Начиная с середины XIX в. все чаще высказываются предложения об использовании ракет в качестве двигателей летательных аппаратов.

Необходимо отметить, что идея создания реактивных летательных аппаратов насчитывает несколько столетий, однако лишь после того, как в конце XVIII в. была решена в принципе проблема подъема человека в воздух, особенно остро встала проблема передвижения аппаратов в воздушном пространстве и изобретатели все чаще стали обращаться для разрешения этой проблемы к ракетам - достаточно сказать, что в течение XIX столетия было предложено свыше 30 проектов реактивных летательных аппаратов.

Изобретателей привлекала кажущаяся простота решение проблемы полета при помощи двигателей, основанных на реактивном принципе. При этом, однако, авторы большинства проектов ограничивались лишь приведением схемы двигателя либо изложением принципа его работы, не давая ни конструктивной его разработки, ни точного расчета количества энергии, потребной для осуществления реактивного полета. Такой подход был характерен для XIX в. и свидетельствовал о крайне невысоком уровне теоретической разработки данной проблемы. Ни один из авторов проектов не рассматривал реактивный летательный аппарат как тело переменной массы, весьма случайным был выбор источника энергии, совершенно не была разработана теория полета реактивных летательных аппаратов.

О невысоком уровне теоретических знаний в области реактивной техники свидетельствует и то обстоятельство, что все авторы проектов исходили из такой расчетной скорости полета, при которой применение реактивных двигателей было бы совершенно неоправданным.

Анализ проектов реактивных летательных аппаратов, разработанных и предложенных в XIX в. , показывает, что их можно разбить на три группы в зависимости от способа получения подъемной силы (горизонтальное перемещение у аппаратов всех трех групп осуществлялось за счет реакции отбрасываемых частиц вещества).
 

Первая группа - аэростатический принцип - реактивные летательные аппараты легче воздуха; подъемная сила создается за счет газа, более легкого, чем воздух.

Вторая группа - аэродинамический принцип - реактивные летательные аппараты тяжелее воздуха; подъемная сила создается за счет обтекания несущих плоскостей (крыльев) потоком воздуха.

Третья группа - ракетодинамический принцип - ракетные летательные аппараты тяжелее воздуха; подъемная сила создается за счет реакции отбрасываемых частиц вещества.

Принципиальное различие между аппаратами второй и третьей групп заключалось в том, что для полета аппаратов второй группы необходима атмосфера в качестве опорной среды, в то время как для аппаратов третьей группы атмосфера не только не является необходимой, но даже вредна, так как создает дополнительное сопротивление.

Летательные аппараты первой группы - реактивные аэростаты оказались бесперспективными и не получили дальнейшего развития. Совершенствование аппаратов второй группы привело в дальнейшем к созданию реактивной авиации, а аппаратов третьей группы - к созданию ракет дальнего действия.

Представляет интерес также разбивка предложенных проектов на группы в зависимости от источника энергии. В качестве такого источника предлагались: сжатый воздух или другой газ, пары воды или спирта, а также продукты сгорания, которые, в свою очередь, разбивались на три подгруппы, соответствующие ракетным двигателям на твердом топливе, воздушно-реактивным и жидкостным ракетным двигателям.

С точки зрения рассмотрения источников энергии наибольший интерес представляет проект С. С. Неждановского, который уже в первой половине 80-х годов XIX в. предложил схему жидкостного ракетного двигателя, работающего на двухкомпонентном топливе. В качестве горючего должны были служить жидкие углеводороды, в качестве окислителя - азотная кислота либо окислы азота.

Разработка проектов реактивных летательных аппаратов в отдельных странах не всегда совпадала с общим направлением развития идей реактивного полета в XIX в. Так, например, во Франции, Италии и США, в основном, преобладали проекты аппаратов, относящихся к первой группе (реактивные аэростаты), а в Англии и Германии - проекты аппаратов, относящихся ко второй группе (реактивные самолеты). В России наряду с аппаратами, относящимися к первым двум группам, большое внимание (6 проектов) уделялось аппаратам, относящимся к третьей группе. Велась работа над такими аппаратами и в Испании.
 

Рис 14. Страница из рукописи С. С. Неждановского с изображением схемы жидкостного ракетного двигателя на двухкомпонентном топливе     Рис 15. Схема космического корабля К. Э. Циолковского (1883 г.)

Аппараты этой группы представляют наибольший интерес для истории космонавтики, так как они не нуждаются в атмосфере в качестве опорной среды и в принципе могли бы быть применены для полетов в безвоздушном пространстве. Однако во всех приведенных выше проектах рассматривалось применение принципа реактивного движения лишь для полетов в пределах земной атмосферы. Ни один из авторов проектов, в том числе Ариас, Кибальчич, Неждановский, Гешвенд и Федоров, аппараты которых не нуждались в атмосфере в качестве опорной среды, не ставил вопрос о возможности применения предложенных им аппаратов для межпланетных полетов.

Впервые это было предложено и научно обосновано одним из крупнейших ученых современности - К. Э. Циолковским, с именем которого неразрывно связано начало развития ракетно-космической науки и техники.

Конец XIX - начало XX в. характеризуется повышением интереса к вопросам теории межпланетных сообщений. В ряде стран - в первую очередь в России и Германии - появляются отдельные работы, посвященные этой проблеме. Появление этих работ, авторы которых делали первые попытки теоретически обосновать возможность полета в межпланетном пространстве и предлагали первые научно обоснованные схемы космических кораблей, предназначенных для решения этой задачи, свидетельствует о том что именно в этот период начали закладываться основы теории космического полета.

