Страница:
Прошло еще четыре года после этих визитов, прежде чем разработка ракеты А-4 приблизилась к концу. Ракеты были изготовлены летом 1942 года. Отметим, что первые семь ракет А-4 были почти на целую тонну тяжелее ракет А-4, запущенных в серийное производство позднее.
Ракета состояла из четырех отсеков. Носовая часть представляла собой боевую головку весом около 1 тонны, сделанную из мягкой стали толщиной 6 мм и наполненную аматолом. Выбор этого взрывчатого вещества объяснялся его малой чувствительностью к теплу и ударам. Ниже боевой головки находился приборный отсек, в котором наряду с аппаратурой помещалось несколько стальных цилиндров со сжатым азотом, применявшимся главным образом для повышения давления в баке с горючим. Ниже приборного располагался топливный отсек – самая объемистая и тяжелая часть ракеты. При полной заправке на топливный отсек приходилось три четверти веса ракеты. Бак со спиртом помещался наверху; из него через центр бака с кислородом проходил трубопровод, подававший горючее в камеру сгорания.
Пространство между топливными баками и внешней обшивкой ракеты, а также полости между обоими баками заполнялись стекловолокном. Заправка ракеты жидким кислородом производилась перед самым пуском, так как потери кислорода за счет испарения составляли 2 килограмма в минуту. Поэтому даже 20-минутный интервал между заправкой и пуском приводил к потере около 40 килограммов жидкого кислорода. Это считалось (и считается) допустимым, но более длительная задержка требует уже дозаправки бака с кислородом.
Самой важной новинкой в этой ракете было наличие турбонасосного агрегата для подачи компонентов топлива. В небольших ракетах проблема подачи жидких топлив в ракетный двигатель решалась путем наддува баков. Требуемое давление при этом составляло несколько более 21 атмосферы. В большой же ракете такая система уже практически невозможна. Подача топлива может быть выполнена в ней только специальными насосами.
Подобно газовым рулям в струе истекающих газов, топливный насос для ракет теоретически не был новинкой. Потребность в насосах возникла еще давно. Так, Годдард заявлял о его необходимости в одном из своих первых патентов; постоянно обращался к проблеме топливных насосов и Оберт, но построить такой насос казалось почти невозможным – ведь он должен был выполнять сразу множество функций: подавать компоненты топлива, одним из которых являлся сжиженный газ, под давлением порядка 21 атмосферы и перекачивать более 190 литров топлива в секунду. Кроме того, он должен был быть достаточно простым по конструкции и очень легким, а в довершение всего насос должен был запускаться на полную мощность в течение очень короткого (6 секунд) промежутка времени. Единственным облегчением было то, что насосная система должна была работать не многим более 1 минуты.
Когда фон Браун излагал эти требования персоналу завода, выпускающего насосы, он невольно ожидал возражений, что подобные требования невыполнимы. Вместо этого все слушали молча, поскольку оказалось, что требуемая конструкция напоминает один из видов пожарного насоса. Существующие образцы центробежных пожарных насосов и были положены в основу при проектировании ракетных топливных насосов.
Но, разумеется, любой насос нуждается в источнике энергии, то есть он должен чем-то приводиться в движение. Для этого были использованы концентрированная перекись водорода и раствор перманганата, соединяя которые можно было быстро получить определенное количество парогаза постоянной температуры. Агрегат турбонасоса, парогазогенератор для турбины и два небольших бака для перекиси водорода и перманганата калия помещались в одном отсеке с двигательной установкой.
Отработанный парогаз, пройдя через турбину, все еще оставался горячим и мог совершить дополнительную работу. Поэтому его направляли в теплообменник, где он нагревал некоторое количество жидкого кислорода. Поступая обратно в бак, этот кислород создавал там небольшой наддув, что несколько облегчало работу турбонасосного агрегата и одновременно предупреждало сплющивание стенок бака, когда он становился пустым. Эту же работу в линии подачи топлива выполнял сжатый азот.
Из турбонасосного агрегата оба жидких компонента топлива подавались под давлением в двигатель. Кислород поступал непосредственно к 18 форсункам, расположенным в головке двигателя. Спирт, прежде чем попасть к форсункам, проходил через рубашку охлаждения двигателя.
Самой трудной проблемой в разработке ракетного двигателя было создание критической части реактивного сопла. Если ракетный двигатель прогорал, это почти неизменно происходило в критической части сопла. Станция «Пенемюнде – Восток» также не раз сталкивалась с этой трудностью, однако выход из этого положения оказался удивительно простым. Все заключалось в создании слоя относительно холодных паров спирта между раскаленной струей истекающих газов и стенкой сопла путем впрыска спирта через специальные отверстия в критической части. Этот метод называется пленочным охлаждением.
Двигатель ракеты А-4 имел четыре ряда таких отверстий в стенке сопла; первый ряд располагался несколько выше критического сечения, а остальные – ниже. Загоранию охлаждающей спиртовой пленки препятствовало отсутствие кислорода в данном месте. Спиртовая пленка загоралась только тогда, когда выходила из сопла на открытый воздух. Поэтому факел двигателя ракеты А-4 имел длину около 15 метров. Если бы двигатель мог работать без пленочного охлаждения, длина его факела составила бы, вероятно, всего лишь 6 метров и даже меньше.
Для пуска ракета А-4 устанавливалась на стартовом столе, представлявшем собой массивное стальное кольцо, укрепленное на четырех стойках. Кольцо должно было иметь строго горизонтальное положение, чтобы ракета стояла на столе в вертикальном положении. Ниже стального кольца по оси ракеты находился дефлектор (отражатель) реактивной струи, который представлял собой пирамиду из листовой стали, разбивавшей газовую струю ракетного двигателя в момент старта. Для повышения живучести дефлектора его наполняли водой, поглощавшей часть тепла.
Заправка ракеты производилась после ее установки на стартовом столе. Все это время электрооборудование ракеты работало от внешнего источника питания, ток от которого подавался по кабелю к разрывному штеккеру, удерживаемому в специальном гнезде на корпусе ракеты с помощью электромагнита. Штеккер с кабелем отсоединялся от ракеты в момент старта. Воспламенение в ракетном двигателе осуществлялось с помощью простого пиротехнического устройства, вращающегося в горизонтальной плоскости внутри камеры сгорания. Из-за крестообразной формы оно было названо «воспламенительным крестом». Когда двигатель начинал работать, этот «крест» сжигался струей истекающих газов.
