вернёмся к началу?

Первый выпуск «Бюллетеня Американского межпланетного общества», впоследствии более известного как Американское ракетное общество (American Rocket Society—ARS), вышел в свет в июне 1930 г. Он состоял из напечатанных на мимеографе (через один интервал) четырех листов с новостями общества, основанного 4 апреля 1930 г., и содержал: резюме доклада писателя и историка Фдетчера Прэтта «Исторические корни межпланетных путешествий»; сообщение о трагической смерти в предыдущем месяце одного из пионеров немецкого ракетостроения Макса Валье; прогноз Робера Эсно-Пельтри, французского самолетостроителя и изобретателя, о том, «что путешествие к Луне может осуществиться в ближайшие 15 лет»; сообщение о составлении обществом обзора обширной информации, касающейся межпланетных путешествий.

Этот обзор был началом осуществления программы общества по ускорению разработки ракет. Планировалось, что обзор должен был состоять из ряда исследований, проводимых членами общества, обобщая всю доступную литературу по физике, химии, технологии и истории ракет, а также представления тех лет о том, что позднее стало известно как астронавтика. Некоторые из этих обзоров были закончены и представлены на следующих заседаниях общества, остальные начаты, а затем оставлены, так как вскоре стало ясно, что существует большой разрыв между современными идеями, технической литературой по ракетам и практическими задачами создания ракет как летательных аппаратов для исследования космического пространства.

Д-р Роберт X. Годдард, американский пионер ракетостроения и разработки теории космических полетов, занимался в то время в Массачусетсе очень важными исследованиями по разработке ракет и намеревался продолжать их в более широких масштабах в Нью-Мехико на субсидии, поступавшие от Даниэля Гуггенхейма. Годдард публиковал очень мало; его главная работа «Метод достижения крайних высот», опубликованная в январе 1920 г. Смитсонианским институтом, касалась только ракет на твердом топливе. Время от времени газеты отмечали, что Годдард достиг в своих исследованиях значительного прогресса, но члены общества почти ничего не могли узнать о технических подробностях этой работы.

Тем временем в американских газетах и популярных журналах появилось много статей об экспериментах с ракетами в других странах, особенно в Европе, в том числе о работах Оберта, Хейландта, Валье, Эсно-Пельтри, немецкого Общества межпланетных сообщений (Verein fur Raumschiffahrt — VfR) и др.

Когда образовалось Американское межпланетное общество, я был избран его вице-президентом и должен был способствовать осуществлению программы исследований.

В начале 1931 г. мне и миссис Пендрей представилась возможность поехать за границу; мы планировали свою поездку так, чтобы посмотреть, как мы надеялись, чем заняты некоторые европейские исследователи. Общество объявило нас своими официальными представителями, но, принимая во внимание его финансовые затруднения, мы взяли расходы, связанные с поездкой, на себя. Миссис Пендрей, я должен добавить, была одним из двенадцати членов-основателей Общества, в число которых входил и я.

После неудачных попыток в Италии и Франции установить контакты с экспериментаторами (о работах которых в газетах много печатали, но не приводили какие-либо технические подробности) мы, наконец, прибыли в Берлин. Там мы познакомились с Вилли Леем — одним из основателей и в то время секретарем Общества межпланетных сообщений (VfR); он принимал участие в реализации скромной программы экспериментов на «ракетодроме» («Raketenflugplatz») Общества, находившемся в пригороде Берлина, в Райникендорфе. Мы не встречались с Леем прежде, но переписывались с ним некоторое время. Он оказался энергичным, не знающим усталости молодым человеком с быстрым умом и богатым воображением; он был очень любезен и всегда готов нам помочь. Однако перед нами встала проблема общения: Лей знал тогда английский язык довольно плохо, а о нашем владении немецким вообще не стоило говорить. Было нелегко вести разговор на технические темы, но при помощи рисунков, схем и благодаря терпеливым объяснениям Лея мы понимали друг друга.

