Вилли Лей - Ракеты и полеты в космос
Но к решению этой проблемы можно подойти и с другой стороны. По первому варианту проекта фон Брауна запуск ракет должен был осуществляться над океаном, что в известной степени обеспечивало спасение и повторное использование первой и второй ступени. На 9-м ежегодном конгрессе Американского ракетного общества, проводившемся, в Нью-Йорке с 30 ноября по 3 декабря 1954 года, Даррел Ромик из отдела аэрофизики фирмы «Гудиэр Эркрафт» выступил с докладом, который он подготовил совместно со своими коллегами Р. Найтом и Дж. Ван Пелтом. Этот доклад вызвал среди делегатов конгресса самую широкую дискуссию.
Проект, изложенный в этом докладе, был сразу же назван «планом Ромика». Предполагалось, что основная ракета будет, как и у фон Брауна, трехступенчатой, но каждая ступень будет иметь крылья и управляться пилотом. Пуск ракет планировался с суши, например с испытательного полигона в Уайт Сэндз, причем все ступени были приспособлены для совершения посадки. Стартуя с полигона в Уайт Сэндз, первая ступень приземлялась в 500 км к востоку от стартовой позиции в намеченном заранее районе, где для этого должна была быть построена посадочная полоса. Вторая ступень совершала посадку в районе Нового Орлеана; третья ступень, разумеется, выходила на орбиту.
Таким образом «план Ромика» предусматривал безопасное возвращение на Землю первых двух ступеней. Затем предлагалось, чтобы после приземления первая и вторая ступени возвращались на свою базу как обычные реактивные самолеты, для чего к их крыльям должны были подвешиваться на пилонах гондолы с реактивными двигателями, применяемыми на бомбардировщиках В-47. Это остроумное предложение вполне обеспечивало спасение первых ступеней, но увеличивало стартовый вес трехступенчатой ракеты на 2000 т.
Много соображений было высказано учеными и по поводу предложения фон Брауна выбрать для движения космической станции орбиту, удаленную от Земли на 1720 км, что соответствовало бы двухчасовому периоду обращения станции. Такое расстояние давало возможность производить фотографирование на один кадр большей части видимой земной поверхности и расходовать топлива не больше, чем его нужно было бы для вывода беспилотных спутников на низкие орбиты.
Так как инженерная мысль была сосредоточена в эту пору главным образом на пилотируемых ракетах, у ряда специалистов-ракетчиков возникла идея использования космического пространства для установления быстрейшей связи между двумя пунктами на земле. Эту же проблему решали и люди, в чью обязанность входило думать о межконтинентальных баллистических ракетах.
Первым, кто сказал, что пилотируемые ракеты можно использовать для пассажирских перевозок, был доктор Цзян, который в то время (1949 год) был профессором Калифорнийского технологического института, а позднее вернулся в Китай. Доктор Цзян выразил свою идею простой диаграммой, приведенной на рис. 70.
Рис. 70. Полет космической ракеты из Лос-Анжелеса в Нью-Йорк.
Ракета со стартовым весом 50 т, утверждал Цзян, должна иметь почти вертикальный старт. Через 150 секунд, на высоте 160 км, намечалась отсечка двигателя. Вершина «невозмущенного эллипса», то есть наивысшего участка траектории полета, должна была лежать на высоте 480 км над уровнем моря на расстоянии по горизонтали, вдвое превышающем эту высоту. Крылатая ракета входила бы в плотные слои атмосферы через 15 минут после старта, иначе говоря, покрыв расстояние по горизонту в 1920 км. Доктор Цзян считал, что аэродинамическое равновесие для крылатой ракеты при данной скорости наступит на высоте 43 км, после чего ракета начнет планирование, которое даст возможность ракете пролететь еще 2880 км. Посадочная скорость будет составлять 240 км/час. Весь полет, скажем от Нью-Йорка до Лос-Анжелеса, будет продолжаться не более часа, что позволит ракете прибыть в Лос-Анжелес на несколько часов раньше своего старта (по местному времени). На рис. 70 изображена траектория такого полета, но только в обратном направлении.
Предложение Цзяна было детально проанализировано сотрудником полигона в Уайт Сэндз Гарри Стайном в его докладе, прочитанном на 11-м ежегодном конгрессе Американского ракетного общества в Нью-Йорке (26—29 ноября 1956 года). Много было сделано в последующие годы для того, чтобы корабль стал легче. Полезная нагрузка, включая пилота, приборы, систему охлаждения, кислородную аппаратуру и прочее, была доведена до 660 кг; корпус самой ракеты весил по проекту 9320 кг, топливо - 13600 кг(жидкий кислород) и 5900 кг(бензин), сжатый газ — 225 кг. Таким образом, стартовый вес ракеты равнялся по проекту 29500 кг. Тяга, развиваемая ракетным двигателем, должна была составить 54 000 кг, при этом предполагалось, что стартовое ускорение будет увеличиваться от 1,83g до 5,45 g в момент отсечки двигателя. Если бы ракетный корабль поднимался почти вертикально в течение всего периода работы двигателя, то есть 90 секунд, то максимальная высота подъема была бы равна 90 км. Независимо от того, стартует ли корабль почти вертикально или наклонно, на определенном участке пассажиры испытывают в течение примерно 6 минут состояние невесомости.
