Помоги проекту - поделись книгой:
Авиация в свое время развивалась без должной разведки. Люди ринулись в неведомое воздушное пространство, и многие своей жизнью заплатили за смелую попытку. Затем отец русской авиации Николай Егорович Жуковский построил аэродинамическую трубу. Труба эта спасла жизнь многим летчикам-испытателям: в ней на моделях можно было изучать недостатки будущих самолетов. К сожалению, для космических полетов нельзя создать ничего похожего на аэродинамическую трубу. Вместо трубы мы проводили опыты в обширном межпланетном пространстве, отправляя туда автоматические, управляемые по радио ракеты.
Полеты этих ракет составили целый этап в астронавтике, этап, который отсутствовал в планах Константина Эдуардовича Циолковского. Да это и понятно. Когда Циолковский создавал науку о межпланетных полетах, радио переживало свой младенческий период.
Но в течение XX века радио развивалось поистине с космической скоростью. Вошли в быт радиотелеграммы, радиобеседы с арктическими зимовками, фотописьма, телевидение — черное и цветное, телефоны с телевизионной приставкой, позволяющие видеть собеседника, радиофотогазетчик, печатающий газеты на квартирах у подписчиков. Современная техника немыслима без радиосвязи, радиолокации, радионавигации, телевидения, автоматики и телемеханики, электроники, электротехнических приборов и автоматов и, наконец, самой молодой области техники — радиотелеуправления.
Все это сыграло большую роль и в решении задач астронавтики.
Первые автоматические ракеты появились около 20 лет назад. Они пересекли стратосферу, проникли в нижние слои ионосферы. Приборы, поставленные на них, передали по радио сведения о температуре, давлении на больших высотах, о космических лучах и об ультрафиолетовых лучах Солнца, не проникающих сквозь атмосферу.
Эти первые автоматические ракеты развивали скорость до 2–3 километров в секунду. Но двигатели совершенствовались, и скорость росла. Ракеты поднимались все выше — уже не на сотни, а на тысячи километров. И вот, наконец, были получены скорости 7,9 километра в секунду и выше. При таких скоростях ракета, отправленная в мировое пространство, может уже не вернуться на Землю и будет вечно обращаться вокруг земного шара. После нескольких пробных запусков ученым удалось создать автоматический искусственный спутник — АС-1.
Этот спутник, иначе называющийся космической лабораторией № 1, и поныне находится в мировом пространстве. В отличие от всех других научных учреждений, штатные сотрудники лаборатории № 1 работают не в ее стенах, а за несколько тысяч километров от нее — на Земле. Приборы, находящиеся на спутнике, передают ученым по радио сведения об излучении Солнца, о космических лучах, о силе и направлении магнитного поля Земли. Все эти данные записываются на магнитную ленту, когда спутник пролетает над Москвой, и тогда сотрудники лаборатории начинают расшифровывать записи и обобщать результаты.
Автоматические приборы бессменно работают уже второе десятилетие. Вы спросите: откуда берется энергия для многолетних радиопередач? Ответить на это несложно. Энергию дает Солнце. Еще во время Отечественной войны наши ученые разработали преобразователь световой энергии в электрическую. Этот преобразователь мог питать радиоприемник, используя свет обыкновенной керосиновой лампы «Летучая мышь», и часто применялся партизанами в глубоком тылу. На спутнике специальное фотоэлектронное устройство все время поворачивает преобразователь к Солнцу. Пока ракета освещена Солнцем, преобразователь питает энергией все приборы и, кроме того, заряжает аккумулятор. Когда же спутник оказывается в земной тени, аккумулятор отдает полученную энергию.
Есть специальные аппараты, автоматически регулирующие концентрацию электролита, контролирующие работу аккумулятора и преобразователя и т. д.
На искусственном спутнике нет веса. Невесомость создавала трудности для конструкторов, но они были преодолены. Чтобы увеличить долговечность аппаратов, вместо электронных ламп были поставлены кристаллические, гораздо более стойкие. Но рано или поздно эти лампы тоже изнашиваются. Поэтому раз в год по команде с Земли производится автоматическая смена ламп.
