Сообщение на тему ракетостроение
Обновлено: 05.07.2024
Вспомните, когда вы в последний раз поднимали голову и смотрели на звезды?
Осталось ли в памяти ощущение величия и необъятности Вселенной, которое появилось после получения первых знаний об окружающем вас мире? А тот момент, когда вы впервые узнали расстояние от Земли до Луны, до других планет Солнечной системы? Какие мысли возникали в вашей голове в этот момент?
Скорее всего, с возрастом эти мысли стали уходить на второй план, ведь человек привыкает ко всему, а семейные и рабочие вопросы затягивают похлеще трясины.
Ближе для всего человечества.
Мы не располагаем достоверными данными о человеке, который первым подал мысль о том, что человек может вырваться за пределы атмосферы Земли с помощью искусственного аппарата.
Но первые задокументированные исследования, в которых теория уже начинала пересекаться с практическими планами реализации, принадлежат перу Константина Циолковского — русского ученого, философа и признанного основоположника теории ракетостроения.
Многие идеи из трудов Циолковского (расчеты полета, конструкции ракет и траектория движения) использовались впоследствии на практике ракетостроителями всего мира. Но все же главным его достижением, на наш взгляд, является не техническая составляющая трудов — основным эффектом стало изменение мышления целого поколения ученых и инженеров, которые знакомились с его теоретическими выкладками.
Прошедшие годы показали, что отцу космонавтики это удалось — его труды сподвигли десятки, а позже сотни и тысячи людей начать работы в этой новой для человечества сфере.
И вот наступила весна 1926 года, и первая ракета на жидком топливе устремилась ввысь. Историческое событие произошло в городе Оберн, расположенном в штате Массачусетс.
Американский ученый и инженер Роберт Годдард полностью организовал и успешно провел первый пуск устройства длиной в человеческую руку на высоту в 12 метров. И хотя такие габариты и дистанция, на которую аппарат Годдарда поднялся в воздух, сейчас выглядят довольно смешно, в тот момент этот запуск заложил основу будущего ракетной промышленности США.
Существенную роль в развитии новой сферы сыграл известный летчик Чарльз Линдберг, который помог найти Годдарду инвестора — известного финансиста и филантропа Дэниэла Гуггенхайма.
Первые $100 тысяч США, полученные ученым в 1930 году, были потрачены с пользой: ракеты его разработки достигали высоты практически в три километра, чем привлекли значительное внимание военного ведомства Соединенных Штатов Америки.
С момента запуска первой ракеты в США прошло десять лет, и вот ученые СССР под руководством Сергея Королева начали первые пробные испытания по созданию ракет-носителей. В 1933 году был проведен первый эксперимент по запуску на жидком (гибридном) топливе.
Проект ГИРД-09 стал дебютом советских ученых: ракета с одноразовым двигателем под номером 09 имела массу всего 19 кг и работала на сгущенном канифолью бензине с жидким кислородом в качестве окислителя.
К сожалению, все пробные запуски заканчивались провалами — лучшим результатом стало достижение отметки в полтора километра, после чего ракета выходила из строя по разным причинам. Исследования приостановились, и новый виток попыток покорения космоса начался уже в послевоенное время.
В 1945 году, после окончания Второй Мировой войны, страны-победительницы вновь обратили внимание не только на военные исследования в области ракетостроения — завоевание космического пространства фактически равнялось выдвижению государства в лидеры на политической арене.
Американцы, в свою очередь, предоставили убежище главному разработчику этого оружия – Вернеру фон Брауну, вместе с которым были получены основные чертежи и проекты. Именно он стал главой ракетного проекта США. Вместе с ним работал еще один пионер ракетостроения — Герман Оберт.
Этот ученый практически в одно время с Циолковским, не будучи при этом знакомым с его трудами, пришел к аналогичным выводам о возможностях ракет и подкрепил их целым рядом научных работ. В Советском союзе руководителем проекта в НИИ-88 назначили реабилитированного после репрессий Королева.
Двигатель на горючем из жидкого кислорода в сочетании с этанолом позволял развить огромную скорость и обеспечивал высокую дальность полета в горизонтальной плоскости (до 320 км).
Ракеты, собранные по аналогии с немецкими трофеями, запускались вплоть до 1952 года, и первое время достигали результатов, которые оставляли советские достижения позади.
Таким образом, теоретические предположения о возможности выбраться за пределы Земли и оставаться при этом на радиосвязи были подтверждены в реальности.
