Текст книги "100 великих научных достижений России"

Ракетное дело Цандера

Инженер-технолог, конструктор, пропагандист ракетной техники, изобретатель; преподаватель Московского авиационного института; сотрудник авиационного завода «Мотор», ЦКБ Авиационного треста, Центрального института авиационного моторостроения; основатель группы изучения реактивного движения (ГИРД), руководитель бригады реактивных двигателей московской ГИРД; создатель первого в мире Общества изучения межпланетных сообщений; научный редактор трудов К.Э. Циолковского, Фридрих Артурович Цандер (1887–1933) является одним из основоположников ракетной техники и космонавтики, создателем первого реактивного двигателя ОР-2 для жидкостной ракеты ГИРД-Х.

Ф.А. Цандер жил мечтой – слетать на Марс. Полету на Марс посвятил ученый свои исследования проблем межпланетных сообщений, ради Марса создал первый жидкостный реактивный двигатель (ЖРД), который унес ракету в небо. Конструктор, увы, не увидел этот полет. Фридрих Артурович умер на 46-м году в Кисловодске за несколько месяцев до старта ГИРД-Х. Изношенный непосильным трудом организм не справился с брюшным тифом. В Кисловодске ученый и похоронен. В Комсомольском парке города-курорта в 1974 г. открыт Дом-музей его имени. Там же разбита аллея, на которой наши космонавты высаживали серебристые ели.

Космонавтикой Цандер занялся в юности, в 1907 г. Уже через два года он впервые высказал мысль об использовании отработавших частей ракеты в качестве топлива. Одной этой идеи хватило бы, чтобы вписать имя Цандера золотыми буквами в историю космонавтики, но не будем торопиться – у инженера была масса замыслов. Заметим, что практически все его концепции используются и сегодня. Часть работ ученого до сих пор не расшифрована (расшифровкой занимались 20 специалистов), так как он вел записи по модифицированной системе немецкой стенографии Габельсбергера.

Ф.А. Цандер (стоит слева) с сослуживцами и единомышленниками

Не привязываясь к годам зарождения идей ик прижизненным публикациям («Перелеты на другие планеты» и «Проблемы полета при помощи реактивных аппаратов»), распишем цандеровский маршрут Земля – космос – Земля, как он его видел сам. Все свои замыслы расчетчик подкрепил соответствующими аэродинамическими, небесно-механическими, экономическими, химическими, электротехническими выкладками. Точность и универсальность этих расчетов позволила сказать К.Э. Циолковскому и С.П. Королеву, что Цандеру «принадлежит ряд теоретических трудов, дающих единственные в мире расчеты в области ракетного дела».

Итак, взлет с Земли. Цандер предложил осуществлять горизонтальный взлет, как экономически более выгодный. На этот вариант сегодня переходят во всем мире.

Ученый рассчитал: время старта; подъем и спуск аппарата; размеры коридора входа в атмосферу; тепловую защиту; оптимальные траектории полета в зависимости от применяемых двигателей; подъемную силу для транспортировки груза; запас кислорода на борту для обеспечения жизнедеятельности одного космонавта; противометеоритную защиту; условия для выращивания в космической оранжерее съедобных растений; параметры очистки внутрикабинной атмосферы…

Идея Цандера о тросе для соединения Земли с Луной в 1960-х гг. породила т. н. «космический лифт» и множество разработок космических тросов и буксиров.

Ученый выполнил расчеты эффективности реактивных двигателей различных схем (воздушно-реактивных – ВРД, ЖРД, комбинированных – весьма перспективных). Предложил также вариант запуска ракеты с большого аэроплана или спутника (прообраз МКС «Мир»). Согласно Цандеру, до высоты 25 км космический корабль поднимается как аэроплан (винтовой либо реактивный), после чего включается ракетный двигатель.

В камеру сгорания идут крылья, двигатель, пропеллеры. Алюминий расплавляется в котле и вместе с водородом и кислородом представляет «прекрасный горючий материал», который поднимает корабль до высоты 85 км. Эта идея сегодня отчасти реализована на твердотопливных ракетах, но за нею будущее. Как вариант рассматривалась идея отбрасывания отработавших ступеней корабля.

