Дотянуться до звёзд: история космического транспорта

Что такое ракета-носитель, чем её заправляют, и сколько ступеней у этой «космической лестницы»?

Земля держит крепко. Чтобы преодолеть её притяжение и рвануть к звёздам, необходимо развить т.н. «вторую космическую скорость». Для каждого небесного тела она своя: в зависимости от его размера и массы. Для нашей планеты она составляет 11,2 км/сек – это свыше 40 тысяч км/час… С такой скоростью можно за час обогнуть всю Землю! Но вот вопрос: как развить такую фантастическую скорость?

Из пушки по звёздам

Дать ответ попытался, в частности, Жюль Верн – ещё полтора века назад. В своём романе «С Земли на Луну за 97 часов 20 минут» он первым описал т.н. «космическую пушку», выстреливающую корабль с путешественниками с такой силой, что полученного импульса должно хватить, чтобы долететь до Луны! То есть преодолеть расстояние порядка 400 тысяч километров…

В романе Герберта Уэллса «Война миров» с помощью «космической пушки» на Землю попадают марсиане – преодолев таким образом уже 60 миллионов километров! Идея, конечно, интересная – но, к сожалению, едва ли осуществимая… Ведь для успешной реализации подобной технологии необходимо решить две задачи: так «разогнать» космический корабль в стволе пушки, чтобы на выходе его скорость была не менее 11,2 км/сек – однако его ускорение при этом не должно быть чрезмерным, иначе находящиеся внутри корабля просто погибнут от перегрузки. Чтобы соблюсти оба эти условия, длина ствола такой пушки должна составлять несколько десятков (а лучше сотен) километров! А сама пушка – стрелять с поразительной точностью…

Возможно, подобными технологиями и впрямь обладают инопланетяне – но землянам они, увы, пока недоступны. На практике, правда, удалось построить пушку, выстреливавшую 200-килограммовый снаряд на высоту 180 километров – но разогнать его до «второй космической» не удалось и близко! А кроме того, даже самый «облегчённый» корабль для межпланетных путешествий весит на порядок больше…

Выбор транспорта

Поиски других способов «дотянуться до звёзд» начались ещё в первой половине ХХ века… Была попытка достичь космоса – по крайней мере его «предместий» – на стратостате. 30 января 1934 года «Осоавиахим-1» поднялся на 22 километра (установив таким образом мировой рекорд высоты), но увы: стратостат разбился при спуске, а весь экипаж погиб.

Однако на этом отечественные стратонавты не успокоились: в 1937 году был построен «Осоавиахим-2». Но первый же его старт, состоявшийся в июне 1940 года, закончился катастрофой – оторвалась гондола. По счастью, случилось это на небольшой высоте, так что экипаж отделался ушибами. Но после случившегося всем стало очевидно, что на стратостатах далеко не улетишь…

На сегодняшний день придумано ещё с десяток оригинальных идей, как доставлять на орбиту космонавтов и полезные грузы – «космическая башня»…

… «космический лифт»…

… «космический мост»…

… и даже «космический фонтан»! Однако все они пока существуют лишь на уровне проектов – и рискнём предположить, что вряд ли хоть одна из этих идей будет реализована в обозримом Будущем. На настоящий момент существует единственный апробированный способ попасть в космос – полететь туда на ракете…

“А вы даже не знаете Цандера!”

В фильме Юрия Кары «Королёв» легендарный Циолковский (в блистательном исполнении Сергея Юрского) упрекает будущего Главного конструктора: мол, Вы, молодой человек, мечтаете о космических полётах – а сами даже не знаете Цандера! Был ли такой разговор на самом деле – не факт… Но то, что именно встреча Королёва и Цандера стала судьбоносной для отечественной (да чего уж там: мировой) космонавтики – это бесспорно.

Ещё учась в Рижском Политехе, Цандер выполнил расчет полёта космической ракеты, которая могла бы достичь поверхности Марса – «Вперёд, на Марс!» вообще стало девизом всей его жизни. Фридрих Артурович был до такой степени одержим межпланетными путешествиями, что даже детей назвал – Астра и Меркурий!

