«Техника-молодежи» 1981 №4, с.62-63

ПРОЕКТУ Н. И. КИБАЛЬЧИЧА - СТО ЛЕТ

Люди мечтали о полетах к Солнцу, Луне и звездам многие тысячи лет. Каких только способов полета в космос не придумал изобретательный человеческий ум: гигантские пушки и центробежные катапульты, сила вулкана и экран тяготения, концентрация воли и даже нечистая сила уносили героев фантастических произведений в звездные миры. Но, как ни странно, ни досужие мечтатели, ни изобретатели летательных аппаратов не замечали, что средство для сколь угодно быстрого полета уже несколько сот лет существует рядом с ними и поражает современников блестящими праздничными фейерверками или неожиданными огневыми налетами на полях сражений. Если кто-нибудь и обращал внимание на ракету, то отводил ей второстепенную роль, приспосабливая ее к аэростату или воздушному змею, предназначая для сигнализации или управления кораблем настолько же замысловатой, насколько и нереальной конструкции.

Для того чтобы увидеть в примитивной пороховой ракете прообраз будущего ракетного корабля, нужна была поистине революционная сила ума, и ею обладал русский революционер-народоволец Николай Кибальчич. Наделенный могучим созидательным талантом, он хотел стать инженером, строителем железных дорог, но, вступив в борьбу за свободу народа, отдался ей до конца. Но и в борьбе Кибальчич не забывал о своей мечте дать бездорожной России транспорт, который помог бы народу выйти на путь прогресса. Арестованный 17 марта 1881 года за подготовку цареубийства, Кибальчич после нескольких дней допросов в секретном отделении градоначальства был доставлен в департамент полиции и здесь, получив перо и бумагу, начал быстро и сосредоточенно писать. Каково же было удивление тюремного начальства, когда 23 марта (4 апреля) он, окончив свой труд, потребовал передать его не новому царю и судьям, а научным экспертам: это был проект ракетного корабля (рис. 1).

В проекте Н. Кибальчича поражает обилие идей, подтвердившихся всем дальнейшим ходом развития техники. В нем, как и в современных космических ракетах, двигатель был основным и единственным средством создания тяговой, подъемной и управляющих сил. Кроме того, Кибальчич первым поставил принципиальные проблемы постепенной и регулируемой подачи топлива в камеру ракетного двигателя и замены пороха другим, более подходящим ракетным топливом.

Идея ракетного полета возникла вновь в еще более грандиозном виде в творчестве гениального русского ученого Константина Эдуардовича Циолковского, который совершил подлинную революцию в отношении человечества к космосу. Недоступный мир, представлявший практический интерес лишь для астрономов, Циолковский провозгласил сферой непосредственной деятельности людей.

В 1882 году в рукописи «Свободное пространство» он дал принципиальную схему обитаемого космического аппарата (рис. 2), ориентируемого по трем осям с помощью маховичного устройства и приводимого в движение путем выброса из него массы с помощью пушки, которой «можно дать желаемое направление и отправить шар с путешественниками к любой звезде». Но это был только смелый набросок, и прошли еще годы, прежде чем Циолковский, тоже поглощенный идеей дать России дешевый вид транспорта, разработавший проект цельнометаллического дирижабля и потерпевший поражение в борьбе с царскими чиновниками от науки за его осуществление, вернулся к поискам реального средства осуществления космического полета.

А в эти годы немецкий изобретатель Герман Гансвиндт выступил со своим проектом ракетного корабля (рис. 3), который даже в деталях был подобен проекту Кибальчича: тот же пороховой ракетный двигатель с постепенно подаваемыми в него шашками топлива и подвешенной к нему гондолой с пассажирами и грузом. Но Гансвиндт уже прямо указывал, что его корабль предназначен для полетов в космическом пространстве. Правда, никакого теоретического обоснования этому он дать еще не смог, и его проект остался на том же уровне проработки, как и космические корабли писателей-фантастов.

Научно обоснованный путь в космос нашел К. Э. Циолковский, который в 1896 году вывел свою знаменитую формулу и на ее основе в классической работе «Исследование мировых пространств реактивными приборами», опубликованной в 1903 году, первым предложил ракету на жидком топливе (рис. 4), описал ее принципиальное устройство, предусмотрев все основные агрегаты и системы, которые типичны для современных космических кораблей.

