Файл: Мошкин, Е. К. Развитие отечественного ракетного двигателестроения.pdf

Kux металлов (хром или ванадий), а сами стенки под­ вергать интенсивному охлаждению снаружи жидкими га­ зами, подающимися в камеру сжигания.

Рассматривая конструкцию сопла, Ю. В. Кондратюк писал, что наивыгоднейшая форма сопла представляет собой приблизительно параболоид вращения, только па­ раболы не квадратной, а более высокой степени; к вы­ ходному сечению он должен переходить в цилиндр. При этом поток истекающих из сопла продуктов сгорания бу­ дет одномерным, а не расходящимся, что обеспечит по­ лучение возможно большего значения к. п. д., а, следо­ вательно, и тяги. Ю. В. Кондратюк указывал, что обра­ ботка внутренней поверхности сопла должна быть такой, чтобы она обеспечивала минимальные потери на трение продуктов сгорания о стенки, а при профилировании со­ пла и расчете поперечных сечений необходимо исходить из условия сохранения постоянства расхода (неразрыв­ ность потока) продуктов сгорания.

Исследуя влияние внешних условий на работу ЖРД, Ю. В. Кондратюк рекомендовал, чтобы не снижать к. п. д. при работе двигателя на малых высотах, уменьшать пло­ щадь выходного сечения, т. е. на время полета в низших слоях атмосферы снабжать сопло дополнительным уст­ ройством в виде суживающегося конуса, устанавливае­ мого на выходе из сопла и сбрасываемого при работе дви­ гателя на высоте. В качестве другого варианта регули­ рования тяги с высотой он предлагал камеру сгорания снабжать двойным соплом — первым, обеспечивающим оптимальные параметры при работе в низших слоях, и вторым— высотным, вступающим в строй после сбрасы­ вания первого сопла.

Многие предложения Ю. В. Кондратюка, касающиеся конструкции камеры сгорания, получили практическую реализацию.

Разработка систем подачи

В работе «Тем, кто будет читать, чтобы строить» отме­ чалось, что ракетный двигатель с химическим источником энергии должен состоять из сосудов, баков, трубы-каме­ ры сгорания и агрегатов, перекачивающих компоненты топлива из баков в камеру ракетного двигателя. Ю.-В. Кондратюк предлагал использовать насосные си­ стемы для подачи как унитарного, так и двухкомпонент­

49

ного топлива. Вначале он ориентировался на поршневые насосы. Позднее писал, что насосы можно изготовить и беспоршневыми. Насосы по Ю. В. Кондратюку должны быть однотактпымн, п для каждого компонента — свой насос. Из ігасосов сжиженные газы должны поступать в основной своей массе на сгорание, н частично на наддув бакои с компонентами топлива.

Для нормальной работы двигателя Ю. В. Кондратю­ ком пведусматривалось регулирование подачи топлива. В качестве чувствительного элемента использовалось уст­ ройство, аналогичное анероиду, реагирующее на раз­ ность давления внутри и снаружи баков.

Исполнительный элемент регулирования системы над­ дува баков представлял собой дроссельную заслонку, ус­ тановленную перед входом газообразных продуктов в бак. Ю. В. Кондратюк предлагал также устанавливать перед входом в камеру сгорания регулятор качества сме­ си, хотя введение системы регулирования усложняет устройство двигателя.

Кроме того, Ю. В. Кондратюк обращал особое вни­ мание на необходимость предварительной отработки и опытной проверки элементов двигателя. Таким образом, Ю. В. Кондратюк предлагал получившие ныне практиче­ ское применение способы обеспечения требуемого режи­ ма работы двигателя путем его настройки на заданный режим и регулирования в процессе его работы.

Ю.В. Кондратюк в качестве привода насосов реко­ мендовал использовать двигатель внутреннего сгорания или турбину, работающие на основных компонентах топ­ лива; рассматривалось применение гремучего газа.