Вслед за первым автоматическим спутником АС-1 в мировое пространство отправились АС-2 и АС-3. У Земли становилось все больше «лун». В настоящее время имеются спутники уже с двузначными номерами. Их рапорты, записанные на магнитных лентах, изучаются в нашем Институте космических ракет. Научные труды нашего института, посвященные одной только проблеме — изучению космического пространства, не умещаются в одном шкафу. Сколько научных гипотез о Солнце, свете, космических лучах, космосе, земном магнетизме было похоронено и рождено благодаря коротким радиосообщениям с автоматических спутников! Сколько новых фактов найдено, сколько открылось новых путей познания природы!
На спутнике АС-2 изучались различные материалы при низких температурах, в земной тени, и под прямыми лучами Солнца. Со спутником АС-3 отправились в полет первые живые существа — обезьяны. Приборы, прикрепленные к их телу, измеряли температуру, кровяное давление, автоматически делали анализ крови и снимали электрокардиограммы. Все эти данные передавались на Землю по радио. Кроме того, специальный телевизионный передатчик позволял наблюдать, как ведут себя обезьяны, как приспосабливаются они к отсутствию веса. Конечно, эти первые путешественники давно погибли, но своей смертью они сберегли здоровье, а может быть, и жизнь будущих астронавтов. Наблюдения над животными дали материал для проектирования кабины космического корабля, одежды межпланетных путешественников, помогли подготовить человека к космическому полету.
Один из следующих спутников, АС-6, был послан на далекую орбиту, на высоту более 35 000 километров, и совершает там один оборот в 24 часа, в тот же срок, что и Земля обращается вокруг оси. Такой 24-часовой спутник можно поместить так, чтобы он как бы висел над одной точкой, над каким-нибудь городом или островом, но обязательно над экватором. Мы «подвесили» наш АС-6 над Индийским океаном на меридиане Урала. Оттуда, с высоты 35 000 километров, видна почти вся территория Советского Союза., Поэтому телевизионная передающая камера, установленная на спутнике АС-6, позволяет видеть и изучать движения воздушных масс и распределение облачности над нашей страной.
Как известно, телевидение осуществляется с помощью ультракоротких радиоволн, которые распространяются прямолинейно и не могут огибать земной шар. И здесь спутник АС-6 помог нам. Его приемно-передающая установка может ретранслировать телевизионные передачи Москвы, Ленинграда, Киева во все районы нашей страны, вплоть до Байкала.
Так постепенно был накоплен большой экспериментальный материал, позволяющий перейти к решению более сложной задачи — к полету на Луну.
В это время в широких научно-технических кругах, связанных с астронавтикой, стал усиленно дебатироваться вопрос об этапах покорения Луны. Мнения разделились. Некоторые горячие головы предлагали немедленно проектировать корабль для полета с людьми, не дожидаясь точных сведений о физических условиях на Луне, о посадке и взлете космического корабля.
Но специалисты, знающие возможности и успехи радиотелеуправления, доказывали необходимость предварительно послать на Луну управляемые по радио ракеты без экипажа. Они говорили, что сведения, полученные от этих ракет, помогут обеспечить безопасность будущих путешественников.
Кроме того, посылать ракеты с людьми гораздо труднее, чем автоматические. Для автоматов не нужны пища, питье, воздух, не особенно нужна и герметичность. Они легче переносят зной и мороз. И даже если случайный метеорит повредил бы одну ракету, он погубил бы только приборы, другие ракеты долетели бы до цели и выполнили задачу. А самое главное, автоматическую ракету нет необходимости возвращать на Землю, значит, не нужно тратить горючее на обратный путь, на взлет с Луны и на торможение при спуске на Землю.
С помощью автоматических ракет нужно было отработать посадку на Луну, взлет с ее поверхности и посадку на Землю. Необходимо было проверить, правильно ли ученые рассчитывают траекторию, верно ли учитывают влияние притяжения Солнца и планет. Надо было также определить физические свойства лунной поверхности. Одни только астрономические наблюдения не могли дать достоверного материала для конструирования корабля, создания оборудования и защитной одежды.