Рис. 16. Космический корабль по Г. Гансвиндту (1891 г.)

Следует отметить, что стремление человечества познать другие миры возникло еще в глубокой древности. Но очень долгое время этот интерес носил отвлеченный и умозрительный характер и воплощался в самых фантастических проектах. Этому в значительной степени способствовало то, что предлагавшиеся проекты основывались на неоднократно изменявшихся представлениях о строении Вселенной, которые па протяжении рассматриваемого времени прошли длительную и сложную эволюцию - от идеи геоцентризма и представлении о Земле как о единственно обитаемом небесном теле до современной физической картины мира.

Лишь в последние полтора столетия, в связи с развитием науки и техники, начали появляться технически более обоснованные проекты, такие, как сверхдальняя артиллерия, круговой рельсовый путь, гигантская праща и др. Однако все эти проекты не могли быть реализованы на практике. И только в конце XIX в. был найден единственный реальный путь решения этой проблемы - при помощи летательных аппаратов, основанных на реактивном принципе.

Выше уже отмечалось, что ракеты были известны задолго до Циолковского. Их применяли для устройства фейерверков и для подачи сигналов, для освещения местности и в качестве боевого средства. Над усовершенствованием ракет работали многие ученые и изобретатели, но ни один из них не предлагал использовать их как средство осуществления межпланетных сообщений. С другой стороны, и до Циолковского многие изобретатели задумывались над проблемой полета в космическое пространство, но ни один из авторов многочисленных проектов не предлагал использовать для этой цели ракетные летательные аппараты.

Заслуга Циолковского заключается в том, что он объединил эти два технических направления, научно обосновал возможность применения реактивного принципа для полетов в мировом пространстве и разработал основы теории движения ракет.

Рис. 17. Страница рукописи К. Э. Циолковского с его формулой полета ракеты (1897 г.)     Рис. 18. Схема космической ракеты К.Э. Циолковского (1903 г.)

В начале XX в. в ряде стран ученые и изобретатели, как правило, независимо друг от друга и часто даже не зная об аналогичных предложениях, сделанных другими авторами, начинают заниматься проблемой космического полета.

При рассмотрении предложений в области теории космического полета, выдвинутых в конце XIX - первой трети XX в., обращает па себя внимание очень широкий диапазон предлагаемых энергетических средств - от твердого топлива (динамитных патронов и бездымного пороха) до электрической и ядерной энергии и давления света.

Весьма характерным является также то, что при рассмотрении возможности осуществления космических полетов авторы этой группы проектов уже гораздо большее внимание уделяли вопросам определения потребного количества энергии и теоретическим расчетам полета ракетного летательного аппарата.

Анализ формулы Циолковского показывает, что наиболее эффективным способом увеличения скорости полета ракеты является повышение скорости истечения продуктов сгорании. Поэтому усилия ученых в рассматриваемый период были направлены на подбор наиболее калорийных топлив, обладавших наибольшей теплотворной способностью.

Уже в 1903 г., исходя именно из этих соображений, Циолковский предложил в качестве компонентов топлива для ракеты жидкие водород и кислород. При этом он теоретически подсчитал значение идеальной скорости истечения, равное 5700 м/с. «Я не знаю ни одной группы тел, - мотивировал он свой выбор, - которые при своем химическом соединении выделяли бы на единицу массы полученного продукта такое огромное количество энергии».

 Однако нередко энергетические требования к топливу вступали в противоречие с эксплуатационными. Применение таких компонентов топлива, как жидкие кислород и водород, было связано с большими эксплуатационными трудностями. Кроме того, в первой четверти XX в. вообще еще не было налажено производство жидкого водорода в достаточных для практических потребностей количествах. Поэтому в ряде проектов их авторы останавливались на менее калорийных, но более безопасных и более доступных компонентах топлива, заменяя жидкий водород различными углеводородами (такими, например, как спирт, бензин, керосин и т. п.). Но уже вскоре выяснилось, что имеются топлива, обладающие большей теплотворной способностью, чем соединение водорода и кислорода. В 1909 г. Цандер впервые пришел к мысли о возможности использования в качестве горючего материалов конструкции межпланетного корабля, а в 1912 г. он уже четко высказал предложение об использовании металлического топлива. Начиная с 1917 г. он приступил к опытам по сжиганию расплавленных металлов и вскоре получил численные значения теплотворной способности окиси магния и других материалов. В 1920-1924 гг. о возможности использования в качестве горючего высококалорийных металлов писал и Ю. В. Кондратюк.

Однако и этот путь - применение высококалорийного металлического топлива - не давал возможности решить в рассматриваемое время проблему космического полета. Расчеты показывают, что одноступенчатые ракеты, работающие на химическом топливе, не могут (при осуществимом соотношении масс топлива и конструкции) достигнуть даже первой космической скорости. Поэтому ученые и изобретатели продолжали искать другие виды энергии, значительно превосходящие энергию химического топлива. Одним из таких видов является ядерная энергия. Уже в одном из неопубликованных рукописных вариантов работы «Исследование мировых пространств реактивными приборами» Циолковский указал на возможность использования энергии распада атомов, которые при разложении «выделяют частицы различных масс, двигающихся с поразительной невообразимой скоростью, недалекой от скорости света». В 1907 г. предложение об использовании для космических полетов энергии атомного распада встречается также в рукописных материалах Годдарда.  В 1912 г. это предложение было опубликовано Циолковским в печати. В этом же году к мысли о возможности использования для космических полетов ядерной энергии пришел Р. Эсно-Пельтри, высказавший эту идею в своем докладе, прочитанном в ноябре 1912 г. и опубликованном в 1913 г.