Но эта реальность была жестко приправлена происходящим в мире процессом — холодной войной сверхдержав.
В первую очередь политиков волновало не развитие космической промышленности с целью исследований околоземного пространства, а лишь то, возможна ли перевозка грузов не менее тонны. Грузов, предназначенных для войны. В рамках политики это было уже серьезной угрозой, не исключающей возможность атаки с космоса.
Американский спутник весил всего 4,8 кг, но был оснащен счетчиком Гейгера, с помощью которого вокруг планеты был найден радиоактивный пояс Ван-Аллена. Стоит отметить, что американцы также часто сталкивались с неудачами при запуске новых ракет и выведении спутников на орбиту: из 11 моделей всего 3 достигли программных целей.
Так или иначе, но ближнее околоземное пространство было исследовано с помощью автоматических аппаратов. Новой целью космической гонки стала Луна.
Вплоть до 1959 года терпели фиаско и советские ракетостроители. Основной причиной были развивающиеся в процессе полета сильные колебания, разрушающие корпус носителя.
Без возможности отправки в космическое пространство живого человека с последующим его успешным возвращением все дальнейшие исследования теряли смысл, поэтому следующим этапом стала система разработки жизнеобеспечения в условиях космоса.
Технические характеристики ракет по-прежнему не отличались совершенством, запуск не гарантировал успешного исхода миссии. Достаточно обратиться к статистике: с 1957 по 1961 год и у США, и у СССР успешно проходили два запуска из трех.
Первые попытки проверки эффективности систем жизнеобеспечения проводились на животных. Известные Белка и Стрелка были далеко не первыми собаками, запущенными в космос, но первыми, которым удалось там выжить.
Во время полета космонавт размещался в небольшой капсуле с теплозащитой и атмосферой из смеси азота с кислородом под давлением. Конструкция аппарата предусматривала возможность ручного и автоматического пилотирования. Сам полет продолжался 90 минут и завершился успешным возвращением Гагарина на Землю. Советский союз и практически весь цивилизованный мир ликовал.
Оставался открытым вопрос, сможет ли человек выжить вне корабля, находясь в невесомости и используя автономные средства жизнеобеспечения.
Корабли постепенно становятся многоместными: мощности ракет теперь хватает, чтобы отправлять экипажи для разнообразных исследований и брать большее количество научной аппаратуры и полезной нагрузки в целом.
При всех достижениях перелеты оставались достаточно рискованными: не до конца отлаженные системы могли отказать в самый неожиданный момент.
Путешествия людей за пределами Земли и высадка на другие планеты становилась реальностью.
Недостатком ракетных установок и космических кораблей оставался малый срок службы — стоимость аппаратов и потребляемого топлива была так высока, что владеть подобными устройствами могли только государства.
Корабли быстро сгорали в слоях атмосферы, а каждый новый запуск требовал не только денег, но и большого количества времени на подготовку. После первых успехов стало понятно, что разовые запуски невыгодны — за короткий период нахождения космонавтов на орбите времени на полноценное изучение космоса и Земли катастрофически не хватало.
Эта проблема положила начало эпохе разработки орбитальных станций (ОС) длительного срока эксплуатации, в которых люди смогли бы жить и работать на орбите нашей планеты.
Из-за технических проблем в единственном стыковочном шлюзе первый экипаж не смог проникнуть внутрь станции, но успешно вернулся на Землю, совершив первую в мире ночную посадку космического модуля.
Технические проблемы были устранены, и в 1977 году новые ракеты понесли людей на орбиту Земли. Время пребывания экспедиций на борту значительно увеличилось, и в конструкции появилось два стыковочных узла — за счет этого выполнять работы стало проще.
Таким образом, человек научился жить в космосе.
Электрическое питание обеспечивалось солнечными панелями. Вода и кислород отчасти (в меньшей мере) регенерировались системами жизнеобеспечения, а частично — доставлялись с поверхности планеты. Кроме того, сама станция достраивалась с помощью дополнительных стыкуемых модулей, доставленных ракетами с Земли. Сама ОС работала до 1991 года, после чего, согласно плану эксплуатации, штатно сгорела в атмосфере.
Энергию станция получала от солнечных панелей на корпусе. Как раз с ними в процессе запуска и возникли неполадки, которые были устранены ремонтной командой. Личный состав провел необходимые работы по устранению, после чего оставался на орбите еще 28 дней, проводя все необходимые исследования.
