Ракетный бум ХХ века

В России же наступала эпоха великих потрясений, и было не до романтических полетов на Марс. Самой большой державе на планете надо было как-то выживать. В 1904–1905 годах произошла Русско-японская война и Россия её проиграла.

Затем Первая русская революция 1905–1907 годов. Вскоре началась Первая мировая война 1914–1918 годов, Россия, увы, оказалась не в рядах победителей. При этом экономический и политический кризис вызвал в России Февральскую революцию 1917 года. За ней последовала Великая Октябрьская социалистическая революция 1917 года, которая плавно переросла в Гражданскую войну. В Центральной России боевые действия велись в 1917-1923 годах, в Средней Азии продолжалась до 1932 года.

В конечном счете работы А.П. Фёдорова и К.Э. Циолковского остались не известны ни в России, ни за её пределами. Поэтому не оказали ни теоретического, ни практического влияния на развитие мировой ракетно-космической техники. Сегодня они остаются всего лишь историческими фактами, подтверждающими тезис М.В. Ломоносова, изложенный им в «Оде на день восшествия на престол Ее величества государыни императрицы Елисаветы Петровны 1748 года»:

Что может собственных Платонов
И быстрых разумом Невтонов
Российская земля рождать.

Глава 5. Пионеры космических путешествий

Двадцатый век начался с великого мирового потрясения – Первой мировой войны. В очередной раз у немцев проснулся аппетит на природные ресурсы земель Российских. Однако, как уже бывало не раз, например в 1243 году, немцы дошли до Чудского озера и, столкнувшись с дружиной князя Александра Невского, успокоились в нем навсегда. В 1268 году они потерпели сокрушительное поражение от русского войска в битве при Раковоре, место в современной Эстонии.

В ходе Семилетней войны 1756–1763 годов, которую вели Россия с Пруссией, русская армия завоевала Кёнигсберг, и перед ней капитулировал Берлин. Традиционно и в Первой мировой войне Германия потерпела очередное поражение. Но потрясения для немецкого народа на этом не закончились. 9 ноября 1918 года император Германии Вильгельм II отрекся от престола. Далее события развивались динамично – 19 января 1919 года состоялись выборы Учредительного собрания. На первом заседании, состоявшемся в городе Веймар 6 февраля 1919 года, была провозглашена президентско-парламентская республика во главе с рейхспрезидентом Фридрихом Эбертом, и Германия стала Веймарской республикой.

Затем в Версале 28 июня 1919 года между союзными державами и Веймарской республикой был подписан мирный договор. Согласно этому договору, Германия лишилась всех прав на свои заморские колонии. Австрия вышла из состава Германии, став самостоятельным государством. Суверенными стали Бельгия, Великое Герцогство Люксембургское, Чехословакия, Польша.

Самое страшное для воинственной нации было практическое уничтожение вооруженных сил Германии – демобилизация всего личного состава всех родов войск. Полностью запрещены военно-воздушные силы, бронетанковые войска, зенитная, противотанковая и крупнокалиберная артиллерия, запрещено иметь Генеральный штаб. Военно-морскому флоту запрещалось иметь подводные лодки и корабли водоизмещением более шести тысяч тонн. Запрещалось производство, ввоз и вывоз любого вооружения, снаряжения и всякого рода военных материалов.

Численность вооруженных сил Веймарской республики – рейхсвера должна быть не более ста тысяч человек, перед Первой мировой войной немецкая армия насчитывала три миллиона восемьсот двадцать две тысячи человек. Согласно договору, на вооружении, кроме стрелкового оружия, могли находиться всего лишь 204 пушки калибра 77 мм и 84 гаубицы калибра 105 мм. Было определено фиксированное количество снарядов: по тысяче на каждое полевое орудие и по восемьсот на каждую гаубицу. С такой армией и огневой мощью начинать новые войны немыслимо. Рейхсвер должен был выполнять функции пограничной полиции и предназначен исключительно для поддержания порядка внутри Веймарской республики.

