Михаил Козырев - Реактивная авиация Второй мировой войны
В январском номере американского журнала Popular Mechanics от 1941 г. появилась статья доктора Р. Лангера об использовании урана-235 в качестве топлива для транспортных средств. Описывавшаяся в статье конструкция самолета – «летающего крыла» с атомной силовой установкой – тогда была воспринята читателями и многими специалистами как научная фантастика. Однако уже в следующем, 1942 г. Энрико Ферми, один из создателей ядерной физики, обсуждал со своими коллегами по ядерному проекту «Манхэттен» практические проблемы, связанные с использованием атомной энергии для осуществления полета самолета. В самом конце войны эту проблему уже обсуждало командование ВВС США. Следствием этих обсуждений стало заключение соглашения между ВВС и Комиссией по атомной энергии (AEC) о начале весной 1946 г. программы NEPA (Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft). Целью этой программы было изучение проблем, которые могли бы возникнуть при разработке самолета с ядерной силовой установкой (ЯСУ). Считалось, что такой самолет мог бы использоваться в качестве стратегического бомбардировщика или разведчика, способного нести боевое дежурство в воздухе без дозаправки в течение нескольких суток. Разработка ЯСУ велась в трех направлениях: на основе ТРД, на основе ПВРД и на основе ЖРД.
Одной из первых к работам по созданию самолета с ЯСУ подключилась авиационная корпорация «Фэрчайлд» (Fairchild Engine and Airplane Corporation). К концу 1948 г. расходы ВВС США на программу NEPA составили около десяти миллионов долларов. 27 апреля 1949 г. на совещании представителей ВВС и AEC было принято решение об отказе от NEPA и принятии новой программы ANP (Aircraft Nuclear Propulsion). Для дальнейших работ в рамках конкурсной программы подключили четыре фирмы: «Дженерал электрик» совместно с «Конвэр» должны были разрабатывать самолет с ЯСУ разомкнутого цикла, а «Пратт и Уитни» совместно с «Локхид» – самолет с ЯСУ замкнутого цикла. Результатом этих исследований стала разработка в первой половине 1950-х гг. проектов самолетов Х-6 и NB-36H.
Среди ученых, занятых в проекте «Манхэттен», был поляк Станислав Улам, с 1930-х гг. работавший в США и участвовавший в создании первой атомной бомбы. В начале 1944 г. Улам начал изучать довольно экзотический способ использования ядерной энергии в авиакосмической технике – для создания ускорения ракеты серией последовательных взрывов ядерных зарядов. В основу этого способа создания тяги была положена идея немца Германа Гансвиндта, который еще в 1893 г. предложил использовать заряды динамита для обеспечения движения космической ракеты.
Суть идеи С. Улама заключалась в следующем. Продукты взрыва воздействуют на специальную, воспринимающую силовую нагрузку массивную платформу ударно-импульсного двигателя, которая через систему водоохлаждаемых телескопических амортизаторов соединяется с корпусом ракеты, передавая ему импульсные тяговые усилия. Платформа покрыта (с внешней, обращенной к зоне проведения взрывов стороны) специальным материалом, тонкий слой которого испаряется под воздействием мощных потоков тепловой энергии при каждом взрыве, и реакция образующихся при сублимации газов создает тягу. Еще один компонент тягового усилия создается за счет механического воздействия на платформу генерируемых взрывом корпускулярных частиц.
Концепция Улама была положена в основу секретных работ по ядерным двигателям космических аппаратов, проводившихся в 1950-х гг. ВВС США, и работ по программе «Орион», серьезной попытке NASA создать подобный космический аппарат для межпланетных перелетов. К началу 1960-х гг. фирма General Atomic в рамках программы «Орион» изучала возможность создания транспортного средства, способного доставить экспедицию на Марс. Это транспортное средство имело размеры в диаметре, сравнимые с диаметром ракеты «Сатурн» V. Оно должно было выводиться на околоземную орбиту по частям и там собираться. Планировался полет на Марс продолжительностью несколько месяцев с экипажем из восьми человек. Посадка на Марсе должна была выполняться при помощи перспективного аппарата с несущим корпусом.
В ноябре 1959 г. General Atomic успешно испытала миниатюрный летающий прототип аппарата «Орион», который совершил полет на высоту приблизительно 100 м при помощи нескольких обычных зарядов, взорванных вне аппарата в определенной последовательности и с небольшими интервалами во времени.
12. Крылатые ракеты
С.П. Королев в одной из своих статей, опубликованной в журнале «Техника воздушного флота», дал такое определение крылатой ракеты: «Крылатая ракета – летательный аппарат, приводимый в движение двигателем прямой реакции и имеющий поверхности, развивающие при полете в воздухе подъемную силу. Полет может преследовать достижение наибольшей высоты подъема с последующим планированием и посадкой или дальности, то есть покрытия наибольшего расстояния по прямой или по заданному маршруту».
Предшественниками крылатых ракет являются ракеты военного преподавателя Михайловской артиллерийской академии генерал-майора М.М. Поморцева. Проводя в 1902–1907 гг. эксперименты с осветительными ракетами, он впервые применил в их конструкции крылья, длинный деревянный хвост заменил стабилизаторами (кольцевым, крестообразным или звездообразным). Помимо этого М.М. Поморцев практически подошел к изобретению жидкостного ракетного двигателя, представив в октябре 1905 г. проект «пневматической» ракеты, использующей в своем двигателе в качестве окислителя сжатый воздух, а в качестве горючего – бензин или эфир, которые образовывали со сжатым воздухом взрывчатую смесь. Правда, М.М. Поморцев включал жидкое топливо с целью повысить давление в камере сгорания, так как в его двигателе происходила реакция преобразования потенциальной энергии сжатого до 200 атмосфер воздуха в кинетическую энергию истекающей струи. У его ракет тяга создавалась двигателем в течение 25–30 секунд по сравнению с 2–3 секундами у осветительных ракет того времени, что существенно увеличивало дальность полета ракеты.
Как уже говорилось выше, в 1908 г. Р. Лорен, артиллерийский офицер и инженер по образованию, предложил использовать на летательном аппарате ВРДК в качестве силовой установки, а в начале 1910 г. в журнале «Аэрофиль» (L’Aerophile) он опубликовал первый проект крылатой ракеты, управляемой с помощью телемеханических устройств. Этот летательный аппарат должен был иметь длину 6 м, диаметр корпуса 0,35 м, крыло небольшого размаха, стартовый вес 79 кг, вес ВРДК 35 кг, вес приборов управления 10 кг, вес топлива 10 кг, вес полезной нагрузки 12 кг, скорость полета 200 км/ч. Этот летательный аппарат фактически является прототипом современной крылатой ракеты. Правда, аппараты этого класса в то время назывались самолетами-снарядами, авиационными торпедами или летающими бомбами.
В числе авторов первых проектов самолетов-снарядов были американец Э. Берлинер (1909) и немец К. Ниттингер (1911). Однако практические работы по самолетам-снарядам начались во время Первой мировой войны, когда Р. Лорен совместно с французской фирмой «Леблан» разработал проект самолета-снаряда для нанесения ударов по Берлину. В носовой части аппарата размещался ВРДК с воздухозаборником и соплами, в средней части корпуса размещалось высокорасположенное крыло, за ним – топливный бак и боевая часть. Помимо этого самолет-снаряд снабжался гироскопическим стабилизатором и радиоаппаратурой, с помощью которой он управлялся по радио летчиком сопровождающего самолета, идущего в полете параллельным курсом. Запуск аппарата предполагалось осуществлять с катапульты. Стартовый вес аппарата должен был составлять 500 кг, вес боевой части – 200 кг, дальность полета – 450 км, скорость – 500 км/ч.
В 1915 г. фирма «Вестингауз-Леблан» подала заявку на конструкцию самолета-снаряда с ЖРД. Аппарат должен был управляться с помощью гироскопического автопилота, барометрического высотомера и рулевых машинок. Патент на эту конструкцию был выдан в 1920 г.
26 июня 1928 г. немецкий инженер Р. Тилинг подал заявку на твердотопливную крылатую ракету. Он попытался объединить в одной конструкции качества крылатых и баллистических ракет. Ракета Тилинга имела корпус обтекаемой формы, внутри корпуса находился заряд твердого топлива. В хвостовой части корпуса располагались четыре развертываемые плоскости большой площади, которые работали на активном участке как стабилизаторы. После полного выгорания топлива, когда ракета находилась на большой высоте, стабилизирующие плоскости раскрывались и превращались в крылья, после чего ракета совершала планирующий спуск большой дальности. Ракеты Тилинга были запатентованы в нескольких странах, в том числе во Франции и США. Первые испытания его ракеты были проведены в 1931 г., в следующем году Тилинг в очередной раз усовершенствовал конструкцию своей ракеты: в полете раскрывались только два крыла, а четыре стабилизатора в качестве хвостового оперения оставались неподвижными. Тилинг не рассматривал возможность установки на своей ракете системы автоматического управления. В 1933 г. Р. Тилинг и два его сотрудника погибли в результате взрыва в лаборатории.