В 1998 году сверхдержавы (включая США, Россию, Европу, Японию и Канаду) объединились и создали одну общую многонациональную станцию (МКС).
Многомодульная станция рассчитана на длительное проживание космонавтов, выполняющих мультинациональные научные программы.
Пока это самый внушительный аппарат в космосе: объем конструкции составляет 400 кубических метров, а вес – почти 400 тонн. Поскольку собранную станцию поднять было невозможно (ракет подобной мощности не существовало), МКС собирали прямо на орбите, постепенно присоединяя к ней различные модули.
Командные центры МКС находятся в США и России, а в целом этот дорогостоящий проект (на конец 2018 года в создание, модернизацию и обслуживание станции инвестировано более 150 млрд долларов) существует по настоящее время.
Сейчас главными целями развития ракетостроения являются:
- Увеличение дальности полета и грузоподъемности возвращаемых аппаратов.
- Удешевление стоимости запусков (без ущерба для безопасности).
В приоритетах — коммерческая сфера ракетостроения: переброска грузов и космический туризм. Единственным на сегодняшний день рабочим решением является использование многоразовых ракет нового поколения.
И этот вариант развития стал возможным благодаря тому, что космические программы больше не являются монополией государств — к игре присоединились частные компании. Коммерческое ракетостроение и частные перелеты существенно расширят сферу освоения космоса людьми.
На данный момент в МКС применяется частично замкнутая система контроля окружающей среды и жизнеобеспечения (ECLSS), которая способна регенерировать воду и очищать атмосферу. Совершенствование этой системы — одно из приоритетных направлений.
Предполагается, что в будущем для создания полностью замкнутой системы жизнеобеспечения, а также воспроизведения пищи и кислорода будут использоваться биологические процессы.
Дополнительно анализируются способы выращивания растений на борту аппаратов. Все эти меры в комплексе обеспечат широкую автономность орбитальных станций и космических кораблей, избавив находящихся в космосе людей от привязки к Земле и, как следствие, позволят заняться исследованием глубокого космоса.
Важным вопросом, который постепенно перешел от теории к практической реализации в современных космических исследованиях, становится колонизация других планет — преимущественно Луны и Марса.
Но при текущем уровне развития космической техники доставка людей и груза — билет в один конец. Состав атмосфер на планетах и существующие технологические решения не позволяют создавать космодромы для обратного запуска. Устранению этой проблемы посвящен ряд государственных и частных проектов.
Ведутся разработки по усовершенствованию двигателей и топлива. Планируется переход на более эффективные и экономичные виды систем — идеальным было бы создание ядерного двигателя, работающего на газообразном топливе — небольшой объем и огромная мощность позволили бы увеличить скорость движения и максимальную грузоподъемность ракеты.
Но исследования этого вида топлива, проводившиеся с 1950-х годов в США (NERVA) и СССР (РД-0410), не были завершены. Эксперименты закончились неудачно, поскольку в реакторе использовалось твердое топливо и достигнутой максимальной температуры оказалось недостаточно для толчкового выброса.
Работы по газофазному двигателю также не увенчались успехом и были заморожены в 1994 году из-за риска загрязнения окружающей среды продуктами распада и невозможности защитить корпус аппарата от побочных реакций.
Россия пошла по пути освоения электрической энергии: с 2007 года Роскосмос ведет разработку ракетной установки на электротяге. Результатом должна стать возвращаемая конструкция с высокой грузоподъемностью и скоростью, в несколько раз превышающей аналогичный параметр аппаратов на химическом топливе.
Создание однократно запускаемых ракет-носителей стало крайне невыгодным занятием — затраты на производство не окупаются, поскольку на орбиту регулярно выводятся многочисленные спутники, а к другим планетам отправляются исследовательские беспилотники.
Стоимость деталей ракеты и топлива тормозит развитие частного использования космических аппаратов (транспортировка грузов и туризм), поэтому единственным решением являются многоразовые возвращаемые ракеты.
В настоящее время космическими проектами активно занимаются страны, стоявшие у истоков звёздных исследований: США и РФ. При этом сфера космоиндустрии стремительно расширяется, и на арену событий выходят частные компании и капиталы. И здесь уместно упомянуть компанию, которая сейчас занимает лидирующее положение в сфере ракетных инноваций — SpaceX.