Из 34 000 офицеров, служивших в армии, было уволено 30 000. Естественно, что в условиях ограничений, наложенных Версальским договором, руководители Военного министерства отобрали для прохождения дальнейшей службы лучшие умы офицерского корпуса. Идея реванша витала в воздухе и стимулировала немецкую военную мысль на поиск новых видов оружия в обход требований Версальского договора. Здесь необходимо отметить, что в Версальском договоре изготовление, хранение и применение ракет как боеприпасов не рассматривалось.

При этом руководству Рейхсвера был известен опыт, полученный в 1916–1917 годах, применения пороховых ракет, запускаемых с истребителей для уничтожения привязных аэростатов наблюдения, с обеих воюющих сторон. Первым немецким летчиком, запустившим со своего самолета изготовленные им самим небольшие пороховые ракеты, был офицер Рудольф Небель.

Выпускник Мюнхенского технического университета, после увольнения из рейхсвера он не утратил интерес к ракетам. Под влиянием ряда научно-фантастических романов таких авторов, как Камилл Фламарион, Жюль Верн, Герберт Уэллс и многих других, Рудольф Небель увлекся идеей межпланетных путешествий. Экспериментируя с пороховыми ракетами, он находит единомышленников. Результаты своих работ они публикуют в средствах массовой информации.

Другой романтик, профессор-физик Герман Оберт, в июне 1923 года издаёт книгу, которая называлась «Die Rakete zu den Planetenr?umen» – «Ракета для межпланетного пространства». Небольшая биографическая справка. Герман Юлиус Оберт родился 25 июня 1894 года в Австро-Венгерской империи городе Херманштадт. В начале Первой мировой войны был призван на военную службу. После серьезного ранения на фронте, находясь в госпитале на излечении, в 1917 году создает проект баллистической ракеты. Вполне естественно, что ракета имела военное назначение. При длине 25 метров и диаметре 5 метров она должна была нести 10 тонн взрывчатки.

В качестве топлива предлагались спирт и жидкий воздух. В головной части ракеты, кроме заряда взрывчатого вещества, помещалось автоматическое устройство для управления полетом, использующее гироскоп, измеритель ускорения, показания которого дважды интегрировались электромеханическими устройствами, которые позволяли судить о скорости полета и пройденном пути. Для управления угловым положением ракеты сигналы, снимавшиеся с гироскопа, преобразовывались в команды поворота рулей, установленных в хвостовой части ракеты.

Подача топлива в камеры сгорания двигателей осуществлялась специальными насосами. Для приведения в действие их и небольшого электрогенератора, обеспечивающего бортовое питание электроэнергией, на ракете предусматривался газогенератор, работавший на тех же компонентах, что и основные ракетные двигатели. Для охлаждения камеры сгорания двигателей предполагалось использовать охлажденный спирт, который затем, уже подогретым, поступал в камеру сгорания.

Небольшое отступление: знаменитая ракета Фау-2 не только походила по внешнему виду на проект ракеты Г. Оберта 1917 года, но и воспроизводила её общую структуру. Причём управление современными ракетами в основе повторяет описанную Обертом схему, в них тоже исходную информацию дают гироскопические устройства и датчики ускорения. Конструкцию ракеты Оберта 1917 года по научно-технической значимости можно сравнить с законом Архимеда, который был открыт в 212 году до нашей эры, но им успешно пользуются кораблестроители и в двадцать первом столетии.

После окончания Первой мировой войны Германская империя и Австро-Венгерская империя распались. Город, в котором родился Оберт, оказался на территории Румынии. Таким образом, Герман Юлиус Оберт, его семья и родители стали её гражданами.

