скачать книгу бесплатно
108 минут, изменившие мир
Антон Иванович Первушин
Книга известного российского писателя Антона Первушина рассказывает про подготовку первого полета человека в космос. Почему именно СССР, несмотря на технологическое отставание от США, смог первым запустить спутник и человека в космос? В книге впервые будет опубликовано правдивое описание полета, сделанное самим Гагариным, и выверенная, исторически точная запись полета с пояснениями происходящего.
Антон Первушин
108 минут, изменившие мир
Предисловие
Современность диктует свои законы. Романтика дальних странствий и великих открытий осталась в прошлом. Континенты, архипелаги, острова и океаны нанесены на карту и изрядно освоены. Кажется, нет на планете места, где еще не побывал человек. Сегодня мы уже не думаем о том, как расширить принадлежащие нам земли, а сосредоточились на повышении жизненного комфорта. Из этого проистекают прагматизм и даже цинизм современного обывателя. А те, кто сохранил в душе романтику, компенсируют ее исчезновение участием в ролевых играх или экстремальных видах спорта.
И все бы хорошо, но отсутствие новых рубежей и явно выраженной конкуренции между державами за ресурсы (сегодня и державы, и ресурсы куда выгоднее покупать, нежели завоевывать) ведет к стагнации человеческой культуры: не хватает новых революционных образов и смыслов, а при формировании настоящего мы всё больше ориентируемся не на будущее, а на прошлое. В связи с этим футурологи говорят о «конце истории», культурологи – о «перманентном кризисе», а социологи – о «торжестве общества потребления».
И лишь изредка мы вспоминаем, что есть еще небо и звезды над головой, что существует необозримое пространство, до которого человечество сумело дотянуться, но в силу разнообразных причин приостановилось на величественном пути освоения макрокосма. Одним из поводов вспомнить об этом стал День космонавтики, который отмечают не только в России. Например, в Соединенных Штатах Америки – в стране, которую даже многие ее граждане считают «цитаделью прагматизма», – празднуют в апреле «ночь Юрия» («Yuri's Night»), названную так в честь Юрия Алексеевича Гагарина и его полета на корабле «Восток».
Образ Юрия Гагарина – один из немногих по-настоящему светлых образов в жестокой истории ХХ века. И он уникален. В самом деле, разве найдется другой человек, который в одночасье стал олицетворением нового и блистательного пути для целого человечества? Улыбка Гагарина объединяет всех, возвращает романтику, заставляет хотя бы на короткий миг забыть о сиюминутном и задуматься о будущем. А еще Гагарин – гордость нашей Родины.
Стало типичным в последние годы – как только начинают вспоминать мрачные подробности советской действительности, тут же находится оппонент, который скажет о спутнике и Гагарине. Можно подумать, подвиг когда-нибудь оправдывал преступление… И все же какая-то доля справедливости в таком оправдании есть. В прошлом веке многие народы показали себя не с самой лучшей стороны, а потому оценивать их ретроспективно имеет смысл не по злодеяниям (их нужно учитывать и помнить, но не строить на их основе современные отношения), а по вкладу в развитие цивилизации. И тут советские люди, не только русские, могут дать многим народам большую фору. Пренебрегая комфортом, презрев прагматизм, зачастую жертвуя самым дорогим, в том числе здоровьем и жизнью, они сумели сделать невозможное – восстановили из руин самую большую страну в мире и при этом совершили фантастический рывок к звездам. Если бы это сделали немцы или американцы, мало кто удивился бы, но Советский Союз, который всегда представлялся отстающей и даже варварской страной, вдруг разом вырвался в лидеры. Здесь есть чем гордиться!
Однако удивительный парадокс заключается в другом. Волею судьбы Россия стала наследницей СССР, во многом сохранив космический задел и имея прекрасные шансы остаться хотя бы на этом поле ведущей державой, – однако чем дальше, тем больше статус космонавтики в нашей стране девальвируется. И улыбка первого космонавта уже поблекла, как на старом выцветшем снимке, и говорят о Гагарине всё реже, и всё меньше молодых россиян знают, кто это такой, и понимают, зачем нужно летать к звездам. А вместе с этим Россия теряет последнюю гордость и, возможно, последний шанс сохраниться в XXI веке в качестве сильного государства, определяющего контуры будущего. И не стоит ссылаться на прагматичный дух эпохи – забывчивость и пренебрежение достижениями отцов не имеют объективных причин.
Сегодня у нас снова есть повод вспомнить торжествующую улыбку Юрия Гагарина. 2011 год объявлен официальным Годом космонавтики, и его будут отмечать даже те, кто очень далек от проблем ракетно-космической отрасли. Но куда важнее не только вспомнить, а до мельчайших деталей воспроизвести историю этого полета, чтобы разобраться наконец, что же он для всех нас значит.
Настоящая книга появилась на свет не только благодаря информационному поводу. Дело в том, что сокрытие правды о полете Юрия Гагарина началось еще до самого полета. Люди старшего поколения прекрасно помнят, что ничего не слышали ни о «Востоке», ни о членах первого отряда космонавтов до 12 апреля 1961 года. И до самой смерти в январе 1966 года было засекречено имя главного конструктора ракетной техники – Сергея Павловича Королёва. Объяснялось это сокрытие соблюдением государственной тайны «в интересах обороноспособности», однако прошло уже пятьдесят лет, Советский Союз прекратил свое существование, а многие подробности одного из самых ярких событий в нашей истории найти не просто трудно, а невозможно. Подобное положение вещей выглядит ненормальным.
В этой книге я попытался скрупулезно собрать, просеять через сито верификации и предельно конкретно изложить рассекреченную информацию, связанную с историей подготовки и осуществления первого полета человека в космос. Не ищите здесь биографических деталей и публицистических отступлений. Не будет и забавных анекдотов из жизни космонавтов. Об этом тоже стоит написать книгу, но как-нибудь в другой раз.
Перед вами своего рода энциклопедия по первому полету, поэтому я разбил ее на тематические главы-статьи, в хронологическом порядке описывающие те элементы ракетно-космической инфраструктуры, без которых полет был бы невозможен: «Ракета», «Космодром», «Управление», «Корабль», «Космонавт». В главе «Полет», как следует из названия, я даю подробное описание самого полета, наложив его на полную расшифровку переговоров Юрия Алексеевича Гагарина с Землей, привязанную к московскому времени.
