Текст книги "Реактивная авиация Второй мировой войны"

11. Летательные аппараты с ядерными силовыми установками

Идея использовать энергию атома для приведения в движение летательных аппаратов возникла практически сразу же после появления первых самолетов и задолго до открытия цепной реакции урана и первых оценочных расчетов высвобождаемой при этом энергии. Первым эту идею высказал Р. Эсно-Пельтри, опубликовавший в 1913 г. статью о возможности полета на Луну в космическом корабле, двигатель которого использовал в качестве рабочего вещества радий. Примерно в то же самое время возможность использования атомной энергии для создания тяги в космическом пространстве была рассмотрена Р. Годдардом.

В 1927 г. на Выставке межпланетных аппаратов в Москве инженер Александр Федоров представил модель и описание своего космического корабля, двигатель которого использовал атомную энергию. Корабль представлял собой крылатый аппарат обтекаемой формы с тремя воздушными винтами и реактивными соплами. При полете в пределах земной атмосферы двигатель работал в режиме ТВД, вращая винты и частично создавая тягу реактивными соплами. После выхода за пределы атмосферы винты и крыло убирались в фюзеляж, а корабль продолжал движение за счет реактивной тяги. Общая длина ракеты составляла 60 м, диаметр фюзеляжа – 8 м, полетный вес – 80 т, максимальная развиваемая скорость – 25 км/с. Экипаж корабля состоял из шести человек.

В декабре 1938 г. немецкому физику профессору Отто Гану вместе с его сотрудником Штрассманом удалось открыть процесс расщепления урана. Через некоторое время результаты исследований были переданы Лизой Майтнер, сотрудницей Гана, датскому профессору Нильсу Бору. На V конференции по теоретической физике, состоявшейся 26 января 1939 г. в Вашингтоне, Н. Бор выступил с докладом, в котором сообщил о работах немецких ученых. После этого в США начались интенсивные исследования, в результате которых, как было объявлено, Энрико Ферми из Колумбийского университета открыл новый физический процесс – расщепление атомов урана. В марте того же года в журнале Nature была опубликована статья французских физиков Жолио-Кюри, Халбана и Коварски, в которой они изложили результаты своих экспериментов по осуществлению ядерной реакции.

В середине апреля 1939 г. в Германии профессор В. Ханле предложил схему «тепловой машины» (атомного реактора), использующей энергию, которая выделяется при расщеплении урана. Это предложение обсуждалось 29 апреля на заседании Научно-исследовательского совета при рейхсминистерстве образования, на котором сформировали рабочую группу ученых под руководством профессора Абрахама Эзау, основной задачей этой группы являлась разработка атомного реактора.

Примерно в это же время профессор П. Хартек и доктор В. Грот обратились с письмом к начальнику отдела вооружений сухопутных войск генералу Беккеру. В письме они сообщали о том, что новые открытия в области ядерной физики сулят огромные перспективы, и в том числе позволят создать взрывчатку громадной мощности. Ссылаясь на то, что американские, французские и английские ученые ведут работы по ядерной физике, Хартек и Грот предложили начать соответствующие исследования. Ответом было немедленное создание под эгидой военного министерства двух групп ученых (около 50 человек), которым предписывалось изучить возможности использования атомной энергии для военных целей. Приоритет отдавался разработке технологии получения изотопа урана-235 и создания технологического оборудования, исследованиям по выбору замедлителя для реактора, разработке конструктивных вариантов силовых установок на основе реакторов и т. д. Общее руководство группами возложили на доктора Курта Дибнера.

26 февраля 1942 г. в Германии на конференции, организованной Научно-исследовательским советом, рассматривались промежуточные результаты практической работы по «урановому проекту» обеих рабочих групп. Первой группой, занимавшейся вопросами создания атомной бомбы, было отмечено, что для ее создания, вероятно, потребуется от 10 до 100 кг урана. Вторая группа, занимавшаяся вопросами создания атомных силовых установок, считала, что урановыми генераторами энергии можно оснащать боевые корабли, подводные лодки, крупные танки и большие самолеты. В июне того же года руководство всеми работами по «урановому проекту» принял на себя рейхсмаршал Г. Геринг, который назначил своим уполномоченным профессора Эзау.

В июне 1943 г. техническая конференция под председательством министра вооружения Шпеера решила, что нужно приостановить дальнейшие работы по атомной бомбе, а продвигать только работы по атомному реактору. В декабре 1943 г. Геринг освободил Эзау от обязанностей уполномоченного по «урановому проекту», назначив вместо него профессора Герлаха, который работал до этого времени по заказам военноморского флота.