Другим перспективным видом энергии для космического полета является электроэнергия, при помощи которой рабочее тело в ракетном двигателе разгоняется до весьма высоких скоростей истечения. Уже в первом десятилетии нашего века Циолковский и Годдард независимо друг от друга пришли к идее создания электроракетных двигателей. В печати эта идея была впервые опубликована Циолковским в журнале «Вестник воздухоплавания» (1912).

В 1916-1917 гг. под руководством Годдарда проводились эксперименты, направленные на создание ионного ракетного двигателя. В 1920 г. Годдард получил патент на «Способ и средства получения электризованной реактивной струи газа». В том же году Ф. Улинский (Австрия) изложил идею создания своего электронного космического корабля, к которой он, как утверждают некоторые авторы, пришел еще в 1915 -1916 гг.

Однако в первой трети нашего столетия предложении об использовании указанных видов энергии для решения проблемы космического полета могли рассматриваться лишь в качестве перспективных разработок, так как уровень развития техники не позволял еще осуществить на практике предложенные двигатели, пригодные для использования их на летательных аппаратах. Кроме того, упомянутые двигатели малой тяги могли найти практическое применение лишь после преодоления земного притяжения и выхода летательного аппарата на космическую орбиту. Поэтому перед исследователями продолжала стоять задача нахождения реального для рассматриваемого времени способа достижения космических скоростей.

Второй путь повышения скорости ракетных летательных аппаратов, также непосредственно вытекавший из формулы Циолковского, заключалось в изменении пассивной массы ракеты во время полета. Анализ основного уравнения ракетодинамики однозначно приводил к выводу, что для увеличения скорости полета ракеты необходимо по мере выгорания топлива как можно скорее освобождаться от ставших ненужными элементов конструкции, сохраняя лишь те части, которые необходимы для дальнейшего нормального функционирования ракеты.

Исходя из этого, Годдард еще в 1909 г. пришел к мысли о применении многоступенчатых ракет. В 1911 г. А. Бинг получил патент на «аппарат для исследования верхних слоев атмосферы, включая самые разреженные», в котором также содержится эта идея. В 1912 г. Цандер пришел к выводу о целесообразности отбрасывания отдельных отработавших элементов конструкции. Это же предложение содержится в работах Кондратюка 1917-1919 гг.

Рис. 19. Схема двухступенчатой ракеты (патент Годдарда 1914 г.) Рис. 20. Схема двухступенчатой ранеты Оберта (1923 г.)

Конструктивно наиболее законченно идея многоступенчатых ракет была высказана в 1914 г. Годдардом, который получил в том же году в США патент на двухступенчатую ракету. В 1919 г. Годдард высказал мысль об использовании двухступенчатой ракеты для посылки снаряда на Луну.

В дальнейшем идея об использовании для космических полетов многоступенчатых ракет была развита Обертом, который в своей работе 1923 г. подробно рассмотрел возможность создания двухступенчатого космического корабля, и Циолковским, который в 1926-1935 гг. разработал основы математической теории многоступенчатых ракет.

Использование принципа многоступенчатых ракет позволило в наиболее короткий срок решить проблему достижения космических скоростей. Действительно, уже в 30-е годы в ряде стран приступили к опытным работам, в 40-х годах при помощи двухступенчатой ракеты была достигнута высота порядка 400 км, в 1957 г. при помощи двухступенчатой ракеты с пятью двигателями был выведен на орбиту первый искусственный спутник Земли, в наше же время многоступенчатые ракеты получили очень широкое распространение.

Однако применение этого принципа не решало полностью задачи устранения вредного влияния пассивных масс ракеты. Ставшие ненужными части ракеты просто отбрасывались, не принося, однако, никакой пользы. Поэтому исследователями был поставлен вопрос о возможности использования этих частей для увеличении активной массы ракеты (т. е. массы топлива).

Первоначально Цандер (1909 г.)., а несколько позднее и Кондратюк (1920 г.) дали положительный ответ на этот вопрос, предложив использовать конструктивные части ракеты в качестве дополнительного горючего. В печати это предложение было опубликовано впервые лишь в 20-е годы. Предложение об использовании элементов конструкции в качестве топлива до сих пор не получило практической реализации, и в настоящее время ученые и инженеры не могут дать однозначного ответа па вопрос о вероятности его претворения в будущем. Но в 20-е годы это предложение рассматривалось довольно подробно и вызывало значительный интерес.

Третий способ решения задачи достижения космических скоростей полета, привлекавший большое внимание исследователей, особенно на начальном этапе работы по созданию основ теории космического полета, заключался в запуске ракеты не непосредственно с Земли, а с расположенной на большой высоте стартовой базы, в качестве которой, по мнению изобретателей, работавших над этой проблемой, могли служить либо высокие горы, либо летательные аппараты, которые предварительно поднимали бы ракету на значительную высоту.

