Текст книги "Секреты американской космонавтики"

Глава 7
Самолеты серии «Х»

Программа строительства экспериментальных самолетов с жидкостными ракетными двигателями (серия «X») начала осуществляться в США в 1944 году. Толчком к созданию таких аппаратов послужили сведения об аналогичных разработках в нацистской Германии, полученные американской разведкой. До сих пор ходят слухи о том, что в годы Второй мировой войны немецким авиастроителям удалось создать самолеты, которые летали быстрее скорости звука. Правда, подтверждений этому найти не удалось. Но в середине 1940-х годов эту информацию использовали те, кто мечтал о качественном скачке в развитии авиации.

Контракт на строительство опытного самолета с невиданными на тот момент летными характеристиками компания «Белл эйркрафт» получила 30 ноября 1944 года. В тексте документа машина проходила под индексом МХ-524. Потом ее переименовали в МХ-1, затем в XS-1, и, наконец, она получила то обозначение, которое вошло в историю авиации и космонавтики – Х-1.

Основные технические параметры самолета были сформулированы специалистами Национального консультативного совета по аэронавтике (НАКА), предшественника Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА). Финансирование проекта осуществлялось из средств ВВС США. В конце 1944 года под руководством конструктора Вудса началось проектирование аппарата.

Самолет Х-1 представлял собой среднеплан длиной 9,45 метра, высотой 3,26 метра и с взлетной массой чуть более 6 тонн. Так как самолет рассчитывался на максимальную скорость около 2720 километров в час, то основное внимание конструкторы уделили аэродинамическому проектированию фюзеляжа. Планер самолета был рассчитан на перегрузки от +18 до -10 единиц.

Основной целью программы Х-1 являлось достижение сверхзвуковой скорости и изучение условий полета с большими числами Маха на больших высотах. Первый образец гиперзвукового самолета был готов к январю 1946 года. Вскоре начались летные испытания аппарата.

Программу испытательных полетов реализовывали в несколько этапов. На первом отрабатывались летные характеристики планера. Не оснащенный двигателем Х-1 на скорости 240 километров в час сбрасывали с бомбардировщика В-29. Далее аппарат планировал и приземлялся на аэродроме.

На втором этапе испытаний Х-1 поднимался в воздух при помощи собственного ракетного двигателя XLR-11 производства компании «Риэкшн Моторс» тягой 2,7 тонны. Первый такой полет осуществил 9 декабря 1946 года летчик-испытатель Чалмерс Гудлин. К двадцатому полету удалось вплотную приблизиться к скорости звука, а 14 октября 1947 года Х-1, пилотируемый Чарльзом Йегером, впервые в мире превысил скорость звука.

После этого были осуществлены десятки полетов. Многие из них происходили на скоростях, превышающих звуковую.

В 1951 году программа Х-1 вступила в новую фазу – начались работы по созданию ракетоплана Х-1А, представлявшего собой усовершенствованный вариант Х-1, который предназначался для исследований с еще большими скоростями. Для этого конструкторам пришлось увеличить запас топлива на 2680 килограммов и продлить время работы двигательной установки при максимальной тяге до 4,2 минуты. Конструктивно это привело к удлинению фюзеляжа на 1,4 метра. В целях повышения безопасности на период испытаний самолета жидкий кислород заменили раствором перекиси водорода.

Летные испытания Х-1А были начаты в апреле 1953 года. Во время десятого полета (12 декабря 1953 года) аппарат, пилотируемый все тем же Чарльзом Йегером, достиг скорости 2,3 Маха. То есть в 2,3 раза превысил звуковую скорость. Планировалось развить еще большую скорость, но сделать это не удалось из-за проблем с двигателем. И все равно это было наивысшее достижение того времени.

На Х-1А удалось установить и рекорд высоты. 26 августа 1954 года пилоту Артуру Мюррею удалось подняться над поверхностью Земли на 27 584 метра.

Всего в рамках программы Х-1 было построено шесть машин. Из них три аппарата были потеряны в результате летных происшествий.

22 августа 1951 года во время заправки произошел взрыв двигателя X-1D, который в тот момент еще находился в бомбовом отсеке самолета-носителя В-50. Взрывной волной аппарат был выброшен за борт и упал на землю, превратившись в груду искореженного металла. Находившийся поблизости летчик-испытатель Фрэнк Эверест, к счастью, при инциденте не пострадал.