Запуск ракеты А-4 осуществлялся в три этапа. Сначала воспламенялось пиротехническое устройство; когда оно сгорало, открывались клапаны. Спирт и кислород первое время попадали в камеру сгорания только под действием силы тяжести, поскольку баки помещались над двигателем. Немцы называли этот этап «малой» или «предварительной» ступенью пуска.
На «предварительной» ступени двигатель работал с типичным оглушающим шумом, похожим на шум водопада; пламя, разбиваемое пирамидальным дефлектором, разбрасывалось во все стороны на много метров. Тяга составляла около 7 тонн, и этого, конечно, было недостаточно, чтобы поднять ракету, весящую почти в два раза больше. Но целью «предварительной» ступени являлся не действительный пуск ракеты, а показ того, что двигатель работает нормально.
Если двигатель работал без перебоев, тут же включался парогазогенератор и начинал работать турбонасосный агрегат, создававший необходимое давление для подачи компонентов топлива в камеру сгорания. Чтобы поднять это давление до уровня, обеспечивающего переход к «главной ступени пуска», требовалось около трех секунд. В это время резко увеличивалось пламя, вырывающееся из сопла двигателя, нарастал шум, а тяга поднималась с 7 до 27 тонн, заставляя ракету оторваться от земли.
Вначале подъем ракеты был медленным; в течение первой секунды она проходила расстояние меньше собственной длины. В конце каждой последующей секунды ракета двигалась на 10,7 метра в секунду быстрее, чем в конце предыдущей.
Поскольку ракета каждую секунду теряла за счет расхода топлива 127 килограммов своего веса, ее ускорение прогрессивно возрастало, чему немало способствовало и увеличение скорости истечения продуктов сгорания, обусловленное падением атмосферного давления с высотой. На высоте более 16 километров один только этот фактор обеспечивал дополнительную тягу порядка 4,5 грамма. Когда топливные баки были почти пусты, скорость повышалась с каждой секундой почти на 46 метров в секунду.
Самым критическим периодом считались первые секунды полета, когда скорость была еще небольшой и ракета оказывалась весьма неустойчивой. В это время задачу балансировки ракеты выполняли газовые рули. Затем, когда скорость ракеты возрастала, аэродинамические стабилизаторы помогали газовым рулям, но дальше ракета поднималась на такие высоты, где окружающий воздух был слишком разреженным, и поэтому задача стабилизации ракеты опять ложилась на газовые рули. При вертикальном запуске газовые рули должны были только выравнивать ракету и держать ее в вертикальном положении, но при запуске по цели ракету приходилось еще на активном участке траектории наклонять в нужном направлении.
В последнем случае ракета оставалась в строго вертикальном положении только в течение первых четырех секунд, затем она наклонялась. Звуковой барьер ракета преодолевала через 25 секунд после старта, еще в период выведения ракеты на заданную траекторию. Этот период заканчивался на 54-й секунде. В течение следующих 8—10 секунд ракета продолжала движение по восходящей ветви наклонной и прямолинейной траектории.
К лету 1942 года, когда первая небольшая серия ракет А-4 была почти совсем готова к летным испытаниям, станция Пенемюнде уже представляла собой очень крупное предприятие, настолько крупное, что пришлось разделить «Пенемюнде – Восток» на две секции. Одна секция, в районе озера Кёльпин, получила наименование «Пенемюнде – Север». Она занималась непосредственной разработкой ракет. Другая – на полпути между секцией «Пенемюнде – Север» и деревней Карлсхаген – была известна как производственно-экспериментальные цехи станции «Пенемюнде – Восток». Участок испытательной станции германских ВВС сохранял свое наименование «Пенемюнде – Запад».
Пенемюнде разрасталось, но не без трудностей. «Острый приступ щедрости» после сентября 1939 года длился недолго. Не прошло и года, как Гитлер приказал вычеркнуть Пенемюнде из списка объектов особой важности. Так что, как видите, считать ракеты «оружием Гитлера» на деле не приходится. Они вообще бы никогда не взлетели с полигона Пенемюнде, если бы Дорнбергер не поехал в Берлин и не добился, чтобы фельдмаршал Браухич отдал приказ направить к ракетчикам 400 квалифицированных мастеров и приравнять их пребывание там к службе в действующей армии.
13 июня 1942 года состоялся наконец-таки настоящий запуск А-4. После тщательной проверки ракеты и ее двигателя раздалась команда «Внимание! Запал! Первая ступень!» и немного погодя – «Главная ступень!» Со страшным грохотом ракета А-4 впервые поднялась в воздух.
Однако стабилизирована она была плохо; сразу получив крен, ракета начала совершать странные колебательные движения. Некоторое время ее шум был слышен над облаками, затем наступила тишина, а вслед за этим из облачности вывалилась, кувыркаясь, падающая ракета. Упав в море, она взорвалась и затонула.
Вторая ракета была запущена 16 августа. Сначала все шло хорошо, но потом оторвался носовой конус.
Неудачи с двумя первыми ракетами А-4 заставили инженеров и ученых разработать и провести серию всевозможных испытаний, прежде чем запускать третью ракету.
Испытание ее состоялось 3 октября 1942 года. День был ясный. Время запуска – полдень. Наблюдателям было видно, как вдали в воздух поднялось огромное облако пыли и песка, из которого через мгновение вырвалась ракета и, пролетев 4,5 секунды вертикально вверх, перешла на наклонную траекторию, в направлении на северо-восток.
Ракета летела над Балтийским морем примерно параллельно береговой линии на безопасном удалении от него. Голос из громкоговорителя мерно отсчитывал секунды после старта: «… восемнадцать, девятнадцать, двадцать… »
На 21-й секунде ракета превысила скорость звука. Она была хорошо видна даже невооруженным глазом на фоне голубого неба. После 40-й секунды за ракетой появился белый инверсионный след, оставляемый конденсированными парами воды. Через некоторое время этот след стал зигзагообразным. Это объяснялось тем, что на разных высотах воздушные потоки перемещаются в различных направлениях. С земли же казалось, что этот причудливый белый след неподвижно висит в воздухе, кто-то даже придумал ему удачное название – «замороженная молния».