Впервые такое предложение было выдвинуто еще в начало XX в. Г. Гансвиндтом, который предложил предварительно поднимать при помощи геликоптеров спроектированный им космический корабль на возможно бóльшую высоту и лишь после этого включать ракетный двигатель. Аналогичное предложении (только с использованием воздушных кораблей - аэростатов) было выдвинуто в первой четверти XX в. Годдардом (1907 г.), Циолковским (1911 г.), Обертом (1923 г.) и фон Гефтом (1928 г.). Предложение это привлекало внимание изобретателей, так как его осуществление позволило бы избежать необходимости преодоления сопротивления нижних наиболее плотных слоев атмосферы и дало бы таким образом несомненную экономию потребного количества энергии. Однако практическое осуществление этого предложения представляло значительные трудности, в рассматриваемое время было совершенно невыполнимо, да и в наши дни не находит практического применения.

Значительно более перспективным было предложение использовать в качестве промежуточной станции искусственный спутник Земли, т. е. производить запуск космического корабля с орбиты искусственного спутника. Предложение это встречается в трудах ряда исследователей. В 1928 г. вопрос об использовании искусственных спутников Земли в качестве промежуточной межпланетной станции был сравнительно подробно рассмотрен в работе фон Пирке. Очень интересную идею высказал Кондратюк, предложивший использовать в качестве промежуточной базы для межпланетных полетов искусственный спутник не Земли, а Луны.

Идея об использовании искусственных спутников Земли в качестве промежуточных баз является весьма перспективной и входит в качестве одного из элементов в ряд современных проектов достижения отдаленных небесных тел. Однако и в наши дни это предложение, продолжая фигурировать в многочисленных проектах, все еще не получило (в силу своей сложности) практической реализации. В рассматриваемый же период оно было неосуществимо.

Рис.21. Проект корабля-аэроплана Ф. А. Цандера (1924 г.)

Некоторые исследователи рассматривали в качестве промежуточной межпланетной станции также Луну, спутники планет и другие небесные тела. При этом они, как правило, исходили из того, что на рассматриваемых планетах имеются в наличии элементы, которые могут быть использованы в качестве компонентов топлива. Учитывалась также их значительно меньшая (по сравнению с Землей) масса, что давало возможность достигнуть скорости отрыва и при существенно меньших затратах топлива. Никто из упомянутых исследователей не рассматривал, однако, вопроса о том, каким образом, могут быть осуществлены на Луне и других небесных телах такие процессы, как получение и обработка необходимых материалов, подготовка стартового комплекса и другие достаточно сложные операции, связанные с технической организацией подготовки и запуска космических кораблей.

В первой четверти XX в. учеными, работавшими над решением проблемы космического полета, было выдвинуто еще одно очень интересное предложение - об использовании для полетов в межпланетном пространстве давления света. При этом ими было дано совершенно правильное соотношение между периодами работы двигателей различного типа. При отлете с Земли и возвращении на нее, указывали они, т. е. в моменты, когда необходимо преодолевать потенциал земного тяготения и сообщать космическому кораблю значительные ускорения, следует пользоваться энергией химического топлива; после же выхода на орбиту и значительного удаления от Земли, т. е. при полете в межпланетном пространстве, следует использовать энергию давления света.

Рассмотрение предложений о возможных способах достижения космических скоростей и полета в космическом пространстве, выдвинутых в первой четверти XX в., свидетельствует об их очень широком диапазоне с точки зрения как предполагаемого вида энергии, так и конструктивно-компоновочных схем космических летательных аппаратов. При этом были рассмотрены такие вопросы, как:

- создание жидкостных ракетных двигателей;

- применение высококалорийного металлического горючего,

- использование других видов энергии (атомные и электрореактивные двигатели, давление солнечного света);

- создание промежуточных межпланетных баз в виде искусственных спутников Земли и других небесных тел;

- применение многокомплектных и многоступенчатых ракет;

- использование в качестве дополнительного горючего материала конструкции самой ракеты;

- применение крыльев для планирующего спуска на Землю и другие планеты, обладающие атмосферой;

- использование взаимного движения небесных тел для ускорения или замедления полета космического летательного аппарата.

Рис. 22. Боевые ракеты конца XIX - начала XX в. а - проект ракеты конструкции Андреева (1891 г.); b-f - ракеты конструкции Унге (с 1892 г.); g - проект пневматической ракеты конструкции Поморцева (1905 г.)

К этому же времени были рассмотрены также такие вопросы, как старт космического корабля, определение оптимального угла его запуска, поиск оптимальных траекторий и режимов полета, вопросы нагревания космического корабля при прохождении плотных слоев атмосферы, проблемы обеспечения жизнедеятельности экипажа, вопросы возвращения аппарата на Землю, анализ траекторий полета космических летательных аппаратов и ряд других научно-технических вопросов, связанных с проблемой космических полетов.

Таким образом, рассмотрение материалов, относящихся к начальному периоду развития ракетно-космической науки и техники, позволяет утверждать, что уже к концу 20-х годов XX столетия, т. е. к тому времени, когда еще ни в одной стране не было создано надежно действующих ракетных двигателей и ракетных летательных аппаратов, в трудах теоретиков космонавтики было уже дано принципиальное решение основных проблем, связанных с разработкой основ теории полета в космическое пространство. В то же время обращает на себя внимание то, что многие исследователи, работавшие над проблемой космического полета, были оторваны от практических задач и нередко искали решение поставленной проблемы в таких весьма отдаленных перспективных областях, как использование электроракетных и ядерных двигателей, давления света и т. п.