Лей и его сотрудники по Обществу, среди которых были бывший помощник Оберта Рудольф Небель и молодой человек по имени Клаус Ридель, провели при нас стендовые испытания небольшого ракетного двигателя, работавшего на жидком топливе — жидком кислороде и бензине; это было самое неизгладимое впечатление от всей нашей поездки. Миссис Пендрей и я в то время еще не знали, что Годдард уже с 1926 г. успешно проводил запуски ракет на жидком топливе. Испытания на немецком ракетодроме были первыми опытами такого рода из тех, которые мы видели.

По возвращении я подробно доложил на заседании нашего общества 1 мая 1931 г. о методе и перспективах немецких экспериментаторов.

Через несколько дней Хью Ф. Пиэрс, впоследствии президент Общества и один из четырех первых основателей фирмы «Риэкшн моторз», предложил обществу не откладывать больше собственных экспериментов. Был создан Экспериментальный комитет, председателем которого стал я. Ракета № 1 нашего Общества была разработана Пиэрсом и мною. Прототипом ее в основном послужил «двухстережневой репульсор» — ракета, разработанная немецким Обществом межпланетных сообщений, конструкцию которой я обсуждал с Леем в Берлине.

Рис. 1. Жидкостный ракетный двигатель, испытанный 12 ноября 1932 г. на ракете ARS № 1 и установленный затем на ракете ARS № 2, которая была запущена 14 мая 1933 г.

Наша ракета создавалась в маленькой механической мастерской, которую Пиэрс устроил в подвале многоквартирного дома, в котором он жил. Топливный бак состоял из двух параллельных алюминиевых труб, каждая длиной 5½ футов (1 м 68 см) диаметром 2 дюйма (5,08 см). Они были соединены сверху поперечиной, или рамой, к которой крепились двигатель, его рубашка охлаждения, пусковые клапаны, которыми можно было управлять при помощи электричества, и конусная головная часть, содержавшая парашют. Четыре лопасти из листового алюминия, закрепленные на хвостовой части ракеты, служили стабилизаторами при вертикальном полете.

В качестве топлива применялись бензин и жидкий кислород, которые подавались в двигатель под давлением ~300 фунт/ дюйм² (~21 кг/см²) за счет избыточного давления в баках. Давление в кислородном баке создавалось в результате частичного испарения кислорода, а в бензиновом — при помощи азота, поступавшего из вспомогательного баллона. Механизм раскрытия парашюта удерживался в исходном положении давлением азота в бензиновом баке и должен был сработать по окончании горения, когда давление азота падало. Двигатель представлял собой алюминиевую отливку с наружным диаметром 3 дюйма (7,62 см), длиной 6 дюймов (15,24 см) и толщиной стенок ½ дюйма (1,27 см). Эта первая ракета ARS весила (вместе с топливом) 15 фунтов (6,8 кг). Двигатель был рассчитан на получение тяги в 60 фунтов (27,2 кг), создающей ускорение при запуске, равное 3 g.

Первое огневое испытание ракеты состоялось 12 ноября 1932 г. на ферме близ Стоктона (штат Нью-Джерси). Члены общества привезли лесоматериалы и соорудили небольшой деревянный стенд для запуска, снабженный пружинным динамометром для измерения тяги. Во время испытания двигатель удовлетворительно работал в течение 20—30 сек. и развил ожидаемую максимальную тягу в 60 фунтов (27,2 кг).

Однако во время этих наземных испытаний ракета случайно была повреждена и летные испытания не состоялись. Ракета оказалась «хрупкой», трудно было обеспечить управление и удовлетворительную работу всех ее частей в течение необходимого времени (это все еще остается проблемой в ракетной технике); поэтому члены экспериментальной группы вынуждены были решиться па такую радикальную переделку, как создание повой ракеты. Задание было возложено па умелого специалиста Бернарда Смита — молодого члена нашего общества, который обладал крупными снособностями в области машиностроения и впоследствии возглавил отделение наземного оружия военно-морской артиллерийской испытательной базы США у озера Чайна (Калифорния).