С помощью германского консула, свой проект ракеты Г. Оберт из Румынии отправил в Военное министерство Германской империи. Через полгода он получил ответ, цитирую академика Б.В. Раушенбаха: «Некий майор, который ведал ракетными делами в кайзеровской армии, говоря точнее – осветительными и сигнальными ракетами, написал в своем заключении что, как показывает опыт, ракеты не в состоянии преодолевать расстояния, превышающие 7 км. Более того, он сообщил, что не следует ожидать заметного увеличения этого расстояния и в будущем» [114]. Полученный отзыв огорчил Оберта, но не ослабил его устремлений в космическое пространство.

Он с большей энергией занялся разработкой невиданных доселе конструкций ракет с двигателями на жидком топливе, но уже не для военных целей, а для полетов в космическое пространство. В последующие годы он создает целую серию проектов космических кораблей, в основе которых лежат многочисленные и подробные расчеты.

На основе своих теоретических исследований и проектных разработок Г. Оберт оформляет диссертацию на соискание ученой степени. В рукописи, представленной Г. Обертом Ученому совету Гейдельбергского университета в 1921 году, не было единой концепции, которая бы отвечала требованиям, предъявляемым к диссертациям по специальности либо астрономия, либо физика. Поэтому диссертация не была принята даже к рассмотрению. О ракетно-космической науке ученый мир того времени не имел никакого представления. Однако выдающийся астроном Максимилиан Франц Йозеф Корнелиус Вольф, профессор Гейдельбергского университета, по достоинству оценил новизну работы Г. Оберта и посоветовал издать ее в виде книги.

В июне 1923 года выходит из печати книга Германа Оберта, которая называлась «Ракета в космическое пространство». Об этой книге, через 70 лет после первого выхода её в свет, один из основоположников советской космонавтики академик АН СССР Борис Викторович Раушенбах в 1993 году напишет в своей монографии [114], посвященной Г. Оберту:

«Книга Оберта 1923 г. была первой в мировой литературе, в которой с такой полнотой и научной добросовестностью была показана техническая реальность создания больших жидкостных ракет и обсуждены возможные ближайшие цели их практического использования. Особый интерес возбуждают очень детально проработанные чертежи ракет, ничего похожего в те годы у других пионеров космонавтики обнаружить нельзя».

Книга объемом 92 страницы была разбита на три части. В ней в весьма сжатом изложении было дано всестороннее обоснование будущей ракетно-космической техники.

В первой части изложена теория жидкостного ракетного двигателя. Впервые описан способ охлаждения стенок камеры сгорания горючим, испаряя его и направляя пары в камеру сгорания вдоль стенок камеры, чтобы защитить их от прямого контакта с сильно нагретыми продуктами сгорания.

Во второй части книги описание конструкции ракеты сопровождается подробными чертежами двухступенчатой ракеты. Приводится описание работы основных элементов ракеты, оно сопровождается большим количеством численных данных, позволяющих судить о реальности проекта.

В качестве топлива предусмотрен раствор спирта с водой и жидкий кислород для первой ступени ракеты, жидкие водород и кислород – для второй ступени. Добавка к спирту воды должна была понизить температуру сгорания и тем самым облегчить проблему охлаждения внутренних стенок ракетного двигателя.

Расчетами было показано, что может оказаться полезным предварительный разгон ракеты. В этом случае она становится трехступенчатой. Можно взять и большее число ступеней, тогда ракета будет способна развить космические скорости.

В третьей части подробно обсуждается проблема воздействий на человека перегрузок и невесомости, дается чертеж центрифуги для физиологических исследований и тренировки космонавтов. Особый параграф посвящен опасностям ракетного полета и выходов из нештатных ситуаций. Рассмотрен выход через шлюз в открытый космос – «наблюдатели, одевшись в особые водолазные костюмы, смогут из своей кабины вылезать через двойную дверку в свободное мировое пространство, оставаясь связанными с ракетой канатом».