Как же получить ответы на все эти вопросы? Ведь ни один автоматический прибор не может заменить разум человека. А нам нужно было, не посылая на Луну людей, поставить наблюдателя в такие условия, как если бы он побывал на Луне и видел ее своими глазами.
Решение этой, казалось бы, невозможной задачи было найдено благодаря успехам радиотелеуправления.
Было предложено отправить на Луну вместо человека танкетку, управляемую с Земли по радио.
Эта танкетка была создана в весьма сжатые сроки. Будущую лунную путешественницу многие жители Москвы встречали на загородных дорогах. Необычная форма танкетки, ее оснащение всегда приводили их в изумление. Но конструкторы нашего института ревниво относились к своему детищу и просили, чтобы газеты ничего не писали о нем до высадки на Луне.
В нашем институте была разработана вся система управления ракетой по радио, в полете и при посадке на Луну. В качестве двигателя танкетки была выбрана газовая турбина, работающая на смеси керосина с жидким кислородом.
На танкетке была размещена антенна, которая автоматически обращалась к земному шару. Впереди на штанге, управляющейся с Земли, была расположена передающая телевизионная камера. Она могла поворачиваться во все стороны так, что наблюдатель, находящийся на Земле, мог как бы оглядываться, видеть все, что есть на Луне — перед танкеткой, сзади и сбоку.
Штанга могла также нагибаться, наклоняясь словно шея жирафа, и приближать к лунной поверхности передающую камеру. Благодаря этому земной наблюдатель имел возможность разглядеть все детали поверхности. Это было необходимо не только в интересах науки, но и для того, чтобы выбрать безопасное направление, своевременно заметить и обойти препятствия.
Внутри танкетки был размещен целый комплекс измерительных приборов, предназначенных для изучения солнечных лучей, лунной атмосферы, для того, чтобы брать и анализировать пробы лунных грунтов. Все данные, добытые приборами, должны были передаваться на Землю по специально выделенным радиоканалам.
И вот наступил день великого торжества человеческого разума. Автоматическая ракета АР-4 благополучно совершила посадку на Луну, и находящаяся в ней танкетка начала путешествие по Морю Дождей.
Человек еще не прибыл на Луну, но созданные его гением аппараты позволили ему видеть лунную поверхность.
Вместе с учеными Луной любовались все телезрители Советского Союза. Вы помните, наверное, первую передачу с Луны, помните, как на экранах телевизоров в ваших комнатах появились зубчатые кольцеобразные горы, темные равнины, длинные трещины — чуждый, непривычный для нас лунный ландшафт.
Но в короткой статье невозможно описать результаты работы, проведенной на Луне танкеткой. Эта тема требует особого разговора с читателями.
Важно то, что полеты управляемых по радио ракет открыли многое неизвестное ранее, и конструкторы первого космического корабля «Луна-1» достаточно хорошо знали, каковы условия в межпланетном пространстве и на Луне.
Так стартовали ракеты АР
Если вам случалось подъезжать к Москве с севера, может быть, вы заметили справа от дороги странное сооружение — одинокую металлическую башню, возвышающуюся над лесом. Кажется, что она совсем близко, за деревьями. На самом деле, вам пришлось бы ехать километров десять по лесным дорогам, прежде чем вы оказались бы на краю обширного поля и увидели в середине его металлическую башню высотой с двенадцатиэтажный дом. С этого поля, с этой башни начинали свой путь предшественницы межпланетного корабля «Луна-1» — автоматические ракеты.
Все части и материалы поступали сюда по небольшой железнодорожной ветке. На краю аэродрома, близ опушки, видны полукруглые холмы. Это подземные баки, где хранились различные виды топлива, применявшегося на ракетах: бензин, спирт, диборан, азотная кислота, жидкий кислород, фтор и другие.
Инженеры испытывали в полете различные виды топлива. На одних ракетах применяли одно топливо, на других — другое.