Ю.В. Кондратюк внес большой вклад в науку о ЖРД

иракетах. Ряд вопросов ракетодинамики и двигателестроения нашли у него оригинальное решение, на что выше уже указывалось. В частности, разрабатывая мето­ ды получения энергетически наивыгоднейших траекторий космических полетов, Ю. В. Кондратюк предложил осу­ ществлять полет к Луне и планетам с выходом на их ор­ биты искусственных спутников с последующим отделе­ нием взлетно-посадочного космического корабля, что реализовано .в системах «Аполлон». Им же предложено использовать гравитационные поля встречных небесных тел для разгона или торможения космического корабля

50

Фридрих

Артурович

Цандер (фото 1913 г.)

1.5.УЧЕНЫЙ И ИЗОБРЕТАТЕЛЬ

Ф.А. ЦАНДЕР

ковским в 1903 г., под заглавием «Исследование мировых прост­ ранств реактивными приборами» Г В 1907 г. Фридрих Артурович по­ ступил на механическое отделение Рижского политехничеокого института, которое окончил с отличием в 1914 г., получив звание ни- жеиера-технолога.

Ракетной техникой Фридрих Артурович начал инте­ ресоваться в студенческие годы. «В 1908 г., — писал он, —

когда мне был 21 год, завел себе особую тетрадь для рас­ чета мировых кораблей; хотя я еще мало знал, но под влиянием расчетов во мне уже сильно развилась надеж­ да на возможность полетов в мировое пространство»*2.

В 1909 г. Ф. А. Цандер выступил инициатором создания в институте «2-го Рижского студенческого общества воз­

-1 Автобиография Ф. А. Цандера. Семейный архив. 2 Там же.

51

духоплавания и техники полета» и в том же году он с товарищами построил планер.

Ф. А Цандер от идеи достижения больших высот при помощи аэроплана с пропеллерным двигателем подошел к идее о возможности совершать полеты в межпланет­ ном пространстве с помощью ракетного двигателя. Что­ бы попытаться осуществить свои планы, Ф. А. Цандер в феврале 1919 г. поступил работать на московский авиа­ ционный завод № 4 «Мотор» в качестве заведующего техническим бюро. В конце 1921 г. Ф. А. Цандер пред­ ставил Московской губернской конференции изобретате­ лей проект двигателя для межпланетного корабля-аэро­ плана. С июня 1922 по июль 1923 г. Цандер, временно оставивший завод, работал дома. При этом он постоян­ но чувствовал поддержку рабочих, которые оказывали ему значительную материальную помощь. Ф. А. Цандер ценил такое отношение к нему и отчитывался перед ра­ бочими. Так, в апреле 1923 г. в докладе на общезавод­ ском собрании рабочих завода «Мотор» он высказывал надежду на возможность передачи заводу его проекта для исполнения.

В 1924 г. в журнале «Техника и жизнь» № 13 появи­ лась первая печатная работа Ф. А. Цандера — статья «Перелеты на другие планеты». В этой статье он и изло­ жил свою основную идею — сочетания ракеты с самоле­

Цандера», которую 8 июля 1924 г. направил в Комитет по изобретениям при ВСНХ. Опубликована эта статья в сборнике «Ракетная техника» была лишь в 1937 г. Ф. А. Цандер считал, что аэроплан с поршневым двига­ телем достигнет высоты около 28 км и скорости 350'— 450 м/с. Затем произойдет переключение с поршневого на ракетный двигатель. Ставший ненужным, аэроплан начнет отдельными частями (крылья, хвостовое опере­ ние, шасси, поршневой двигатель и т. п.) втягиваться внутрь специального устройства, расплавляться и исполь­ зоваться в качестве дополнения к жидкому горючему. В конце разгона, на высоте 85 км, останется только ра­ кета с небольшими рулями и крыльями, которые необхо­ димы для планирующего спуска.