Далее полет совершает «ракета с небольшими крыльями и рулями, а также кабина для людей». Как видим, это наш «Буран» и американский «Space Shuttle».

Полет ракеты управляемый – за счет использования гравитационных и электромагнитных полей самой Земли, Луны, Солнца и планет. Эта идея получила в космонавтике название гравитационного, или пертурбационного, маневра и уже была реализована при полете американской станции «Mariner-10», обогнувшей Венеру, чтобы приобрести ускорение и достигнуть Меркурия, и станции «Voyager-2», предпринявшей этот маневр у Юпитера, Сатурна и Урана. (О Цандере при этом не вспоминали.)

Для дальних космических перелетов Цандер предложил использовать давление солнечного света (солнечные паруса); в этом случае корабль может обойтись вовсе без двигателя и топлива. Ученые NASA (США) разработали проекты подобных космических парусников, а в Японии в 2010 г. был запущен космический аппарат IKAROS с солнечным парусом – тончайшей мембраной размером 14×14 м.

Для спуска на планету инженер предложил идею планирующего спуска космического аппарата с торможением в атмосфере при помощи обратной отдачи ракетного мотора и посадки при помощи маленького двигателя.

А еще Цандер создал пакетную схему ракет (отчасти реализованную в ракете-носителе «Восток») и нашел энергетически оптимальные траектории перелета к другим планетам – их успешно позаимствовали и назвали траекториями Гомана и модифицированными траекториями Крокко.

Фридрих Артурович прозорливо предлагал «начинать с постройки двигателей и одноступенчатых ракет, затем составных ракет и лишь после этого строить крылатые ракетные аппараты. Именно по такому пути и пошло развитие космонавтики».

Всю эту гигантскую работу Цандер проделал на свои средства, в свободное от работы время, в ущерб своему здоровью и личной жизни.

Когда ученый подал в 1924 г. в Комитет по изобретениям авторскую заявку на спроектированный им космический самолет, то получает отказ, так как комитет счел проект чересчур фантастическим.

Это не обескуражило инженера. Занимаясь с конца 1920-х гг. практической реализацией своих проектов, Цандер создал из обычной паяльной лампы реактивный двигатель ОР-1 («опытный ракетный первый») на сжатом воздухе с бензином, который стал первой комбинированной моделью ВРД и ЖРД.

В 1931 г. при Обществе содействия обороне, авиационному и химическому строительству (ОСОАВИАХИМ) были организованы московская и ленинградская группы изучения реактивного движения (ГИРД), объединявшие на общественных началах энтузиастов ракетного дела. Руководителем московской группы был Цандер. Через год ученый перешел в организованный производственный отдел ГИРД и возглавил бригаду двигателей, а начальником МосГИРД стал С.П. Королев. Цандер поначалу был единственным гирдовцем, имевшим свои труды в области реактивной техники.

Меньше чем за год Цандер построил двигательную установку с ЖРД (на жидком кислороде с бензином) ОР-2. Двигатель имел стальную камеру сгорания с огнеупорной теплоизоляцией. Кислород и бензин подавались под давлением азота. В баках с горючим и окислителем при помощи компенсаторов поддерживалось постоянное давление. Сопло двигателя охлаждалось водой, циркулирующей по замкнутому контуру и т. д. Основные технические решения, реализованные в этом двигателе, использовались конструкторами ракетной техники еще много десятилетий. Двигатель развивал тягу 70 кг, достаточную, чтобы поднять ракету на высоту нескольких километров.

Ну а дальше – увы, поездка в Кисловодск…

23 ноября 1933 г. была успешно испытана ГИРД-Х с двигательной установкой Цандера.

Ученому не удалось увидеть полет своей ракеты. Он сам стал первой ступенью многоступенчатой ракеты космонавтики, сгорел в котле науки и устремил эту ракету в космос.

Говорят, чертежи Цандера выкрали немецкие спецслужбы, и ОР-2 стал прототипом двигателя для германской ракеты «Фау-2». А еще В. фон Браун использовал цандеровскую идею и разрабатывал крылатую космическую ступень системы А9 – А10 для удара по Нью-Йорку.