9 ноября того же года аналогичная авария произошла при заправке топливом третьего самолета Х-1. Тогда аппарат также был выброшен за борт и разбился. Летчику-испытателю Джозефу Кеннону повезло меньше, чем Эвересту тремя месяцами ранее – он получил ранения.

Точно также погиб и Х-1А. Случилось это 8 августа 1955 года. В этом инциденте заправка двигателя была проведена, но отделить аппарат от самолета-носителя не успели. Летчик-испытатель Джозеф Уокер покинул кабину Х-1А и перешел на борт бомбардировщика, а испытательный аппарат пришлось сбросить вниз.

Оставшиеся экземпляры самолетов серии Х-1 после окончания программы были переданы в распоряжение музеев. Самый первый экземпляр XS-1 – можно увидеть в Вашингтоне, в Национальном музее аэронавтики и космонавтики.

Успехи, достигнутые американцами во время реализации программы Х-1, привели в дальнейшем к появлению новых программ, которые проходили под индексом «X». Так в 1952 году был построен Х-2 для исследований аэро– и термодинамических явлений на скоростях в 3 Маха. Потом появились Х-3, Х-4 и так далее.

Вершиной же программы «Х» следует признать ракетоплан Х-15, которому удалось добраться до границы атмосферы и космоса. Но об этом я расскажу в одной из следующих глав. А пока только добавлю, что программа «X» живет до сих пор. Под этим обозначением проходят все экспериментальные машины, которые НАСА создает и испытывает для собственных нужд и по заказу военных. Под этим индексом значится и экспериментальный беспилотный космический аппарат Х-37В, который успешно слетал в космос в 2010 году. Повествование о нем будет в одной из завершающих глав этой книги.

Глава 8
Первая американская баллистическая ракета

Давайте от авиации вновь вернемся к ракетам. Тем более что мое повествование медленно, но верно, приближается к знаменательной дате – началу космической эры.

Когда американское небо бороздили ракетные самолеты, на земле в арсенале «Редстоун» велась разработка первой американской баллистической ракеты. Эту работу поручили команде фон Брауна, для которой она стала «лучом света в темном царстве». После нескольких лет относительного забвения немцам предоставили шанс вновь найти себя. И они этой возможностью воспользовались в полной мере.

Ракета «Редстоун» являлась прямым потомком «Фау-2». Она во многом походила на свою предшественницу. В качестве топлива в ней также использовались этиловый спирт и жидкий кислород. Центробежный турбонасос подачи топлива приводился в действие путем разложения перекиси водорода. Управление полетом ракеты осуществлялось с помощью четырех графитовых газовых рулей, помещенных в потоке истекающих газов.

Вместе с тем были и отличия от ракеты времен Второй мировой войны. Первое из них – это габариты: «Редстоун» имела длину 21,2 метра, диаметр 1,8 метра, стартовую массу 18 тонн. Тяга ракетного двигателя составляла при старте 29,5 тонны.

Для сравнения, «Фау-2» имела длину 14 метров, диаметр 1,65 метра, стартовая масса 12,9 тонны, тяга двигателя при старте 25 тонн. Второе отличие – отделяемая головная часть массой до 5 тонн (у «Фау-2» неотделяемая головная часть имела массу всего 750 килограммов). Дальность полета ракеты была не очень большой – около 300 километров. То есть летала не дальше «Фау-2». Для справки: советские ракеты к началу 1950-х годов летали гораздо дальше. Однако американская армия не ставила на тот момент задачу создания ракеты большой дальности.

Во-первых, основным средством доставки ядерного оружия к целям на территорию Советского Союза генералы Пентагона считали стратегические бомбардировщики, флот которых рос в США от года к году.

Во-вторых, стартовые площадки «Редстоунов» предполагалось разместить в непосредственной близости от территории СССР, что, несмотря на невысокую дальность, делало эти ракеты стратегическим оружием.

Ну и, в-третьих, ракета «Редстоун» изначально рассматривалась как промежуточный, а не конечный результат работы ракетчиков. Поэтому ей можно было простить многие недостатки.

Первый испытательный пуск «Редстоуна» был произведен 20 августа 1953 года с мыса Канаверал и закончился неудачей. А первый успешный, точнее, частично успешный, состоялся только 27 января 1954 года.

Вскоре после этого «Редстоун» под именем «Юпитер-А» была принята на вооружение американской армией и отправилась «нести службу» к границам Советского Союза.

