Вилли Лей - Ракеты и полеты в космос
Деятельность экспериментальной станции «Куммерсдорф — Запад» началась с постройки здания для испытательного стенда, где можно было бы получать полезные научные данные. В «Ракетенфлюгплатц» все аналитические работы ограничивались только измерениями тяги и продолжительности работы двигателя. Давление газа в топливных баках, то есть начальное давление, было известно, а расход топлива устанавливался приблизительно путем подачи в баки определенного количества топлива. Затем по формуле Р=с .dm/dt , где Р-тяга двигателя, с—эффективная скорость истечения и — dm/dt- секундный расход топлива, рассчитывалась скорость истечения продуктов сгорания. Новый испытательный стенд отдела баллистики предназначался для определения всех предполагаемых параметров.
Строительство стенда было закончено в декабре 1932 года, и на нем сразу же был установлен двигатель, подлежавший испытанию. Однако первая попытка окончилась неудачей; двигатель взорвался. Последовал полный разочарований год тяжелой работы: ракетные двигатели прогорали в критических точках; пламя факела шло в обратном направлении и воспламеняло топливные форсунки; встречались большие механические трудности. Но между этими неудачами случались и успешные испытательные запуски, которые показывали, что данную ракету можно заставить работать. Наконец в 1933 году наступило время проектирования полноразмерной ракеты. Условно она была названа «Агрегат № 1», или А-1.
Дорнбергер считал, что ракета должна стабилизироваться вращением. Поэтому было решено создавать ракету с вращающейся боевой частью и невращающимися баками. В ракете А-1 вращающаяся секция весом 38,5 кг помещалась в носовой части длиной 1402 мм и диаметром 305 мм. Около 38,5 кг топлива должно было подаваться под давлением сжатого азота из топливных баков в камеру сгорания двигателя, развивавшего тягу порядка 295 кг. Камера сгорания в хвостовой части ракеты была встроена в бак с горючим. Вращающаяся часть, изготовленная по типу ротора трехфазного электромотора, должна была раскручиваться до максимальной скорости перед запуском. Ракету А-1 предполагалось запускать вертикально с пусковой направляющей высотой в несколько метров.
Эта схема напоминала собой конструкцию, которую за 60 лет до этого пробовали применить в морской торпеде, не имевшей ракетного двигателя. Согласно первому проекту стартовый вес ракеты А-1 составлял 150 кг. Соответственно этому был разработан и двигатель, но в процессе его доводки и работы над аэродинамической формой ракеты тяга этого двигателя была увеличена до 1000 кг. Для такого двигателя, разумеется, была нужна и новая ракета с более вместительными баками. Это означало, что нужен новый испытательный стенд, так как старый оказался для нового двигателя слишком мал.
К декабрю 1934 года были изготовлены две новые ракеты типа А-2, названные в шутку «Макс» и «Мориц». Обе они были перевезены на остров Боркум в Северном море и запущены незадолго до рождественских праздников. Они поднялись на высоту 2000 м, причем тяга обеспечивалась не новым, а старым 300-кг двигателем.
Следующая ракета была названа А-3. Кроме ее названия, мне известно только то, что территория испытательной станции в Куммерсдорфе оказалась недостаточной для обеспечения новых работ. Необходимо было сменить место, и после недолгих поисков фон Браун нашел его. Этим местом стал остров Узедом на Балтике, расположенный недалеко от устья реки Пене.
К этому времени уже был спроектирован, построен, испытан и окончательно доработан новый двигатель с тягой 1500 кг. В марте 1936 года генерал Фрич приехал в Куммерсдорф и, увидев воочию работу экспериментальной станции, дал новые ассигнования. Затем в это дело каким-то образом вмешалось министерство авиации, и в апреле 1936 года у генерала Кессельринга состоялось совещание, результатом которого явилось решение создать новую испытательную станцию. В тот же день советник министерства авиации выехал в город Вольгаст, муниципалитету которого принадлежала территория Пенемюнде, и сообщил о том, что купил ее. Хотя новая станция и получила название армейской экспериментальной станции «Пенемюнде», однако фактически равноправными хозяевами ее были сухопутная армия и ВВС. Армейцам отводилась лесистая часть острова восточное озера Кёльпин, ее назвали «Пенемюнде—Восток»; представители ВВС облюбовали себе пологий участок местности к северу от озера, где можно было построить аэродром, эта часть получила название «Пенемюнде — Запад». Станция «Пенемюнде — Восток» находилась в подчинении Управления вооружений сухопутных войск, а «Пенемюнде — Запад» — в ведении отдела новых разработок министерства авиации. Предполагалось, что общее, то есть главным образом административное, руководство будет осуществлять один армейский офицер, но через два года, в 1939 году, эта должность была упразднена.