Программа Илона Маска является наиболее успешным частным проектом ракетостроения и освоения космоса. Кроме того, уровень амбиций бизнесмена создает серьезную конкуренцию госпрограммам США и РФ.
SpaceX, зародившаяся в начале 2000-х годов, не только стала единственной успешной частной фирмой по производству ракетных технологий — на данный момент корпорация Маска успешно проводит рекордное количество гражданских запусков ракет в космос.
Для достижения своих целей Маск полностью перерабатывает структуру существующих ракет, пытаясь привести их к следующим параметрам:
Для достижения этих целей компания Маска уже 17 лет постоянно совершенствует свои ракеты, покоряя новые вершины ракетостроения. И хотя путь компании нельзя назвать легким — за эти годы аппараты взрывались, падали и разрушались, — но результатом такого труда стали:
- Falcon 9 — многоразовая ракета, которая активно применяется в космосе для разных задач.
- Тяжелая Falcon Heavy, которая может вывести рекордную массу весом почти в 64 тонны на орбиту Земли.
Что такое ракетостроение? Кратко
Ракетостроение позволило добиться ключевых побед космической эры, включая запуск спутников, планетарных зондов и высадку астронавтов на Луну. Все ракеты работают по принципу действия и противодействия, согласно третьему закону Ньютона. Из сопла двигателя с огромной скоростью выбрасываются раскаленные газы — продукт сгорания топлива — и ракета летит в противоположном направлении. В большинстве ракет для достижения этого эффекта используется жидкое или твердое топливо.
Вторая мировая война и холодная война стали движущими силами для развития военного ракетостроения и последующей космической гонки. Немецкая ракета Фау-2 — баллистическая ракета, которая считается первым объектом, достигшим носмоса во время суборбитального полета. А в 1957 году советская ракета запустила первый спутник, Спутник-1. Полеты человека в космос начались в 1961 году.
Ракеты.
Ракета - это летательный аппарат, двигающийся в пространстве за счёт действия реактивной тяги, возникающей вследствие отброса части собственной массы (рабочего тела) аппарата и без использования вещества из окружающей среды. Полёт ракеты не требует обязательного наличия окружающей воздушной или газовой среды, поэтому он возможен не только в атмосфере, но и в вакууме.
История появления ракет.
И всё же, большинство исследователей считают, что истоки появления ракет находятся в Китае, во времена правления династии Хань (206 год до н. э. - 220 год н. э.), и связаны с изобретением пороха и началом его использования для фейерверков и развлечений. Сила, возникающая при горение пороха в ограниченном пространстве, была способна двигать различные предметы.
В XIII веке вместе с монгольскими завоевателями ракеты попали в Европу, и в 1248 году английский философ и естествоиспытатель Роджер Бэкон опубликовал труд по их применению.
Многоступенчатые ракеты были описаны в XVI веке Конрадом Хаасом и в XVII веке литовским военным инженером Казимиром Семеновичем.
В конце XVIII в Индии века ракеты как оружие применялись весьма широко, и, в частности, существовали специальные отряды ракетчиков, общая численность которых достигала примерно 5000 человек. Ракетные стрелы-снаряды, представлявшие собой трубки с зарядом горючего вещества, применялись индийцами в сражениях с британскими войсками.
В начале XIX века британская армия также приняла на вооружение боевые ракеты, производство которых наладил Уильям Конгрив (Ракета Конгрива). В то же время российский офицер Александр Засядко разрабатывал теорию ракет. Он, в частности, пытался рассчитать, сколько пороха необходимо для запуска ракеты на Луну. Большого успеха в совершенствовании ракет достиг в середине XIX века российский генерал артиллерии Константин Константинов.
Ракетная артиллерия широко применялась вплоть до конца XIX века. Ракеты были более лёгкими и подвижными, чем артиллерийские орудия. Точность и кучность ведения огня ракетами была небольшой, но сопоставимой с артиллерийскими орудиями того времени. Однако во второй половине XIX века появились нарезные артиллерийские орудия, обеспечивающие большую точность и кучность огня и ракетная артиллерия была практически всюду снята с вооружения. Сохранились лишь фейерверочные и сигнальные ракеты.
В конце XIX века начали предприниматься попытки математически объяснить реактивное движение и создать более эффективное ракетное вооружение. В России одним из первых этим вопросом занялся Николай Тихомиров в 1894 году.
В 1920-е годы немецкий учёный Герман Оберт также изложил принципы межпланетного полёта. Кроме того, он проводил стендовые испытания ракетных двигателей.