Смит убрал верхнюю часть ракеты, в которой размещался парашют, исключил рубашку водяного охлаждения и другие элементы, которые оказались малополезными или совсем ненужными. Он прочно закрепил двигатель между верхними частями двух топливных баков, заменил алюминиевые стабилизаторы деревянными из бальзы и закруглил нос ракеты, установив алюминиевый обтекатель с большим входным отверстием для воздушного охлаждения.

Эта ракета, известная как ракета ARS № 2, была запущена на временном испытательном полигоне в Мэрии-парке (Стейтен-Айленд, Нью-Йорк) 14 мая 1933 г. Она достигла высоты ~250 футов (76,2 м} после 2 сек. работы двигателя и продолжала хорошо лететь, как вдруг взорвался кислородный бак, вероятно, из-за заедания предохранительного клапана. Было вычислено, что ракета могла бы достигнуть высоты ~ 1 мили (1,6 км}, но вследствие взрыва упало давление кислорода, двигатель перестал работать, в ракета рухнула в воды Нью-Йоркского залива, откуда была извлечена при помощи весельной лодки.

Несмотря на аварию, члены Экспериментального комитета признали запуск успешным. Это была первая ракета на жидком топливе, взлет которой видел каждый из нас, и, принимая во внимание технический уровень тех лет, такой запуск несомненно представлял своего рода достижение. В то время мы думали, что это первая в истории действующая ракета на жидком топливе, но позднее, конечно, узнали, что Роберт X. Годдард опередил нас на 7 лет и 2 месяца. Его первый успешный запуск ракеты на жидком топливе был произведен близ Оберна (Массачусетс) 16 марта 1926 г., но в печати не было сообщено о запуске каких-либо подробностей, пока в 1936 г. не появился смитсонианский доклад Годдарда «Развитие ракет на жидком топливе».

После запуска ракеты ARS № 2 в обществе стали возникать планы создания новых ракет. Было представлено несколько проектов, из которых выбрали три наиболее обещающие, быстро получившие одобрение Экспериментального комитета.

Ракета ARS № 4, разработанная Джоном Шеста и небольшой группой подобранных им помощников, была закончена первой; как и в других ракетах начального периода, двигатель находился перед центром тяжести ракеты — согласно теории (ошибочной, как оказалось впоследствии) считалось, что при таком размещении достигается наибольшая устойчивость в полете. Ракета ARS № 4 имела двигатель с четырьмя соплами, расположенными так, чтобы струя газов, истекавшая из двигателя, направлялась назад, немного отклоняясь от стенок цилиндрического бензобака, на верхнем днище которого был установлен двигатель. Кислородный бак был установлен непосредственно за бензобаком. Небольшой цилиндрический контейнер для парашюта размещался перед двигателем, а сам двигатель был заключен в рубашку водяного охлаждения.

Первая попытка запустить эту ракету потерпела неудачу. При расследовании обнаружилось, что проходные сечения магистрали горючего были слишком малы; двигатель работал, но не мог развить достаточной для взлета ракеты тяги. Перед второй попыткой ракету несколько модифицировали: увеличили отверстия для прохода горючего и сняли рубашку водяного охлаждения. Пуск ракеты состоялся 9 сентября 1934 г. также в Стейтен-Айленде (Грейт Килз). «Стройная» ракета вполне удовлетворительно оторвалась от стартовой установки, и ее полет успешно проходил в течение нескольких секунд, пока одно из четырех сопел не прогорело. Ракета, достигшая к тому времени высоты в несколько сотен футов (~ 100—200 м), отклонилась от заданного направления, вышла на пологую траекторию над Нью-Йоркским заливом и, с все еще работавшим двигателем, упала в воду. Вычисления, основанные на данных трех наблюдателей, находившихся на триангуляционных наблюдательных пунктах, и подтвержденные материалами киносъемки и фотографирования, показали, что максимальная скорость ракеты превышала 1000 фут/сек (~300 м/сек)

Рис. 2. Ракета ARS № 2

Рис. 3. Заливка жидкого кислорода в бак ракеты ARS № 2 в центре снимка, на бочке, Г. Э. Пендрей)

Рис. 4. Жидкостный ракетный двигатель, установленный на ракете ARS М 4, которая была запущена в Стейтен-Айленде 9 сентября 1934 г.