Боевая история «Редстоунов» не столь интересна, как у других ракет. С самого начала она задумывалась как промежуточное звено, таковым и осталась. Но вот как средство исследования космического пространства эта ракета смогла проявить себя гораздо ярче. Тяжелая головная часть делала «Редстоун» почти идеальной первой ступенью для многоступенчатых ракет. Что и было использовано в полной мере.

Первое яркое достижение этой ракеты датируется 20 сентября 1956 года, когда с помощью «Редстоуна» под номером 27 с мыса Канаверал была запущена составная система на твердом топливе. Вторая ступень этой ракеты представляла собой связку из четырех ракет на твердом топливе – уменьшенные ракеты типа «Сержант», получившие название «Малышка Сержант».

Третьей ступенью системы являлась одна ракета «Малышка Сержант».

Эта система показала на испытаниях следующие результаты: первая ступень («Редстоун») упала в 100 километрах от стартовой позиции, вторая – на расстоянии 614 километров, третья была найдена в 5310 километрах от мыса Канаверал. Эта последняя ракета достигла высоты 1096 километров, что стало на тот момент абсолютным рекордом. Описанная выше система получила наименование «Юпитер-С» и в 1958 году была использована для запуска первого американского спутника Земли.

Вторым достижением следует признать «участие» «Редстоу-на» в программе «Меркурий». Именно эту ракету использовали американские ракетчики во время суборбитальных полетов Алана Шепарда и Вирджила Гриссома в 1961 году. Для вывода пилотируемого корабля на орбиту она была слабовата, а вот для «прыжка в космос» – в самый раз. К тому моменту она стала весьма надежной системой и могла обеспечить необходимую безопасность астронавтов.

В активе «Редстоуна» в первоначальной конфигурации и в варианте «Юпитер-С» также запуск нескольких искусственных спутников Земли. Например, в 1968 году эта ракета была использована для запуска первого австралийского спутника WRESAT.

Но самое главное, что принесла американской космонавтике ракета «Редстоун», – это то, что вывела на первый план Вернера фон Брауна и его «ракетную команду». Достигнутый ими успех продемонстрировал правительственным кругам США возможность и необходимость активного использования немцев в гонке за лидерство в космосе. Надежда на собственные силы в середине 1950-х годов не оправдалась, а быть на вторых ролях американцам не хотелось.

Разработка «Редстоуна», по сути дела, завершила первый этап развития американского ракетостроения. Дальше уже был космос, и я перехожу к рассказу об этом периоде. Но сначала небольшое отступление.

Отступление первое
Эксперименты доктора Стаппа

«Конструируя» человека, природа многое не предусмотрела. Например, мы не можем долго обходиться без воздуха, плохо переносим слишком низкие и слишком высокие температуры, не можем противостоять радиоактивному излучению, и многое другое.

Также не в состоянии наш организм долгое время бороться с большими перегрузками. Скажем, если наш собственный вес возрастет в 10–15 раз, то нам отпущено на все про все не более минуты. При 30-кратной перегрузке речь идет всего о секундах жизни. Если пройдет больше времени, то мы имеем все шансы уйти в мир иной и не вернуться оттуда. Добровольно подвергать себя большим перегрузкам могут только безумцы. Или…

В конце 1940-х – начале 1950-х годов американский врач Джон Стапп вознамерился узнать, сможет ли человек выжить, если всего на несколько мгновений его собственный вес возрастет в тысячи (!) раз. Что из этого получилось, я расскажу чуть позже, а пока попытаюсь объяснить читателям, что такое тысячекратная перегрузка.

Представьте себе, скажем, слона. Нет, пожалуй, сухопутный гигант слишком мал для такого сравнения. Лучше вообразите себе кита.

Представили? А теперь попытайтесь эту гору мяса и костей впихнуть в человеческую оболочку. Согласитесь, получается не очень эстетично. Но только такое сравнение позволяет осознать эти фантастические величины.

Интерес доктора Стаппа к проблеме экстремальных перегрузок был далеко не праздным. Он много лет работал в области авиационной медицины и ему часто приходилось принимать участие в спасении пилотов, попавших в различные летные происшествия. Многие из летчиков при этом получали тяжелые увечья, а некоторые гибли. Стапп полагал, что нередко это происходило из-за неготовности человеческого организма к противодействиию возникающей ситуации. По его мнению, при наличии соответствующих методик тренировок многие летчики смогли бы выжить и даже продолжать летать.