Через 58 секунд после старта подача топлива в двигатель ракеты была прекращена сигналом по радио. Но по инерции ракета поднялась еще выше, примерно до 48 километров.
Расчеты и измерения в аэродинамической трубе, предшествовавшие запуску, указывали на то, что при обратном вхождении ракеты в плотные слои атмосферы обшивка ракеты может нагреться до 600° С. Поэтому всех волновал вопрос, выдержит ли ракета эту тепловую нагрузку? Но сигналы продолжали поступать с ракеты и на 250-й и на 280-й секунде. Падение произошло лишь на 296-й секунде после старта, и, по наблюдениям, ракета упала в море целой. Дальность ее полета составила 190 километров.
Следующая ракета работала хуже – она пролетела только 146 километров. Да и в следующих десяти пусках отмечались различные недостатки. Ракета с производственным номером 12 (десятый пуск) покрыла расстояние почти в 200 километров, но ее траектория была слишком настильной. Пятнадцатый пуск с точки зрения характеристик ракеты прошел отлично, но ракета каким-то образом изменила направление.
Приблизительно в это время в Пенемюнде прибыл профессор Оберт. История того, как он попал туда и снова покинул это место, очень длинна и запутанна. Подробно она описана в работе академика Б. В. Раушенбаха «Герман Оберт», вошедшей в сборник «Пристрастие». Поэтому здесь мы приведем лишь основные факты.
После проведения первых экспериментов с ракетами под Берлином, Оберт вернулся к себе на родину, в венгерский город Медиаш, где о нем почти ничего не было слышно. Несколькими годами позже в интервью, которое он дал корреспонденту швейцарской газеты «Нейе Цюрхер цейтунг», он сообщил, что продолжает исследования в области ракетной теории.
В 1938 году Оберт был приглашен в Вену, в Технический институт для работы над ракетами. Здесь он понял, что приглашение в Вену не имело никакой иной цели, как только изолировать его от мира и воспрепятствовать тому, чтобы он работал в интересах другой страны.
Впрочем, через некоторое время руководство германских ВВС законтрактовало Оберта на работу в Пенемюнде, для чего ему пришлось принять германское подданство.
Когда Оберт впервые вступил на территорию строго засекреченной исследовательской станции Пенемюнде, ракета А-4 была закончена и готовилась к передаче в серийное производство. После того как у него прошло первое удивление от увиденного, Оберт заявил, что он многое сделал бы по-другому. Но изменять что-либо было уже поздно, так как любое крупное изменение означало бы совершенно новую разработку. Это, очевидно, разочаровало Оберта; он стал искать другой объект для приложения своих сил и способностей. После недолгого выбора он решил остановиться на зенитных ракетах.
Многолетний опыт подсказывал ему, что зенитные ракеты должны работать на твердом топливе. Однако станция Пенемюнде была подготовлена исключительно для работы с ракетами на жидком топливе. В связи с этим предложение Оберта было передано широко известной фирме «Вазаг», имевшей дело с твердыми топливами и являвшейся экспортером взрывчатых веществ во все страны Европы.
После войны Оберт был временно задержан англичанами и освобожден после допроса. Затем он некоторое время жил в Италии и Швейцарии, пытался обосноваться в Западной Германии под Нюрнбергом и наконец в 1955 году приехал в США, чтобы стать сотрудником Редстоунского арсенала в Хантсвилле (штат Алабама).
Но мы несколько забежали вперед. Вернемся к тому времени, когда Дорнбергер ездил в Берлин, чтобы узнать о поддержке, которую Пенемюнде рассчитывало получить в ответ на множество длинных докладов и памятных записок. Единственными результатами его переговоров в военном министерстве были приказ о продолжении разработок и указание взять обратно памятные записки для их уничтожения.
Военное министерство не могло предоставить Пенемюнде необходимого количества материалов: этот вопрос нужно было решать с министром вооружений Альбертом Шпеером. Дорнбергер отправился к нему, но Шпеер выразил лишь свое сожаление: дескать, он ничем не может помочь!
Это происходило в январе 1943 года. А в феврале Дорнбергера попросили приехать в министерство боеприпасов к начальнику финансового отдела профессору Геттлаге. Там ему заявили, что Пенемюнде предполагается преобразовать в частную акционерную компанию; все его акции будут временно принадлежать государству, а руководство будет осуществляться крупной промышленной фирмой.
Когда Дорнбергер стал возражать, представитель министерства вооружений в Штеттине выдвинул обвинения в плохом руководстве и других недостатках. Дорнбергер все же сумел доказать свою правоту и на некоторое время восторжествовал, хотя с тех пор в Пенемюнде стали часто появляться люди, открыто заявлявшие, что они прибыли проверить, все ли идет правильно. Это действовало скрывавшееся за спиной промышленных фирм техническое бюро нацистской партии, которое намеревалось отнять у армии это учреждение.
Так что, как видите, не только в высших советских кругах была в моде «борьба под ковром» – нацисты тоже любили этот вид сановного спорта.
В марте 1943 года, когда близилось окончание постройки первого сооружения для запуска ракет с французского берега Ла-Манша, Шпеер, подстрекаемый Дорнбергером, обещал доложить Гитлеру еще раз о ракетах дальнего действия. Результат был отрицательным; Дорнбергеру сообщили, что фюреру приснилось, будто бы ни одна ракета А-4 не сможет достичь Англии.
26 мая 1943 года Пенемюнде посетила большая группа членов комиссии по оружию дальнего действия. Они прибыли для того, чтобы посмотреть демонстрацию моделей и принять соответствующее решение. Дело в том, что начиная с 1942 года станция «Пенемюнде – Запад» осуществляла разработку еще одной системы оружия дальнего действия под названием «Физелер» Fi-103, которой позднее было присвоено наименование самолет-снаряд «Фау-1» (V-1).
