Ракеты и полеты в космос - Вилли Лей

Однако даже при наличии телеметрической аппаратуры некоторые приборы ракет, и в частности фотоаппараты и заснятую ими пленку, необходимо спасать. Иногда в ракету помешается мешок с семенами или коробка с мухами для определения влияния на них космических лучей. При этом не все приборы или предметы, подлежащие спасению, находятся в инструментальном отсеке (боевой головке) в связи с тем, что при падении на землю с высоты порядка 160 км ракета («Фау-2») почти полностью разрушается. Чтобы избежать этого, пришлось обратиться к парашютам.

Пустая ракета «Фау-2» весит 4 т, и если сделать парашют, который мог бы ее удержать, он займет весь внутренний объем ракеты, а может быть, даже и не поместится в ней. Парашют для одной боевой головки также оказывается слишком тяжелым и объемистым. Конечно, в ракете, предназначенной для сбора информации, можно сделать специальный парашютный отсек между приборным отсеком и топливными баками, однако в ракете «Фау-2» такого отсека не имелось.

Кто-то предложил тогда способ предотвращения приземления ракеты с большой скоростью без увеличения ее размеров. Согласно теории ракета с работающим двигателем летит головной частью вперед и должна сохранять такое положение на протяжении всей траектории. На самом же деле после прекращения работы двигателя ракета летит чуть ли не боком и даже медленно вращаясь вокруг продольной оси, что объясняется случайным неуравновешенным импульсом при последней вспышке в двигателе. Это не оказывает никакого влияния на траекторию, поскольку двигатель ракеты уже не работает, а воздух на высоте свыше 45 км слишком разрежен, чтобы оказывать заметное сопротивление ракете. По этой же самой причине и стабилизаторы почти не влияют на положение ракеты. Они снова вступают в действие только на высоте примерно 36 км. В этот момент они обязательно разворачивают ракету головной частью вниз независимо от того, в каком положении она находилась до этого, и ракета врезается в землю головной частью, подобно авиационной бомбе, но только с гораздо большей скоростью.

Если бы можно было предотвратить падение ракеты головной частью вперед, проблема спасения оборудования была бы в значительной степени решена. Это могло быть достигнуто путем сбрасывания либо стабилизаторов, либо боевой головки. Был выбран второй способ, поскольку значительно проще сбросить одну боевую головку, чем четыре стабилизатора, кроме того, этим достигалось более существенное снижение скорости падения. Ракета «Фау-2» без стабилизатора еще в достаточной степени обтекаема, тогда как без боевой головки ракета обтекаемостью, конечно, не обладает. Отделившаяся боевая головка падает весьма быстро, не подчиняясь никаким законам аэродинамики; корпус же ракеты оказывается в данном случае в несколько лучшем положении. Стабилизаторы до некоторой степени выравнивают корпус ракеты во время падения. Однако работа стабилизаторов затрудняется наличием открытой полости в головной части, откуда сброшена боевая головка. Оставшаяся часть ракеты не обладает никакой устойчивостью и падает настолько беспорядочно, что не может развить скорость, достаточную хотя бы для того, чтобы пробить мостовую.

Этот последний способ возврата на землю оборудования вполне оправдал себя и был назван методом «воздушного подрыва». При первой пробе на ракете «Фау-2» № 4 к каждому из четырех стрингеров ракеты в месте скрепления с боевой головкой было привязано по 450 г тринитротолуола. Когда радиолокатор показал, что ракета, двигаясь вниз, приближается к высоте 30 км, по радио был послан сигнал для подрыва этих зарядов. Заряды взорвались, однако наблюдатель, следивший за ракетой, сообщил, что она мгновенно окуталась облаком дыма, а затем вышла из этого облака невредимой и врезалась в землю, как обычно. Радиотелеметрическая запись также показала, что приборы продолжали работать и после подрыва зарядов.

На ракете, запущенной под № 6, все повторилось до мельчайших подробностей. Когда же устанавливалось оборудование на ракету № 9, специалисты из Лаборатории прикладной физики добавили к каждому заряду по 450 г нитрокрахмала. Это оказалось достаточным: в результате взрыва боевая головка отделилась, но найти ее потом так и не удалось. Корпус ракеты был обнаружен в пустыне в таком состоянии, как будто она упала с высоты не более 30 м. С того времени метод воздушного подрыва стал применяться в повседневной практике не только на ракетах «Фау-2», но и на других еще более крупных ракетах.