Кроме того, в то время человечество уже стало задумываться о полетах в космос, но не представляло, с чем придется столкнуться на просторах Вселенной. Считалось, что во время будущих межпланетных путешествий астронавтов ждут разнообразные неприятности. Не исключалось, что им придется испытать на себе жесткое космическое излучение, страшные колебания температуры, огромные запредельные перегрузки.

Сразу скажу, что такого еще ни разу не было. К счастью! Из всех перечисленных «прелестей» самыми неприятными были посадки пилотируемых кораблей с перегрузкой 18 единиц. Да и то, если мне не изменяет память, всего два раза – в 1975 и 1979 годах.

Однако не буду забегать вперед и сначала расскажу о человеке, решившем бросить вызов самой природе.

Джон Пол Стапп родился 11 июля 1910 года в небольшом бразильском городке Бахиа, куда судьба занесла его отца, Чарльза Стаппа – техасского миссионера-баптиста. В начале минувшего века это было одно из тех мест, о котором говорят «богом забытое». Там и прошло детство маленького Джона. Там же у него зародился интерес к живой природе, с которой приходилось соприкасаться если не ежечасно, то ежедневно. Поэтому нет ничего удивительного в том, что в будущем он выбрал для себя профессию врача.

Местная школа не давала того уровня образования, который мать и отец хотели обеспечить своему сыну. Поэтому до двенадцати лет родители Джона были его учителями. Лишь в 1922 году он впервые переступил порог школы и попал в окружение своих сверстников. Но произошло это только после того, как семья возвратилась на родину.

Сначала Стапп учился в средней школе техасского городка Браунвуд, а потом перешел в Баптистскую академию Сан-Маркоса, которую окончил в 1927 году. Отец хотел, чтобы сын пошел по его стопам и тоже стал баптистским проповедником. Однако у Джона были другие планы и он выбрал ту стезю, которая давно его привлекала. Поступив в Байлорский университет в городе Вако, штат Техас, он занялся изучением зоологии. В 1931 году Стапп был удостоен степени бакалавра в области зоологии и химии, а в 1932 году – степени магистра по тем же дисциплинам.

Чем глубже Джон погружался в мир животных, тем больше его привлекал человек. Поэтому в 1940 году он защитил в Техасском университете докторскую диссертацию по биофизике, а в 1944 году был удостоен докторской степени по медицине от Медицинской школы при Миннесотском университете. Шла война. Как патриот своей родины, Джон прошел курс полевой хирургии и поступил на службу в военно-воздушные силы. Два года, с 1944 по 1946, он возглавлял медицинскую часть на авиабазе «Тинкер». В боевых действиях участия не принимал, но заниматься раненными летчиками ему пришлось немало.

Когда война закончилась, Стапп смог вернуться к научной деятельности. Однако связи с авиацией тоже не стал прерывать – до 1957 года он занимался научными исследованиями в области авиационной медицины на авиабазе «Холломан». Постоянно сталкиваясь со случаями потери здоровья людьми, оказавшимися в экстремальной ситуации, он поставил себе цель детально изучить эту проблему. Я уже отмечал, что Стапп считал: подготовленный человек в состоянии противостоять запредельным перегрузкам. И не только противостоять, но и переносить без ущерба для собственного здоровья. И доказать это он решил на себе.

Среди множества исследований, которые провел Стапп на базе «Холломан», наибольшую известность приобрели эксперименты по изучению влияния больших перегрузок на человеческий организм. В их ходе изучалась возможность перенесения перегрузок более 25 единиц при резком замедлении транспортного средства (от 1000 километров в час до полной остановки за 1,4 секунды). В максимуме эти нагрузки были значительно выше и достигали фантастических величин. А цифру «25» Стапп написал в своей заявке, чтобы не испугать авиационных начальников. Если бы он с самого начала указал те значения, которые были в реальности достигнуты, вряд ли получил бы разрешение на исследования, а значит, и на финансирование своих работ.

В экспериментах были использованы установленные на рельсы сани «Соник-Уэйнд-1», оснащенные ракетными двигателями. Сначала двигателей было шесть, потом – восемь, затем – десять, далее – двенадцать. Чем больше их было, тем большую скорость развивали сани. Соответственно, возрастали и перегрузки, возникавшие при торможении.

Испытателя усаживали в специально изготовленное кресло спиной вперед и жестко фиксировали ремнями безопасности. После этого одновременно поджигались твердотопливные ракетные двигатели, и сани начинали движение.