Поясним, что V – начальная буква немецкого слова «Vergeltung» (возмездие). Это обозначение было придумано Геббельсом и не имело ничего общего с характером системы оружия. С его подачи система Fi-103 стала обозначаться V-1 («Фау-1»), А-4 – V-2 («Фау-2»), а обозначение V-3 («Фау-3») было зарезервировано для зенитной ракеты «Шметтер-лииг», которая не была запущена в производство.
Самолет-снаряд «Фау-1» был в техническом отношении точной копией морской торпеды. После пуска такого снаряда он летел с помощью автопилота по заданному курсу и на заранее определенной высоте. Насколько морская торпеда является самоходной, автоматически управляемой миниатюрной подводной лодкой, настолько самолет-снаряд «Фау-1» был автоматически управляемым и несущим фугасный заряд, беспилотным самолетом.
«Фау-1» имел фюзеляж длиной 7,8 метра, в носовой части которого помещалась боевая головка с 1000 килограммами взрывчатого вещества. За боевой головкой располагался топливный бак с 80-октановым бензином. Затем шли два оплетенных проволокой сферических стальных баллона сжатого воздуха для обеспечения работы рулей и других механизмов. Хвостовая часть была занята упрощенным автопилотом, который удерживал самолет-снаряд на прямом курсе и на заданной высоте. Размах крыльев составлял 540 сантиметров. Самой интересной новинкой был пульсирующий воздушно-реактивный двигатель, установленный в задней части фюзеляжа и похожий на ствол старомодной пушки.
Этот двигатель был изобретен инженером Паулем Шмидтом, которому армейское управление вооружений в течение некоторого времени оказывало финансовую помощь.
«Фау-1» был отнюдь не первым реактивным самолетом-снарядом. Впервые пульсирующий воздушно-реактивный двигатель был изобретен в России в 1906 году инженером В. В. Караводиным, на что ему была дана «привилегия» за № 15 375. Построен он был в 1907 году, и газеты описывали его как «аппарат для получения пульсирующей струи газов значительной скорости, образующейся вследствие периодического сгорания горючей смеси».
Такая же идея выдвигалась в США еще во время Первой мировой войны, когда армейские авиаконструкторы в содружестве с фирмой «Сперри гироскоп» построили летающую бомбу «Баг». Разработка ее продолжалась после окончания войны и была прекращена по финансовым соображениям только в 1925 году. «Баг» был снабжен двигателем внутреннего сгорания и винтом.
Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели, производившиеся фирмой «Аргус», представляли собой стальные трубы, открытые с задней части и закрытые спереди пластинчатыми пружинными клапанами, открывавшимися под давлением встречного потока воздуха. Когда воздух, открыв клапаны решетки, входил в трубу, здесь создавалось повышенное давление; одновременно сюда впрыскивалось топливо; происходила вспышка, в результате которой расширившиеся газы действовали на клапаны, закрывая их, и создавали импульс тяги. После того как продукты сгорания выбрасывались через реактивное сопло, в камере сгорания создавалось пониженное давление и воздух снова открывал клапаны; начинался новый цикл работы двигателя. Расход топлива составлял 2,35 литра на километр. Бак вмещал около 570 литров бензина.
Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель обязательно требует предварительного разгона до скорости минимум 240 километров в час. Для этого использовалась наклонная пусковая установка с трубой, имеющей продольный паз. Поршень, двигающийся в этой трубе, был снабжен выступом, которым он сцеплялся с самолетом-снарядом при разгоне. Этот поршень приводился в движение за счет газов, образующихся при распаде перекиси водорода. Как только пульсирующий воздушно-реактивный двигатель начинал работать, скорость самолета-снаряда возрастала до 580 километров в час.
«Фау-1» имел часовой механизм, с помощью которого осуществлялось «наведение» на цель; он срабатывал, и самолет-снаряд пикировал вниз.
Итак, комиссии по оружию дальнего действия предстояло сделать выбор между этими двумя системами. Обе они представляли собой два совершенно отличных друг от друга типа вооружения.
Самолету-снаряду Fi-103 («Фау-1») атмосфера служила одновременно и аэродинамической опорой и источником окислителя (кислорода), необходимого для сгорания топлива. Это был так называемый крылатый снаряд, который отличался от самолета только тем, что был беспилотным. (Теперь подобные конструкции называют крылатыми ракетами.)
Ракета А-4 была баллистическим летательным аппаратом, который летел по траектории, схожей с траекторией артиллерийского снаряда. Крылатый снаряд стоил дешевле, чем баллистический примерно в 10 раз, но легко сбивался зенитными орудиями, ракетами и истребителями-перехватчиками.
Снаряды Fi-103 и А-4 имели следующие основные тактико-технические данные. Вес боевой головки был почти одинаковым; примерно так же обстояло дело и с дальностью: предполагалось, что оба снаряда будут иметь дальность полета порядка 320 километров. Позднее выяснилось, что средняя дальность самолета-снаряда «Фау-1» составляла около 240 километров, в то время как средняя дальность полета ракеты «Фау-2» равнялась 306 километрам. Однако ракета «Фау-2» нуждалась в необычных топливах, а снаряд «Фау-1» работал на обыкновенном бензине.
Прежде чем комиссия приступила к обсуждению данного вопроса, оба типа снарядов были ей продемонстрированы в действии. Две ракеты «Фау-2» успешно выдержали испытание, показав дальность 260 километров. Один самолет-снаряд «Фау-1» поднялся, но разбился после непродолжительного полета; второй вообще не сработал.
Тем не менее комиссия решила рекомендовать разработку и производство обеих систем при условии, что в боевых условиях они будут применяться во взаимодействии.
Через два дня после этого Шпеер вызвал Дорнбергера к Гитлеру на аудиенцию, которая состоялась 7 июля 1943 года в его ставке в Растенбурге (Восточная Пруссия). Гитлеру были показаны фильм о запуске снарядов, происходившем 3 октября 1942 года, макет большого бункера, строившегося в Ваттене, а также модели ракеты и ее средств транспортировки: «видальвагена» и «мейлервагена». («Видальвагеном» называлась специальная повозка для транспортировки ракет в горизонтальном положении; «мейлервагеном» – самоходный лафет, служащий для перевозки ракеты «Фау-2» и перевода ее из горизонтального в вертикальное положение.)