Современники, впрочем, в большинстве своём, считали Цандера мечтателем и утопистом. Ну ещё бы – вдумайтесь только: 1924 год, разруха… А этот сумасшедший немец создаёт в Москве «Общество изучения межпланетных сообщений» – первое в мире объединение космических энтузиастов. Цандер даже разработал собственный проект межпланетного корабля – однако идею сочли настолько бредовой, что даже отказали изобретателю в выдаче патента… Над его идеями попросту смеялись – а зря!

Впоследствии оказалось, что Цандер просто значительно опередил своё время. Ведь это он первым выдвинул концепцию многоступенчатого космического корабля, разработал проект «солнечного паруса» и даже предложил идею космических оранжерей – чтобы космонавтам было чем питаться во время долгого перелёта. Будучи инженером (причём весьма талантливым), Цандер первым задумался над решением практических вопросов касательно полётов в космос: какова должна быть конструкция космического корабля; с помощью какого двигателя он будет летать (и на каком топливе); в конце концов – чем космонавты будут дышать…

Всё это Цандер не только продумал, но и просчитал! И даже сконструировал в домашних условиях первый советский реактивный двигатель ОР-1 – из обычной паяльной лампы.

Ну а уж после знакомства с Королёвым Цандер «развернулся» в полную силу… Вместе они создают «Группу изучения реактивного движения» (ГИРД). Это уже было не «сообщество энтузиастов», а фактически полноценное КБ: с лабораторией, опытным стендом и полигоном в Нахабино. И результат не заставил себя ждать!

Двигатель ОР-1 работал на сжатом воздухе с бензином – схема простая, и не особо эффективная.

Правда, сам изобретатель до этого счастливого момента не дожил – умер от тифа. Однако начало было положено – и советские ракеты принялись уверенно штурмовать небо…

“Изделие №1”

Но вскоре стало не до покорения космоса – началась война. Впрочем, в годы Второй Мировой ракетостроение развивалось семимильными шагами – и в какой-то момент (благодаря штурмбанфюреру СС Вернеру фон Брауну) вперёд вырвалась Германия. В марте 1942 года был осуществлён пуск «Фау-2» – первой в мире баллистической ракеты дальнего действия. А в июне 1944 года «Фау-2» и вовсе совершила первый в истории суборбитальный космический полёт, поднявшись на высоту 188 км. Это уже был реальный вызов!

Более того: Третий Рейх даже работал над созданием первой в мире межконтинентальной баллистической ракеты А-9… Страшно представить, что было бы, обзаведись Гитлер подобным «оружием возмездия»!

В мае 1946 года выходит Постановление партии и правительства «Вопросы реактивного вооружения». В соответствии с ним в подмосковных Подлипках был организован Государственный научно-исследовательский институт по ракетному движению (НИИ-88). Именно в его стенах Королёв начинает создавать «изделие №1» – советскую баллистическую ракету дальнего действия.

Однако устоявшееся представление, что первые отечественные ракеты рождались на основе немецких разработок, лишь отчасти соответствует действительности. Да, руководство страны прямо поставило перед советскими инженерами задачу: «Полное восстановление технической документации и образцов дальнобойной управляемой ракеты “Фау-2”»… Да, созданная Королёвым ракета Р-1, успешно запущенная в октябре 1948 года, по сути копировала детище фон Брауна.

Но уже Р-2 стала колоссальным шагом вперёд и вполне самостоятельной работой Королёва. «Подъёмная мощность» двигателя была увеличена до 35 тонн – а дальность полёта составила уже 600 километров.

И в отличие от Р-1 в конструкции широко использовались алюминиевые сплавы, что позволило значительно «облегчить» ракету и увеличить её КПД. Ещё более эффективной стала ракета Р-5 – с отделяемой головной частью.

В декабре 1953 года был дан старт разработке изделий ДАР (дальняя атомная ракета) – СССР готовили «подарок» Америке… Баллистическая ракета с ядерной боевой частью была новым словом в тогдашнем ракетостроении. Первая воинская часть, оснащённая ракетами Р-5М («ядерная» модификация Р-5) заступила на боевое дежурство в мае 1956 года. А впереди было рождение легендарной «семёрки» – ей-то и предстояло первой в истории покорить космос!

Великолепная “семёрка”

В отличие от своих предшественников, Р-7 состояла уже из двух ступеней. Идея перспективности именно такого подхода была высказана ещё Циолковским – двигатель каждой ступени придаёт ракете новый импульс, и в итоге она способна достичь большей скорости, чем каждая из ступеней в отдельности. Кроме того, отработанная ступень отделяется от ракеты – в результате чего значительно уменьшается её масса, и снижается нагрузка на двигатели остальных ступеней… Королёв реализовал всё это на практике.

 

Р-7 «заправлялась» керосином, а в качестве окислителя использовался жидкий кислород. Ещё одним принципиальным новшеством было то, что «семёрка» – по предложению Королёва – собиралась не в вертикальном (как обычно прежде), а в горизонтальном положении: такой подход оказался намного технологичней.

К осени 1957 года состоялись первые успешные пуски Р-7. Несмотря на то, что далеко не всё ещё было идеально, именно эту ракету решили использовать для вывода на орбиту первого искусственного спутника Земли – что и произошло 4 октября 1957 года. Чтобы осуществить этот пуск, с Р-7 сняли штатную головную часть и поставили «облегчённый» вариант, поместив внутрь неё спутник. Объект, подаривший человечеству начало космической эры, представлял собой шар диаметром 58 сантиметров и весом 83 килограмма. А для его вывода на орбиту понадобилась ракета длиной 30 метров и весом (в заправленном состоянии) почти 300 тонн! Эта модификация «семёрки» получила название РН «Спутник» (РН – ракета-носитель).

Искусственный спутник Земли – это, конечно, хорошо… Но что если «замахнуться» на спутник естественный – полететь к Луне? Однако для этого необходимо было совершить технологический прорыв – создать двигатель, который позволит ракете достичь «второй космической скорости». Королёв придумал, как модифицировать «семёрку» – оснастить её третьей ступенью, на которую и предполагалось установить революционный двигатель (в таком виде ракета получила название РН «Луна»). Дело оставалось за малым: найти того, кто сделает такой двигатель – причём в кратчайшие сроки! И Королёв обратился к Косбергу…

Лунная гонка

Шломо Ариевич ещё в молодости заслужил прозвище «Пророк» – когда работал слесарем на ткацкой фабрике: он мог безошибочно определить, какой станок когда «встанет» и почему. Но главное: быстро и качественно устранить поломку! Потом Косберг закончил МАИ и стал спецом по авиационным двигателям. Но одно дело – самолёты… И совсем другое – космическая ракета. Косберг сомневался в своих силах и поначалу даже отверг предложение Королёва. Сергей Павлович пригрозил: «Тогда к Луне полетим без Вас!». Упускать такой шанс Косберг не захотел – и принялся за дело…

И не подвёл: 2 января 1959 года РН «Восток-Л» успешно вывела в космос автоматическую межпланетную станцию (АМС) «Луна-1». На Луну, правда, она не попала (это сумела сделать в сентябре того же года АМС «Луна-2») – зато стала первым в истории искусственным спутником Солнца: в советской прессе даже писали, что в Солнечной системе появилась новая планета Мечта.

«Разобравшись» с Луной, Королёв и его товарищи решили не останавливаться на достигнутом: теперь уже нацелились на Марс и Венеру… Для этого была создана РН «Молния» – у неё имелось уже четыре ступени. Правда, поверхности Венеры удалось достичь только в ноябре 1965-го… А на Марс мы попали и вовсе только в следующем десятилетии – и для этого понадобилась другая РН: знаменитый «Протон» (УР-500), детище «конкурента» Королёва, конструктора Владимира Челомея. А вот запустить человека в космос помогла именно королёвская «семёрка» – точнее, очередная её модификация: РН «Восток-1».

После полёта Гагарина начался новый виток «космической гонки»: кто первым совершит успешный пилотируемый полёт на Луну. Для такой экспедиции нужна была уже не просто ракета-носитель, а «сверхтяжёлая» – в разы более мощная! Американцы сделали ставку на свою разработку – «Сатурн-5». У нас рассматривалось целых три варианта: Р-56, разработанная в ОКБ Михаила Янгеля; УР-700, детище Челомея…

Главное принципиальное отличие между этими проектами было, пожалуй, в том, что ракеты Янгеля и Челомея заправлялись т.н. «высококипящими компонентами»: несимметричный диметилгидразин (он же гептил) плюс тетраоксид диазота. С технологической точки зрения такое топливо было более эффективным – но при этом исключительно взрывоопасным и требовало крайней осторожности в обращении… К тому же гептил – штука очень токсичная! Н-1 заправлялась «по-королёвски»: керосином и жидким кислородом… Впрочем, тот факт, что ставку в итоге сделали именно на эту РН, объясняется, конечно, не её «экологичностью», а скорее колоссальным авторитетом самого Королёва: «наверху» верили – Главный не подведёт!

Но – в январе 1966 года Сергея Павловича не стало… Бразды правления принял его зам Василий Мишин – однако довести Н-1 до ума ему, увы, не удалось: все четыре пуска были неудачными. А в июле 1969 года на Луну высадились американские астронавты – в последующие три года США совершили ещё 5 успешных лунных миссий. Правда, в ноябре 1970 года на Луну (с помощью РН «Протон») был доставлен первый в истории планетоход – «Луноход-1», который проработал на поверхности спутника почти 10 месяцев и проехал за это время свыше 10 тысяч километров. Но это лишь отчасти компенсировало неудачу советской пилотируемой лунной программы… В 1974 году Мишин был снят с должности, и проект Н-1 закрыли – к этому моменту уже было очевидно, что «лунную гонку» американцы выиграли вчистую.

Новая надежда

Впрочем, даже после фиаско с Н-1 советская лунная программа не была закрыта – просто теперь надежды возлагались на другую РН. «Энергия», разработанная под руководством Валентина Глушко, предназначалась для пилотируемых полётов не только на Луну, но и на другие планеты – именно эта РН стала основой первой отечественной многоразовой космической системы «Энергия-Буран». Но увы: практическое использование этой во всех отношениях замечательной ракеты ограничилось всего двумя пусками, после чего программу закрыли…

 

Сегодня из отечественных РН по-прежнему летают «Протоны»: на апрель-май 2019 года запланировано три пуска – предполагается вывести на орбиту спутники связи и космическую обсерваторию. Правда, в ближайшие годы «Протон» планируется вывести из эксплуатации – ему на смену придёт новая РН: «Ангара-А5». Пока «Ангара» слетала в космос всего один раз – в декабре 2014 года. Но уже до конца этого года планируется осуществить ещё два пуска… Правда, для пилотируемых полётов «Ангара» будет использована не раньше 2025 года.

Кроме того, на 2022 год запланирован первый запуск РН «Союз-5» («Иртыш») – её, в частности, предполагается задействовать для пилотируемого полёта на Луну и последующего создания российской лунной базы.

Ну а на Марс (в перспективе и на Юпитер) планируется лететь с помощью РН «Енисей» – это самая свежая разработка отечественных инженеров. Уже известно, что эта сверхтяжёлая ракета будет состоять из трёх ступеней: первые две будут заправлены «по-королёвски», а третья – кислородом и водородом. Эскизный проект «Енисея» уже готов; на подходе – технико-экономическое обоснование. Первый старт новой ракеты-носителя запланирован с космодрома «Восточный» на 2028 год…

Александр Крастошевский

Источник: Мультимедийный портал ПОИСК