Стремясь издать свои труды, Ф. А. Цандер часть их, в частности, «О выгодности ускорения полета ракетой в

52

моменты, когда скорость полета ракеты большая», «Пе­ релеты на другие планеты», «Расчет полета межпланет­ ного корабля в атмосфере» послал в Ученый Совет Наркомпроса РСФСР проф. В. П. Ветчиикпну. В своей рецен­ зии от 8 февраля 1927 г., направленной в научный отдел Главнауки, В. П. Ветчинкин, указав на ценность идей н работ Ф. А. Цандера, считал совершенно необходимым дать возможность Ф. А. Цандеру в кратчайший срок под­ готовить к печати и напечатать его работы, отдельные главы из которых были уже представлены в Главнауку. Действительно, из-за того, что опубликованию научных трудов не придавалось должное значение, мы в те годы теряли приоритет даже в тех случаях, когда он фактиче­ ски и бесспорно принадлежал нашей стране. Так, напри­ мер, в 1925 г. за рубежом был опубликован труд инже­ нера Гохмаиа, в котором рассматривался полет на кры­ льях и планирующий спуск. В этой работе излагались идеи, которые развивали Ю. В. Кондратюк и Ф. А. Цан­ дер.

Через несколько дней после получения отзыва от В. П. Ветчинкина Ф. А. Цандер передал научному отде­ лу Главнауки заявление, в котором просил дать ему воз­ можность работать в Центральном аэрогндродинамическом институте (ЦАГИ) или Авиатресте исключительно в области межпланетных сообщений и разрешить подго­ товить для печати книгу о межпланетных сообщениях. В июле 1927 г. из Главнауки пришло сообщение, что просьба Ф. А. Цандера не удовлетворена.

Чтобы свои служебные обязанности теснее связать с разработкой космического корабля, Ф. А. Цандер рань­ ше, еще в октябре 1926 г., перешел на работу с авиаза­ вода № 4 в центральное конструкторское бюро Авиатреста старшим инженером. Результаты своих работ по во­ просам теории реактивных двигателей Ф. А. Цандер обоб­ щил в докладе «Предварительные работы по постройке реактивного аппарата», который он сделал 30 ноября 1928 г. на XV заседании комиссии по научному воздухо­ плаванию Московской аэрологической обсерватории. В 1929—1930 гг. Ф. А. Цандер по поручению Авиатреста на основе своих исследований подготовил доклад «Про­ блемы сверхавиации и очередные задачи по подготовке к межпланетным путешествиям» для V международного конгресса воздушных сообщений, который намечался на сентябрь 1930 г. в Гааге. После ряда переработок мате­

53

риала, в основу которого был положен этот доклад, Ф. А. Цандер подготовил книгу «Проблема полета при помощи реактивных аппаратов», изданную в 1932 г.

В декабре 1930 г. Ф. А. Цандер начал работать в Цент­ ральном Институте авиационного моторостроения (ЦИАМ), где в 1931 г. приступил к постройке воздушного реактивного двигателя ОР-1, а затем к расчетам ЖРД ОР-2. Двигатель ОР-1 работал па сжатом воздухе (пода­ ваемом из баллонов или от компрессора) и бензине; ЖРД ОР-2 вначале (в 1933 г.) испытывался на жидком кислороде и бензине. Последовательность работ в этом направлении можно проследить по дневнику Ф. А. Цан­ дера.

15 сентября 1931 г. в своем дневнике он упоминает о работе над аэропланом с реактивным двигателем; 1 ок­ тября он беседует с ІО. А. Победоносцевым «насчет уста­ новки РД на аэроплане», а 2 октября записывает в днев­ ник «о нефтяно-кислородной ракете для аэроплана»*; 7 октября отмечает проведение 32-го испытания ОР-1, ко­ торое состоялось в присутствии С. П. Королева и других специалистов, 19 октября появляется первое упоминание о двигателе ОР-2; 18 ноября 1931 г. Ф. А. Цандер заклю­ чает с Бюро воздушной техники при Научно-исследова­ тельском секторе ЦК Осоавиахима Социалистический договор на проектирование реактивного двигателя, вклю­ чая установку его на самолете12.