В 1923 году американский учёный Роберт Годдард начал разрабатывать жидкостный ракетный двигатель, и работающий прототип был создан к концу 1925 года. 16 марта 1926 года он осуществил запуск первой жидкостной ракеты, в качестве топлива для которой использовались бензин и жидкий кислород.
Работы Циолковского, Оберта и Годдарда были продолжены группами энтузиастов ракетной техники в США, СССР и Германии.
В 1957 году в СССР под руководством Сергея Павловича Королёва была создана первая в мире межконтинентальная баллистическая ракета Р-7, которая в том же году была использована для запуска первого в мире искусственного спутника Земли. Так началось применение ракет для космических полётов.
Стоит отметить, что ракеты и ракетная техника и в наши дни продолжают постоянно совершенствоваться.
Применение ракет.
Использование ракет в военных целях.
В военном деле ракеты и ракетная техника показали высокую эффективность, и используются очень широко. Без них невозможно представить ведение современной войны.
В военных целях ракеты преимущественно используются как способ доставки средств поражения к цели. Для управления боевой ракетой не нужен пилот, она может нести заряды большой разрушительной силы, в том числе ядерные. Современные системы самонаведения и навигации дают ракетам большую точность и манёвренность, а небольшие размеры и высокая скорость перемещения ракет обеспечивают им малую уязвимость.
Использование ракет в научных исследованиях.
Запуски ракет для метеорологических исследований имели важное значение в период до спутниковой эпохи.
Научные ракеты оснащают приборами для измерения атмосферного давления, магнитного поля, космического излучения и состава воздуха, а также оборудованием для передачи результатов измерения по радио на землю. Существуют модели ракет, где приборы с полученными в ходе подъёма данными опускаются на землю с помощью парашютов.
Геофизические и метеорологические ракеты применяются вместо самолётов и воздушных шаров на высоте более 30-40 километров. Ракеты не имеют ограничительного потолка и используются для зондирования верхних слоёв атмосферы, главным образом мезосферы и ионосферы.
Практикуется деление научных ракет на лёгкие метеорологические, способные поднять один комплекс приборов на высоту около 100 километров, и тяжёлые геофизические, которые могут нести несколько комплексов научных приборов, и высота полёта которых практически не ограничена.
Существуют также специальные противоградовые ракеты, предназначенные для защиты сельскохозяйственных угодий от градовых облаков. Они несут в головной части реагент (обычно йодистое серебро), который при взрыве распыляется и приводит к образованию вместо градовых дождевых облаков. Высота полета таких ракет составляет 6-12 км.
Использование ракет в космосе.
Считается, что Герман Оберт, первым доказал возможность человеческого организма выносить возникающие при запуске космической ракеты перегрузки, а также состояние невесомости.
Константин Циолковский и независимо от него Ф. Цандер пришли к выводам, что космические полёты возможны и на известных уже тогда источниках энергии, и указали практические схемы их реализации (форму ракеты, принципы охлаждения двигателя, использование жидких газов в качестве топливной пары и др.).
Высокая скорость истечения продуктов сгорания топлива (часто превосходящая М = 10) позволяет использовать ракеты в областях, где требуются сверхбольшие скорости движения, например, для вывода космических аппаратов на орбиту Земли. Максимальная скорость, которую может развить ракета, рассчитывается по формуле Циолковского, описывающей приращение скорости как произведение скорости истечения на натуральный логарифм отношения начальной и конечной массы аппарата.
В космосе наиболее ярко проявляется основная особенность ракеты - отсутствие потребности в окружающей среде или внешних силах для своего перемещения. Эта особенность, однако, требует, чтобы все компоненты, необходимые для создания реактивной силы, находились на борту самой ракеты. Так, для ракет, использующих в качестве топлива такие плотные компоненты, как жидкий кислород и керосин, отношение массы топлива к массе конструкции достигает 20:1. Для ракет, работающих на кислороде и водороде, это соотношение меньше - около 10:1. Массовые характеристики ракеты очень сильно зависят от типа используемого ракетного двигателя и закладываемых пределов надёжности конструкции.
Скорость, требуемая для выведения на орбиту космических аппаратов, часто недостижима даже при помощи ракеты. На практике, паразитный вес топлива, конструкции, двигателей и системы управления настолько велик, что не даёт разогнать ракету до нужной скорости за приемлемое время. Задача решается за счёт проектирования многоступенчатых ракет, позволяющих отбросить излишний вес в процессе полёта.
За счёт уменьшения общего веса конструкции и выгорания топлива ускорение составной ракеты с течением времени увеличивается. Оно может немного снижаться лишь в момент сбрасывания отработавших ступеней и начала работы двигателей следующей ступени. Подобные многоступенчатые ракеты, предназначенные для запуска космических аппаратов, называют ракетами-носителями.
Чаще всего в качестве ракет-носителей используются многоступенчатые баллистические ракеты. Старт ракеты-носителя происходит с Земли, или, в случае дальнего и долгого полёта, с орбиты искусственного спутника Земли.
Современные ракеты.
Старт ракеты с космодрома.
Выход ракеты на орбиту.
Примечание.
Ракеты используют в фейерверках.
Ракеты на перекиси водорода применяют в реактивных ранцах.
Ракеты используют как двигатель в ракетных автомобилях. Ракетные автомобили сохраняют рекорд в гонках на максимальное ускорение.
Есть люди, увлекающиеся ракетомодельным спортом, их увлечение состоит в постройке и запуске моделей ракет.
ТАСС-ДОСЬЕ. 4 октября 2017 года исполняется 60 лет со дня запуска первого в мире искусственного спутника Земли. С этого космического аппарата, созданного Советским Союзом, началось освоение космического пространства человечеством.
Редакция ТАСС-ДОСЬЕ подготовила материал об истории советской ракетно-космической программы.
Циолковский и первые ракеты в СССР
Первым идею полетов в космос высказал основоположник практической космонавтики, русский ученый Константин Циолковский (1857-1935).
Космические пророчества Циолковского Спутники, орбитальные станции, выход в открытый космос и другие идеи ученого, опередившие свое время
В своем труде "Грезы о земле и небе и эффекты всемирного тяготения" (1895) он писал: "Еще с юных лет я нашел путь к космическим полетам. Это - центробежная сила и быстрое движение". Впоследствии в своих работах он подробно описал теорию полета и конструкцию ракет, предложенных им для исследования атмосферы.
Идеи Циолковского начали воплощаться в 1933 году, когда инженеры московской Группы изучения реактивного движения (ГИРД) под руководством Сергея Королева провели испытания экспериментальной ракеты на гибридном топливе ГИРД-09 (конструкции Михаила Тихонравова). Она поднялась на высоту 400 м, всего находилась в полете 18 секунд. В 1938 году работы по ракетам на жидком топливе в СССР были прерваны в связи с арестом Королева. К созданию баллистических ракет он вернулся только в 1945 году.
Становление ракетно-космической промышленности
После окончания Великой Отечественной войны среди советских трофеев оказались комплектующие немецких баллистических ракет "Фау-2" (V-2, сокращение от Vergeltungswaffe-2 - "Оружие возмездия - 2"), а также их завод по производству близ города Нордхаузен. Первоначально завод был занят американскими военными, которые вывезли оттуда все собранные ракеты, но затем был передан в Советскую зону оккупации Германии в обмен на Западный Берлин.
Кроме того, в плену у советских войск оказались около ста немецких ученых-ракетчиков. При этом основной разработчик "Фау-2" Вернер фон Браун сдался в плен американцам, захватив с собой всю документацию. Уже летом 1945 года специальная группа, руководить которой назначили освобожденного из заключения незадолго до этого Королева, приступила к изучению немецких ракет.
13 мая 1946 года вышло секретное постановление Совета министров СССР №1017-419сс "Вопросы реактивного вооружения". Документ предусматривал создание при Совмине СССР специального комитета по реактивной технике во главе с заместителем председателя Совета министров Георгием Маленковым, а также научно-исследовательских институтов (НИИ), конструкторских бюро (КБ) и полигонов по этой тематике.
В их число входило специальное конструкторского бюро НИИ-88, при котором в августе того же года был образован отдел №3 для разработки баллистических ракет дальнего действия под руководством Королева. В апреле 1950 года отдел был преобразован в особое конструкторское бюро №1 (ОКБ-1) НИИ-88. В августе 1956 года ОКБ-1 вместе с опытным заводом №88 было выделено из состава НИИ-88 и стало самостоятельной организацией (впоследствии - ЦКБЭМ, НПО "Энергия", ныне - Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С. П. Королева).