Высокая металлическая башня служила не только стартовой установкой, но и стапелем. Здесь ракета монтировалась. Отсюда же она отправлялась в путь. Сама башня напоминает букву «П». Эта гигантская удлиненная конструкция возвышается на 50 метров. Внутри нее и помещалась стройная длинная ракета, похожая благодаря своему оперению на гигантскую стрелу. По своим размерам она была ненамного меньше башни. Вокруг этой стрелы на разных этажах трудились монтажники. Днем и ночью вспыхивали яркие звезды электросварки, жужжали сверла, гудели моторы. Бесшумные лифты скользили по башне, доставляя рабочих и материалы на любую высоту.
Такая работа продолжалась неделями. А затем наступал (на аэродроме это случалось не раз) волнующий момент старта. Монтажная башня тихонько, как бы нехотя, сдвигалась с места и отъезжала в сторону по рельсовому пути. В центре поля в одиночестве оставалась ракета. Протяжный вой сирены оповещал, что поле следует очистить, укрыться в надежные убежища. Усиленный мощными динамиками звук метронома мерно отбивал секунды. Затем тишину разрывал грохот, снопы багрового пламени вырывались из сопел, и ракета медленно отрывалась от бетонного основания.
В те времена еще не было Кавказского межпланетного вокзала. На строительство этого дорогостоящего и технически сложного сооружения мы решились тогда, когда стало ясно, что в межпланетное пространство полетят десятки кораблей. Подмосковная стартовая установка была дешевле и проще, но зато она не помогала ракете набирать скорость. Автоматические ракеты отрывались от Земли с полным запасом топлива. И чтобы облегчить их груз, помочь им в начале пути, к основной ракете присоединялись вспомогательные.
На первых секундах ракету разгонял пороховой стартовый двигатель. Это он опалял багровым пламенем зеленый луг аэродрома. Пороховая ракета работала всего несколько секунд. За это время она поднимала АР на высоту около полукилометра и разгоняла до скорости 250 метров в секунду. Выполнив свою задачу, опустошенная пороховая ракета автоматически сбрасывалась. Громоздкий двигатель спускался на парашюте на просторный аэродром. Двигатель этот можно было использовать для следующей ракеты.
Лишь только прекращал свою работу стартовый двигатель, тотчас же автоматически начинал работать следующий двигатель, на этот раз уже установленный на самой ракете. Все стартовавшие автоматические ракеты были многоступенчатыми, они состояли из нескольких ступеней ракет, соединенных друг с другом. Раньше всего начинали работать двигатели самой нижней, задней ступени. На этой первой ступени устанавливались не жидкостные ракетные двигатели, как на остальных ступенях, а воздушно-реактивные. Ведь двигателю первой ступени приходилось работать на тех сравнительно небольших высотах, где летают обычные реактивные самолеты, да и скорость ракеты в это время тоже была такой же, как у самолетов. Поэтому и целесообразно было установить на первой ступени двигатель такого же типа, как на самолетах — в этих условиях они расходуют гораздо меньше топлива, чем ракетные.
Воздушно-реактивные двигатели проносили ракету сквозь нижние слои атмосферы, а после этого уступали место двигателям следующей, второй ступени. Это были уже жидкостные ракетные двигатели. После отделения второй ступени работал двигатель третьей, а иногда и четвертой ступени. Только тогда ракета, точнее говоря, ее последняя ступень, приобретала необходимую космическую скорость.
Впрочем, даже и эта ступень все же не всегда была последней. Если ракета предназначалась для посадки на Луну, нужна была еще одна ступень, двигатель которой гасил скорость при спуске на Луну.
Так стартовали автоматические ракеты. Они надежно «облетали» трассу Земля — Луна. По этой трассе сейчас полетит и корабль «Луна-1».
Трудности позади
25 ноября — долгожданный день нашего старта. Событие это — итог многих лет напряженного труда и творческих дерзаний, вершина, восхождение на которую было начато свыше 70 лет назад Константином Эдуардовичем Циолковским.
Оглядываешься сейчас на проделанную работу и видишь, какие небывалые трудности стояли на этом пути. Поистине нелегок прыжок в мировое пространство. Только замечательные достижения последних десятилетий в области физики, химии, астрономии, металлургии, теплотехники и других наук позволили нам преодолеть все трудности, и прежде всего самую главную из них — силу тяжести.