Много думали о создании ракетного пассажирского корабля для путешествий на большие расстояния с использованием космического пространства и такие специалисты, как доктор Дорнбергер и К. А. Эрике (бывший сотрудник центра в Пенемюнде, долго работавший после войны вместе с Дорнбергером в фирме «Белл Эркрафт»). Результатом их работы был двухступенчатый ракетный корабль. Обе ступени представляли собой соединенные параллельно друг с другом пилотируемые ракеты с дельтавидными крыльями, причем пассажиры должны были размещаться во второй ступени (рис. 71).
Рис. 71. Пассажирский ракетный корабль Дорнбергера.
При старте одновременно включаются все ракетные установки - пять в нижней ступени и три в верхней. Три двигателя верхней ступени первое время питаются топливом из баков нижней ступени, таким образом дополнительная тяга достигается без увеличения стартового веса. Отделение ступеней происходит через 130 секунд после старта; нижняя ступень совершает посадку, а верхняя - продолжает полет. Наибольшее ускорение (3,5 g) корабль испытывает при достижении максимальной скорости—13500 км/час, однако все пассажиры должны выдерживать его даже без предварительной тренировки. В условиях невесомости для удобства пассажиров один двигатель продолжает работать на полную мощность для того, чтобы обеспечить ускорение в 0, 25 g. Максимальная высота полета составляет 44 км, а продолжительность - 75 минут.
В инженерном понимании космическая ракета ни в коем случае не является одноцелевым средством. Выше мы уже говорили о том, что космические ракеты могут использоваться для дальних перелетов, для перевозки пассажиров, а также в качестве беспилотных грузоносителей, последняя ступень которых остается в космосе для возможного последующего использования. Космической ракетой может быть названо и «космическое такси». И наконец, космической ракетой, или кораблем, явится такой корабль, который уйдет от Земли к другим планетам.
Однако если в ближайшие годы не будет открыт какой-либо совершенно новый принцип движения, то с пуском космического корабля последнего типа придется подождать, пока не будет создан и введен в действие внешний космичекий порт. Первым полетом такого корабля будет, конечно, полет вокруг Луны, главным образом с целью фотографирования ее с близкого расстояния. Несмотря на то, что на борту этого корабля будут находиться люди, его полет будет управляться по положению в пространстве, скорости и направлению движения персоналом и приборами внешней космической станции и в случае необходимости корректироваться счетно-решающим устройством с Земли. Первое путешествие в другой мир будет осуществлено без посадки, а поскольку кораблю не придется встречаться с какой-либо атмосферой, он не будет похож ни на какой другой корабль. Его топливные баки с метеорными амортизаторами вокруг них, ракетные двигатели, подвешенные снаружи, пассажирская кабина, защищенная метеорным амортизатором, и все прочие агрегаты будут укреплены на раскосной ферме без какой-либо внешней оболочки. Для глаза, привыкшего к земным условиям, такой корабль будет казаться просто недостроенным, но специалисту это не представится удивительным, тем более , что нет никакой необходимости расходовать топливо на доставку в космос, к месту сборки корабля, совершенно ненужной и тяжелой металлической обшивки.
Путешествие вокруг Луны при старте с космической станции займет десять дней. Одной из многих его целей будет определение подходящего места для высадки последующей экспедиции на Луне. Существует несколько разных мнений относительно состава первой лунной экспедиции. Одни утверждают, что это должна быть малочисленная экспедиция, надежно защищенная от любых вредных влияний чужого мира. Психологи считают, например, что вполне достаточным будет экипаж из трех человек. В отличие от них фон Браун говорит, что экспедиция должна включать несколько десятков специалистов в самых различных областях знаний; только такая экспедиция сможет собрать достаточные сведения о Луне, которые позволят решить, что делать дальше. Может случиться так, что Луна представит для исследователей столь незначительный интерес, что первый же полет на нее будет последним, по крайней мере до тех пор, пока не будут созданы условия для создания «лунной обсерватории» и «лунной космической базы». Для астрономов, например, идея создания обсерватории на Луне должна быть исключительно привлекательной, так как она позволяет избежать той никогда не прекращающейся борьбы, которую астрономы ведут на Земле с плотной и капризной атмосферой.