Рис. 35. Район Пенемюнде
В это же время было изменено и название; экспериментальный ракетный центр стал именоваться теперь «Армейское учреждение Пенемюнде», сокращенно обозначаемое НАР.
Рис. 36. Ракетная исследовательская станция Пенемюнде. Ракеты запускались с побережья острова восточное стенда VII по направлению радиолокационного луча
В то время как строился исследовательский центр в Пенемюнде, приближалась к концу и работа над ракетами А-3. Они должны были быть готовыми для запуска к осени или к зиме 1937 года. Необходима была стартовая позиция, и Дорнбергер решил, что самым подходящим местом будет остров Грейфсвальдеройе.
Ракета А-3 имела высоту 6,5 м и диаметр 70 см. Ее носовая часть была заполнена батареями; под ними размещался отсек с приборами, в число которых входили барограф и термограф с миниатюрной автоматической кинокамерой, фотографировавшей в полете их показания. Имелось также аварийное устройство отсечки топлива, действовавшее с помощью сигнала по радио. Ниже отсека с приборами был расположен бак с кислородом, внутри которого помещался меньший бак с жидким азотом. Затем шел отсек с парашютом, потом бак с горючим и, наконец, ракетный двигатель. Четыре пера хвостового стабилизатора крепились своими нижними концами к кольцу из пластмассы диаметром 254 мм. Полный стартовый вес ракеты составлял 750 кг.
Ракета А-3 была снабжена двигательной установкой с тягой 1500 кг: разработка ее началась еще в Куммерсдорфе, а закончилась уже в Пенемюнде. Как и у ракеты А-2, двигатель работал на жидком кислороде и спирте, однако баллон со сжатым азотом, который применялся для подачи топливных компонентов под давлением в ракете А-2, здесь был заменен системой, использующей жидкий азот, выпариваемый с помощью группы тепловых сопротивлений. Это позволило значительно снизить вес системы.
В ракете А-3 имелась гиростабилизированная платформа с акселерометрами для корректирования ракеты в полете по тангажу и по курсу, а также электрические сервомоторы и молибденовые газовые рули. Система наведения и управления основывалась на идеях некоего Бойкова, который в то время являлся «экспертом № 1» военно-морского флота в области корабельного гиростабилизированного оборудования для управления огнем.
Испытательные запуски трех ракет А-3 были проведены осенью 1937 года. Хотя двигательная установка работала в соответствии с расчетами, система наведения во всех трех запусках не оправдала возлагавшихся на нее надежд. Сначала причины этих неудач были не совсем понятны, так как во время лабораторных и стендовых огневых испытаний система работала хорошо. Для того чтобы избежать новых неудач, было решено разработать новые методы моделирования полета, которые позволили бы исследовать действие всех внешних параметров, влияющих на ракету, включая аэродинамическое сопротивление и силу ветра. Проверка на новом моделирующем устройстве показала, что газовые рули ракеты А-3 слишком малы, что реакция сервосистемы на сигнал управления чересчур замедленна и что датчики условий полета и ввод данных в систему управления весьма несовершенны.
Создание газовых рулей имеет длинную историю. Дело в том, что уже давно было ясно, что аэродинамические рули, устанавливаемые в воздушном потоке, не могут решить задачу регулирования направления движения ракеты на всей ее траектории. Плотность воздуха достаточна для работы аэродинамических поверхностей управления только на высоте не более 15 км. Но, поскольку предполагалось, что ракеты будут выходить из плотных слоев атмосферы, необходимо было придумать что-то еще. Для вертикального подъема можно было согласиться на установку двигателя в головной части ракеты. Принцип «носовой тяги» применял еще Годдард в своих первых ракетах; то же самое хотел сделать и Оберт в ракете для фирмы «Уфа-фильм». Этот принцип был известен и в «Ракетенфлюг-платц». Безусловно, ракета должна была лететь в направлении силы тяги двигателя. Однако никто не мог гарантировать, что тяга двигателя будет в любом случае направлена по вертикали.