Ракета состояла из четырех отсеков. Носовая часть представляла собой боевую головку весом около 1 тонны, сделанную из мягкой стали толщиной 6 мм и наполненную аматолом. Выбор этого взрывчатого вещества объяснялся его малой чувствительностью к теплу и ударам. Ниже боевой головки находился приборный отсек, в котором наряду с аппаратурой помещалось несколько стальных цилиндров со сжатым азотом, применявшимся главным образом для повышения давления в баке с горючим. Ниже приборного располагался топливный отсек – самая объемистая и тяжелая часть ракеты. При полной заправке на топливный отсек приходилось три четверти веса ракеты. Бак со спиртом помещался наверху; из него через центр бака с кислородом проходил трубопровод, подававший горючее в камеру сгорания.
Пространство между топливными баками и внешней обшивкой ракеты, а также полости между обоими баками заполнялись стекловолокном. Заправка ракеты жидким кислородом производилась перед самым пуском, так как потери кислорода за счет испарения составляли 2 килограмма в минуту. Поэтому даже 20-минутный интервал между заправкой и пуском приводил к потере около 40 килограммов жидкого кислорода. Это считалось (и считается) допустимым, но более длительная задержка требует уже дозаправки бака с кислородом.
Самой важной новинкой в этой ракете было наличие турбонасосного агрегата для подачи компонентов топлива. В небольших ракетах проблема подачи жидких топлив в ракетный двигатель решалась путем наддува баков. Требуемое давление при этом составляло несколько более 21 атмосферы. В большой же ракете такая система уже практически невозможна. Подача топлива может быть выполнена в ней только специальными насосами.
Подобно газовым рулям в струе истекающих газов, топливный насос для ракет теоретически не был новинкой. Потребность в насосах возникла еще давно. Так, Годдард заявлял о его необходимости в одном из своих первых патентов; постоянно обращался к проблеме топливных насосов и Оберт, но построить такой насос казалось почти невозможным – ведь он должен был выполнять сразу множество функций: подавать компоненты топлива, одним из которых являлся сжиженный газ, под давлением порядка 21 атмосферы и перекачивать более 190 литров топлива в секунду. Кроме того, он должен был быть достаточно простым по конструкции и очень легким, а в довершение всего насос должен был запускаться на полную мощность в течение очень короткого (6 секунд) промежутка времени. Единственным облегчением было то, что насосная система должна была работать не многим более 1 минуты.
Когда фон Браун излагал эти требования персоналу завода, выпускающего насосы, он невольно ожидал возражений, что подобные требования невыполнимы. Вместо этого все слушали молча, поскольку оказалось, что требуемая конструкция напоминает один из видов пожарного насоса. Существующие образцы центробежных пожарных насосов и были положены в основу при проектировании ракетных топливных насосов.
Но, разумеется, любой насос нуждается в источнике энергии, то есть он должен чем-то приводиться в движение. Для этого были использованы концентрированная перекись водорода и раствор перманганата, соединяя которые можно было быстро получить определенное количество парогаза постоянной температуры. Агрегат турбонасоса, парогазогенератор для турбины и два небольших бака для перекиси водорода и перманганата калия помещались в одном отсеке с двигательной установкой.
Отработанный парогаз, пройдя через турбину, все еще оставался горячим и мог совершить дополнительную работу. Поэтому его направляли в теплообменник, где он нагревал некоторое количество жидкого кислорода. Поступая обратно в бак, этот кислород создавал там небольшой наддув, что несколько облегчало работу турбонасосного агрегата и одновременно предупреждало сплющивание стенок бака, когда он становился пустым. Эту же работу в линии подачи топлива выполнял сжатый азот.
Из турбонасосного агрегата оба жидких компонента топлива подавались под давлением в двигатель. Кислород поступал непосредственно к 18 форсункам, расположенным в головке двигателя. Спирт, прежде чем попасть к форсункам, проходил через рубашку охлаждения двигателя.
Самой трудной проблемой в разработке ракетного двигателя было создание критической части реактивного сопла. Если ракетный двигатель прогорал, это почти неизменно происходило в критической части сопла. Станция «Пенемюнде – Восток» также не раз сталкивалась с этой трудностью, однако выход из этого положения оказался удивительно простым. Все заключалось в создании слоя относительно холодных паров спирта между раскаленной струей истекающих газов и стенкой сопла путем впрыска спирта через специальные отверстия в критической части. Этот метод называется пленочным охлаждением.
Двигатель ракеты А-4 имел четыре ряда таких отверстий в стенке сопла; первый ряд располагался несколько выше критического сечения, а остальные – ниже. Загоранию охлаждающей спиртовой пленки препятствовало отсутствие кислорода в данном месте. Спиртовая пленка загоралась только тогда, когда выходила из сопла на открытый воздух. Поэтому факел двигателя ракеты А-4 имел длину около 15 метров. Если бы двигатель мог работать без пленочного охлаждения, длина его факела составила бы, вероятно, всего лишь 6 метров и даже меньше.
Для пуска ракета А-4 устанавливалась на стартовом столе, представлявшем собой массивное стальное кольцо, укрепленное на четырех стойках. Кольцо должно было иметь строго горизонтальное положение, чтобы ракета стояла на столе в вертикальном положении. Ниже стального кольца по оси ракеты находился дефлектор (отражатель) реактивной струи, который представлял собой пирамиду из листовой стали, разбивавшей газовую струю ракетного двигателя в момент старта. Для повышения живучести дефлектора его наполняли водой, поглощавшей часть тепла.
Заправка ракеты производилась после ее установки на стартовом столе. Все это время электрооборудование ракеты работало от внешнего источника питания, ток от которого подавался по кабелю к разрывному штеккеру, удерживаемому в специальном гнезде на корпусе ракеты с помощью электромагнита. Штеккер с кабелем отсоединялся от ракеты в момент старта. Воспламенение в ракетном двигателе осуществлялось с помощью простого пиротехнического устройства, вращающегося в горизонтальной плоскости внутри камеры сгорания. Из-за крестообразной формы оно было названо «воспламенительным крестом». Когда двигатель начинал работать, этот «крест» сжигался струей истекающих газов.
Запуск ракеты А-4 осуществлялся в три этапа. Сначала воспламенялось пиротехническое устройство; когда оно сгорало, открывались клапаны. Спирт и кислород первое время попадали в камеру сгорания только под действием силы тяжести, поскольку баки помещались над двигателем. Немцы называли этот этап «малой» или «предварительной» ступенью пуска.
На «предварительной» ступени двигатель работал с типичным оглушающим шумом, похожим на шум водопада; пламя, разбиваемое пирамидальным дефлектором, разбрасывалось во все стороны на много метров. Тяга составляла около 7 тонн, и этого, конечно, было недостаточно, чтобы поднять ракету, весящую почти в два раза больше. Но целью «предварительной» ступени являлся не действительный пуск ракеты, а показ того, что двигатель работает нормально.
Если двигатель работал без перебоев, тут же включался парогазогенератор и начинал работать турбонасосный агрегат, создававший необходимое давление для подачи компонентов топлива в камеру сгорания. Чтобы поднять это давление до уровня, обеспечивающего переход к «главной ступени пуска», требовалось около трех секунд. В это время резко увеличивалось пламя, вырывающееся из сопла двигателя, нарастал шум, а тяга поднималась с 7 до 27 тонн, заставляя ракету оторваться от земли.
Вначале подъем ракеты был медленным; в течение первой секунды она проходила расстояние меньше собственной длины. В конце каждой последующей секунды ракета двигалась на 10,7 метра в секунду быстрее, чем в конце предыдущей.
Поскольку ракета каждую секунду теряла за счет расхода топлива 127 килограммов своего веса, ее ускорение прогрессивно возрастало, чему немало способствовало и увеличение скорости истечения продуктов сгорания, обусловленное падением атмосферного давления с высотой. На высоте более 16 километров один только этот фактор обеспечивал дополнительную тягу порядка 4,5 грамма. Когда топливные баки были почти пусты, скорость повышалась с каждой секундой почти на 46 метров в секунду.
Самым критическим периодом считались первые секунды полета, когда скорость была еще небольшой и ракета оказывалась весьма неустойчивой. В это время задачу балансировки ракеты выполняли газовые рули. Затем, когда скорость ракеты возрастала, аэродинамические стабилизаторы помогали газовым рулям, но дальше ракета поднималась на такие высоты, где окружающий воздух был слишком разреженным, и поэтому задача стабилизации ракеты опять ложилась на газовые рули. При вертикальном запуске газовые рули должны были только выравнивать ракету и держать ее в вертикальном положении, но при запуске по цели ракету приходилось еще на активном участке траектории наклонять в нужном направлении.
В последнем случае ракета оставалась в строго вертикальном положении только в течение первых четырех секунд, затем она наклонялась. Звуковой барьер ракета преодолевала через 25 секунд после старта, еще в период выведения ракеты на заданную траекторию. Этот период заканчивался на 54-й секунде. В течение следующих 8—10 секунд ракета продолжала движение по восходящей ветви наклонной и прямолинейной траектории.
К лету 1942 года, когда первая небольшая серия ракет А-4 была почти совсем готова к летным испытаниям, станция Пенемюнде уже представляла собой очень крупное предприятие, настолько крупное, что пришлось разделить «Пенемюнде – Восток» на две секции. Одна секция, в районе озера Кёльпин, получила наименование «Пенемюнде – Север». Она занималась непосредственной разработкой ракет. Другая – на полпути между секцией «Пенемюнде – Север» и деревней Карлсхаген – была известна как производственно-экспериментальные цехи станции «Пенемюнде – Восток». Участок испытательной станции германских ВВС сохранял свое наименование «Пенемюнде – Запад».
Пенемюнде разрасталось, но не без трудностей. «Острый приступ щедрости» после сентября 1939 года длился недолго. Не прошло и года, как Гитлер приказал вычеркнуть Пенемюнде из списка объектов особой важности. Так что, как видите, считать ракеты «оружием Гитлера» на деле не приходится. Они вообще бы никогда не взлетели с полигона Пенемюнде, если бы Дорнбергер не поехал в Берлин и не добился, чтобы фельдмаршал Браухич отдал приказ направить к ракетчикам 400 квалифицированных мастеров и приравнять их пребывание там к службе в действующей армии.
13 июня 1942 года состоялся наконец-таки настоящий запуск А-4. После тщательной проверки ракеты и ее двигателя раздалась команда «Внимание! Запал! Первая ступень!» и немного погодя – «Главная ступень!» Со страшным грохотом ракета А-4 впервые поднялась в воздух.
Однако стабилизирована она была плохо; сразу получив крен, ракета начала совершать странные колебательные движения. Некоторое время ее шум был слышен над облаками, затем наступила тишина, а вслед за этим из облачности вывалилась, кувыркаясь, падающая ракета. Упав в море, она взорвалась и затонула.
Вторая ракета была запущена 16 августа. Сначала все шло хорошо, но потом оторвался носовой конус.
Неудачи с двумя первыми ракетами А-4 заставили инженеров и ученых разработать и провести серию всевозможных испытаний, прежде чем запускать третью ракету.
Испытание ее состоялось 3 октября 1942 года. День был ясный. Время запуска – полдень. Наблюдателям было видно, как вдали в воздух поднялось огромное облако пыли и песка, из которого через мгновение вырвалась ракета и, пролетев 4,5 секунды вертикально вверх, перешла на наклонную траекторию, в направлении на северо-восток.
Ракета летела над Балтийским морем примерно параллельно береговой линии на безопасном удалении от него. Голос из громкоговорителя мерно отсчитывал секунды после старта: «… восемнадцать, девятнадцать, двадцать… »
На 21-й секунде ракета превысила скорость звука. Она была хорошо видна даже невооруженным глазом на фоне голубого неба. После 40-й секунды за ракетой появился белый инверсионный след, оставляемый конденсированными парами воды. Через некоторое время этот след стал зигзагообразным. Это объяснялось тем, что на разных высотах воздушные потоки перемещаются в различных направлениях. С земли же казалось, что этот причудливый белый след неподвижно висит в воздухе, кто-то даже придумал ему удачное название – «замороженная молния».
Через 58 секунд после старта подача топлива в двигатель ракеты была прекращена сигналом по радио. Но по инерции ракета поднялась еще выше, примерно до 48 километров.
Расчеты и измерения в аэродинамической трубе, предшествовавшие запуску, указывали на то, что при обратном вхождении ракеты в плотные слои атмосферы обшивка ракеты может нагреться до 600° С. Поэтому всех волновал вопрос, выдержит ли ракета эту тепловую нагрузку? Но сигналы продолжали поступать с ракеты и на 250-й и на 280-й секунде. Падение произошло лишь на 296-й секунде после старта, и, по наблюдениям, ракета упала в море целой. Дальность ее полета составила 190 километров.
Следующая ракета работала хуже – она пролетела только 146 километров. Да и в следующих десяти пусках отмечались различные недостатки. Ракета с производственным номером 12 (десятый пуск) покрыла расстояние почти в 200 километров, но ее траектория была слишком настильной. Пятнадцатый пуск с точки зрения характеристик ракеты прошел отлично, но ракета каким-то образом изменила направление.
Приблизительно в это время в Пенемюнде прибыл профессор Оберт. История того, как он попал туда и снова покинул это место, очень длинна и запутанна. Подробно она описана в работе академика Б. В. Раушенбаха «Герман Оберт», вошедшей в сборник «Пристрастие». Поэтому здесь мы приведем лишь основные факты.
После проведения первых экспериментов с ракетами под Берлином, Оберт вернулся к себе на родину, в венгерский город Медиаш, где о нем почти ничего не было слышно. Несколькими годами позже в интервью, которое он дал корреспонденту швейцарской газеты «Нейе Цюрхер цейтунг», он сообщил, что продолжает исследования в области ракетной теории.
В 1938 году Оберт был приглашен в Вену, в Технический институт для работы над ракетами. Здесь он понял, что приглашение в Вену не имело никакой иной цели, как только изолировать его от мира и воспрепятствовать тому, чтобы он работал в интересах другой страны.
Впрочем, через некоторое время руководство германских ВВС законтрактовало Оберта на работу в Пенемюнде, для чего ему пришлось принять германское подданство.
Когда Оберт впервые вступил на территорию строго засекреченной исследовательской станции Пенемюнде, ракета А-4 была закончена и готовилась к передаче в серийное производство. После того как у него прошло первое удивление от увиденного, Оберт заявил, что он многое сделал бы по-другому. Но изменять что-либо было уже поздно, так как любое крупное изменение означало бы совершенно новую разработку. Это, очевидно, разочаровало Оберта; он стал искать другой объект для приложения своих сил и способностей. После недолгого выбора он решил остановиться на зенитных ракетах.
Многолетний опыт подсказывал ему, что зенитные ракеты должны работать на твердом топливе. Однако станция Пенемюнде была подготовлена исключительно для работы с ракетами на жидком топливе. В связи с этим предложение Оберта было передано широко известной фирме «Вазаг», имевшей дело с твердыми топливами и являвшейся экспортером взрывчатых веществ во все страны Европы.
После войны Оберт был временно задержан англичанами и освобожден после допроса. Затем он некоторое время жил в Италии и Швейцарии, пытался обосноваться в Западной Германии под Нюрнбергом и наконец в 1955 году приехал в США, чтобы стать сотрудником Редстоунского арсенала в Хантсвилле (штат Алабама).
Но мы несколько забежали вперед. Вернемся к тому времени, когда Дорнбергер ездил в Берлин, чтобы узнать о поддержке, которую Пенемюнде рассчитывало получить в ответ на множество длинных докладов и памятных записок. Единственными результатами его переговоров в военном министерстве были приказ о продолжении разработок и указание взять обратно памятные записки для их уничтожения.
Военное министерство не могло предоставить Пенемюнде необходимого количества материалов: этот вопрос нужно было решать с министром вооружений Альбертом Шпеером. Дорнбергер отправился к нему, но Шпеер выразил лишь свое сожаление: дескать, он ничем не может помочь!
Это происходило в январе 1943 года. А в феврале Дорнбергера попросили приехать в министерство боеприпасов к начальнику финансового отдела профессору Геттлаге. Там ему заявили, что Пенемюнде предполагается преобразовать в частную акционерную компанию; все его акции будут временно принадлежать государству, а руководство будет осуществляться крупной промышленной фирмой.
Когда Дорнбергер стал возражать, представитель министерства вооружений в Штеттине выдвинул обвинения в плохом руководстве и других недостатках. Дорнбергер все же сумел доказать свою правоту и на некоторое время восторжествовал, хотя с тех пор в Пенемюнде стали часто появляться люди, открыто заявлявшие, что они прибыли проверить, все ли идет правильно. Это действовало скрывавшееся за спиной промышленных фирм техническое бюро нацистской партии, которое намеревалось отнять у армии это учреждение.
Так что, как видите, не только в высших советских кругах была в моде «борьба под ковром» – нацисты тоже любили этот вид сановного спорта.
В марте 1943 года, когда близилось окончание постройки первого сооружения для запуска ракет с французского берега Ла-Манша, Шпеер, подстрекаемый Дорнбергером, обещал доложить Гитлеру еще раз о ракетах дальнего действия. Результат был отрицательным; Дорнбергеру сообщили, что фюреру приснилось, будто бы ни одна ракета А-4 не сможет достичь Англии.
26 мая 1943 года Пенемюнде посетила большая группа членов комиссии по оружию дальнего действия. Они прибыли для того, чтобы посмотреть демонстрацию моделей и принять соответствующее решение. Дело в том, что начиная с 1942 года станция «Пенемюнде – Запад» осуществляла разработку еще одной системы оружия дальнего действия под названием «Физелер» Fi-103, которой позднее было присвоено наименование самолет-снаряд «Фау-1» (V-1).
Поясним, что V – начальная буква немецкого слова «Vergeltung» (возмездие). Это обозначение было придумано Геббельсом и не имело ничего общего с характером системы оружия. С его подачи система Fi-103 стала обозначаться V-1 («Фау-1»), А-4 – V-2 («Фау-2»), а обозначение V-3 («Фау-3») было зарезервировано для зенитной ракеты «Шметтер-лииг», которая не была запущена в производство.
Самолет-снаряд «Фау-1» был в техническом отношении точной копией морской торпеды. После пуска такого снаряда он летел с помощью автопилота по заданному курсу и на заранее определенной высоте. Насколько морская торпеда является самоходной, автоматически управляемой миниатюрной подводной лодкой, настолько самолет-снаряд «Фау-1» был автоматически управляемым и несущим фугасный заряд, беспилотным самолетом.
«Фау-1» имел фюзеляж длиной 7,8 метра, в носовой части которого помещалась боевая головка с 1000 килограммами взрывчатого вещества. За боевой головкой располагался топливный бак с 80-октановым бензином. Затем шли два оплетенных проволокой сферических стальных баллона сжатого воздуха для обеспечения работы рулей и других механизмов. Хвостовая часть была занята упрощенным автопилотом, который удерживал самолет-снаряд на прямом курсе и на заданной высоте. Размах крыльев составлял 540 сантиметров. Самой интересной новинкой был пульсирующий воздушно-реактивный двигатель, установленный в задней части фюзеляжа и похожий на ствол старомодной пушки.
Этот двигатель был изобретен инженером Паулем Шмидтом, которому армейское управление вооружений в течение некоторого времени оказывало финансовую помощь.
«Фау-1» был отнюдь не первым реактивным самолетом-снарядом. Впервые пульсирующий воздушно-реактивный двигатель был изобретен в России в 1906 году инженером В. В. Караводиным, на что ему была дана «привилегия» за № 15 375. Построен он был в 1907 году, и газеты описывали его как «аппарат для получения пульсирующей струи газов значительной скорости, образующейся вследствие периодического сгорания горючей смеси».
Такая же идея выдвигалась в США еще во время Первой мировой войны, когда армейские авиаконструкторы в содружестве с фирмой «Сперри гироскоп» построили летающую бомбу «Баг». Разработка ее продолжалась после окончания войны и была прекращена по финансовым соображениям только в 1925 году. «Баг» был снабжен двигателем внутреннего сгорания и винтом.
Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели, производившиеся фирмой «Аргус», представляли собой стальные трубы, открытые с задней части и закрытые спереди пластинчатыми пружинными клапанами, открывавшимися под давлением встречного потока воздуха. Когда воздух, открыв клапаны решетки, входил в трубу, здесь создавалось повышенное давление; одновременно сюда впрыскивалось топливо; происходила вспышка, в результате которой расширившиеся газы действовали на клапаны, закрывая их, и создавали импульс тяги. После того как продукты сгорания выбрасывались через реактивное сопло, в камере сгорания создавалось пониженное давление и воздух снова открывал клапаны; начинался новый цикл работы двигателя. Расход топлива составлял 2,35 литра на километр. Бак вмещал около 570 литров бензина.
Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель обязательно требует предварительного разгона до скорости минимум 240 километров в час. Для этого использовалась наклонная пусковая установка с трубой, имеющей продольный паз. Поршень, двигающийся в этой трубе, был снабжен выступом, которым он сцеплялся с самолетом-снарядом при разгоне. Этот поршень приводился в движение за счет газов, образующихся при распаде перекиси водорода. Как только пульсирующий воздушно-реактивный двигатель начинал работать, скорость самолета-снаряда возрастала до 580 километров в час.
«Фау-1» имел часовой механизм, с помощью которого осуществлялось «наведение» на цель; он срабатывал, и самолет-снаряд пикировал вниз.
Итак, комиссии по оружию дальнего действия предстояло сделать выбор между этими двумя системами. Обе они представляли собой два совершенно отличных друг от друга типа вооружения.
Самолету-снаряду Fi-103 («Фау-1») атмосфера служила одновременно и аэродинамической опорой и источником окислителя (кислорода), необходимого для сгорания топлива. Это был так называемый крылатый снаряд, который отличался от самолета только тем, что был беспилотным. (Теперь подобные конструкции называют крылатыми ракетами.)
Ракета А-4 была баллистическим летательным аппаратом, который летел по траектории, схожей с траекторией артиллерийского снаряда. Крылатый снаряд стоил дешевле, чем баллистический примерно в 10 раз, но легко сбивался зенитными орудиями, ракетами и истребителями-перехватчиками.
Снаряды Fi-103 и А-4 имели следующие основные тактико-технические данные. Вес боевой головки был почти одинаковым; примерно так же обстояло дело и с дальностью: предполагалось, что оба снаряда будут иметь дальность полета порядка 320 километров. Позднее выяснилось, что средняя дальность самолета-снаряда «Фау-1» составляла около 240 километров, в то время как средняя дальность полета ракеты «Фау-2» равнялась 306 километрам. Однако ракета «Фау-2» нуждалась в необычных топливах, а снаряд «Фау-1» работал на обыкновенном бензине.
Прежде чем комиссия приступила к обсуждению данного вопроса, оба типа снарядов были ей продемонстрированы в действии. Две ракеты «Фау-2» успешно выдержали испытание, показав дальность 260 километров. Один самолет-снаряд «Фау-1» поднялся, но разбился после непродолжительного полета; второй вообще не сработал.
Тем не менее комиссия решила рекомендовать разработку и производство обеих систем при условии, что в боевых условиях они будут применяться во взаимодействии.
Через два дня после этого Шпеер вызвал Дорнбергера к Гитлеру на аудиенцию, которая состоялась 7 июля 1943 года в его ставке в Растенбурге (Восточная Пруссия). Гитлеру были показаны фильм о запуске снарядов, происходившем 3 октября 1942 года, макет большого бункера, строившегося в Ваттене, а также модели ракеты и ее средств транспортировки: «видальвагена» и «мейлервагена». («Видальвагеном» называлась специальная повозка для транспортировки ракет в горизонтальном положении; «мейлервагеном» – самоходный лафет, служащий для перевозки ракеты «Фау-2» и перевода ее из горизонтального в вертикальное положение.)