Это приводило к тому, что при разработке теоретических основ космического полета многие задачи нередко ставились и решались в отрыве от основных направлений развития ракетной техники, без чего, однако, как показало дальнейшее развитие техники, было невозможно практическое решение проблемы космического полета.

В конце XIX - начале XX в., несмотря на снятие боевых ракет с вооружения, неоднократно предпринимались попытки возродить этот вид оружия. Особенно усилились эти попытки в годы, непосредственно предшествовавшие первой мировой войне. Успехи, достигнутые к этому времени в области воздухоплавания и авиации, давали все основания предполагать, что в будущей войне воздушный флот сыграет немаловажную роль в ходе военных действий. В связи с этим были предприняты попытки создать новый тип боевой ракеты, предназначенной для вооружения летательных аппаратов и для борьбы с летательными аппаратами противника. Велась также работа над созданием ракет, предназначенных для полевой войны.

Анализ опытных работ в области ракетной техники, проводившихся в конце XIX - начале XX в., показывает, что перед конструкторами и изобретателями, работавшими над усовершенствованием ракет, стояли, по существу, те же основные проблемы, что и в середине прошлого столетия: повышенно дальности и кучности стрельбы ракетами.
 

Рис. 23. Средства стабилизации полета ракет начала XX в. (Проекты М. М.Поморцева)

Однако прогресс, достигнутый к этому времени в различных областях техники, позволил решать многие из ставившихся ранее задач на более высоком уровне. В начале XX в. в ракетостроении начали находить применение цельнотянутые стальные гильзы, стало применяться более совершенное измерительное оборудование.

Более совершенными стали способы стабилизации ракет. Для большинства проектов начала XX в. характерен отказ от направляющего стержня и замена его другими, более совершенными видами стабилизации - применением стабилизирующих поверхностей, либо использованием гироскопического эффекта.

Уровень научных знаний в области ракетостроения в этот период по-прежнему оставался невысоким. Большинство лиц, работавших в начале XX в. над созданием новых образцов ракет, не были знакомы с теоретическими трудами в области реактивного движения, а в ряде случаев придерживались наивных, нередко ошибочных представлений о природе возникновения и характере действия реактивной силы. Они даже не пытались решать теоретически такие вопросы, как определение скорости и дальности полета ракеты, и, как правило, совершенно не интересовались такими понятиями, как коэффициент полезного действия ракетного двигателя или всей ракеты в целом.

Основным недостатком почти всех проектов ракет начала XX в. являлось также то, что в них в качестве источника энергии по-прежнему предлагалось такое сравнительно низкокалорийное топливо, как черный (дымный) порох. Это тормозило прогресс ракетной техники и приводило к тому, что тактико-технические и эксплуатационные данные большинства ракет начала XX в., по сути дела, мало чем отличались от ракет середины XIX в. (сравнительно небольшая дальность, значительное рассеивание, преждевременные разрывы ракетных гильз).

До первой мировой войны так и не был решен вопрос о создании боевых ракет, способных в какой-то мере быть сопоставимыми с нарезной артиллерией. Не было создано также удовлетворительно действующих осветительных ракет. Для дальнейшего совершенствования ракет необходимо было заменить черный (дымный) порох более совершенным и более калорийным ракетным топливом.

Вопрос о замене ружейного пороха более калорийным ракетным топливом - бездымным порохом - не раз поднимался в конце XIX - начале XX в. в работах В. Т. Унге, Р. X. Годдарда, И. П. Граве, В. А. Артемьева и других исследователей. Наибольших успехов в этом направлении достиг Годдард, которому удалось в середине 10-х годов XX в. провести опыты с ракетами на бездымном порохе, показавшие вполне удовлетворительные результаты.

Рис. 24. Проект гироскопической ракеты конструкции Н. В. Герасимова (1909 г.) Рис. 25. Проект ракетной батареи для стрельбы с автомобилей (проект И. В. Воловского, 1912 г.)

В ходе первой мировой войны ракеты в качестве боевого средства практически не применялись (за исключением единичных случаев применения зажигательных ракет против летательных аппаратов противника). Другие виды ракет (сигнальные, осветительные) также не получили в годы войны достаточно широкого распространения. Попытки различных изобретателей усовершенствовать ракетные снаряды успеха не имели. Лишь к самому концу войны Годдарду удалось разработать и создать несколько образцов опытных боевых ракет, успешно прошедших испытания.

Однако в связи с окончанием войны интерес к ракетным снарядам резко понизился и в большинстве стран работа над ними была прекращена. В то же время в послевоенный период заметно повысился интерес к возможностям использования ракет в качестве транспортного средства для межпланетных перелетов. Начиная с 20-х годов под влиянием работ Циолковского, Оберта, Годдарда и других исследователей, занимавшихся проблемами космического полета, все большее число людей стало задумываться над возможностью проникновения в космическое пространство, в разных странах возникали кружки, объединения, научные общества, объединившие лиц, интересовавшихся этим вопросом, все большее число исследователей стало включаться в разработку научных проблем, связанных с осуществлением межпланетных полетов.

При этом, однако, большинство лиц, работавших в данной области, существенно ошибались в определении возможных сроков осуществления космических полетов, причем ошибались как в одну, так и в другую сторону (называемые сроки колебались от нескольких лет до нескольких столетий).