Следующей была закончена ракета ARS № 3, разработанная Бернардом Смитом и мной. В этой ракете топливные баки были помещены один в другом, причем внутренний бак, с бензином, окружал длинное сопло двигателя, которое тянулось вдоль всей ракеты. Кислородный бак был расположен снаружи, окружая бензобак. Ракета такой конструкции казалась Компактной, выполненной на высоком профессиональном уровне, но изготовить ее было очень трудно из-за большого числа сварных швов. Однако хуже всего было то, что, как выяснилось, эту ракету нельзя было ни заправить, ни запустить, так как жидкий кислород, соприкасаясь с большой массой нагретого металла наружного бака, просто испарялся и выходил через заправочное отверстие столь же быстро пли даже еще быстрое, чем поступал в бак.

Остальные ракеты, разработанные членами Комитета, находились на различных стадиях изготовления и одна за другой отвергались: стало ясно, что изготовление и запуск ракет при неудовлетворительном уровне разработки их основ-ных агрегатов, прежде всего двигателя, в сущности нецелесообразны.

Экспериментальный комитет разработал небольшой стенд для испытания двигателей, чтобы создать надежный, не прогорающий двигатель. Спроектировал этот первый испытательный стенд Американского ракетного общества Джон Шеста, использовав в конструкции баки, клапаны и другие части своей ракеты AUS № 4. С таким оборудованием Общество начало серию продолжительных, часто разочаровывавших, но в конце концов принесших успех экспериментов по разработке двигателей; проводились они в различных местах и иногда с большими трудностями, так как запуски ракет или испытания двигателей в окрестностях Нью-Йорка не встречали доброжелательного отношения соседей, не одобрялись полицией и не было возможности получать разрешения, чтобы спокойно ставить подобные опыты. В результате многие эксперименты проводились обществом с поспешностью и частой и внезапной сменой места испытаний, что было необходимой предосторожностью.

Несмотря на эти трудности, испытания приносили много новых данных, позволили накопить полезный опыт, знания, выявить ряд заблуждений и в конце концов привели к разработке старейшим членом комитета Джеймсом X. Уайлдом двигателя с жидкостным регенеративным охлаждением, пригодного для практического применения. Создание этого двигателя привело к основанию фирмы «Риэкшн моторз» (теперь — отделение компании «Тиокол кэмикэл») Джеймсом Уайлдом, Ловеллом Лоуренсом, Джоном Шеста и Хью Ф. Ниэрсом, активно участвовавшими в осуществлении программы экспериментальных работ общества.

До этих испытаний общество применяло литые алюминиевые двигатели, часть 'которых имела водяное охлаждение, в других же, рассчитанных на сравнительно короткое время работы, тепло поглощалось массой металла. А при пробных стендовых испытаниях применялись двигатели и сопла из углеродистой и нержавеющей сталей, из нихрома, графита, металлов с поверхностной закалкой и из других жаростойких материалов. Члены общества вносили предложения о проведении необходимых экспериментов или конструировали двигатели, которые следовало испытать.

Первая серия испытаний была проведена в Кроствуде, в окрестностях Нью-Йорка, 21 апреля 1935 г. Тогда были опробованы пять типов двигателей. Ни один из них не выдержал испытаний.

Через три месяца была готова новая партия двигателей. Чтобы упростить изменение конструкции, формы и материала сопел, прямо на испытательном стенде был создан так называемый «секционный двигатель», сопла и секции корпуса которого легко могли быть заменены после каждого запуска другими, различных форм пли материалов. Вторая серия испытаний состояла из шести пусков и проводилась также в Крествуде. Сопло из нихрома выдержало пробу с положительными результатами, однако не было идеальным. Остальные сопла прогорели.