В конце мая 1944 г. Герлах доложил командованию, что первый реактор с критической массой ядерного топлива будет построен в ближайшее время. В июле для установки реактора выбрали место – в пещере у деревушки Хайгерлох недалеко от швейцарской границы. После того как пещера была соответствующим образом подготовлена и оборудована, в конце февраля 1945 г. в Хайгерлох прибыл эвакуированный из Берлина реактор B VIII. Он представлял собой цилиндр из легкого металла с расположенным внутри графитовым отражателем весом 10 т. В активную зону залили 1,5 т тяжелой воды и установили 664 кубика урана общим весом 1525 кг. 23 марта профессор Герлах позвонил из Хайгерлоха в Берлин: «Реактор заработал!» Но это было преждевременно – немецкий урановый реактор B VIII не сумел достичь критической точки. После пересчета оказалось, что загрузку реактора необходимо увеличить почти на 50 %. 23 апреля Хайгерлох был занят 1279-м разведывательным батальоном американских войск, хотя Хайгерлох и находился в зоне ответственности французов. На следующий день американцы обнаружили урановый реактор, после чего они демонтировали и вывезли все оборудование, а пещеру взорвали.

Однако американцы вывезли в 1945 г. из Германии не только оборудование научно-исследовательских институтов и фирм, сразу же после окончания войны они начали вывозить в США ведущих немецких специалистов. Первой стала группа специалистов ракетного центра в Пенемюнде во главе с генералом Дорнбергером и фон Брауном (всего 127 человек), которую перевезли в США и в сентябре 1945 г. разместили недалеко от Форт-Блисса в Техасе, где был построен ракетный полигон с испытательными стендами, стартовой позицией, жилыми помещениями и пр. И уже 1 октября 1945 г. Военный департамент выпустил пресс-релиз, в котором сообщалось о начале проекта ввоза в страну немецких ученых и инженеров для участия в работах армии и ВМФ США по созданию новых видов оружия. Причем ввозиться должны были не рядовые специалисты, а только специалисты, игравшие в своей области доминирующую роль. В сентябре 1946 г. американский президент Г. Трумэн разрешил начать операцию «Скрепка». Составление списка специалистов, подлежавших вывозу в США в рамках этой операции, американцы доверили принятому на работу в Бюро стратегических служб (БСС – предшественник ЦРУ) немцу В. Розенбергу, который при нацистском режиме возглавлял научный отдел в техническом управлении СС. На основании этого списка, в котором на 2 января 1947 г. числилось 1600 немецких и австрийских ведущих научных работников и инженеров, Объединенное разведывательное агентство Военного департамента США (Joint Intelligence Objectives Agency – JIOA) сразу же начало работу по составлению досье на отобранных для вывоза людей.

Среди отобранных для работы в США специалистов, в частности, были все ведущие физики-ядерщики, из них – 12 профессоров (Р. Гейгер, В. Гейзенберг, Ф. Кирхнер, Г. Ортер, Р. Поль, Р. Рамзауер, К. Филлипп и др.) и 30 докторов (Ф. Беркеи, Г. Бойте, Ф. Бопп, О. Ган, К. Гентер, К. Дибнер, В. Германн, А. Фламмерсфельд, З. Флюгге, Э. Фунтер, О. Хаксель, Х. Хильш, Х. Эвальд и др.). Еще более многочисленным был список специалистов по реактивным двигателям: профессора Д. Бишер, Ляйст, доктора Р. Амманн, Бентеле, Б. Брукманн, Ваничек, К. Вигардт, О. Зенгер, Каспари, Г. Корбахер, Д. Кюхеманн, Ленш, Х. Мейер, Г. Моня, В. Мюллер, Х. фон Охайн, О. Пабст, А. Франц, П.Шмидт, М. Шойрмейер, В. Энке и еще более 70 инженеров высшей квалификации.