В этой же части даны оценки времени, необходимого для создания ракеты и требуемых для этого средств. Что касается времени, то Г. Оберт вполне объективен – он считал, что всё описанное вряд ли осуществится в ближайшие десять лет.

Однако, рассматривая практическое применение ракет, он пишет, что, находясь на орбите, ракета может стать стартовой площадкой для других ракет, которые будут курсировать между нею и Землей. Оснастив спутник зеркалом, он предлагает направлять солнечные лучи на Землю, чтобы плавить приполярные льды с целью увеличения посевных площадей сельскохозяйственных угодий. Романтик, он жил в послевоенной полуголодной Европе.

Темп любительского ракетостроения нарастал. В 1925 г. инженер из Эссена Вальтер Гоман опубликовал книгу о траекториях полета ракет в межпланетном пространстве. За ней последовали статьи Макса Валье о полётах в космос: «Из Берлина в Нью-Йорк за один час», «Смелое путешествие на Марс» и другие.

В начале 1927 года Иоганнес Винклер основал журнал «Ракета» и совместно с Максом Валье организовал «Spaceflight Club» (AFR) – «Клуб космических полетов», в котором собирались энтузиасты аэрокосмических полетов для обсуждения своих идей. Экспериментальные работы, как и публикацию научных статей по ракетной тематике, энтузиасты производили на собственные денежные средства. Вполне понятно, как охлаждал пыл романтиков космоса дефицит финансов.

Поэтому, исходя из того, что труд коллектива более продуктивен, чем труд одиночек, журналист Вилли Лей предложил придать клубу AFR более массовый характер, расширить круг его участников. Идея попала на благодатную почву, и 5 июля 1927 года состоялось собрание. Учредителями нового сообщества стали: Иоганнес Винклер, Герман Оберт, Рудольф Небель, Макс Валье, Вилли Лей, Вальтер Гоман, Гвидо Пирке, Герман Поточник, Клаус Ридель, Рольф Энгель, впоследствии каждый из них вписал свою страницу в историю формирования мировой космонавтики.

Новой общественной структурой ракетчиков-любителей стало «Verein fuer Raumschiffahrt», в переводе «Общество космических путешествий». Первым председателем Общества был избран Иоганнес Винклер [171].

В 1928 году Комитет Астрономического общества Франции по присуждению премии «Эсно-Пельтри-Гирша» присудил члену этого общества, Герману Юлиусу Оберту, премию за представленную рукопись. Премия позволила ему опубликовать в 1929 году книгу «Wege zur Raumschiffahrt» – «Пути к звёздоплаванию», объемом в 423 страницы, то есть в четыре раза больше, чем книга, которую он издал в 1923 году. Основной причиной увеличения объема книги явились новые результаты, полученные Обертом за пять лет, прошедших между первым и третьим изданием книги.

Главным достижением Оберта в разделе динамики ракет следует считать предложенную им синергическую траекторию подъема и разгона космической ракеты. Никто до него не рассматривал столь тщательно вопроса об оптимальных траекториях космических ракет, стартующих с Земли и переходящих на заданную космическую орбиту.

Основная идея полета по синергической траектории заключена в горизонтальном, без удаления от Земли, разгоне. Космический полет начинается с достижения круговой скорости в атмосфере, создающей большое воздушное сопротивление. Поэтому вначале выгодно, не слишком разгоняясь, поднять ракету за пределы атмосферы и уже там начать основной разгон. При этом взлетать следует в направлении на восток, чтобы добавить к горизонтальной скорости ракеты скорость вращения Земли. Эта идея оказалась чрезвычайно плодотворной. И сегодня все космические ракеты взлетают и разгоняются, следуя этой схеме.

В книге приведены формулы для расчета движения по всей синергической траектории. Оберт показывает, что при разгоне до второй космической скорости использование предложенной им траектории дает по сравнению с вертикальным подъемом экономию топлива, которого хватило бы на дополнительный разгон в космическом пространстве на 1–2 километра в секунду. А это очень большая экономия и топлива, и окислителя.

Проблема возвращения космического аппарата к Земле и его спуск на ее поверхность тоже занимает достойное место в книге.

Целая глава книги посвящена вопросам стабилизации полета ракеты.

Описывается задача автоматического управления полетом ракет и соответствующие приборы управления: два свободных гироскопа и три датчика ускорений, измеряющие не только осевое ускорение, но и две ортогональные боковые составляющие. На основе обработки этих измерений появляется возможность определять с нужной точностью движение центра масс ракеты. В качестве исполнительных органов предлагаются газовые рули. Обсуждаются опасности межпланетного полета – различные излучения в космическом пространстве, метеоритная опасность; предлагается скафандр для выходов в открытый космос.

В последней главе книги рассматривается возможность создания электрического космического корабля. Предлагается получать реактивную силу за счет разгона ионизированных молекул до скоростей порядка 10–40 километров в секунду. Причем большие скорости истечения способствуют снижению расхода массы. В космосе масса «дороже» энергии, так как запасы массы невосполнимы, в то время как энергию можно получить за счет излучения Солнца.

В то время полупроводниковых преобразователей солнечного света в электрическую энергию еще не существовало. Поэтому Г. Оберт предлагает зеркалами фокусировать солнечные лучи на паровом котле, пар вращает турбину, которая смонтирована на одной оси с электрогенератором. Турбина работает по замкнутому циклу – сконденсированный пар снова подается в паровой котел [114].

Результаты работ этих энтузиастов-ракетчиков не могли не попасть в сферу внимания руководства рейхсвера. Первым, кто в летающих «игрушках» романтиков межпланетных путешествий увидел потенциальное средство для нанесения ударов по стратегическим объектам в тылу противника, был Карл Хайнрих Эмиль Беккер, автор книги «Внешняя баллистика и теория движения снаряда от дула орудия до попадания в цель».

Доктор наук, профессор Высшего технического училища в Шарлоттенбурге подполковник Карл Беккер, в будущем генерал артиллерии, возглавлял Отдел баллистики и боеприпасов. Проведя анализ состояния уровня развития пороховой ракетной техники в Германии, он подготовил и направил соответствующий доклад начальнику Управления вооружений сухопутных войск генералу Курту фон Шлейхеру. С положительным отзывом тот направил доклад в следующую инстанцию.

Ознакомившись с этим докладом, министр рейхсвера (министр обороны Веймарской республики) генерал-лейтенант Карл Эдуард Вильгельм Грёнер издал приказ об изучении возможности применения реактивных и ракетных двигателей в военных целях. В соответствии с этим приказом К. Беккер в руководимом им Отделе баллистики и боеприпасов организовал рабочую группу под руководством капитана фон Горстига.

Первоначальным заданием была разработка и испытания пороховых ракет. Затем на их основе создание дешевого и простого в производстве оружия, которое могло бы уничтожать цели в отдалении до 8 километров. Что касаемо ракет на жидком топливе, предстояло сначала изучить принципы их работы, закономерности полёта и создать теорию их проектирования. Для этого предстояло провести экспериментальные работы по созданию моделей таких ракет [27].

Вилли Лей об этой ситуации напишет: «Не будет большим преувеличением сказать, что задача, поставленная отделу, была почти невыполнима. Ведь не имелось практически ничего, чем можно было бы руководствоваться. Ни один технический институт в Германии не вел работу в области ракет, не занималась этим и промышленность. Единственно известное экспериментирование с ракетами проводилось с рекламными целями. Конечно, были и отдельные изобретатели, но большинство из них хранило свои мысли в тайне и походило на сумасшедших. Сотрудник отдела баллистики капитан фон Горстиг, ведавший организационными вопросами, долго не мог найти такого изобретателя, который при значительной финансовой помощи мог бы дать какое-либо законченное изобретение» [35].