Третью серию экспериментов в Крествуде провели 25 августа 1935 г. Здесь состоялось пять запусков, причем на этот раз наряду с различными соплами и системами охлаждения испытывались различные виды топлива.

Четвертая серия испытаний была проведена в том же месте 20 октября. К этому времени уже было получено много сведений. Стало совершенно очевидно, что вода не может быть эффективным охладителем в этих маленьких двигателях, выполненных из сплошного металла, и что спирт для небольших двигателей является лучшим горючим, чем бензин. Становилось ясно, что любой такой двигатель, из какого материала он бы ни был изготовлен, может выдержать лишь несколько секунд работы и следует найти быстродействующие средства охлаждения. Оказалось также, что первый испытательный стенд Общества, пригодный для непродолжительной работы двигателей с тягой менее 100 фунтов (45 кг), был слишком мал для проведения намеченных теперь испытаний. Шеста попросили построить новый стенд, крупнее и лучше прежнего; помогали ему Уайлд, Альфред Африкано, Петер ван Дрессер и др. Группа сразу же приступила к работе над проектом.

Пока создавался новый испытательный стенд, Экспериментальный комитет занялся проблемами аэродинамики и начал серию испытаний ракет на твердом топливе, различных размеров и форм, чтобы опытным путем установить некоторые принципы устойчивости и управления полетом ракет в воздухе, механики катапульт и других пусковых устройств, а также устройств, обеспечивающих стабилизацию при полете, парашютов и механизмов их раскрытия. Эти испытания проводились в нескольких местах, главным образом близ Полинга (штат Нью-Йорк).

Испытывавшиеся ракеты на твердом топливе, разработанные членами Общества, изготовлялись со стабилизирующим оперением или без него, по тянущей или толкающей схеме, с корпусом большого или малого удлинения и другими вариантами конструкции. Испытания продолжались с перерывами более четырех лет, с лета 1935 до ноября 1939 г. Результаты испытаний детально описаны в журнале «Астронотикс».

В конце этого периода были подведены итоги испытаний двигателей на жидком топливе, и теперь затраченные усилия уже начали вознаграждаться. Стали испытываться все более совершенные и сложные двигатели. Принцип действия двигателя Уайлда с регенеративным охлаждением — самого удачного двигателя из всех — впервые был изложен в статье Уайлда, напечатанной в журнале «Астронотикс» в апреле 1938 г. В этом же выпуске была статья с описанием нового экспериментального двигателя курсанта Военно-морской академии Роберта К. Труэкса, проводившего исследования на военно-морской испытательной станции США, и отчет о характеристиках этого двигателя, полученных при испытаниях в Аннаполисе ¹.
¹См. наст. сб.— Ред.

Рис. 5. Двигатель конструкции Джеймса Уайлда на испытательном стенде ARS № 2 (1938—1939 гг.). Двигатель этой конструкции был успешно испытан и стал первым и США ЖРД с полностью регенеративным охлаждением

Рис. 6. Испытательный стенд ARS №2 в конце 1938 г. Слева направо: Джеймс Уайлд (держит двигатель), Джон Шеста, Франклин Пиэрс

Уайлд, вскоре после опубликования его идеи, сконструировал действующую модель своего двигателя. Она прошла первое испытание на новом экспериментальном стенде Общества в Нью-Рочелле (штат Нью-Йорк) 10 декабря 1938 г.; двигатель развил тягу более 90 фунтов (40,82 кг) при скорости истечения, значительно превышавшей 6000 фут/сек (1830 м/сек). Из-за недостаточного запаса кислорода на экспериментальной площадке первое испытание в тот день было коротким, оно длилось только около 13,5 сек.