Ф. А. Цандер обязался спроектировать и выпустить рабочие чер­ тежи опытного реактивного двигателя ОР-2 к реактивному самолету РП-1 в следующие сроки: камеру сгорания с соплом, бачки для топлива с предохранительным клапаном, бак для бензина — к 25 но­ ября 1931 г.; компенсатор для охлаждения сопла и подогревания кислорода — к 3 декабря 1931 г. Сроки выполнения расчетов темпе­ ратур в камере сгорания, скоростей истечения и осевого давления струи в сопле при разных давлениях в пространстве, веса детален, длительности полета реактивного самолета РП-1 при разном содер­ жании кислорода, расчета систем подогрева и охлаждения, прибли­ зительного расчета температуры стенок камеры сгорания — соответст­ вовали срокам сдачи чертежей.

Изготовление и испытание сопла и камеры сгорания намечалось к 2 декабря 1931 г.; топливных баков для жидкого кислорода и бен­ зина— к 1 января 1932 г.; установка ОР-2 на самолет РП-1 и ис­ пытание его в полете планировалось в конце 1932 г.

В примечании к договору было записано, что в случае если за­ проектированное улучшенное сопло будет с прямым и обратным ко­ нусом, то расчет и чертежи его должны быть представлены к 15 ян­ варя 1932 г. Столь сжатые сроки выполнения сложной проблемной

1Архив семьи Ф. А. Цандера.

2Архив АН СССР. Ф. 573, д. 269, л. 10.

54

темы большого объема, включающего в себя теоретическое исследо­ вание, расчеты, проектирование, изготовление н испытания, характе­ ризовали как энтузиазм и оптимизм исполнителя, так и недооценку тех трудностей, которые должны возникнуть иа пути выполнения принятых обязательств. Здесь сказывалось отсутствие опыта отра­ ботки ЖРД, не учитывалось также несоответствие между сложной техіиологиеп изготовления двигателя и относительно низкими произ­ водственными возможностями, на которые в то время можно было рассчитывать.

В 1931 г. для изучения реактивного движения ЦС Осоавиахима выделяет Ф. А. Цандеру 1000 р., 25 февраля 1932 г. еще 13 000 р. на испытание ракетных самолетов и 80 000 р. в марте того же года.

Вскоре стало ясно, что изготовить детальные рабочие чертежи, произвести полные расчеты реактивного двига­ теля со сложной схемой управления одному Ф. А. Цанде­ ру просто не под силу. Так возникла необходимость кон­ центрации усилий ученых и инженеров, работающих в области реактивной техники.

Ф. А. Цандер тоже считал, что для практического раз­ вития ракетной техники необходимо привлечь как можно больше инженерно-технических работников, особенно та­ лантливую молодежь. Подробно о создании и развитии творческого коллектива, возглавляемого Ф. А. Цандером, будет сказано ниже.

В '1932 г. отдельной книгой была издана работа Ф. А. Цандера «Проблема полета при помощи реактив­ ных аппаратов». Здесь, наряду с изложением теории по­ лета ракет и аэропланов, приводились методы выбора топлива и расчета различных реактивных двигателей.

В 1932 г. Ф. А. Цандер приступил к созданию своего первого ЖРД, названного ОР-2. Первоначально двига­ тель испытывался в 1933 г. на жидком кислороде и бензи­ не. Впоследствии, уже в РНИИ, для обеспечения работо­ способности конструкцию двигателя значительно измени­ ли, и в варианте 02 он отрабатывался на жидком кислороде и высококонцентрированном этиловом спирте.

Жидкий кислород (так же, как жидкий фтор, жидкий водород) относится к категории криогенных компонентов ракетного топлива. Он представляет собой сжиженный газ, охлажденный до низкой (криогенной) температуры. Криогенное топливо следует применять в тех случаях, когда это оправдывается повышенным значением обес­ печиваемого им удельного импульса, например, в ракетах-иосителях космических аппаратов или кораблей. Криогенное топливо непригод­ но для длительного хранения из-за потерь на испарение.

ВГИРДе, с первых же дней организации этой группы

иформирования первой бригады, Фридрих Артурович ра­ ботал и над другими вопросами. Он много уделял внима­

ния постройке ракеты, названной впоследствии «ГИРД-Х».

55