Одним из сложнейших вопросов, встававших перед исследователями, работавшими в области теории космического полета, являлся вопрос о возможных источниках финансирования затрат, необходимых для претворения в жизнь их замыслов. Этот вопрос неизбежно вставал перед каждым, кто ставил перед собой задачу перехода от теоретических исследований к практическому воплощению их идей. При этом невольно обращает на себя внимание то, что, по сути дела, никто не отдавал себе ясного отчета в том, каких же затрат усилий и средств потребует в действительности программа осуществления космического полета.

Становилось ясно, однако, что такие затраты не смогут взять на себя не только отдельные лица, но и целые организации, если только эти организации не будут заинтересованы в решении каких-либо практических вопросов и получении конкретных результатов. Все более очевидной становилась также заинтересованность военных специалистов в новом виде вооружений, каким могло стать ракетное оружие.

Это наложило определенный отпечаток на дальнейший характер развития ракетных исследований, и конец 20-х - начало 30-х годов явились в известной степени переломными в развитии ракетной техники. Именно в это время стало ясно, что задача осуществления космического полета не может быть решена в ближайшие годы, так как для этого в рассматриваемый период недоставало, ни научно-технических возможностей, ни необходимых материальных средств.

Для данного периода (конец 20-х - начало 30-х годов) было весьма характерным противоречие между высоким уровнем теоретической разработки проблем космического полета и ограниченными практическими возможностями техники этого времени. Поэтому уже к началу 30-х годов довольно четко наметился переход от космической направленности исследований к исследованиям сугубо прикладного характера, направленным на решение конкретных задач, стоявших перед ракетной техникой.

Именно в этот период в разработку проблем ракетной техники включилась большая группа исследователей, которых можно отнести ко второму поколению пионеров ракетной техники и которые вынесли на своих плечах основную тяжесть работы по созданию первых ракет нового типа (на жидком топливе).

Прекрасно отдавая себе отчет в том, что для преодолении скептицизма и настороженного отношения широких масс необходимо прежде всего доказать, что ракеты действительно могут достигать заданных высот и дальности полета, специалисты, работавшие в эти годы в области ракетной техники, в первую очередь направили свои усилия на создание жидкостных ракетных двигателей и баллистических ракет.

В развитии баллистических ракет можно в зависимости от вида используемого топлива четко выделить два основных направления: ракеты на твердом топливе (с РДТТ) и на жидком топливе (с ЖРД).

Первое направление - ракеты на твердом топливе - явилось. как бы продолжением многовековой линии развития боевых и пиротехнических ракет на черном (дымном) порохе. Однако в ракетах XX в. вместо этого бесперспективного вида топлива стали применять бездымный порох на совершенно иной основе - так называемые двухосновные пороха, в состав которых входили нитроглицерин и нитроклетчатка.

Пороха такого типа обладали рядом преимуществ - они были более высококалорийны, значительно более безопасны в обращении, выдерживали значительно более длительные сроки хранения и весьма существенные колебания температуры.

Вместе с этим сохранялись, правда, многие недостатки, присущие старым пороховым ракетам, - практическая невозможность регулирования тяги, необходимость размещать все топливо в камере сгорания, невозможность повторного запуска двигателя, более низкая по сравнению с жидким топливом энергоемкость пороха.

Однако ракеты на твердом топливе обладали также и рядом преимуществ, главным из которых являлась их постоянная готовность к действию, что позволяло им в ряде случаев успешно соперничать с ракетами на жидком топливе.
 

Второе направление - ракеты на жидком топливе - являлось более перспективным с энергетической точки зрения для осуществления космических полетов, так как давало возможность применять гораздо более энергоемкое топливо. Кроме того, применение жидких компонентов топлива позволяло обеспечить постепенное их поступление в камеру сгорания, что упрощало решение целого ряда конструктивных и технологических задач.

На подавляющем большинстве ракет, испытанных в полете в 30-е годы нашего века, в качестве окислителя применялся жидкий кислород, рассматривавшийся исследователями, как наиболее эффективный с энергетической точки зрения и наиболее перспективный для будущих космических полетов компонент топлива. Однако его применение было связано со значительными трудностями эксплуатационного характера. Кроме того, при определенных условиях (при масштабах ракет того времени) применение кислородного топлива не давало ожидаемого энергетического выигрыша но сравнению с менее калорийными, но более плотными высококипящими топливами. Это и обусловило стремление применить в ряде проектов высококипящие окислители, которые к тому же были более удобны в эксплуатационном отношении.

Наиболее успешно работа над азотно-кислотными ЖРД проводилась в рассматриваемый период в СССР, где на протяжении первой половины 30-х годов было создано несколько десятков таких двигателей. Лучшие из них: ОРM-50, ОРМ-52 и ОРМ-65 - давали тягу от 150 до 300 кг при удельном импульсе до 210-215 с. В дальнейшем опыт работы над этими двигателями был использован и при создании авиационных ЖРД.

Для ракет этого периода, работавших на жидком топливе, характерно было большое разнообразие конструктивных решений, компоновочных схем, способов стабилизации и управления. В значительной степени это объяснялось тем, что в рассматриваемое время была еще очень слабо разработана теория проектирования ракет и работа эта велась почти исключительно эмпирически.

Начальный период развития ракет на жидком топливе, охватывающий около двадцати лет (1920 -1945 гг.), может быть разбит на три этапа. На первом этапе (конец 20-х - начало 30-х годов) основной задачей, стоявшей перед исследователями, было подтверждение принципиальной возможности создания ракет на жидком топливе. В эти годы основное внимание исследователей было сосредоточено на создании работоспособного ЖРД.

После того как усилиями ученых и конструкторов ряда стран (США, Германии, СССР и др.) эта задача была в принципе решена и было практически доказано, что двигатель на жидком топливе может работать и создавать тягу, достаточную для подъема ракетного летательного аппарата, перед исследователями встала новая задача - обеспечить его длительную, безопасную и падежную работу. Этот этап охватывает середину 30-х годов.
 

Рис. 26. Ракета Р. X. Годдарда (1926 г.)Рис. 27. Первые советские ракеты на жидком топливе (1933 г.)

Рис. 28. Изменение основных параметров жидкостных ракетных двигателей, разработанных до конца 30-х годов а - изменение максимальной тяги двигателей; б - изменение удельной тяги двигателей; Рис. 29. Изменение основных параметров баллистических ракет (G, кГ; H, км; L, км) а - изменение стартового веса ракет; б - изменение максимальной высоты подъема ракет; в - изменение максимальной дальности полета ракет; 1 - США, 2 - Германия, 3 - СССР

И на первом, и па втором этапах главной проблемой, стоявшей перед учеными и инженерами, работавшими в области ракетной техники, продолжал оставаться двигатель.

В этот период исследователи занимались главным образом такими вопросами, как подбор наиболее удобных для использования компонентов топлива и решение проблемы их подачи в камеру сгорания, организация устойчивого рабочего процесса, обеспечение достаточно надежного охлаждении камеры сгорания и сопла, и другими проблемами, связанными с обеспечением устойчивой и надежной работы двигателя .

Однако к середине 30-х годов, когда стало ясно, что проблема создания жидкостного ракетного двигателя в основном решена (хотя предстояло решить еще целый ряд теоретических, конструктивных и технологических задач), перед исследователями встала новая проблема, заключавшаяся в необходимости создания систем управления, способных обеспечить устойчивый полет ракетных летательных аппаратов на всей заданной траектории.

Теоретически эта задача не была новой, так как ни один из пионеров теоретической космонавтики не прошел мимо проблемы управления полетом ракетных летательных аппаратов. Однако никакого практического опыта работы в этой области не было, так же как, по сути дела, не было достаточно обстоятельных научных разработок этой проблемы.

На третьем этапе, охватывающем конец 30-х - начало 40-х годов, удалось в принципе решить и эту задачу и с учетом опыта, накопленного при создании систем автоматического управления полетом самолетов, создать уже довольно совершенные для своего времени управляемые ракеты.

Отличительной чертой этого этапа явилось также существенное увеличение масштабных характеристик жидкостных ракет. Если до середины 30-х годов тяга ЖРД не превышала 300 кГ, максимальный стартовый вес ракет равнялся 165 кГ, а дальность их полета не превышала 40 км, то в рассматриваемое время были созданы ракетные двигатели с тягой 25 - 27 т и баллистические ракеты со стартовым весом свыше 12 т и дальностью полета около 300 км.

Наряду с баллистическими ракетами разрабатывались также крылатые ракеты, которые сравнительно широко использовались в 30-е годы для проведения различных экспериментов и летных исследований и которые являлись как бы промежуточным звеном между баллистическими ракетами и ракетопланами. В рассматриваемый период крылатыми ракетами занимались в Германии (Тиллинг, 1932 г.), в СССР (РНИИ, 1934-1939 гг.) и в других странах. В дальнейшем крылатые ракеты получили применение в годы второй мировой войны.

В 30-е годы была также в принципе решена проблема создания реактивных самолетов. Первые практические попытки осуществления полета человека на реактивных летательных аппаратах тяжелее воздуха относятся к концу 20-х годов, когда в Германии, были испытаны первые реактивные планеры и самолеты с РДТТ.

Первоначально изобретатели остановились на выборе в качестве силовой установки для реактивных самолетов на двигателях на твердом топливе (обычных пороховых ракетах). Это объяснялось тем, что к тому времени это были единственные проверенные на практике реактивные двигатели. Кроме того, большую роль играли их простота, доступность прибретения и сравнительная налаженность производства.

Однако вскоре выяснилось, что авиационные двигатели на твердом топливе обладают рядом серьезных недостатков, что делало практически невозможным использование их в качестве основных силовых установок летательных аппаратов (несколько позже они стали применяться в качестве вспомогательных двигателей - стартовых ускорителей). К числу таких недостатков относились: невозможность регулирования силы тяги и повторного включения двигателя; сравнительно низкая энергоемкость известных в то время твердых топлив; высокий относительный вес силовой установки.

Поэтому вскоре от попыток применения двигателей на твердом топливе отказались, и уже в самом начале 30-х годов было выдвинуто новое предложение - об использовании в качестве основных силовых установок летательтгых аппаратов жидкостных ракетных двигателей, обладавших рядом преимуществ по сравнению с РДТТ.
 

Рис. 31. Крылатые ракеты (РНИИ, 1934 - 1939 гг.) а - ракета 212; б - ракета 217

Рис. 30. Крылатая ракета Р. Тиллинга

В конце 30-х - начале 40-х годов это предложение было реализовано и завершилось успешными полетами таких экспериментальных самолетов и планеров, как He-176 (Германия, 1939 г.) г.), РП-318-1 (СССР, 1940 г.), Мe-163B-1 (Германия, 1941 г.), БИ-1 (СССР, 1942 г.), Нортроп МХ-324 (США, 1944 г.) и др. (табл. 4).