В середине 1950-х годов о проведении опасных для жизни экспериментов не сообщали. Поэтому их общее количество достоверно неизвестно. По одним данным, их состоялось 29, по другой информации – 73. Причем во время двадцати семи экспериментов в санях находился сам Стапп. Во всех остальных «заездах» участвовали либо манекены, либо подопытные животные – обезьяны, свиньи, птицы.

В своих экспериментах Стапп медленно, но уверенно, двигался вперед, постепенно увеличивая скорость движения саней – 100, 300, 500, 800 километров в час. Соответственно, увеличивались и перегрузки, которые испытывал пилот саней в момент остановки.

Максимальные перегрузки Стапп испытал 10 декабря 1954 года, когда «Соник-Уэйнд-1» в течение 5 секунд мчался со скоростью более 1000 километров в час, после чего врезался, как и планировалось, в отбойник. По данным регистрирующей аппаратуры, в течение тысячных долей секунды на испытателя действовали перегрузки более 4000 единиц. Чтобы кто-нибудь не подумал, что это опечатка, напишу цифру прописью – более четырех тысяч единиц. Несмотря на столь сильное воздействие, испытатель отделался несколькими синяками и кровоподтеками.

Конечно, не всегда испытания заканчивались столь удачно. Часто Стапп получал и более серьезные травмы: переломы костей, точечные кровоизлияния в глазах и под кожей, смещение внутренних органов и тому подобное. А во время последнего эксперимента в 1955 году у него на теле были зафиксированы многочисленные кровоизлияния, а одно из ребер было сломано. Но при этом он не потерял сознание, и все обошлось, в общем-то, хорошо.

Полученная в ходе экспериментов информация была в дальнейшем использована при разработке катапульт для самолетов, а также при создании сверхзвуковых и гиперзвуковых летательных аппаратов и космических кораблей. Стапп считал, что получение данных о возможностях человеческого организма стоило того риска, которому он подвергался. По его мнению, это помогло в будущем избежать многих ненужных жертв.

За свой научный подвиг Стапп получил от коллег прозвище «Самый быстрый человек из живых» (The Fastest Man Alive). В 1954 году он получил награду от Ассоциации по безопасности на воздушном транспорте, а американские ВВС годом позже вручили ему весьма престижный приз Чейни за проявленную доблесть. Имя Стаппа внесено в списки Зала космической славы и Зала авиационной славы.

В 1957–1960 годах Стапп возглавлял Управление аэрокосмической медицины на Базе ВВС США «Брукс». В 1960–1962 годах – он главный хирург ВВС США. В 1962–1965 годах работал в Институте патологии. В 1970 году доктор Стапп ушел из ВВС США.

Имя доктора Стаппа хорошо известно и в США, и других странах мира. Однако чаще всего его вспоминают не летчики и космонавты, а. автомобилисты. Да-да, не удивляйтесь, это именно так.

Хотя все основные работы доктора Стаппа были направлены, в первую очередь, на сбор информации для авиации (ну и для космонавтики, которую сам Стапп рассматривал как продолжение воздухоплавания), полученные данные впоследствии были использованы и при создании систем безопасности для автомобильного транспорта. Например, привычные для современных водителей подушки безопасности – прямое следствие описанных выше экспериментов 1950-х годов.

Новые области применения систем авиационной безопасности заметил еще сам Стапп. Вероятно поэтому, уйдя из авиации, он стал консультантом министерства транспорта США, а затем преподавал в Институте безопасности и обеспечивающих систем. Перу Стаппа принадлежит множество работ по этой теме. В 1970-х годах он стал инициатором проведения ежегодных конференций по изучению аварийности автомобилей. Традиция проведения этих мероприятий сохранилась до нынешних дней, а сам форум носит имя Стаппа. И эта деятельность приносит свои ощутимые плоды – за последние 30 лет число погибших на дорогах Америки уменьшилось в два (!) раза. К сожалению, в нашей стране число погибших в результате автомобильных аварий пока только увеличивается.

Несмотря на многочисленные травмы, которые Джон Стапп получил в ходе своих опасных экспериментов, он прожил долгую жизнь. Умер он относительно недавно, 13 ноября 1999 года, всего восемь месяцев не дожив до своего девяностолетия. Стапп очень любил жизнь, но был готов отдать ее за крупицы знаний, позволяющие спасти жизни других. Вероятно, поэтому судьба и была к нему столь благосклонной.

Эксперименты по экстремальным перегрузкам, которые проводил доктор Стапп, никто не решился повторить. Не было это сделано ни в США, ни в СССР, ни в других странах. А впрочем, и необходимости в этом уже нет, так как Стапп все сделал.