При работе над книгой я пользовался только открытыми источниками и в отдельных случаях при сильных разночтениях был вынужден принимать волевое решение, выбрав ту версию давних событий, которая представляется мне наиболее убедительной с позиций технической логики и здравого смысла. Варианты, «конспирологические» версии и оставшиеся вопросы ищите в разделе «Примечания».
К сожалению, я не смог назвать в этой книге имена всех, кто работал над созданием ракеты, космодрома, корабля и системы управления и обеспечил триумфальный полет. В этом смысле моя работа очень далека от полноты. Но прочитать подробнее о трудовом подвиге этих людей вы сможете в книгах и статьях, список которых приведен в самом конце.
В работе над книгой мне помогали, вольно или невольно, самые разные люди, предоставив редкие свидетельства очевидцев и материалы, которые не найти ни в одной из библиотек. Пользуясь случаем, я хотел бы поблагодарить за эту неоценимую помощь Андрея Балабуху, Елену Бойцову, Янину Грошеву, Виктора Ефимова, Александра Железнякова, Аллу Качурину, Ирину Кулагину, Валерия Куприянова, Виталия Лебедева, Игоря Лисова, Дмитрия Манта, Сергея Манта, Игоря Маринина, Михаила Охочинского, Тимофея Прыгичева и Сергея Хлынина.
Спасибо вам! И – с Днем космонавтики!
Антон Первушин
Глава 1
Ракета
1.1 Формула Циолковского
Отсчет истории космонавтики принято вести с 1903 года. Именно тогда в майском номере журнала «Научное обозрение» была опубликована статья калужского ученого-самоучки Константина Эдуардовича Циолковского[1 - Циолковский, Константин Эдуардович (1857–1935) – признанный основоположник теоретической космонавтики, ученый, мыслитель, писатель-фантаст. Родился в семье лесничего. После перенесенной в детстве скарлатины почти полностью потерял слух; глухота не позволила продолжать учебу в школе, и с 14 лет он занимался самостоятельно. С 16 до 19 лет жил в Москве, изучал физико-математические науки по циклу средней и высшей школы. В 1879 году экстерном сдал экзамены на звание учителя. К этому времени относятся первые научные исследования К. Э. Циолковского. Не зная об уже сделанных открытиях, написал работу «Теория газов», в которой изложил основы кинетической теории газов. Вторая его работа, «Механика животного организма», получила благоприятный отзыв И. М. Сеченова, и К. Э. Циолковский был принят в Русское физико-химическое общество. Основные работы К. Э. Циолковского после 1884 года были связаны с четырьмя большими проблемами: научным обоснованием цельнометаллического аэростата (дирижабля), обтекаемого аэроплана, поезда на воздушной подушке и ракеты для межпланетных путешествий. Теоретические исследования Циолковского показали возможность достижения космических скоростей. Он первым изучил вопрос о ракете – искусственном спутнике Земли и высказал идею создания околоземных станций. Циолковский выдвинул ряд идей, которые нашли применение в ракетостроении: газовые рули из графита для управления полетом ракеты; использование компонентов топлива для охлаждения стенок камеры сгорания и сопла двигателя; насосная система подачи компонентов топлива; оптимальные траектории спуска космического аппарата при возвращении из космоса.] «Исследование мировых пространств реактивными приборами». В ней ученый показал, что полеты в космос могут быть осуществлены только при помощи ракет с двигателями на жидком топливе.
У открытия Циолковского есть предыстория. Активное развитие воздухоплавания и первые попытки создать аппарат тяжелее воздуха, предпринятые в XIX веке, способствовали появлению проектов межпланетных кораблей. Фантасты с энтузиазмом ухватились за новую идею, тем более что в мифологии и предшествующей литературе можно было встретить описания сказочных путешествий на Луну и планеты. Не заставили себя ждать и деятельные изобретатели.
Однако на пути в космос предстояло преодолеть первое и, пожалуй, самое главное препятствие – земную гравитацию. Еще в 1687 году знаменитый английский физик Исаак Ньютон доказал[2 - Свои выкладки Исаак Ньютон изложил монографии «Математические начала натуральной философии» (лат.: Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, 1687). Ньютон поставил следующий мысленный эксперимент. Представьте себе высочайшую гору, пик которой находится за пределами атмосферы. Вообразите пушку, установленную на самой ее вершине и стреляющую горизонтально. Чем мощнее заряд используется при выстреле, тем дальше от горы будет улетать ядро. Наконец при достижении некоторой мощности заряда ядро разовьет такую скорость, что не упадет на землю вообще, выйдя на орбиту – сила притяжения для него уравновесится центробежной силой.], что для выхода на околоземную орбиту необходимо развить как минимум первую космическую скорость – 7,91 км/с, а для полета к Луне и другим планетам требуется уже вторая космическая скорость – 11,2 км/с. Но как достичь таких скоростей?
К середине XIX века были хорошо известны пороховые ракеты, однако их скорость и управляемость оставляли желать лучшего. Зато артиллерия добилась немалых успехов – появились нарезные орудия, обеспечивающие высокую кучность стрельбы на расстоянии нескольких километров. При этом считалось, что чем больше ствол и пороховой заряд, тем большую скорость разовьет снаряд. Более поздние исследования показали, что максимальная скорость, которую может развить артиллерийский снаряд, лишь ненамного превышает 2 км/с, а увеличение ствола и размера заряда вовсе не способствует росту эффективности – снаряд летит дальше и быстрее, но не достигает теоретически ожидаемых результатов[3 - И. Стержнев в монографии «Артиллерийские орудия кратного действия (1944–1948)» сравнивает две пушки: русскую серийную образца 1902 года и немецкую сверхдальнобойную пушку. При этом получается, что при увеличении заряда в 14,4 раза по сравнению с пушкой 1902 года сверхдальнобойная пушка дает прирост скорости снаряда не в 14,4 раза, а только в 2,7 раза.].
Однако в XIX веке на артиллерию возлагались большие надежды, и поэтому не приходится удивляться, что первый технически обоснованный проект полета в космос был связан с пушками.