Рис. 45. Траектория полета ракеты «Фау-2» № 21. Стартовая позиция расположена на высоте 1220 м над уровнем моря

 На рисунках 45 и 46 показаны графики, характеризующие полет ракеты «Фау-2» в ионосферу. Рис. 45 изображает действительную форму траектории ракеты, а по графику на рис. 46 можно узнать высоту и скорость полета в любой момент времени. С помощью ракеты «Фау-2» № 21, для которой построены эти графики, наряду с другими наблюдениями была получена серия измерений давления воздуха на различных высотах, подтвердившая, что существовавший до этого способ его расчета был достаточно точным.

Рис. 46. График скорости ракеты «Фау-2» № 21. 

Слева — кривая высоты в км; справа — кривая скорости в м/сек

В 1925 году Национальный консультативный комитет по авиации (НАКА) опубликовал доклад № 218, в котором приводились данные о состоянии атмосферы до высоты в 20 км, измеренные с помощью аэростата. В таблице, приведенной ниже, показано взятое из этого доклада давление воздуха на различной высоте в сравнении с данными, собранными во время исследовательского полета ракеты «Фау-2» № 21.

При сопоставлении этих параметров для высот в пределах 20 км с соответствующими данными, полученными с помощью аэростата, видно, что разница составляет не более 1%. Для высот более 20 км разница между этими данными и теми, которые были получены с помощью ракеты «Фау-2» (10 октября 1946 года), находится в пределах 10%. Ниже приводится таблица давления воздуха на больших высотах, составленная по данным ракеты «Фау-2» № 21.

Помимо измерения температуры и давления воздуха с ракеты производилось фотографирование поверхности Земли с больших высот и солнечного спектра, что имеет большую научную ценность. Наша атмосфера удивительно непрозрачна, до нас доходят лишь волны видимого света, и по этой причине ни одна спектрограмма, снятая с Земли, не может считаться полной. Больше всего бывает искажена коротковолновая часть солнечного спектра, что объясняется влиянием слоя, богатого озоном и открытого в 1935 году при запуске аэростата «Эксплорер-II» на высоту свыше 22 км. Ракета «Фау-2» произвела фотографирование солнечного спектра в точках, находящихся ниже, внутри и выше слоя, богатого озоном. И, наконец, с помощью ракет «Фау-2» была измерена интенсивность космических лучей на больших высотах и взяты пробы воздуха до высоты 72 км.

Можно упомянуть еще об одной детали. Большой интерес для науки представляют мельчайшие метеориты, прилетающие к нам из космоса. Эти метеориты настолько малы, что не достигают Земли, но они могут быть источником весьма ценных данных о состоянии атмосферы. Ученые долго думали над тем, как создать искусственные метеориты на большой высоте, ряд параметров которых, таких, как размеры частиц и скорость, был бы известен. В качестве искусственных метеоритов было предложено использовать пороховой дым, и в соответствии с этим в ракету «Фау-2» № 13 были помещены заряды черного пороха, которые можно было бы взорвать в нужный момент. Но из этого ничего не вышло. Взрыв был настолько растянутым по времени, что никакого облака не получилось, а образовались только бесполезные шлейфы дыма, по которым можно было судить лишь о том, что скорость ветра на данной высоте была очень большой.

Поскольку черный порох взрывался недостаточно быстро, решили применить заряды в оболочке. Соответственно ракета № 17 была оснащена для создания искусственных метеоритов ружейными гранатами типа М-9 (рис. 32). По самым надежным сведениям, гранаты не взорвались в положенное время, так как механизм подрыва действовал весьма медленно.

Поговорим теперь о неудачах, отмеченных во время испытаний ракет «Фау-2» на полигоне Уайт Сэндз. В 12 запусках из 32, признанных неудачными, неисправности проявились еще при старте, в остальных 20 — уже в полете. Наиболее ранние из наблюдавшихся неисправностей в полете фиксировались через 8 секунд после отрыва ракеты от стартового стола, наиболее поздние—спустя 57,5 секунды после старта. В 11 случаях отказы имели место в течение первых 30 секунд полета, в 9 — после 30 секунд нормальной работы двигателя. Из неисправностей, обнаруженных во время полета, 8 были обусловлены расстройством системы управления, остальные 12 — дефектами двигательной установки. Из 12 неисправностей, проявившихся во время старта, 6 были связаны с системой управления, 3 — с двигательной установкой и еще 3 — с другими агрегатами.