Все они, в том числе и те, кто работал над созданием атомных силовых установок, тщательно допрашивались. В частности, стало известно, что к концу войны разрабатывался макет ядерного ракетного двигателя (ЯРД) для одного из вариантов самолета P.1073 фирмы «Мессершмитт». Этот двигатель имел диаметр 20 см и длину 60 см, в качестве рабочего тела использовался азот. Жидкий азот, хранившийся в сосуде Дьюара, подавался в активную зону реактора, где он испарялся, нагревался до высокой температуры и выбрасывался через сопло двигателя, создавая реактивную тягу. При разработке двигателя большое внимание уделялось вопросам радиационной защиты, этим занимался доктор Ф. Нойгебауер, работавший с 1924 по 1943 г. в двигателестроительном отделении фирмы «Юнкерс», а затем до конца войны возглавлявший отдел двигателестроения в Авиационном научноисследовательском центре (Мюнхен). Этот макет ядерного ракетного двигателя был уничтожен эсэсовскими командами на экспериментальной базе под Мекленбургом при отступлении немцев под натиском союзников.

Информация по этим немецким разработкам до сих пор крайне скудна, потому что всех вывезенных в США специалистов в условиях строжайшей секретности подключили к работам по созданию новых американских видов оружия, используя полученный ими во время войны опыт.

В январском номере американского журнала Popular Mechanics от 1941 г. появилась статья доктора Р. Лангера об использовании урана-235 в качестве топлива для транспортных средств. Описывавшаяся в статье конструкция самолета – «летающего крыла» с атомной силовой установкой – тогда была воспринята читателями и многими специалистами как научная фантастика. Однако уже в следующем, 1942 г. Энрико Ферми, один из создателей ядерной физики, обсуждал со своими коллегами по ядерному проекту «Манхэттен» практические проблемы, связанные с использованием атомной энергии для осуществления полета самолета. В самом конце войны эту проблему уже обсуждало командование ВВС США. Следствием этих обсуждений стало заключение соглашения между ВВС и Комиссией по атомной энергии (AEC) о начале весной 1946 г. программы NEPA (Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft). Целью этой программы было изучение проблем, которые могли бы возникнуть при разработке самолета с ядерной силовой установкой (ЯСУ). Считалось, что такой самолет мог бы использоваться в качестве стратегического бомбардировщика или разведчика, способного нести боевое дежурство в воздухе без дозаправки в течение нескольких суток. Разработка ЯСУ велась в трех направлениях: на основе ТРД, на основе ПВРД и на основе ЖРД.

Одной из первых к работам по созданию самолета с ЯСУ подключилась авиационная корпорация «Фэрчайлд» (Fairchild Engine and Airplane Corporation). К концу 1948 г. расходы ВВС США на программу NEPA составили около десяти миллионов долларов. 27 апреля 1949 г. на совещании представителей ВВС и AEC было принято решение об отказе от NEPA и принятии новой программы ANP (Aircraft Nuclear Propulsion). Для дальнейших работ в рамках конкурсной программы подключили четыре фирмы: «Дженерал электрик» совместно с «Конвэр» должны были разрабатывать самолет с ЯСУ разомкнутого цикла, а «Пратт и Уитни» совместно с «Локхид» – самолет с ЯСУ замкнутого цикла. Результатом этих исследований стала разработка в первой половине 1950-х гг. проектов самолетов Х-6 и NB-36H.

Среди ученых, занятых в проекте «Манхэттен», был поляк Станислав Улам, с 1930-х гг. работавший в США и участвовавший в создании первой атомной бомбы. В начале 1944 г. Улам начал изучать довольно экзотический способ использования ядерной энергии в авиакосмической технике – для создания ускорения ракеты серией последовательных взрывов ядерных зарядов. В основу этого способа создания тяги была положена идея немца Германа Гансвиндта, который еще в 1893 г. предложил использовать заряды динамита для обеспечения движения космической ракеты.

Суть идеи С. Улама заключалась в следующем. Продукты взрыва воздействуют на специальную, воспринимающую силовую нагрузку массивную платформу ударно-импульсного двигателя, которая через систему водоохлаждаемых телескопических амортизаторов соединяется с корпусом ракеты, передавая ему импульсные тяговые усилия. Платформа покрыта (с внешней, обращенной к зоне проведения взрывов стороны) специальным материалом, тонкий слой которого испаряется под воздействием мощных потоков тепловой энергии при каждом взрыве, и реакция образующихся при сублимации газов создает тягу. Еще один компонент тягового усилия создается за счет механического воздействия на платформу генерируемых взрывом корпускулярных частиц.

Концепция Улама была положена в основу секретных работ по ядерным двигателям космических аппаратов, проводившихся в 1950-х гг. ВВС США, и работ по программе «Орион», серьезной попытке NASA создать подобный космический аппарат для межпланетных перелетов. К началу 1960-х гг. фирма General Atomic в рамках программы «Орион» изучала возможность создания транспортного средства, способного доставить экспедицию на Марс. Это транспортное средство имело размеры в диаметре, сравнимые с диаметром ракеты «Сатурн» V. Оно должно было выводиться на околоземную орбиту по частям и там собираться. Планировался полет на Марс продолжительностью несколько месяцев с экипажем из восьми человек. Посадка на Марсе должна была выполняться при помощи перспективного аппарата с несущим корпусом.

В ноябре 1959 г. General Atomic успешно испытала миниатюрный летающий прототип аппарата «Орион», который совершил полет на высоту приблизительно 100 м при помощи нескольких обычных зарядов, взорванных вне аппарата в определенной последовательности и с небольшими интервалами во времени.

12. Крылатые ракеты

С.П. Королев в одной из своих статей, опубликованной в журнале «Техника воздушного флота», дал такое определение крылатой ракеты: «Крылатая ракета – летательный аппарат, приводимый в движение двигателем прямой реакции и имеющий поверхности, развивающие при полете в воздухе подъемную силу. Полет может преследовать достижение наибольшей высоты подъема с последующим планированием и посадкой или дальности, то есть покрытия наибольшего расстояния по прямой или по заданному маршруту».

Предшественниками крылатых ракет являются ракеты военного преподавателя Михайловской артиллерийской академии генерал-майора М.М. Поморцева. Проводя в 1902–1907 гг. эксперименты с осветительными ракетами, он впервые применил в их конструкции крылья, длинный деревянный хвост заменил стабилизаторами (кольцевым, крестообразным или звездообразным). Помимо этого М.М. Поморцев практически подошел к изобретению жидкостного ракетного двигателя, представив в октябре 1905 г. проект «пневматической» ракеты, использующей в своем двигателе в качестве окислителя сжатый воздух, а в качестве горючего – бензин или эфир, которые образовывали со сжатым воздухом взрывчатую смесь. Правда, М.М. Поморцев включал жидкое топливо с целью повысить давление в камере сгорания, так как в его двигателе происходила реакция преобразования потенциальной энергии сжатого до 200 атмосфер воздуха в кинетическую энергию истекающей струи. У его ракет тяга создавалась двигателем в течение 25–30 секунд по сравнению с 2–3 секундами у осветительных ракет того времени, что существенно увеличивало дальность полета ракеты.

Как уже говорилось выше, в 1908 г. Р. Лорен, артиллерийский офицер и инженер по образованию, предложил использовать на летательном аппарате ВРДК в качестве силовой установки, а в начале 1910 г. в журнале «Аэрофиль» (L’Aerophile) он опубликовал первый проект крылатой ракеты, управляемой с помощью телемеханических устройств. Этот летательный аппарат должен был иметь длину 6 м, диаметр корпуса 0,35 м, крыло небольшого размаха, стартовый вес 79 кг, вес ВРДК 35 кг, вес приборов управления 10 кг, вес топлива 10 кг, вес полезной нагрузки 12 кг, скорость полета 200 км/ч. Этот летательный аппарат фактически является прототипом современной крылатой ракеты. Правда, аппараты этого класса в то время назывались самолетами-снарядами, авиационными торпедами или летающими бомбами.

В числе авторов первых проектов самолетов-снарядов были американец Э. Берлинер (1909) и немец К. Ниттингер (1911). Однако практические работы по самолетам-снарядам начались во время Первой мировой войны, когда Р. Лорен совместно с французской фирмой «Леблан» разработал проект самолета-снаряда для нанесения ударов по Берлину. В носовой части аппарата размещался ВРДК с воздухозаборником и соплами, в средней части корпуса размещалось высокорасположенное крыло, за ним – топливный бак и боевая часть. Помимо этого самолет-снаряд снабжался гироскопическим стабилизатором и радиоаппаратурой, с помощью которой он управлялся по радио летчиком сопровождающего самолета, идущего в полете параллельным курсом. Запуск аппарата предполагалось осуществлять с катапульты. Стартовый вес аппарата должен был составлять 500 кг, вес боевой части – 200 кг, дальность полета – 450 км, скорость – 500 км/ч.

В 1915 г. фирма «Вестингауз-Леблан» подала заявку на конструкцию самолета-снаряда с ЖРД. Аппарат должен был управляться с помощью гироскопического автопилота, барометрического высотомера и рулевых машинок. Патент на эту конструкцию был выдан в 1920 г.

26 июня 1928 г. немецкий инженер Р. Тилинг подал заявку на твердотопливную крылатую ракету. Он попытался объединить в одной конструкции качества крылатых и баллистических ракет. Ракета Тилинга имела корпус обтекаемой формы, внутри корпуса находился заряд твердого топлива. В хвостовой части корпуса располагались четыре развертываемые плоскости большой площади, которые работали на активном участке как стабилизаторы. После полного выгорания топлива, когда ракета находилась на большой высоте, стабилизирующие плоскости раскрывались и превращались в крылья, после чего ракета совершала планирующий спуск большой дальности. Ракеты Тилинга были запатентованы в нескольких странах, в том числе во Франции и США. Первые испытания его ракеты были проведены в 1931 г., в следующем году Тилинг в очередной раз усовершенствовал конструкцию своей ракеты: в полете раскрывались только два крыла, а четыре стабилизатора в качестве хвостового оперения оставались неподвижными. Тилинг не рассматривал возможность установки на своей ракете системы автоматического управления. В 1933 г. Р. Тилинг и два его сотрудника погибли в результате взрыва в лаборатории.

В Советском Союзе работами по созданию радиоуправляемых самолетов-снарядов занималось Особое техническое бюро по военным изобретениям специального назначения (Остехбюро), руководимое В.И. Бекаури. Для работ по телемеханическому самолету (ТМС – так в то время назывался управляемый автоматически или дистанционно самолет-снаряд) выбрали тяжелые бомбардировщики ТБ-1 и ТБ-3. Параллельно в Научно-исследовательском морском институте связи (НИМИС) под руководством С.Ф. Валка велись разработки предшественников крылатых ракет – дистанционно управляемых планеров, несущих заряд взрывчатого вещества или торпеды, в том числе ЛТДД (летающая торпеда дальнего действия), оборудованная двигателем (поршневым или ракетным) с дальностью полета 100–200 км.

Разработка же собственно крылатых ракет началась в московской Группе изучения реактивного движения (ГИРД) в 1932 г., там была организована бригада крылатых ракет с ЖРД, в которой руководителями последовательно были С.П. Королев, Н.А. Железняков, А.В. Чесалов и Е.С. Щетинков. Для концентрации усилий в области создания ракетной техники 21 сентября 1933 г. приказом наркома вооружений М.Н. Тухачевского на базе ленинградской Газодинамической лаборатории (ГДЛ) и ГИРД в Москве был образован Реактивный научно-исследовательский институт. Именно после образования РНИИ работы в Советском Союзе в области ракетной техники, и в частности по крылатым ракетам (КР), приняли военную направленность. Работы шли по двум направлениям – ракеты с пороховым двигателем и ракеты с ЖРД.

В период с 1933 по 1938 г. были разработаны проекты и проведены испытания ракет КР 212, КР 216, КР 217 и КР 301. Однако в связи с начавшимися в стране репрессиями эта тематика была закрыта. Работы над проектами крылатых ракет в Советском Союзе возобновились только после того, как разведка стала докладывать высшему руководству страны о появившемся у немцев сверхсекретном оружии – крылатой ракете Fi 103. Поэтому С.П. Королевым к осени 1944 г. были выполнены проекты крылатых ракет Д-2, Д-3 и Д-4, а под руководством В.Н. Челомея начались работы по созданию крылатой ракеты 10Х.

Как уже говорилось выше, в Германии в первой половине 1930-х гг. работали над созданием летающих мишеней для зенитчиков и планирующих бомб. C 1934 г. в группе профессора Г. Маделунга работал инженер П. Шмидт, занимавшийся проблемами создания ПуВРД. Результатом этой совместной работы стал проект планирующей бомбы, оснащенной ПуВРД, который в 1935 г. был предложен специалистам RLM. После изучения проекта RLM его отклонило по причине того, что проект «технически сомнительный и неинтересный с тактической точки зрения». Однако с началом Второй мировой войны приоритеты командования люфтваффе поменялись: на разных авиационных фирмах были начаты разработки боевых крылатых ракет с различными типами реактивных двигателей (Fi 103, A4b/A9/A10, FK-RB, Enzian и др.). Боевое применение ракет Fi 103 началось в середине июня 1944 г.

К концу войны разработка крылатых ракет велась в США (JB-1, JB-2, JB-10, Kingfisher и др.), Англии (Brakemine, Stooge, Ben, Red Hawk) и в Японии («Фунрю», «И-го», «Кораи»).