Специалистами ОКБ-1 на основе узлов и агрегатов немецкой "Фау-2" была собрана баллистическая ракета и 18 октября 1947 года произведен ее запуск. Копия "Фау-2" пролетела 247 км, поднявшись на высоту 86 км.
Конструкторским бюро Королева из отечественных материалов на базе немецкой ракеты была разработана ракета Р-1. С 1950 года, изучив все недостатки немецкой конструкции, коллектив Королева, с участием таких ученых, как Валентин Глушко, Николай Пилюгин и др., занялся ее коренной переработкой. В 1949 году начались испытания Р-2, чья дальность увеличилась с 300 до 600 км. В 1955 году впервые стартовала советская стратегическая баллистическая ракета Р-5М (8К51), а в 1957 году - межконтинентальная Р-7 (8К71).
Несмотря на то, что первоначально у американцев было преимущество в виде команды фон Брауна, и их ракетная программа до середины 1950-х годов опережала советскую, руководство США совершило ряд просчетов. Так, баллистическая ракета Jupiter-C, сравнимая по классу с "семеркой", была запущена почти на год раньше, в сентябре 1956 года, однако президент Дуайт Эйзенхауэр запретил использовать ее для запуска спутника.
Специально разработанная для космических полетов облеченная ракета Vanguard оказалась крайне ненадежной. В результате американцам пришлось возобновлять программу по космическому запуску с помощью ракеты Jupiter-C, четырехступенчатая модификация которой под названием Juno 1 смогла вывести на орбиту спутник Explorer 1 лишь 1 февраля 1958 года.
Начало космической эры
4 октября 1957 года с помощью переоборудованной МБР Р-7 (получила индекс 8К71ПС) в космос был выведен первый искусственный спутник Земли. Запуск был осуществлен с 5-го Научно-исследовательского испытательного полигона Минобороны СССР (ныне - космодром Байконур).
Спутник один. История первого космического устройства О том, как простой советский спутник в одиночку положил начало эпохе космических исследований
Наш Telegram канал
Что повлияло на развитие ракетостроения: неудержимое стремлением исследовать неизведанное или перспектива использовать технологии в военных целях? А быть может, желание покинуть Землю или стремление заработать на новых технологиях? Так или иначе, развитие этой отрасли сделало значительный скачок в последние десятилетия. А как эволюционировало ракетостроение?
Ракета как оружие
Первыми фундаментальный принцип, лежащий в основе современной ракетной техники, поняли древние греки два с половиной тысячелетия назад. А вот первыми, кто создал действительно работающие ракеты, стали китайцы. В I веке нашей эры они наполняли полые бамбуковые трубки горючим составом из селитры, серы и угольной пыли, и в результате получали шумный и яркий фейерверк.
Ракеты использовали в военном деле. Источник фото: abyss.uoregon.edu
В конце XVIII века в Азии создали собственное ракетное оружие: для этого использовали прочные железные трубы, из которых под воздействием взрывной силы снаряд улетал на впечатляющие 2 км. Англичане позаимствовали эту технологию. И во время войны 1812 года успешно бомбардировали своими новыми ракетами американские колонии.
Первые визионеры
Первым, кто проработал идею полета человека в космос, стал шотландский священник и астроном-любитель Уильям Лейч.
Космический прорыв Годдарда
Еще один ученый, грезивший (не безосновательно, надо отметить) космическими путешествиями, — американец Роберт Годдард. Мысль о создании корабля для путешествия на Марс посетила его в 1899 году. Тогда юному мечтателю было всего 17 лет. Но спустя 15 лет, уже выпускник Вустерского политехнического института, он занялся конструированием ракетных двигателей. И в 1926 году запустил свою первую ракету на жидком топливе в Оберне, штат Массачусетс.
Вклад Годдарда в ракетостроение невозможно переоценить. Он разработал технологию, на основе которой было выдано не менее 214 патентов. В своих экспериментах он пришел к выводу, что горение должно происходить в небольших камерах, отдельно от основного топлива. А топливо должно размещаться в двух отдельных резервуарах. Кроме того, Годдард утверждал, что многоступенчатые ракеты — наиболее эффективный способ запуска в космос. И заставил этот принцип работать.
Также он установил, что твердое ракетное топливо непригодно для использования, поскольку горит слишком неравномерно. Он изобрел гироскоп, который предназначался для удержания курса ракеты, использовал космические парашюты и одним из первых применял сопла Лаваля.