Прошло еще 10 лет, и Циолковский опубликовал вторую часть своего труда, прежде чем первая научная публикация на эту тему появилась на Западе. С нею выступил известный французский авиаконструктор Робер Эсно-Пельтри. Повторив основные открытия Циолковского, он в то же время пришел к пессимистическому выводу, что человек сможет полететь в космос только на атомном корабле (рис. 5).

Указав в брошюре 1914 года на «опечатку» Эсно-Пельтри, Циолковский писал: «Успешное построение реактивного прибора и в моих глазах представляет громадные трудности и требует многолетней предварительной работы и теоретических и практических исследований, но все-таки эти трудности не так велики, чтобы ограничиваться мечтами о радии и о не существующих пока явлениях и телах».

Гораздо смелее маститого французского конструктора оказался молодой русский механик Юрий Кондратюк. По его проекту 1918 года ракетный корабль (рис. 6) состоял из центральной трубы, в которой должна была происходить реакция сгорания жидкого топлива и расширение ее продуктов, и навешенных вокруг трубы топливных баков, отбрасываемых после опорожнения.

В следующем году проект космической ракеты появился и за океаном. Американский конструктор Роберт Годард предложил составить многоступенчатую ракету из множества связанных в группы ракет на бездымном порохе (рис. 7), а после выхода на орбиту использовать ионный двигатель, работающий на солнечной энергии (рис. 8). Весьма глубоко проработанный проект космического корабля (рис. 9) предложил в 1923 году немецкий ученый Герман Оберт. Его первая ступень работала на спирте и жидком кислороде, а вторая при том же окислителе использовала в качестве горючего жидкий водород.

Новым шагом в конструкции ракетных кораблей стал проект межпланетного корабля-аэроплана (рис. 10) советского инженера Ф. А. Цандера. В нем были две принципиальные идеи: во-первых, вместо отброса опорожненных баков и других становящихся ненужными частей конструкции предлагалось их расплавлять и сжигать в ракетном двигателе, во-вторых, на первом этапе полета использовать подъемную силу крыла и двигатель, работающий на воздухе в качестве окислителя. Для полета по межпланетному пространству Цандер разработал корабль под солнечным парусом (рис. 11), а для возвращения с орбиты на Землю предложил пользоваться маленьким самолетом - крылатым спускаемым аппаратом. Цандер горячо верил в преимущества и осуществимость своего проекта, проработал его на уровне эскизных проектов самолетов того времени и даже построил модель корабля - аэроплана, у которого крылья, винты, шасси и другие элементы постепенно втягивались внутрь корпуса. Этот инженерный проект стал той основой, вокруг которой в Москве организовалось первое в мире Общество изучения межпланетных сообщений (ОИМС). Идеи Цандера, опередившие свое время на десятки лет, начинают новую жизнь сейчас, когда появляются первые космические транспортные крылатые корабли многоразового использования.

К 1924 году К. Э. Циолковский пришел к идее снабжать космический корабль крыльями и воздушно-реактивными двигателями (рис. 12).

К интересной идее ракеты-башни (рис. 13) пришел немецкий архитектор Вальтер Гоман. Она должна была полностью состоять из твердого топлива, несущего само себя и кабину с путешественниками. Горение топлива должно было проходить с одного торца. Как при этом обеспечить истечение продуктов сгорания в одну сторону, Гоман не знал, но это не помешало ему использовать модель своей «идеальной ракеты» для разработки вслед за Цандером теории оптимальных межпланетных траекторий.

В 1926 году новый проект ракетного корабля (рис. 14) - огромной «земной ракеты», разгоняемой по эстакаде и несущей малую «космическую ракету», опубликовал Циолковский. А в 1928 году австрийский инженер Франц Гефт разработал целую серию гипотетических проектов все более совершенствующихся ракетных кораблей, последний из которых (рис. 15) должен был достигать космических скоростей.

Новым вкладом в развитие схемы ракетных кораблей стала классическая работа Циолковского «Космические ракетные поезда». В ней великий калужанин дал теорию и схему многоступенчатой ракеты, составленной из многочисленных одинаковых ракетных блоков длиной по 10 м с передним расположением двигателей, «вытягивающей» на орбиту огромную космическую ракету (рис. 16). Оберт в это же время разработал проект «Электрического ракетного корабля» (рис. 17), получающего лучевую энергию с помощью проволочно-сетчатых электродов от корабля-энергопоставщика, находящегося на околоземной орбите, а Цандер, верный своей идее сжигания конструкции, разработал схему «одной центральной ракеты со многими боковыми ракетами и сосудами для жидкого горючего и окислителя» (рис. 18). Малые ракеты и сосуды нанизывались на ветвях расходящейся спирали и постепенно втягивались в двигатель центральной ракеты, что обеспечивало всей машине характеристики, приближавшиеся к «идеальной ракете».

Но решающее слово опять сказал Циолковский. В 1932 году он предложил концепцию «эскадрильи ракет». В соответствии с нею должно было стартовать одновременно множество одинаковых, сравнительно простых по конструкции ракет (рис. 19а). После израсходования половины топлива они должны были попарно сходиться, и одна из двух должна была переливать свое топливо другой (рис. 196). После перелива половина ракет с пустыми баками возвращается на Землю, а другая половина продолжает полет полностью заправленной (рис. 19в). Операция схождения и перелива может продолжаться сколько угодно раз, и таким образом при существующем уровне техники может быть получена любая требуемая скорость.

С конца 20-х - начала 30-х годов в развитии современной ракетной техники начался новый период - экспериментальная разработка первых ракет, на которой и сосредоточились все основные силы пионеров ракетной техники. Вслед за маленькими простейшими жидкостными ракетами, созданными в США, Германии и СССР, стали появляться все более крупные и сложные, автоматически управляемые ракеты. Немцы, сосредоточив огромные силы и средства на разработке ракет дальнего действия, создали баллистическую ракету «Фау-2» для массированного обстрела Англии и разрабатывали для обстрела США проект двухступенчатого ракетного корабля А-9/А-10 (рис. 20), управляемого летчиком-смертником. Но разгром фашистской Германии не дал возможности осуществиться самому бредовому проекту гитлеровского конструктора Вернера Брауна и зачеркнул эту черную страницу в истории ракетных кораблей. А после Победы оставшиеся в качестве трофеев немецкие ракеты «Фау-2» были использованы союзниками для исследований верхних слоев атмосферы. Почти одновременно в СССР под руководством М. К. Тихонравова и в Англии Британским межпланетным обществом были разработаны проекты полета человека в верхние слои стратосферы на баллистических ракетах (рис. 21 и 22). Идеи, заложенные в советском проекте ВР-190, воплотились в геофизических ракетах, на которых на большую высоту поднимались научная аппаратура и подопытные животные. В Англии современная ракетная техника тогда не получила широкого практического развития, и поэтому творческие силы членов Британского межпланетного общества сосредоточились на разработке гипотетического космического корабля с ядерным двигателем (рис. 23).

У нас же в СССР развитию ракетной техники было придано государственное значение. Зная успехи КБ С. П. Королева и идеи К. Э. Циолковского, М. К. Тихонравов выдвинул свою схему многоступенчатой ракеты, названную им «пакетом» (рис. 24). Она отличалась от «эскадрильи ракет» тем, что все входящие в нее одиночные ракетные блоки были связаны друг с другом конструктивно уже на старте и взлетали вместе. Но при этом все двигатели питались из баков только половины ракетных блоков. После их опорожнения и отброса оставшаяся часть продолжала полет с полными баками. Схема Тихонравова исследовалась в процессе проектирования первой советской многоступенчатой ракеты и оказала определенное влияние на выбор окончательной конструктивной схемы первого в истории реализованного на практике проекта ракетного корабля - ракетно-космической системы «Восток», созданной под руководством С. П. Королева. В ней в той или иной степени воплотились все прогрессивные идеи, которые накопились в ракетной технике за 80 лет, с момента совершения Н. И. Кибальчичем его бессмертного подвига во имя науки.