Чтобы победить земное притяжение и отправиться в полет на Луну или на планеты солнечной системы, межпланетному кораблю необходимо сообщить скорость отрыва, равную 11,2 километра в секунду.
Единственное средство для достижения такой огромной скорости — жидкостный ракетный двигатель.
Но и с помощью жидкостного ракетного двигателя разогнать корабль до скорости отрыва совсем не просто. И вот почему. Ведь двигатель межпланетного корабля должен быть очень мощным, следовательно, он будет потреблять много топлива. Это топливо приходится запасать в баках корабля, из-за чего взлетный вес корабля получается очень большим, что, в свою очередь, увеличивает потребную мощность двигателя, и, следовательно, снова возрастает необходимый запас топлива и вес корабля. Получается как бы заколдованный круг. За счет топлива взлетный вес корабля становится колоссальным, причем большая часть топлива нужна по существу для того, чтобы разогнать до большой скорости само же топливо Вот почему ученые и конструкторы в течение десятилетий бились над проблемой уменьшения потребного запаса топлива.
Этот запас должен быть гораздо больше, чем нужно только для достижения скорости отрыва. Возьмем, к примеру, наш корабль. Когда он будет взлетать, ему придется преодолеть сопротивление воздуха, на что необходимо затратить некоторое количество топлива. Добавочное топливо понадобится и на то, чтобы с помощью двигателя затормозить корабль, стремительно падающий на Луну. Придется расходовать топливо и при взлете с Луны и при посадке на Землю. Да и какой-то резерв тоже нужен.
Если все топливо, имеющееся на корабле, то есть предназначенное на два взлета и на две посадки, на торможение и на управление, израсходовать только на разгон корабля в безвоздушном пространстве, при отсутствии силы тяжести (это условное пространство Циолковский назвал «свободным»), то скорость корабля была бы, конечно, гораздо больше скорости отрыва — не 11,2, а примерно 23 километра в секунду. Эта скорость носит название идеальной. Она показывает, сколько топлива нужно взять для полета на Луну и обратно.
Сколько же именно? Если произвести подсчет по формуле Циолковского, то станет ясно, почему невозможны были межпланетные путешествия лет 20–25 назад. В те времена скорость истечения газов из жидкостных ракетных двигателей не превосходила трех километров в секунду. В этом случае, как показывает формула Циолковского, для достижения идеальной скорости вес топлива на корабле при взлете должен превышать вес самого корабля со всей полезной нагрузкой в… 2 150 раз! Это, конечно, немыслимо. Использование Кавказского межпланетного вокзала несколько облегчает дело, так как необходимая идеальная скорость уменьшается до 22 километров в секунду. Примерно 2/3 километра сообщается кораблю при разгоне на эстакаде и остальная треть километра — за счет вращения Земли вокруг оси. Но и при 22 километрах в секунду запас топлива должен все еще в 1900 раз превышать вес корабля.
Какие же способы решения этой главной задачи были в нашем распоряжении, какой из них мы избрали? Одним из способов, указанных еще Циолковским, было использование искусственного спутника Земли в качестве топливозаправочной станции в мировом пространстве. Другой способ — использование ракетных «поездов», то есть составных ракет. Однако эти способы, уменьшая трудности, не устраняют их целиком, когда речь идет о посылке на Луну межпланетного корабля с людьми.
Оставался третий путь: поиски более совершенного топлива, с большей скоростью истечения газов. На первых порах нас ожидало разочарование. Ракетная техника, правда, использует сейчас гораздо лучшие топлива, чем 20 лет назад. Современные ракетные самолеты летят из Москвы в Пекин всего полчаса. Скорость истечения газов у двигателей этих самолетов доходит до 4,5 километра в секунду. Но для полета на Луну и этого недостаточно, потому что в этом случае вес топлива должен в 131 раз превышать вес корабля и груза.