Впоследствии двигатель Уайлда был более полно испытан в Мидвейле (штат Нью-Джерси) 8 июня, 22 июня и 1 августа 1941 г. В то время испытывалось также несколько других интересных двигателей в том числе модели, разработанные: Альфредом Африкано, удостоенным в 1936 г вместе с Обществом, премии Р. Эсно-Пельтри - Гирша; Робертсоном Янгквистом — тогда студентом Массачусетского технологического инститyтa, Натаном Карвером — одним из старейших членов Общества.

После испытаний 1 августа 1941 г. активные исследования, проводимые Обществом и его Экспериментальным комитетом как коллективом прекратились.

В рассматриваемый период несколько ракет и двигателей было построено и испытано некоторыми членами Общества также в индивидуальном порядке, в том числе Хью Ф. Пиэрсом, Константином П. Лептом и др. Пуск широко разрекламированной «почтовой ракеты» состоялся 2 февраля 1935 г. в районе небольшого озера Гринвуд, расположенного на границе штатов Нью-Йорк и Нью-Джерси. Проект ракеты, субсидируемый бруклинским филателистом Ф. В. Кесслером, был создан д-ром Александром Клемином, работавшим в Гуггенхеймовском Училище аэронавтики при Нью-Йоркском университете, с группой сотрудников, включавшей X. Ф. Пиэрса, Натана Карвера и Вилли Лея. Две «ракеты» (на самом деле два маленьких планера, каждый из которых имел ракетный двигатель на жидком топливе) были подготовлены к пуску. Слишком большая тяга двигателей и другие недостатки конструкции привели к совершенно беспорядочному полету планеров, тем не менее одному из них удалось пересечь ледяное поле озера и попасть в другой штат, придав, таким образом, законность официальной почтовой оплате и специальным ракетным штемпелям на письмах, которые несли планеры.

Фирма «Риэкшн моторз» продолжала свои успешные работы по доводке двигателя Уайлда — сначала при помощи второго испытательного стенда ARS, заимствованного у Общества на некоторое время. Впоследствии Общество официально передало этот стенд в Исторический музей фирмы, а в 1965 г. она в свою очередь передала стенд в Национальный музей освоения воздушного и космического пространства при Смитсонианском институте в Вашингтоне, где этот стенд скоро будет представлен на выставке вместе с частями и двигателями некоторых первых ракет ARS, как и гораздо более значительная и впечатляющая коллекция ракет Годдарда, хранящаяся сейчас в музее.

Интенсивные экспериментальные работы по совершенствованию ракет, проводившиеся Обществом, были прекращены, в основном в связи с приближением второй мировой войны, возрождением среди военных деятелей США интереса к ракетам, особенно к ракетам на твердом топливе; кроме того, большинство из нас понимало, что малые масштабы тех исследовательских и экспериментальных работ, какие были доступны Обществу (по его финансовым ресурсам), были проведены настолько широко, насколько было возможно, и что дальнейшее развитие ракетной техники потребует солидной поддержки, больших конструкторских коллективов для инженерной разработки в крупных масштабах различных тем и заинтересованности правительства. В конце концов это так и произошло.

Рис. 7. Испытание двигателя на испытательном стенде ARS №2 (конец 30-х годов XX в.)

Рис. 8. Робертсон Янгквист перед испытанием ЖРД своей конструкции конца 30-х годов, установленного на испытательном стенде ARS

Рис. 9. Ракетный двигатель Янгквиста после взрыва на испытательном стенде

Тем временем ARS продолжало быстро развиваться как техническое общество, особенно после 1944 г. ARS насчитывало более 20 тыс. членов к 1963 г., когда оно слилось с Институтом авиационных наук и образовался Американский институт аэронавтики и астронавтики (AIAA). Сейчас этот объединенный институт почти вдвое многочисленнее, чем ARS в 1963 г., и является, я полагаю, самым большим техническим объединением в мире, которое призвано ускорить развитие наук, связанных с аэронавтикой и астронавтикой.