Успешно проведенные летные испытания самолетов с ЖРД показали практическую возможность использования этого типа двигателя в качество основной силовой установки, однако слишком большой расход топлива делал его применение экономически неэффективным.

Поэтому ни в рассматриваемый период, ни в более позднее время (вплоть до начала 80-х годов) жидкостные ракетные двигатели не получили сколько-нибудь широкого применения в авиации в качестве основных силовых установок самолетов, летающих в пределах земной атмосферы.

Несомненный интерес представляет вопрос: почему же в начале 30-х годов при выборе наилучшего возможного типа реактивных двигателей для самолетов большинство изобретателей и конструкторов останавливалось на жидкостных ракетных двигателях, а не на воздушно-реактивных двигателях, которые обладали рядом очевидных преимуществ и которые в конечном счете стали позднее основным типом авиационных силовых установок реактивных самолетов?

Вопрос этот подлежит еще дальнейшему уточнению и нуждается в более подробном исследовании, однако уже сейчас можно высказать некоторые предположения. По-видимому, существенную роль сыграла относительная простота ЖРД по сравнению с газотурбинными двигателями, а также то обстоятельство, что к началу 30-х годов не было практически ни одной достаточно подробно разработанной конструкции ВРД.

Определенную роль играло, видимо, также и то обстоятельство, что в рассматриваемый период вопросом возможности применении реактивных двигателей в авиации занимались главным образом исследователи, основные интересы которых лежали в области развития ракетной техники и теории космического полета, что и определяло их заинтересованность в ЖРД.

Кроме того, при выборе этого типа силовой установки большую роль играло также и то, что в этот период перед конструкторами уже вставала перспективная задача создания самолетов-перехватчиков, отличающихся высокой скороподъемностью, а также самолетов, способных летать на больших высотах, т. е. в условиях, когда кислород воздуха уже не может служить достаточным окислителем.

Все это, по-видимому, и предопределило в начале 30-х годов повышенное внимание к ЖРД. Однако вскоре стало ясно, что ракетные двигатели (как ЖРД, так и РДТТ) не смогут удовлетворительно решить проблему создания реактивных самолетов и что наиболее эффективными будут двигатели, использующие в качестве окислителя кислород окружающего воздуха. Этот тип двигателей с успехом применялся в начале 40-х годов на реактивных самолетах различных стран и получил впоследствии очень широкое распространение.
 

В 30-е годы наметилось два пути возможного (в ближайшее время) использования ракет нового типа. Первое направление предусматривало возможность применения высотных ракет для исследования верхних слоев атмосферы. Это направление вызывало большой интерес научной общественности и привлекало серьезное внимание ученых, однако и довоенный период оно не получило сколько-нибудь существенного развития.

Второе направление развития ракетной техники было связано с разработкой ракетного оружия, в том числе с разработкой управляемых ракетных снарядов. В связи с подготовкой ко второй мировой войне эта направление получило в 30-е годы сравнительно широкое развитие в ряде стран и оказало весьма существенное влияние на развитие ракетной техники.

В этот же период значительно возросло внимание, уделяемое совершенствованию устройств для запуска ракет. История ракетных пусковых установок насчитывает несколько столетий, однако в 30-х годах XX в. в связи со значительным совершенствованием ракетных снарядов вопрос этот стал приобретать все большее практическое значение. Именно в это время исследователи пришли к выводу, что при существовавшем уровне развития ракетных снарядов наиболее эффективным является залповый огонь (не по единичным целям, а по площадям).

В 30-40-е годы в процессе работы над управляемыми ракетами дальнего действия были проведены научно-технические исследования в области динамики полета ракет, в том число гиперзвуковой аэродинамики, в области прочности летательных аппаратов, а так же решены такие научно-инженерные вопросы, как создание надежно работающих жидкостных ракетных двигателей с тягой 25-27 т, разработка различных топливных комбинаций, создание систем наведения и управления и ряд других вопросов, без решения которых был бы невозможен дальнейший прогресс ракетной техники.

Почти во всех крупных странах возникли научно-исследовательские и инженерные центры, в которых интенсивно велась исследовательская работа в области ракетной техники. В конце 30-х - начале 40-х годов в СССР, Германии и СИГА в стадии перспективного проектирования находились такие разработки, как многоступенчатые ракеты для исследования верхних слоев атмосферы и для создания межконтинентальных ракет, жидкостные ракетные двигатели с тягой до 100-200 т, ряд весьма перспективных систем управления и наведения.

Однако и в данном случае, так же как с разработкой теории космического полета, инженерно-теоретические перспективные разработки обгоняли возможности практики. Поэтому эти весьма интересные проекты до конца второй мировой войны так и не были реализованы.

В то же время вторая мировая война убедительно показала, какими огромными потенциальными возможностями обладают ракеты как на твердом, так и особенно па жидком топливе. Опираясь на опыт, накопленный в 30-40-е годы, ученые и инженеры наиболее развитых стран, в первую очередь Советского Сонма и Соединенных Штатов Америки, в послевоенный период сразу же приступили к практическим работам: в области ракетостроения и в сравнительно короткий промежуток времени достигли больших успехов в развитии ракетно-космической науки и техники.