Помощь пришла со стороны атомной техники. Ее новые успехи позволили создать атомный ракетный двигатель со скоростью истечения 10 километров в секунду. На нашем корабле установлен именно такой двигатель. При скорости истечения 10 километров в секунду вес топлива на корабле при взлете должен превышать вес самого корабля с пассажирами и всем прочим только в 8 раз (точнее говоря, здесь имеется в виду не топливо, а рабочее вещество — вода. Об этом подробно рассказано в статье «Атомный двигатель»). Конечно, соотношение 8: 1 по сравнению с 1900: 1 — огромная удача, делающая сам полет осуществимым. Но все же не так просто построить и снарядить корабль, который был бы в 9 раз легче его содержимого (в 9, а не в 8, так как 10 % веса корабля приходится на долю полезной нагрузки). Напомню, что обыкновенное ведро весит в 7 раз меньше, чем налитая в него вода. Здесь соотношение 7: 1, а на нашем корабле 9: 1, то есть относительный вес сложного корабля со всеми механизмами, двигателями и оборудованием должен быть меньше, чем у простого ведра.
Создание такой экономичной, сверхлегкой и вместе с тем прочной конструкции было сложнейшей задачей.
«Луна-1» будет весить при взлете примерно 450 тонн. Из них около 400 тонн придется на долю топлива, главным образом для атомного двигателя (на долю воды), а также для рулевых жидкостных ракетных двигателей, установленных на концах крыльев и служащих для управления в полете. Из остальных 50 тонн 45 тонн весит корпус корабля, двигатели и баки. Всего 5 тонн — полезный груз, куда входит вес пассажирской кабины, четырех членов экипажа, пятинедельного запаса пищи — по 1 килограмму в сутки на человека (всего 140 килограммов на четверых), столько же воды, по одному литру жидкого кислорода (около 150 килограммов). Прибавьте к этому посуду, одежду, скафандры, установки отопления, охлаждения, очистки воздуха, конденсации воды, аптечку, необходимые инструменты, механизмы управления, радиостанцию и радиолокаторы, телескоп, киноаппарат и фотоаппараты со всеми необходимыми материалами, книги, карты, таблицы и справочники, приборы для физических, химических и физиологических опытов и наблюдений, генератор, который снабжает все приборы, аппараты и механизмы энергией, и вам станет ясно, с какой тщательностью мы отбирали только самое необходимое, с какой страстностью спорили, обсуждая каждую возможность даже небольшого сокращения веса. Можете представить себе, как мы изощрялись, чтобы найти возможность послать на Луну экспедицию из четырех, а не из трех человек, как вначале предполагалось.
Но теперь все споры позади. 25 ноября корабль «Луна-1» отправляется в путь.
Атомный двигатель
На корабле «Луна-1» установлен атомно-ракетный двигатель. Могучая энергия, скрытая в невидимых ядрах атома, понесет советских ученых по космическим просторам.
Атомный двигатель начнет работать, как только корабль оторвется от вершины Казбека. До той поры его будут разгонять на взлетной эстакаде двигатели стартовой платформы. Это сделано и для экономии топлива и для безопасности провожающих. Ведь при работе атомного двигателя возникает радиоактивное излучение, очень вредное для людей. Экипаж же корабля надежно защищен специальной перегородкой.
Создавая двигатель, мы приложили много усилий, чтобы облегчить и уменьшить его. В результате наш двигатель весит всего несколько тонн, диаметр его около полутора метров.
В обычных (неатомных) ракетных двигателях имеется камера сгорания и сопло для выхода газов. В камере сгорания идет химическая реакция, и раскаленные газы, продукты этой реакции, стремительно вырываются из сопла, толкая ракету с большой силой в обратную сторону.
В нашем атомно-ракетном двигателе нет камеры сгорания; ее заменяет реактор. В нем происходит реакция, но не химическая, а ядерная. Сюда из баков подается раствор одной из солей урана-235. Баки устроены так, что в каждом из них реакция не может развиться. Но когда уран поступает из нескольких баков одновременно и соединяется несколько его порций, начинается цепная ядерная реакция, то есть непрерывный распад атомных ядер. В ходе ядерной реакции развивается очень высокая температура. Самые тугоплавкие вещества, которые были известны 20 лет назад, расплавились бы. Наш двигатель построен из новых жаростойких материалов. Но и они работают в двигателе только благодаря хорошему охлаждению.