В год 50-летия полета Ю. Гагарина невольно хочется узнать, как поживает единственный в стране Дом-музей Цандера в Кисловодске? Как серебрятся ели, высаженные космонавтами на аллее? Оказывается, музея нет – он уничтожен в 1990-х гг. Хорошо, экспонаты спасли, и они хранятся в запасниках Ставропольского краеведческого музея. А из 22 серебристых елей на Аллее космонавтов осталось три – остальные вырублены. С 2003 г., когда стало известно, что музей разрушен, чиновники не могут подписать бумаги о восстановлении памятника. Видно, у нас проще слетать в космос.

Лунная трасса Кондратюка

Ученый-самоучка, механик, изобретатель; прапорщик в Первую мировую войну, народный ополченец в Великую Отечественную; конструктор и строитель элеваторов, проектировщик угольных предприятий в Западно-Сибирской области (Новосибирск); сотрудник ряда проектных организаций, начальник технического отдела московской Проектно-экспериментальной конторы ветровых электростанций; лектор, Юрий (Георгий) Васильевич Кондратюк, настоящие имя, отчество и фамилия – Александр Игнатьевич Шаргей (1897–1941), является одним из основоположников космонавтики.

Строитель Кондратюк спроектировал в 1930 г. и возвел без единого гвоздя крупнейший в мире деревянный элеватор («мастодонт») на 13 000 т зерна на Каменском хлебоприемном пункте в Камне-на-Оби. (Зернохранилище сгорело дотла в середине 1990-х гг.)

Изобретатель Кондратюк предложил ряд технических решений, которыми пользуются и поныне, в области горношахтного оборудования, при строительстве элеваторов и др.

Конструктор Кондратюк разработал в 1934 г. проект самой большой в мире ветроэлектростанции КрымВЭС на 12 МВт на горе Ай-Петри. Вращающаяся 165-метровая мачта не была сооружена по ряду причин, но стала прообразом Останкинской телебашни, спроектированной коллегами Кондратюка – Н.В. Никитиным и Б.А. Злобиным.

Ученый Кондратюк заинтересовал своим космическим проектом К.Э. Циолковского, С.П. Королева, неоднократно приглашавшего его на работу в ЦГИРД, американское космическое агентство NASA.

Кондратюк, погибший в 1941 г. под Москвой, при жизни не был признан. Слава пришла к нему посмертно – после того, как инженер NASA Дж. К. Хуболт при разработке программы «Apollo» – полета к Луне и высадке на ее поверхность людей (1969) – позаимствовал идею «улиточной трассы» Кондратюка, о чем и сообщил за 3 месяца до старта «Аполлона». Использовав эту «трассу», а также предложенный русским ученым модуль для посадки на Луну с орбиты, американцы лишний раз подтвердили безупречность космического проекта Кондратюка.

Потребовалось 40 лет, чтобы доказать это.

Памятник Ю.В. Кондратюку в Полтаве. Скульптор Н. Трипутин

В 1927 г. Кондратюк подготовил к печати книгу «Завоевание межпланетных пространств», в которой изложил свои идеи, разработанные им в 1917 г., когда он был еще Александром Игнатьевичем Шаргеем. В Гражданскую войну Шаргея мобилизовали белогвардейцы, и хотя он дезертировал из их рядов, всю жизнь потом вынужден был утаивать этот факт биографии, скрывшись под псевдонимом Юрия (Георгия) Васильевича Кондратюка.

Космическим проектом юноша Шаргей занялся после того, как прочитал в 1913 г. роман немецкого писателя Б. Келлермана «Туннель» о постройке под Атлантическим океаном туннеля, соединяющего Европу и Азию. В 16 лет он стартовал в свое уникальное межпланетное путешествие.

История сохранила «траекторию» его полета. Он оказался, как и предложенная им ракета, четырехступенчатым. Известно три варианта рукописи (1917, 1919, 192 г.), имевшие названия: «Тем, кто будет читать, чтобы строить», «О межпланетных путешествиях» и «Завоевание межпланетных пространств».