Что такое Сопло Лаваля? Это газовый канал имеющий сужение для изменения скорости проходящего по нему газового потока. Широко используется на некоторых типах паровых турбин и является важной частью современных ракетных двигателей и сверхзвуковых реактивных авиационных двигателей.
Годдард был одержим мечтой запустить ракету в космос. Над ним подшучивало ученое сообщество. А в Нью-Йорк Таймс и вовсе опубликовали статью, в которой говорилось, что изобретатель неправильно понял Третий закон Ньютона, что ему не хватает знаний старших классов, что он просто фантазер. Правда, впоследствии издание принесло извинения изобретателю: случилось это через 14 лет после его смерти и примерно за месяц до высадки американцев на Луну.
Герман Оберт: Пути к космическим полетам
Впоследствии разработки Вернера фон Брауна стали основой для многих достижений NASA: например, американские инженеры использовали в своей работе клапаны насоса, системы охлаждения двигателя, новые умные регуляторы направления. Эксперименты проводили на трофейных немецких ракетах V2, оборудованных ракетой меньшего размера в качестве полезной нагрузки для запуска на максимальной высоте.
Космическая гонка
Но и СССР не были в стороне от технологий, разработанных фон Брауном. Гельмут Греттруп, инженер-ракетчик, специалист по системам управления помогал советскому главному конструктору Сергею Королеву разрабатывать Р-1. А она, в свою очередь, стала фундаментом создания Р-7, двухступенчатой межконтинентальной баллистической ракеты с дальностью полета 8 тысяч км. Это была первая в мире межконтинентальная баллистическая ракета, прошедшая успешные испытания и доставившая боеголовку на межконтинентальную дальность в 1957 году. В октябре с ее помощью запустили первый в истории спутник, а позже — и второй.
Так, Р-7 помогла Союзу выиграть космическую гонку двух держав и стала рабочей лошадкой российской космической программы на следующие 50 лет.
США пытались угнаться за СССР и быстро разработали ракету-носитель Mercury Redstone, на базе все той же V-2. Но усилия были тщетны — Советский Союз отправил первого человека в космос. На чем? Верно! На модифицированной версии ракеты Р-7.
В конце 1960-х в США была полностью реализована концепция Вернера фон Брауна — трехступенчатый Сатурн V, который в 1969 году доставил человека на Луну. Советская космическая наука пыталась угнаться за Штатами, но недостаток финансирования и смерть гения Королева не позволили это сделать в тот период.
Но не только американцы и Советский Союз мечтали о космосе.
И Китай мечтает о космосе…
В в 1956 году была начата Космическая программа Китая. Первый спутник в рамках программы был запущен в 1970 году. Хотя исторически Китай был пятой космической державой (запускающей спутники самостоятельно), к началу XXI века он стал третьим. Страна располагает разнообразными ракетами-носителями вплоть до тяжелых, имеет обширный набор прикладных спутников практически всех видов, включая геостационарные, запускает межпланетные станции (АМС) к Луне и имеет программы АМС к Марсу. За 40 лет Китаем было запущено более ста спутников.
XXI век — век космоса
Но завершение лунной программы NASA вовсе не означало остановку: агентство взялось за разработку SLS (Space Launch System) — огромной ракеты, которая в середине 2020-х доставит первую женщину на Луну.
Несомненно, важный вклад в развитие ракетостроения вносят и частные компании. Движимые получением прибыли, более гибкие и осторожные в принятии решений (рискуют-то своими деньгами) в отличие от неповоротливой государственной системы, они обеспечивают быстрое развитие технологий и внедрение инноваций в своей работе. В частности, SpaceX под управлением Илона Маска: многоразовый Falcon 9, двигатель Merlin, работающий на паре RP-1/LOX, а потом и жидкостный ракетный двигатель Raptor, работающий на метаноле.
Space X Falcon 9. Источник фото: SpaceX
Метанол — производное от метана, элемента, который Маск планирует добывать на Марсе. Фантастика? Кто знает!
Но если Маск добьется своего, его звездолеты не только доставят людей на Марс, но и будут перевозить нас из точки в точку здесь, на Земле, быстрее, чем любой обычный реактивный самолет.
И мы уверены, это только начало. А что думаете вы? Кто совершает революцию в мире технологий: мечтатели, фантасты, ученые, инженеры или все вместе?
Делитесь мнением в комментариях и не забудьте подписаться на наш YouTube-канал visioner 2051 и канал в телеграмме Мир 2051.
Читайте также: