причин, без изменения химической структуры участвующего во взрыве вещества».
Пульт управления ЭРД (макет)
Позднее Глушко детально исследовал проблему выбора вещества. Чем больше его атомный вес, тем выше температура взрыва. Железо, медь, никель дают температуру в 3,5 раза меньшую, чем свинец, ртуть, вольфрам. В ЭРД выгодно получать с единицы массы рабочего вещества возможно больший объем газообразных продуктов при той же температуре. Чем легче атомы, тем больший объем они и займут при меньшем нагреве, что удлиняет срок службы камеры сгорания. Каждый материал дает и свою скорость истечения продуктов его взрыва. Например, железо с температурой плавления 2450 °C имеет минимальную скорость истечения 4580 м/с.
Первый в мире ЭРД и «гелиоракетоплан» конструкции В. П. Глушко (макеты).
Восемнадцатого апреля 1929 г. Глушко направляет свою работу по ЭРД как авторскую заявку в Комитет по делам изобретений. Экспертизу проводили такие крупные ученые, как профессор М. В. Шулейкин (1884–1939) и Н. И. Тихомиров. Заявка была одобрена, и Тихомиров написал в своем заключении «о повелительной необходимости безотлагательно приступить к опытным работам». В результате этой экспертизы Глушко и был направлен (по сути дела непосредственно со студенческой скамьи) в ГДЛ, где был назначен начальником отдела электрических и жидкостных ракет. Он намеревался использовать ЭРД в качестве двигателей предложенного им космического аппарата — «гелиоракетоплана», где питающие солнечные батареи размещались в плоскости круга с центром — батареей ЭРД.
Следует подчеркнуть, что этим изобретением Глушко более чем на три десятилетия опередил ученых Запада. Впоследствии в качестве рабочего вещества в ЭРД использовались потоки плазмы или ионов, ускоряемых электромагнитным или электрическим полями. В нашей стране такие ЭРД были установлены на автоматической межпланетной станции «Зонд-2» (шесть плазменных двигателей) и на космическом корабле «Восход-1» (ионные двигатели), стартовавших в 1964 г. Работали ЭРД в составе навигационных систем этих космических аппаратов для коррекции траектории их полета. В 1966 г. ЭРД устанавливались на советской автоматической ионосферной лаборатории «Янтарь-1». Одной из задач полета являлось исследование взаимодействия реактивной струи ЭРД с плазмой ионосферы.
В США Национальным управлением по исследованию космического пространства (НАСА) в 1970 г. был впервые испытан экспериментальный ртутный ионный ЭРД 5ЕНТ, продемонстрировавший огромную работоспособность, что позволило НАСА рассматривать этот двигатель как перспективный для обеспечения дальних космических полетов. В ФРГ был разработан ЭРД НЬТ-10 массой без оснастки 1300 г, а с оснасткой — 18,2 кг. Потребляя мощность 3600 Вт при тяге 1 мГ, он обладал большим удельным импульсом (отношением тяги, развиваемой двигателем, к секундному расходу топлива) — 3100 с, что значительно превышало по этой важнейшей характеристике экономичности возможности ракетных двигателей других типов. Интерес к разработке ЭРД за рубежом усиливает значение отечественного приоритета в этой области. Если в настоящее время ЭРД находят применение только в навигационных системах космических аппаратов, то в обозримом будущем они смогут выполнять и функции маршевых двигателей, причем это почти единственно пригодные двигатели для сверхдальних полетов, например за пределы нашей Галактики.
Малая тяга ЭРД исключает возможность использования их в пределах зоны сильного гравитационного притяжения, т. е. на поверхности Земли, поэтому Глушко хотя и предсказал им большое будущее при работе в космическом пространстве, прекратил на время доработку ЭРД и сосредоточил внимание на создании мощных ракетных двигателей на жидкостном топливе (ЖРД), позволяющих преодолеть зону гравитации и проникнуть в космос, где ЭРД станут эффективными.
* * *
Первый отечественный жидкостный ракетный двигатель ОРМ-1
Первый из ЖРД, называвшихся в ту пору «опытными ракетными моторами» (ОРМ), был создан в 1930–1931 гг. и работал на унитарном топливе — растворах толуола или бензина в азотном тетроксиде. Это был чисто экспериментальный двигатель, на котором отрабатывались безопасность работы, термозащита камеры сгорания и сопла, зажигание топлива, измерение тяги и др. (Последняя достигла 6 кГ.) Этот двигатель можно считать прародителем всех ЖРД, используемых ныне.
Вслед за ОРМ был построен ОРМ-1, при создании которого был учтен опыт работы с первым двигателем. ОРМ-1 предназначался для кратковременной работы на жидких топливах. При использовании смеси бензина с жидким кислородом двигатель развивал тягу уже в 20 кГ. Внутренняя поверхность камеры сгорания и сопл планкировалась красной медью, а медные поверхности шести струйных форсунок были позолочены для усиления коррозийной стойкости. Двигатель охлаждала водяная рубашка. Компоненты топлива подавались сжатым азотом, а зажигание осуществлялось с помощью бикфордова шнура.
В 1933 г. прошел стендовые сдаточные испытания уже ОРМ-50.Он работал на азотнокислотнокеросиновом топливе и обеспечивал многократный пуск. Охлаждение было не статическим, как у ОРМ-1, а динамическим — компонентами топлива и с оребрением сопла. Зажигание — химическое. В том же году успешно прошел сдаточные испытания и ОРМ-52, предназначенный для морских торпед. Его тяга достигала 300 кГ.
Двигатель ОРМ-65
Лучшим отечественным ЖРД той поры был ОРМ-65 с регулируемой в полете — от 50 до 175 кГ — тягой. Он предназначался для ракетоплана РП-318 и крылатой ракеты 212 конструкции С. П. Королева. Но мне не довелось быть свидетелем его испытаний, проводившихся уже в 1936 г. Подача топлива в новых ОРМ осуществлялась не сжатым азотом, а чистым нейтральным газом, вырабатываемым специально разработанным Глушко газогенератором.