Книга была напечатана в 1929 г. в Новосибирске тиражом 2000 экземпляров с предисловием профессора В.П. Ветчинкина и с двумя предисловиями автора и за его счет.

73-страничная с 6 графиками книжечка стала краеугольным камнем здания космонавтики вместе с работами К.Э. Циолковского, С.П. Королева, В. фон Брауна и других основоположников этой науки.

Судите сами – по отрывку из предисловия Ветчинкина:

«Предлагаемая книжка Ю.В. Кондратюка, несомненно, представляет наиболее полное исследование по межпланетным сообщениям из всех писавшихся в русской и иностранной литературе до последнего времени. Все исследования проделаны автором совершенно самостоятельно, на основании единственного полученного им сведения, что на ракете можно вылететь не только за пределы атмосферы, но и за пределы земного тяготения.

В книжке освещены с исчерпывающей полнотой все вопросы, затронутые и в других сочинениях, и, кроме того, разрешен ряд вопросов первостепенной важности, о которых другие авторы не упоминают. К их числу относятся: предложение использовать озон вместо кислорода, металлическое горючее, формула, доказывающая, что ракета, не сбрасывающая баков или не сжигающая их, вылететь за пределы земного тяготения не сможет; автор предложил крылатую ракету для использования крыльев при отлете и при посадке на Землю, обстоятельно исследовал проблему создания межпланетной промежуточной базы и ее ракетно-артиллерийского снабжения, вывел формулу летающей лаборатории и многое другое».

Среди «многого другого», помимо упомянутой «улиточной трассы», Кондратюк предложил также: основное уравнение движения ракеты; схему и описание четырехступенчатой кислородно-водородной ракеты; параболоидальное сопло; снабжать спутники на околоземной орбите с помощью ракетно-артиллерийских систем (ныне это транспортная система «Прогресс»).

А еще – использовать сопротивление атмосферы для торможения ракеты при спуске с целью экономии топлива; гравитационное поле встречных небесных тел для доразгона или торможения космического корабля (т. н. «пертурбационный маневр», примененный впервые советской автоматической межпланетной станцией «Луна-3» в 1959 г., когда были получены первые фотографии обратной стороны Луны). Ученый намеревался использовать солнечную энергию для питания бортовых систем космических аппаратов, размещать на околоземной орбите большие зеркала для освещения поверхности Земли, применять зеркала «для беспроволочного телеграфа» – то есть антенны направленного приема и излучения.

Кондратюк рассчитал температурный режим при трении об атмосферу, предложил схему вывода космического корабля за пределы земного тяготения по разворачивающейся вокруг земного шара спирали, принятой сегодня всеми космическими агентствами мира; способы стабилизации вращения космического корабля с помощью плавающих поплавковых гироскопов.

Обоснованная ученым экономическая целесообразность первоначального вертикального взлета с Земли ввиду наличия плотной атмосферы Земли впоследствии была применена на практике как наиболее приемлемый способ.

Кондратюк предложил подготавливать космонавтов по специальной программе; использовать шлюз для сообщения с открытым космосом; безопасное расположение членов экипажа космического корабля в индивидуальных формах-ложементах при взлете корабля; идею космического скафандра.

Ученый проявил себя большим провидцем, описав этапы развития космонавтики и дальние ее перспективы.

А еще – «многое другое».

У Юрия Васильевича не было своего жилья. Всю жизнь он скитался по съемным квартирам. Их много в разных углах страны. Есть дом и в Новосибирске, где жил ученый в год выхода в свет его знаменитой книги. Сегодня в нем музей Ю.В. Кондратюка. Однажды к дому подошел мужчина, специально приехавший из США. Это был первый человек, ступивший на поверхность Луны, – Н. Армстронг. Астронавт набрал пригоршню земли у стен дома, где жил Юрий Васильевич, и изрек: «Эта земля для меня имеет не меньшую ценность, чем лунный грунт».

Ракетно-космические системы Королёва

Авиаконструктор, ракетостроитель, корабел, планерист; академик, член президиума АН СССР; глава научной школы; организатор (совместно с Ф.А. Цандером) и руководитель Группы изучения реактивного движения (ГИРД), старший инженер Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ); начальник отдела ракетных летательных аппаратов Реактивного НИИ, главный конструктор группы реактивных установок ОКБ-16 при Казанском авиазаводе № 16, главный конструктор баллистических ракет дальнего действия и начальник отдела № 3 НИИ-88 по их разработке, главный конструктор и директор ОКБ-1 (ЦКБЭМ – НПО «ЭНЕРГИЯ» – РКК «Энергия» им. С.П. Королёва); лауреат Ленинской премии, первый лауреат Золотой медали им. К.Э. Циолковского; кавалер трех орденов Ленина, ордена «Знак Почета» и медалей; дважды Герой Социалистического Труда, почетный гражданин города Королёва, Сергей Павлович Королёв (1906–1966) является основоположником практической космонавтики, организатором работ по созданию ракетно-космических систем и развитию отечественного ракетного вооружения. А если коротко – первооткрывателем космической эры.

Третьей мировой войны не случилось во многом благодаря русским ученым – И.В. Курчатову, М.В. Келдышу, А.П. Александрову и С.П. Королёву. Их труды сделали наше государство передовой ядерной, ракетно-космической державой и обеспечили в середине XX в. стратегический паритет оборонных потенциалов СССР и США.

Вклад Королёва в мощь послевоенного СССР трудно переоценить. Простое перечисление основных заслуг главного конструктора наших ракет автоматически ставит его в разряд выдающихся деятелей Отечества.

Ракета Р-1. Разработчик С.П.Королев

В официальном списке конструкторов ракетно-космических систем из 22 человек С.П. Королёв вынесен вне алфавитного списка, «поскольку во многом благодаря его усилиям, конструкторским наработкам и организаторским талантам в СССР появились стратегическое ракетное оружие и программа освоения космоса».

Сергей Павлович впервые в мире осуществил запуск в космос искусственного спутника земли (ИСЗ), спутника с собакой Лайка, межконтинентальной ракеты Р-7, баллистической ракеты с подводной лодки, первого космонавта Ю.А. Гагарина, выход человека в открытый космос.

К этому надо добавить еще запуск целого ряда межконтинентальных ракет, спутников «Молния-1», «Электрон», «Космос», «Зенит», «Зонд», межпланетных станций по программе «Марс – Венера», космических кораблей «Восток», «Восход»; создание автоматического аппарата для мягкой посадки на Луну; разработку системы космической связи и нового типа пилотируемого космического корабля 7К-ОК («Союз»).

Десятки других работ, каждая из которых могла бы стать славной страницей в жизни любого ученого и конструктора, мы оставим за границами очерка. А еще у главного конструктора ракетных систем были проработки, отданные для доведения «до ума» в другие КБ либо в силу разных причин не нашедшие своего воплощения в металле. Например, в 1958 г. Королёв задумал разработать космический пилотируемый крылатый аппарат, который мог бы спускаться с орбиты ИСЗ. Этот прообраз «челнока», названный Сергеем Павловичем за его форму «лапотком», был разработан за 23 года до полета первого американского «Шаттла» (П.В. Цыбин, заместитель Королёва)!

Ракетами Королёв занялся еще во второй половине 1930-х гг. На нем был весь комплекс исследований, связанных с выбором конструкции, типа двигателей, системы управления, вида топлива, материалов. В короткие сроки конструктор создал проекты жидкостных крылатой и баллистической ракет дальнего действия, авиационных ракет, зенитных твердотопливных ракет, высотного ракетоплана.

В 1947 г. Королёв воспроизвел немецкую ракету «Фау-2» (А-4), после чего испытал свои – Р-1 и Р-2 с дальностью 300 и 600 км (что тогда казалось чудом) и с гораздо лучшими результатами по надежности и точности попадания.

38-летний конструктор создал «Совет главных конструкторов» (В.П. Бармин – наземный комплекс, В.П. Глушко – ЖРД, В.И. Кузнецов, Н.А. Пилюгин, М.С. Рязанский – системы управления), министерство вооружения (Д.Ф. Устинов), военные подразделения (маршал артиллерии М.И. Неделин), коллективы НИИ-4 в Болшеве и Государственного центрального полигона «Капустин Яр», который работал как часы.

В 1950-х гг. Королёв создал сухопутный Р-11М и морской Р-11ФМ ракетные комплексы; осуществил впервые запуск ракеты с подводной лодки; на Семипалатинском полигоне провел успешные испытания первой в мире стратегической ракеты РДД Р-5М с дальностью 1200 км; сконструировал твердотопливные МБР РТ-1 и ТР-2, ставшие прародительницами всех современных российских стратегических ракетных комплексов; построил уникальную по конструкции и по летным характеристикам первую межконтинентальную баллистическую ракету (МБР) Р-7, названную «машиной века», и ее модернизированный вариант МБР Р-7А с дальностью 8000 и 12 000 км, соответственно.

Ракета Р-7 стала первой космической ракетой-носителем (РН), открывшей космическую эру. Убедив Н.С. Хрущева в необходимости запуска ИСЗ, которым Королёв занимался вне программы по своей инициативе, Сергей Павлович осуществил его 4 октября 1957 г. Первый спутник наблюдал и принимал его сигналы весь мир. Следом за ним конструктор запустил второй спутник с собакой Лайкой на борту. Этим экспериментом Королёв доказал безопасность длительной невесомости для живых организмов и подготовил платформу для запуска человека в космос.

Тщательно проработав трех– и четырехступенчатые варианты ракеты Р-7, Королёв уже смог выводить на орбиту полезный груз в 4,6 т, а на межпланетные траектории до 1,2 т, создавать автоматические межпланетные станции и космические корабли.

12 апреля 1961 г. с космодрома «Байконур» стартовал космический корабль «Восток» с первым летчиком-космонавтом Ю.А. Гагариным на борту. В этом запуске приняли участие 32 министерства и ведомства страны, 123 предприятия. Ведущими разработчиками РН и корабля были «Совет главных конструкторов» и королёвское ОКБ-1 (К.Д. Бушуев, Л.А. Воскресенский, В.П. Мишин, М.К. Тихонравов и др.). И тем не менее, несмотря на участие в проекте десятков тысяч лиц, невозможно даже представить, что все это гигантское предприятие в масштабах всей страны организовал и осуществил один человек. Недаром после смерти Королёва советская космическая программа (впрочем, как и американская) стала давать сбои. Видимо, Сергей Павлович один мог держать в голове весь комплекс задач – от замысла до воплощения, один мог заставить работать на себя всю страну, а своих сотрудников поддерживать в состоянии непреходящего творческого экстаза. «Как показало дальнейшее развитие космонавтики, равной ему по масштабу личности так и не появилось ни в России, ни в США».

Сергей Павлович успел осуществить еще семь успешных полетов пилотируемых космических кораблей. Но на воплощение всех его замыслов главному конструктору не хватило жизни. Он скончался 14 января 1966 г. Урна с прахом С.П. Королёва была установлена на Красной площади в Кремлевской стене. «У космонавтов бытует легенда: после кремации тела Королёва Гагарин и Комаров выпросили часть его праха, чтобы отправить его на межпланетной станции в спецконтейнере с гербом Советского Союза на Луну».

Испытания сверхтяжелой ракеты-носителя Н-1, на которой Королёв планировал развивать космическую программу, в начале 1970-х гг. были свернуты.

Какой он был, Сергей Павлович? Конечно, великий. Даже в малом. Вот, например, «год 1963-й, КБ. Один из ведущих конструкторов на техническом совете, где председательствовал Королёв, подвергся дружной и резкой критике за срыв сроков работ над двигателями 2-й ступени одной из ракет. Конструктор вяло оправдывался, говорил, что двигатель “в общем готов”, работа «в принципе завершена» и т. п. Королёв, как всегда, выступал последним, подводил итоги. Все ждали бурного финала.

– Расскажу вам анекдот, – неожиданно начал он. – Когда женщину в 20 хотят познакомить с мужчиной, она спрашивает: “Каков он?” В 30 лет она спрашивает: “Кто он?” В 40 – “Где он?” Мне уже за 50, и я вас спрашиваю: “Где он? Где ваш двигатель, “вообще” готовый и “в принципе” завершенный?» (Я.К. Голованов).