Жар атомного котла используется для нагревания рабочего вещества. Пример рабочего вещества — вода в паровозе. В паровозной топке горит уголь, при этом вода нагревается и превращается в пар, который и движет машину. В нашей атомной топке «сгорает» уран. За счет его энергии нагревается рабочее вещество (тоже вода). При нагреве вода распадается на кислород и водород, и горячие, ослепительно светящиеся газы вылетают из ракеты со скоростью около 10 километров в секунду. Такой скорости истечения нельзя получить ни при одной химической реакции. Там рекорд — 4,5 километра в секунду.
Уран доставляет энергию, тепло, вода играет здесь пассивную роль — она нагревается, превращается в раскаленные газы и выбрасывается из ракеты. Многие жидкости могут быть рабочим веществом в атомном двигателе: вода, сжиженный аммиак и другие, например жидкий водород. Жидкий водород — одно из самых заманчивых рабочих веществ. Он дает наибольшую скорость истечения. Но для хранения его нужны объемистые баки (ведь жидкий водород в 15 раз легче воды) и специальные устройства, чтобы предохранить водород от испарения. Атомно-водородная ракета получалась у нас слишком громоздкой, слишком тяжелой в конечном итоге. И мы выбрали воду. Вода дешева, на Земле всегда под рукой, безопасна в обращении, не горит, не взрывается, не разъедает баков, поэтому воде предоставлена честь везти людей в первый межпланетный полет.
Но после возвращения с Луны вопрос о рабочем веществе может быть пересмотрен. Очень хотелось бы найти такое рабочее вещество, которое есть и на Земле и на Луне, чтобы можно было заправляться и там и здесь. Это намного облегчит космические полеты.
Атомное горючее позволяет получать баснословно высокую температуру, лишь бы выдержали стенки реактора. Килограмм урана дает в полтора миллиона раз больше тепла, чем килограмм бензина. Поэтому «Луна-1» берет с собой совсем немного ядерного горючего. Но зато приходится везти 400 тонн рабочего вещества. Можно ли уменьшить этот тяжелый груз? Да, можно, но для этого нужно увеличить скорость истечения. Скорость истечения возрастает при повышении температуры, но добиться более высокой температуры очень трудно, почти невозможно.
Очень заманчиво было бы обойтись вообще без рабочего вещества. Теоретически допустимо и это. Можно представить себе двигатель, где из сопла вылетали бы осколки распавшихся ядер. Скорость «истечения» этих осколков может доходить до десятков тысяч километров в секунду. Но, увы, при этом развилась бы температура в миллионы градусов, с которой мы не умеем справиться. Кроме того, осколки ядер полетят во все стороны, и мы пока не знаем, как направить их в сопло. Если когда-нибудь ученые разрешат эти проблемы, мы прочтем сообщения о кораблях, улетающих не на Луну, а к соседним звездам — в другие планетные системы.
Легкий, но прочный
«Сделайте корабль полегче», — каждый день твердил нам главный конструктор. Мы понимали его желание. Чем меньше вес корабля, тем легче развить большую скорость и преодолеть земное притяжение.
Но колоссальная скорость увеличивает сопротивление воздуха. При разгоне возникают большие перегрузки. А высокие температуры! А возможные столкновения с метеоритами! Нелегко было сделать корабль и легким и достаточно прочным.
Отечественная промышленность снабдила нас великолепными материалами. За последние годы металлурги создали высокопрочные сплавы легких металлов титана, магния, бериллия, не уступающие по своим свойствам самым лучшим сортам стали прошлых лет и с удельным весом в 3–4 раза меньше, чем у железа. В нашем распоряжении есть также чрезвычайно прочная пластмасса, хорошо гасящая колебания и шумы.