В 1865 году вышел третий роман быстро набиравшего популярность французского писателя Жюля Верна «С Земли на Луну прямым путем за 97 часов 20 минут»[4 - Роман Жюля Верна о полете на Луну является первой частью дилогии, состоящей из двух романов: «С Земли на Луну прямым путем за 97 часов 20 минут» (фр.: De la Terre a la Lune Trajet Direct en 97 Heures 20 Minutes, 1865) и «Вокруг Луны» (фр.: Autour de la Lune, 1869).]. В романе описывалось орудие длиной 274 м и весом 68 тыс. т. В качестве взрывчатого вещества использовался пироксилин в количестве 164 тыс. т. Сначала предполагалось при помощи этого орудия послать к Луне снаряд без пассажиров, но потом внутри необыкновенного ядра была устроена каюта, в которой решились отправиться в космическое путешествие трое смельчаков. Разумеется, в романе старт к Луне прошел удачно, а межпланетные путешественники не только выжили, но и отправились в полный приключений полет к соседнему небесному телу. Однако в реальности дела обстояли бы намного хуже.
Допустим, полый снаряд, выпущенный из такой пушки, развил вторую космическую скорость. Однако элементарный расчет показывает, что его ускорение на самом первом и самом коротком отрезке пути по пушечному жерлу оказалось бы столь велико, что все тела внутри приобрели бы вес в 60 тыс. раз больший, чем вес самого тела. То есть пассажиры испытали бы ударную перегрузку в 60 тыс. g[5 - Перегрузка – безразмерная величина. Но в популярной литературе в качестве единицы ее измерения используется g (же) – усредненное для Земли ускорение свободного падения (9,81 м/с
). Применяя эту единицу, легко видеть, насколько ускорение движущегося тела выше ускорения свободного падения.].
Жюль Верн догадывался, что на описываемых в романе межпланетных путешественников будет воздействовать сильная перегрузка, и даже снабдил снаряд примитивным амортизирующим устройством, полагая, что оно поможет им отделаться легкими ссадинами и ушибами. В XIX веке ученые еще не могли сказать, какую перегрузку способен выдержать человек, но чудовищность названного числа пугала, и, критикуя проект Верна, исследователи писали, что пассажиров такого снаряда буквально размазало бы по полу. И были недалеки от истины – сегодня доподлинно установлено, что смертельной для человека является ударная перегрузка свыше 300 g[6 - Переносимость перегрузки напрямую зависит от времени ее действия. К примеру, перегрузку 4,5 g может переносить длительное время самый обыкновенный человек. Тренированный и здоровый человек способен выдержать перегрузку в 8 g, если она не будет длиться свыше пяти минут. Пилот самолета при катапультировании испытывает ударную перегрузку в 20–25 g, но длится она секунды. Спортсмены при экстремальных прыжках в воду выдерживают перегрузку в 90-100 g. Рекорд по перенесенной перегрузке принадлежит гонщику «Формулы-1» Дэвиду Перли, который при аварии в 1977 году испытал воздействие ударной перегрузки в 179,8 g и остался жив.].
Однако персонажей романа поджидала еще одна опасность – сопротивление воздуха. Ведь оно возрастает куда быстрее, чем скорость снаряда. А кроме того, чем быстрее летит тело, тем оно быстрее нагревается и разрушается – свидетельством служат регулярные метеорные дожди. Сопротивление воздуха на выходе из пушки Жюля Верна при указанном им ускорении в буквальном смысле остановило бы снаряд, а жерло разорвало бы на части.
Несмотря на эти серьезные недостатки, проект французского писателя вызвал общественный резонанс. Его обсуждали, и даже выдвигались варианты исправления ситуации. Если сделать орудие длиной в 300 км, удалить из ствола воздух, дуло «вывести» за пределы атмосферы, а снаряд изнутри заполнить водой, которая является идеальным естественным амортизатором, то теоретически можно обойти все проблемы. Вот только эта теоретическая задача не решаема технически – ни во времена Жюля Верна, ни поныне.
Но сама идея захватывала воображение. Позднее многие из основоположников космонавтики признавались, что заняться этой областью их побудил именно фантастической проект «лунной» пушки.
Ознакомился с романом и Константин Циолковский. Еще в юности будущий знаменитый ученый увлекся воздухоплаванием, и это предопределило главный предмет его научных интересов – создание более совершенных аэростатов, дирижаблей и летательных машин.
Долгое время космонавтика оставалась для Циолковского на втором плане, но любовь к астрономии привела его к проблематике достижимости космических высот и скоростей. Циолковский сразу разглядел все огрехи проекта гигантской пушки и отказался от него. При этом он рассматривал разные способы выхода в космос, сосредоточившись на использовании центробежной силы – идея разгонной эстакады вокруг экватора или гигантской башни была куда перспективнее, но столь же сложна для реализации[7 - Ни один из проектов, которые мы можем найти в рукописях 1878 года, не подходил для земных условий, что К. Э. Циолковский прекрасно понимал. «Веретенообразная башня, висящая без опоры над планетой и не падающая благодаря центробежной силе» и «кольца, с помощью которых можно восходить на небеса и спускаться с них, а также отправляться в космическое путешествие» могли быть построены только на небольших планетах, лишенных атмосферы.].
Хотя в ранних рукописях Циолковского уже описана возможность применения силы отдачи для движения в пустоте[8 - В статье «Свободное пространство», написанной в 1883 году, К. Э. Циолковский излагает способ движения в космической пустоте за счет силы реакции: «Меньшая из масс приобретает скорость, во столько раз большую скорости большой массы, во сколько раз масса большого тела больше массы меньшего тела». На этом принципе ученый предложил новую конструкцию движителя для космического корабля. Это пушка, снаряды которой создают силу отдачи. Меняя положение ствола пушки, можно лететь в любом направлении.], он еще не думал о ракетах. В 1896 году калужский ученый ознакомился с брошюрой Александра Петровича Федорова «Новый способ воздухоплавания, исключающий воздух как опорную среду»[9 - Федоров, Александр Петрович (1872-?) – русский изобретатель, потомственный дворянин, журналист. В 1896 году Федоров написал брошюру «Новый принцип воздухоплавания, исключающий атмосферу как опорную среду». Что подвигло его на это, доподлинно не известно. Став журналистом, популяризировал технические новинки, иногда писал об авиации, но ни разу не вспомнил о своем давнем изобретении, которое подтолкнуло К. Э. Циолковского к базовой идее осуществления космических полетов с помощью ракет на жидком топливе.]. В ней молодой изобретатель излагал принцип действия придуманного им «ракетолета», имеющего несколько двигателей: одни служили ему для подъема, другие – для движения в горизонтальном направлении, третьи выполняли роль реактивных рулей. Каждый двигатель состоял из генератора газа и «трубы».
Газ под давлением поступал в «трубу» и вырывался наружу, создавая реактивную тягу и тем самым двигая «ракетолет» в противоположную сторону.
Идея Федорова поразила Циолковского, позднее он писал: «Она толкнула меня к серьезным работам, как упавшее яблоко к открытию Ньютоном тяготения».
В своей работе Федоров не приводил никаких расчетов, и ученому пришлось проделать их самостоятельно. 10 мая 1897 года Константин Эдуардович вывел формулу, которая сегодня по праву носит его имя.
Формула Циолковского устанавливает связь между четырьмя параметрами: скоростью ракеты в любой момент времени, скоростью истечения продуктов сгорания из сопла, массой ракеты, массой взрывных веществ[10 - Формула Циолковского выглядит так: V
= V ln (М
/М
) = V ln (1 + М
/M
), где V
– конечная скорость летательного аппарата после выработки топлива, V – эффективная скорость истечения продуктов сгорания топлива из сопла, М
– начальная масса летательного аппарата (полезная нагрузка + конструкция аппарата + топливо), М
– конечная масса летательного аппарата (полезная нагрузка + конструкция), М
– масса топлива.]. Допустим, необходимо запустить спутник на околоземную орбиту. Значит, скорость ракеты после исчерпания топлива должна равняться первой космической скорости. Скорость истечения для каждого вещества индивидуальна. Располагая этими двумя величинами, можно перебирать соотношения масс топлива и ракеты – и добиться оптимального значения.
Формула сразу дала Циолковскому доказательство того, что полеты к другим планетам посредством ракет возможны. Она же позволила ему установить идеальное топливо для ракеты: если использовать в качестве горючего жидкий водород, а в качестве окислителя жидкий кислород, то грузоподъемность ракеты существенно возрастает.
На основе своих расчетов Циолковский написал статью «Исследование мировых пространств реактивными приборами». Ее первая часть и была опубликована в 1903 году. В ней, кроме прочего, описана ракета с прямой дюзой, использующая водородно-кислородное топливо. Главное, что давала такая ракета по сравнению с пороховыми, – возможность ускоряться постепенно, избежав ударных перегрузок при старте.
Статья осталась не замеченной широкой публикой, поэтому ее вторая часть увидела свет только через восемь лет – в 1911 году – на страницах журнала «Вестник воздухоплавания». Здесь Циолковский привел результаты своих вычислений по преодолению силы земного тяготения, полету к другим планетам и выдвинул идею автономной системы жизнеобеспечения для космических кораблей. Эту часть статьи Константин Эдуардович завершил фразой, которая ныне считается девизом космонавтики: «Планета есть колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели».
1.2 Ракеты Оберта
О Циолковском и его работах появилось множество публикаций[11 - Первой популярной публикацией о работах К. Э. Циолковского считается статья инженера Владимира Рюмина «На ракете в мировое пространство», опубликованная в 1912 году.], однако подлинное признание к нему пришло только в 1923 году, после того как в советской прессе появились сообщения о ракетных достижениях Германии.
Основоположником немецкого ракетостроения по праву считается Герман Оберт[12 - Оберт, Герман Юлиус (1894–1989) – немецкий ученый в области космонавтики и ракетостроения. В Первую мировую войну воевал на Восточном фронте. Получив ранение, вернулся в Трансильванию. Учился в университетах Клужа, Мюнхена, Геттингена и Гейдельберга. В 1924–1938 годы был профессором колледжа в Медиаше, работал в Венском технологическом институте. В 1940 году получил германское гражданство. В 1941–1943 годах был консультантом ракетного центра Пенемюнде, участвовал в создании ракеты «A-4/V-2» под руководством В. фон Брауна. В 1943 году был переведен в Рейнсдорф (Германия), работал на заводах взрывчатых веществ над созданием твердотопливных ракет. В 1945–1948 годах проводил частные исследования в Швейцарии, в 1950–1953 годах жил в Италии, занимался разработкой ракет для военно-морского флота. В 1955 году по приглашению В. фон Брауна приехал в США, работал в Хантсвилле (штат Алабама). Работы Германа Оберта отличались обстоятельностью, он предложил множество технических решений, используемых в ракетостроении и космонавтике до сих пор.]. С юности он занимался проблемами теоретической космонавтики. В десять лет прочитал роман Жюля Верна «С Земли на Луну…» и, проделав с помощью учителя физики простейшие расчеты, понял, что проект космической пушки неосуществим. В четырнадцать лет Оберт пришел к выводу, что космос покорится только ракетам. В пятнадцать лет самостоятельно вывел формулу Циолковского. В восемнадцать лет разработал проект ракеты с жидкостным двигателем. В 1917 году Оберт, будучи на военной службе, сконструировал боевую баллистическую ракету высотой 25 м. Компоненты топлива – этиловый спирт и жидкий кислород – нагнетались в ракетный двигатель с помощью насоса. Для стабилизации полета применялся гироскоп[13 - Гироскоп (от греч. gyros – круг; в старой литературе еще можно встретить название «жироскоп») – устройство, представляющее собой быстро вращающийся (до сотен и тысяч оборотов в секунду) ротор. Используется в системах управления летательных и космических аппаратов, поскольку быстро вращающееся тело сохраняет свое положение в пространстве, а значит, по отклонению от оси гироскопа можно судить о том, насколько отклонился от заданного направления летательный аппарат.]. Таким образом, была намечена принципиальная схема жидкостной ракеты, используемая в конструкторских разработках до сих пор.
Расчеты показывали, что спиртовая одноступенчатая ракета улетит дальше любого снаряда, но для космических путешествий непригодна – топливные баки постепенно опорожняются и с какого-то момента становятся бесполезной нагрузкой, не ускоряющей, а замедляющей полет. Оберт нашел выход и летом 1920 года описал проект двухступенчатой ракеты. Первая ступень использовала в качестве топлива пару спирт-кислород, а вторая – водород-кислород.
Позднее Герман Оберт обобщил свои изыскания, и в июне 1923 года вышла его монография «Ракета в межпланетное пространство»[14 - В оригинале книга называлась Die Rakete zu den Planeten-raumen.]. Эта книга оказалась первой в мировой литературе, в которой с научной добросовестностью была показана техническая реальность создания больших жидкостных ракет и обсуждались ближайшие цели их практического применения. Привлекали внимание детально проработанные чертежи – ничего похожего в те годы у других пионеров космонавтики просто не было. Благодаря этой книге все увидели, что космонавтика – не только область профессиональных интересов писателей-фантастов, но и вид деятельности, в которой могут проявить свои способности инженеры и промышленники.
В Советском Союзе книга Оберта тоже вызвала резонанс. 2 октября 1923 года в газете «Известия» появилась рецензия на нее. Всё это возмутило Константина Циолковского, поскольку в рецензии ничего не говорилось о его работах. Чтобы исправить допущенную несправедливость, в 1924 году он выпустил в виде отдельной брошюры второе издание своей статьи 1903 года и разослал ее заинтересованным лицам. Отдадим должное Оберту – он сразу признал приоритет русского ученого, о чем немедленно раструбили советские популяризаторы. В итоге книга Оберта не только послужила толчком для подтверждения приоритета Циолковского, но и способствовала пропаганде ракетно-космической тематики в Советской России.
Следующий труд Германа Оберта под названием «Пути осуществления космического полета»[15 - В оригинале книга называлась Wege zur Raumschiffahrt.] увидел свет в 1929 году. В ней немецкий ученый обобщил и скрупулезно проанализировал свои предыдущие и новые разработки в области ракетостроения. Оберт рассматривал два типа ракет. «Modell В» служила носителем научных приборов для исследования верхних слоев атмосферы, а «Modell E» была предназначена для полета в космическом пространстве. Особый интерес представляет второй тип, поскольку в нем воплотились технические идеи, оказавшие значительное влияние на дальнейшее развитие ракетостроения.
«Modell E» – это ракета с одной большой дюзой и широким основанием, к которому прикреплены четыре опоры-стабилизатора. Она состоит из двух частей: первая разгонная ступень работает на спирте и жидком кислороде, а вторая при том же окислителе использует жидкий водород. В верхней части второй ступени размещена каюта с иллюминаторами, позволяющими вести астрономические наблюдения, – Оберт назвал ее «аквариумом для земных жителей». Высота всей ракеты, рассчитанной на двух пассажиров, оценивалась Обертом как «примерно соответствующая высоте четырехэтажного дома». Общий вес заправленной ракеты перед стартом – 288 т. В ходе космического рейса пассажиры могли на время покидать «аквариум» в специальных костюмах, сходных с водолазными. Торможение в атмосфере при возвращении пассажирской кабины на Землю Оберт предлагал осуществлять посредством парашюта или при помощи специальных несущих поверхностей и хвостовых стабилизаторов, позволяющих планировать и таким образом уменьшающих перегрузку при сбросе скорости.
Продуманные и технически детализированные работы Германа Оберта произвели фурор. В республиканской Германии и дружественной Австрии за пять лет после издания «Ракеты в межпланетное пространство» вышло более восьмидесяти книг по ракетно-космической технике. Возник своего рода ракетный бум.
11 июня 1927 года, на пике бума, в немецком городке Бреслау (ныне – польский город Вроцлав) собрались несколько человек, увлекавшихся идеей космических полетов, и учредили Общество межпланетных сообщений[16 - Оригинальное название немецкого Общества межпланетных сообщений – Verein fur Raumschiffahrt (VfR). В других странах его часто называли «Немецким ракетным обществом» или «Германским ракетным обществом».]. Почти сразу члены Общества занялись согласованным проектированием небольших ракет.
В мае 1929 года популярный режиссер Фриц Ланг, наслышанный об Оберте, пригласил его стать научным консультантом фильма «Женщина на Луне»[17 - Фильм «Женщина на Луне» (нем.: Frau im Mond) снимала киностудия Ufa. Сценарий был основан на одноименном фантастическом романе жены режиссера Фрица Ланга – Теа фон Харбоу.]. Когда Оберт приехал в Берлин, возникла еще одна идея – в качестве рекламного трюка запустить перед премьерой настоящую ракету. Ланг ее одобрил, и из бюджета фильма было выделено 10 тыс. рейхсмарок. Назначили дату старта – 19 октября 1929 года.
Рекламный отдел киностудии тут же распространил эту информацию. О ракете Оберта начала усиленно писать пресса. Хуже обстояло дело с самой ракетой. Ведь одно дело – выдвинуть идею и даже обосновать, и совсем другое – воплотить ее в металле.
Принцип действия жидкостного ракетного двигателя кажется простым. Из одной емкости в камеру сгорания поступает горючее (жидкий водород, бензин, керосин, спирт), из другой – окислитель (жидкий кислород), обеспечивающий горение. Смесь в камере поджигается, продукты сгорания вылетают через сопло. Но реализовать этот принцип – сложнейшая задача. Камера сгорания работает в условиях высоких температур, давлений и скоростей.
Подобная среда не встречается ни в природе, ни в промышленных установках, поэтому к моменту появления идеи жидкостных ракет наука не изучала эти сложные процессы. Однако, чтобы изучить их, нужно иметь хотя бы один работающий двигатель. А его не было. Замкнутый круг.
Проведя предварительные расчеты, Оберт выбрал в качестве горючего бензин. В то время считалось, что смешение жидкого кислорода с бензином тут же приведет к взрыву. Желая переломить такую точку зрения и добиться устойчивого горения, Оберт начал опыты не с конкретным прототипом двигателя, а в «академической» постановке. Он провел серию экспериментов, изучая поведение тончайшей струйки бензина, направленной в сосуд с жидким кислородом. И однажды взрыв все-таки произошел – ударной волной ученого швырнуло через всю лабораторию. У Оберта лопнула барабанная перепонка и был поврежден левый глаз. Для полного излечения врачи посоветовали ему уйти в отпуск, но упорный ученый продолжил эксперименты.
В итоге Герман Оберт создал уникальную коническую камеру сгорания, названную Kegeld?se[18 - Kegelduse переводится с немецкого как «коническое сопло». Сегодня ее внешний вид кажется необычным. По принципу своей работы первая камера сгорания Германа Оберта сильно отличалась от современных: топливо подавалось в камеру не в дальней от сопла части, а впрыскивалось со стороны сопла навстречу продуктам сгорания.]. Несмотря на опасения, камера показала стабильную работу. По сути, это был первый в Европе действующий ракетный двигатель на жидком топливе.
Возникали проблемы и другого рода. Требовалось проверить аэродинамические характеристики ракеты. Обычно это делается путем продувки в аэродинамической трубе, но такой эксперимент был очень дорогим и отнял бы много времени. Оберт решил, что качественное представление может дать опыт, сводящийся к наблюдению характера падения модели с большой высоты. Была найдена соответствующая фабричная труба и с нее сброшена деревянная модель ракеты – ее даже удалось сфотографировать в этот момент. «Рекламщики» продемонстрировали смекалку: перевернули фотографию и, сделав таким образом падающую ракету взлетающей, сообщили о «первом экспериментальном старте ракеты Оберта».
Построить полноценную ракету к премьере «Женщины на Луне» Оберт так и не успел. Он допустил перерасход средств и был вынужден на несколько месяцев покинуть Германию.
В конце концов Общество межпланетных сообщений выкупило у киностудии незаконченную ракету, двигатель Kegeld?se и пусковую установку. В начале 1930 года состоялась конференция, на которой обсуждались дальнейшие планы. В итоге было решено строить упрощенную ракету, которая получила название Mirak[19 - Ракета Mirak (сокр. от Minimumrakete) имела несколько модификаций и разрабатывалась под руководством немецкого изобретателя Рудольфа Небеля. По современным представлениям вид ракеты был весьма необычен. Подобно пороховой ракете, Mirak состояла из «головки» и «направляющей ручки». Последняя представляла собой длинную тонкую алюминиевую трубу, служившую в качестве бака для бензина. «Головка» была сделана из литого алюминия и содержала бак с жидким кислородом.]. В июле двигатель Kegeld?se успешно испытали на стенде. Теперь предстояло запустить саму ракету.
27 сентября 1930 года Общество приобрело небольшой участок земли, расположенный в районе Рейникендорфа (пригород Берлина). Там возник испытательный полигон, вошедший в историю как Raketenflugplatz – Ракетодром. До конца 1933 года на ракетодроме было осуществлено 87 стартов ракет Mirak и 270 запусков двигателей на стенде[20 - После того как на ракеты Mirak установили новый двигатель Ei («Яйцо»), они получили новое название Repulsor.].
Последним крупным предприятием немецкого Общества межпланетных сообщений стала пилотируемая ракета Pilotrakete[21 - Изготовление прототипов и самой Pilotrakete оплачивали городские власти Магдебурга, поэтому в литературе эту ракету часто называют Магдебургской ракетой.]. По проекту она должна была иметь огромные для того времени размеры (высота – почти 8 м) и мощный ракетный двигатель с «носовой» тягой[22 - Носовая тяга подразумевает установку реактивных сопел в носовой части ракеты. Сейчас такая схема расположения сопел представляется экзотической, но в первой трети ХХ века с ее помощью пытались решить проблему стабилизации ракеты в полете. Носовой тяге отдали должное и К. Э. Циолковский, и Г. Оберт, и многие другие основоположники космонавтики.], работающий на смеси бензин-кислород. В одном отсеке планировалось разместить кабину с пассажиром и топливные баки, в другом – двигатели и парашют. Создатели ракеты надеялись, что она достигнет высоты 9 км.
В реализации проекта проявила заинтересованность администрация Магдебурга, выделив на него 40 тыс. рейхсмарок. Нашелся даже смельчак, готовый отправиться в ракетный полет, – некто Курт Гейниш.
На начальном этапе члены Общества собирались построить прототип – ракету той же схемы, что и Pilotrakete, но меньших размеров. Работа началась в рождественские праздники 1932 года, а первый старт был запланирован на июнь 1933 года. Поблизости от Магдебурга члены Общества соорудили большую пусковую направляющую. 29 июня, после двух неудачных попыток запуска, ракета все же стартовала. При этом один из роликов сошел с направляющего рельса, из-за чего ракета взлетела почти горизонтально и упала плашмя на землю в 300 м. Максимальная высота полета составила около 30 м. На этом проект был закрыт.
В роковом 1933 году к власти в Германии пришли нацисты. Уже зимой количество членов Общества межпланетных сообщений сократилось до трехсот человек, а многие из них лишились средств к существованию. Общество пыталось найти поддержку у военных, однако показательный запуск ракеты Mirak на полигоне Куммерсдорф южнее Берлина не произвел должного впечатления на боевых офицеров – ракета упала всего лишь на расстоянии 2 км от старта.
1.3 Группа изучения реактивного движения
В Советской России также предпринимались попытки создать организацию ракетчиков, занимающихся проектированием систем для космических полетов. Наибольшую активность на этом поприще проявил выпускник Рижского политехнического института Фридрих Артурович Цандер[23 - Цандер, Фридрих Артурович (1887–1933) – советский инженер, теоретик космонавтики. В 1914 году окончил Рижский политехнический институт, работал на завод «Проводник», выпускавший различные резиновые изделия. В 1915 году в связи с приближением фронта к Риге завод со всем персоналом был эвакуирован в Москву. В 1919 году Ф. А. Цандер перешел на авиационный завод «Мотор». Проблемами реактивного движения он начал заниматься с 1908 года. Его внимание привлекали вопросы конструирования космических аппаратов, выбор движущей силы, замкнутой системы жизнеобеспечения. Активно популяризировал космонавтику, выступал с лекциями, писал статьи. В 1931 году основал Группу изучения реактивного движения – ГИРД.].
Позднее Цандер вспоминал, что на его жизненный выбор повлияли два текста: роман Жюля Верна «С Земли на Луну…» и статья Циолковского «Исследование мировых пространств реактивными приборами», фрагменты из которой зачитал его классу школьный учитель. Цандер верил, что Марс обитаем, и, добравшись до красной планеты, земляне встретят там высокоразвитую цивилизацию. На всю жизнь лозунгом Фридриха Артуровича стал призыв: «Вперед! На Марс!»
Внимание Цандера привлекали вопросы конструирования космических аппаратов, выбора движущей силы, создания замкнутой системы жизнеобеспечения. В 1909 году Цандер впервые высказал мысль о том, что в качестве горючего можно использовать элементы конструкции межпланетного корабля[24 - Фактически Ф. А. Цандер сформулировал концепцию электротермического ракетного двигателя. Распыленный и раскаленный металл дает гораздо большую тягу, чем любое жидкое топливо. Однако его использование требует наличия на борту космического аппарата мощной энергетической установки и особо прочных материалов. Из-за этого электроракетные двигатели пока не получили широкого распространения в космической технике.]. В 1915 году в связи с приближением фронта к Риге Цандер был эвакуирован вместе с персоналом завода «Проводник» в Москву. С 1917 года он приступил к систематическим исследованиям проблем теоретической космонавтики.
Результаты своих предварительных изысканий Фридрих Цандер представил 29 декабря 1921 года на первой Губернской конференции изобретателей, проходившей в Москве. Он специализировался на авиационных двигателях, однако на этот раз решил удивить коллег фантастическим проектом корабля-аэроплана для полета на Марс. Символическое совпадение – в то же самое время находящийся в эмиграции знаменитый писатель Алексей Николаевич Толстой начал работу над романом «Аэлита», в котором собирался описать полет изобретательного инженера Лося и красногвардейца Гусева в космическом корабле на Марс.
Проект, озвученный на Губернской конференции изобретателей, был весьма оригинален. В качестве межпланетного корабля действительно служил большой герметичный аэроплан. В пределах атмосферы он должен был летать с помощью поршневых двигателей высокого давления, а на границе космоса большие крылья втягивались внутрь фюзеляжа и расплавлялись, служа дополнительным топливом для ракетного двигателя. Малые крылья были необходимы для планирования в атмосфере Марса и при возвращении на Землю.
Доклад был принят благосклонно, и тогда Цандер попросил у руководства Госавиазавода № 4, на котором в то время трудился, годичный отпуск для развития проекта. На общем собрании работников просьбу энтузиаста поддержали – идея полета на Марс так завораживала, что было решено отчислять Цандеру процент с зарплаты для того, чтобы он мог спокойно довести свой космический аэроплан до реальной модели.
Будучи по натуре практиком, Цандер сразу занялся поисками технических решений, которые могли бы ускорить постройку такого аэроплана. В 1924 году он приступил к разработке методик расчета жидкостных ракетных двигателей.
Рижский инженер столкнулся с той же проблемой «замкнутого круга», что и немец Герман Оберт: для создания жидкостного ракетного двигателя нужна теория двигателей, но теория не может возникнуть без двигателя.
Фридрих Цандер решил пойти эмпирическим путем, то есть методом проб и ошибок. Прототип он нашел на заводе имени Матвеева в Ленинграде – им стала обычная паяльная лампа. Переделав ее, инженер создал двигатель «ОР-1» («Первый опытный реактивный»), работающий на бензине и воздухе. В период с 1930 по 1932 год Цандер провел большое количество испытаний. Полученные результаты дали возможность перейти к созданию более совершенных двигателей, в которых окислителем служил жидкий кислород. Именно в этот период Цандер познакомился с амбициозным авиаконструктором Сергеем Павловичем Королёвым.
Сергей Королёв, выпускник Московского высшего технического училища и Московской школы летчиков-планеристов, в начале карьеры занимался конструированием планеров. Первую славу ему принес планер «Красная Звезда» – 28 октября 1930 года пилот Василий Степанчонок сделал на нем три «мертвые петли» подряд. О выдающемся полете написали профильные издания: «Самолет», «Красная Звезда», «Физкультура и спорт».
Когда Королёв начал обучение на инженера-конструктора, он не задумывался о космических полетах и ничего не слышал ни о Циолковском, ни о Цандере. Однако стремление летать выше и дальше, присущее всем авиаторам, побуждало его искать новые пути. В майском номере журнала «Самолет» за 1931 год была опубликована подборка материалов о первых удачных опытах с ракетными двигателями – этих сведений оказалось достаточно, чтобы молодой инженер обратил внимание на новые веяния. Заинтересовавшись темой, Королёв начал перебирать конструктивные схемы планеров с целью найти ту, которая идеально подошла бы для размещения ракетного двигателя, и остановился на «бесхвостой схеме». Оказалось, что такой планер – «БИЧ-8» («Треугольник») – уже существует[25 - Планер «БИЧ-8» сконструировал Борис Иванович Черановский, активно экспериментировавший с нестандартными схемами самолетов типа «бесхвостка» и «летающее крыло».]. Королёв сразу присоединился к его испытаниям, которые проходили на аэродроме ОСОАВИАХИМА[26 - ОСОАВИАХИМ – Общество содействия обороне, авиационному и химическому строительству – общественно-политическая оборонная организация, предшественник ДОСААФ. Общество возникло еще во время Гражданской войны, но под этим названием было официально зарегистрировано 23 января 1927 года. В январе 1948 года было реорганизовано и разделено на три обособленные организации.]. Там молодого авиаконструктора и нашел Фридрих Цандер.
Судьбоносная встреча состоялась 5 октября 1931 года, и уже через два дня Королёв присутствовал при тридцать втором по счету стендовом запуске двигателя «ОР-1». Видимо, испытания произвели впечатление, и авиаконструктор загорелся идеей создания ракетоплана – самолета с ракетным двигателем.
Незадолго до этого Цандер начал формировать Группу по изучению реактивного движения (ГИРД)[27 - Изначально ГИРД назывался Группой по изучению реактивных двигателей и реактивного летания.]. Королёв поддержал начинание – и до ГИРД в Советской России появлялись группы ракетчиков-энтузиастов, однако все они быстро прекращали существование, не имея конкретных задач и, соответственно, финансирования. У ГИРД такая задача была четко сформулирована: проектирование и создание ракетоплана «РП-1» с жидкостным двигателем «ОР-2»[28 - В отличие от «ОР-1» двигатель «ОР-2» проектировался с нуля. В нем Ф. А. Цандер применил вытеснительную подачу компонентов топлива сжатым азотом. Зажигание осуществлялось электросвечой. Окислитель (жидкий кислород) использовался для регенеративного охлаждения камеры сгорания.].
Почему именно ракетоплан, а не большая баллистическая ракета? Объяснение простое – создание больших ракет в ту пору было делом совершенно новым, и любой, кто начинал заниматься серьезным проектированием в этой области, наталкивался на ряд проблем. Одна из серьезнейших – как обеспечить стабильность полета ракеты и ее управляемость на всех этапах? Если в момент старта траекторию движения задавал пусковой станок с направляющими, а в дальнейшем ее поддерживали хвостовые стабилизаторы, то как быть с маневрированием в атмосфере и за ее пределами? Как обеспечить автоматическое регулирование тяги двигателя на различных режимах полета? Ракетоплан, казалось, решал большую часть этих проблем – управляемость обеспечивали крылья и их механизация; тягу двигателя мог регулировать сидящий в герметичной кабине пилот. Кроме того, в авиации уже был накоплен значительный опыт по созданию аппаратов тяжелее воздуха, и этим опытом не стоило пренебрегать.
Зимой 1932 года Сергей Королёв формально не являлся членом ГИРД, участвуя в деятельности группы на общественных началах. Однако положение коренным образом изменилось в марте, после совещания, созванного начальником вооружений Рабоче-крестьянской Красной армии Михаилом Николаевичем Тухачевским[29 - Тухачевский, Михаил Николаевич (1893–1937) – советский военный деятель, маршал Советского Союза (1935). Продвинулся по служебной лестнице во время Гражданской войны, участвовал в подавлении антисоветских восстаний. На всех должностях М. Н. Тухачевский считал своей главной задачей подготовку Рабоче-крестьянской Красной армии к будущей войне, допуская милитаризацию экономики СССР. В январе 1930 году представил советскому руководству доклад о реорганизации вооруженных сил, содержавший предложения об увеличении числа дивизий до 250, о развитии артиллерии, авиации и танковых войск. С 1932 года покровительствовал советским ракетчикам; в 1933 году добился создания Реактивного научно-исследовательского института (РНИИ), занимавшегося разработкой ракетного оружия в СССР. М. Н. Тухачевский был репрессирован в 1937 году по так называемому «делу военных», реабилитирован в 1957 году.]. На этом совещании обсуждались перспективы применения ракет в военном деле. Выступил с докладом Королёв, который открыто взял на себя ответственность за организацию всех работ группы ракетчиков-энтузиастов.
В апреле 1932 года ОСОАВИАХИМ выделил средства для формирования штата ГИРД. Тогда же для размещения группы было найдено подвальное помещение в доме № 19 на Садовой-Спасской улице. В июле ГИРД была преобразована из сугубо общественной группы в научно-исследовательскую и опытно-конструкторскую организацию по разработке ракет и двигателей, а с августа стала финансироваться Управлением военных изобретений. Сергея Королёва назначили начальником ГИРД.
Структурно Группа была разделена на четыре тематические бригады.
Первая бригада, которую возглавил Фридрих Артурович Цандер, экспериментировала с двигателем «ОР-1», конструировала двигатель «ОР-2» и исследовала проблематику сжигания металлических добавок в топливе.
Рабочий план второй бригады, возглавляемой Михаилом Клавдиевичем Тихонравовым[30 - Тихонравов, Михаил Клавдиевич (1900–1974) – советский конструктор в области ракетостроения и космонавтики. В 1925 году окончил Военно-воздушную академию имени Н. Е. Жуковского, работал на ряде авиационных предприятий, конструировал планеры. В 1932 году возглавил бригаду в ГИРД. Руководил созданием первой советской ракеты с двигателем на гибридном топливе, занимался исследованием жидкостных ракетных двигателей, разработкой ракет для изучения верхних слоев атмосферы, вопросами повышения кучности стрельбы неуправляемыми реактивными снарядами.], включал несколько важных позиций, связанных с перспективами развития ракетной техники. Тема, шедшая под обозначением 03, заключалась в разработке кислородного насоса и считалась поистине революционной. Дело в том, что существовавшие на тот момент вытеснительные системы подачи компонентов ракетного топлива отличались громоздкостью, а насос исправил бы положение. Тема 05 была посвящена обеспечению устойчивости полета реактивных аппаратов – для исследований в этой области разрабатывалась экспериментальная ракета с мощными стабилизаторами, переходящими в крылья.
Третья бригада под руководством Юрия Александровича Победоносцева[31 - Победоносцев, Юрий Александрович (1907–1973) – советский ученый, конструктор ракетной техники. В 1926 году поступил в Московское высшее техническое училище, в 1930 году закончил Московский авиационный институт. С 1925 года работал в Центральном аэрогидродинамической институте (ЦАГИ), с 1932 года – в ГИРД, с 1933 года – в РНИИ. Участвовал в создании реактивных минометов «БМ-8» и «БМ-13» («Катюша»), внес большой вклад в теорию горения порохов, установив критерий устойчивости горения, известный как «критерий Победоносцева». Автор трудов по внутренней баллистике ракетных двигателей.] занималась уже сущей экзотикой – опытной проверкой теоретических основ воздушно-реактивного двигателя[32 - Воздушно-реактивный двигатель (ВРД) – ракетный двигатель, использующий в качестве окислителя внешний воздух. Различные летательные аппараты с ВРД разрабатывались с 1930-х годов. Для начала процесса горения в таком двигателе аппарат нужно сначала разогнать, поэтому его используют только в качестве маршевого. В настоящее время нашел применение в гиперзвуковых высотных аппаратах.]. Для этой цели была построена специальная установка «ИУ-1», на которой исследовались способы зажигания и условия устойчивости горения в таких двигателях.
Четвертая бригада Сергея Павловича Королёва была создана для практического осуществления полета человека на ракетоплане. На начальном этапе работа четвертой бригады сводилась к конструктивной доработке планера «БИЧ-11»[33 - Планер «БИЧ-11» разрабатывался авиаконструктором Б. И. Черановским в рамках программы ГИРД по созданию ракетоплана «РП-1». Двигатель «ОР-2» конструкции Ф. А. Цандера предполагалось установить за кабиной пилота, а баки для горючего и окислителя – встроить в обтекатели на крыле по бокам гондолы фюзеляжа.] с целью установки на нем двигателя «ОР-2».