Наши жаропрочные материалы выдерживают теперь температуры раза в два выше, чем 20 лет назад. Так, реактор двигателя выложен изнутри пористой керамикой, изготовленной на основе окиси бериллия. Эта керамика выдерживает очень высокие температуры. Рабочее вещество — вода — продавливается в реактор через мельчайшие поры в стенках, одновременно охлаждая их. Но жароупорная керамика не в состоянии противостоять большим давлениям, возникающим в двигателе. Поэтому она заключена в оболочку из сплава менее жароупорного, но более прочного. Сплав этот (обычно его называют металлокерамикой) изготовлен путем спекания тонкого металлического порошка. Благодаря этому он тоже весь пронизан порами и охлаждается так же, как и керамическая облицовка.
Итак, материалы были найдены. Но чтобы наилучшим образом использовать их достоинства, нужно было создать такие конструкции, в которых не было бы ни одного лишнего грамма веса. Для этого следовало применять наиболее совершенные методы расчета — методы, созданные за последние десятилетия советской наукой о прочности.
И сами расчеты ведутся теперь по-иному — с помощью новейших, быстродействующих счетнорешающих машин, умеющих решать самые разнообразные уравнения. Инженеры давали им условия задачи, а через несколько секунд на лентах самопишущих приборов и на светящихся экранах появлялось решение.
Теперь дело инженера-прочниста было оценить результаты и дать рекомендацию конструкторам.
Задолго до того, как были выпущены рабочие чертежи, в лаборатории прочности начались испытания моделей отдельных деталей, а затем и всего корабля, изготовленных из прозрачного материала. Этот материал (одна из солей серебра) под действием различных нагрузок по-разному пропускает свет. Мы нагружали модель на особой установке, просвечивали ее, и на экране тотчас же появлялось разноцветное изображение. Цвета и оттенки указывали наиболее напряженные, самые опасные участки. Возможно было установить, каковы напряжения в любой точке модели.
Эти испытания позволили уточнить форму корпуса и построить первый вариант ракеты в натуральную величину. Эта гигантская модель была покрыта тонким слоем очень хрупкого металлического сплава. При испытании под нагрузкой корабль оставался цел, но хрупкое металлическое покрытие трескалось при сравнительно небольших напряжениях, указывая нам наиболее опасные зоны и позволяя определить допустимые нагрузки.
Двигатель испытывался в скале, в глубокой пещере, чтобы радиоактивные газы никому не могли повредить. Испытатели не входили в пещеру, все сведения они получали от автоматических приборов.
В итоге конструкторы создали корабль почти без добавочных внутренних стен или перегородок. Всю основную нагрузку несет корпус корабля. Это дало нам возможность целесообразно использовать весь объем для того, чтобы разместить наибольшие запасы горючего, все необходимые приборы, создать максимум удобств экипажу.
Изделия наших рук
На днях космический корабль отправляется на Луну. На нашем заводе много нашлось бы желающих полететь, но пока на Луне токари не требуются. Зато у нас, рабочих авиазавода, своя гордость: сами мы не полетим, а изделия наших рук полетят.
На наших моторах советские летчики поднимались в небо сражаться с фашистами, у нас монтировались все четыре автоматические ракеты, полетевшие на Луну, в том числе и та, которая снимала картину «С киноаппаратом вокруг Луны».
Но такой сложной и трудной работы, как для межпланетного корабля «Луна-1», еще не бывало.
В двигателе корабля будут невиданные температуры и давления. Поэтому применялись и материалы самые прочные и самые жароупорные. Немало хлопот нам доставили, например, металлокерамические плитки для камеры сгорания. В каждой плитке нужно было сделать несколько отверстий. Сверлильный станок не справился бы с этой задачей — самые твердые сверла не берут металлокерамику. Помог новый ультразвуковой станок. В нем 24 аппарата: генератор высокой частоты, усилители, реле и т. д. Рожденные ими ультразвуковые колебания передаются пуансону — инструменту, изготовленному по форме отверстия. Пуансон же передает свои колебания твердому абразивному порошку, в данном случае кристалликам искусственных алмазов. Кристаллики, в свою очередь, воздействуют на металлокерамику и довольно быстро выбивают в ней отверстие.
Трудности были и с жароупорной облицовкой. Обычно такие материалы обрабатываются на термофрезерном станке, на котором мы работаем уже шесть лет.
Поделиться книгой: