Глава девятая. Уайт Сэндз

Глава девятая. Уайт Сэндз

Работы немецкого исследовательского центра в Пенемюнде слегка изменили схему развития ракет, предначертанную в 20-х годах. Тогда предполагалось, что за экспериментальными ракетами появятся сначала высотные исследовательские, а затем уже и боевые ракеты дальнего действия. Однако все вышло несколько иначе. Война потребовала, чтобы боевая ракета дальнего действия была создана прежде всего. Но как только война закончилась, эта ракета («Фау-2») превратилась в высотную исследовательскую, положив тем самым начало разработкам других ракет того же назначения.

Полигон для испытаний больших ракет был основан в одном из районов штата Нью-Мексико, известного под названием Белые Пески (Уайт Сэндз). Этот район был облюбован специалистами в области ракет по тем же соображениям, которыми руководствовались ученые Манхаттанского проекта , выбравшие это место для взрыва первой урановой бомбы. Большие открытые участки местности с плохими почвами и малочисленным населением создавали благоприятные условия для проведения здесь ракетных испытаний. Согласно специальным инструкциям управления артиллерийско-технического снабжения и инженерного управления армии США, испытательный полигон должен был в первую очередь иметь достаточно большую площадь. Район стартовых позиций, так же как и район целей, должен был быть ровным и плоским, вполне обеспечивающим передвижение людей и транспорта. Однако в то же время желательно было и наличие гор, где можно было бы расположить радиолокаторы и посты визуального наблюдения. В целом местность должна была быть сухой, но с достаточным количеством источников воды. На испытательном полигоне следовало предусмотреть возможность посадки самолетов и доставки тяжелых грузов по железной дороге; обязательным считалось и отсутствие пересекающих район воздушных линий или железнодорожных магистралей. Необходимо было учесть и климатические условия, позволяющие эксплуатировать полигон круглый год. Кроме того, следовало предусмотреть расквартирование в районе полигона постоянного воинского гарнизона.

После предварительного изучения карт и рекогносцировки нескольких районов страны ответственные за выбор места для полигона люди выбрали участок севернее Эль-Пасо в штате Техас. Он расположен недалеко от форта Блисс и базы ВВС в Аламогордо. Его не пересекает ни железная дорога, ни авиатрасса; здесь имеется только одно, и притом не очень загруженное, шоссе. Полигон представляет собой плоскую сухую песчаную долину, лежащую между двумя горными хребтами, местами поросшими шалфеем и сорными травами. Долина расположена на высоте около 1200 м над уровнем моря; наиболее же высокие вершины горных хребтов возвышаются над долиной еще на 2000 м. Климатические условия в долине вполне благоприятны, небо почти всегда безоблачно. Короче говоря, испытательный полигон в Уайт Сэндз, основанный распоряжением военного министра от 20 февраля 1945 года, можно назвать идеальным, если не считать, что его размеры сравнительно невелики. Длина его с юга, от границы между штатами Техас и Нью-Мексико, на север составляет около 280 км, а ширина с запада на восток— в среднем 65 км.

Рис. 44. Испытательный полигон Уайт Сэндз

После постройки первоочередных объектов — колодцев, казарм, мастерских, сборочных залов, линий связи и т. п.—в центре полигона была сразу же сооружена бетонная стартовая площадка. На расстоянии 100 м от нее инженеры-фортификаторы выстроили самое прочное в мире здание — «блокгауз», которое стало своего рода нервным центром всего полигона, где сходились десятки линий связи. Толщина стен «блокгауза», имевших в плане почти прямоугольную форму, была свыше 3 м. Прочная железобетонная крыша в виде пирамиды имела толщину до 8,2 м.

Внутри «блокгауз» освещался мощными лампами дневного света. Визуальное наблюдение за ракетами велось с помощью перископов. Имелось воздухоочистительное оборудование для вывода наружу вредных газов в случае какой-либо аварии.

Как уже говорилось, к концу июля 1945 года на испытательный полигон было доставлено 300 вагонов с агрегатами и деталями ракет «Фау-2». Был также построен стенд для испытания полностью собранных ракет. Он был расположен на обрыве холма и представлял собой прочную бетонную шахту с отверстием в нижней части для выпуска струи газов в горизонтальном направлении. Сама ракета помещалась сверху и удерживалась на месте с помощью прочной стальной конструкции, снабженной устройством для измерения силы тяги ракетного двигателя.

Однако первой ракетой, запущенной на испытательном полигоне Уайт Сэндз, была не трофейная немецкая «Фау-2», а американская ракета, на полгода опередившая первую запущенную здесь «Фау-2».

По странному стечению обстоятельств за 15 лет до создания полигона Уайт Сэндз профессор Роберт Годдард испытал некоторые из своих жидкостных ракет совсем недалеко от этого места в Мескалеро-рэнч, близ Розуэлла. Годдард пришел к выводу, что климат Новой Англии зимой весьма неподходящ для испытания ракет, и перенес свои одыты на юг, выбрав для этого укромное местечко в 160 км от района целей нынешнего полигона.

В сентябре 1930 года Годдард построил небольшую мастерскую-лабораторию размером 9 X 17 м, а в 24 км от нее воздвиг наблюдательную вышку высотой 18 м, которая ранее использовалась в Оберне и форте Дэвенс. Вторая вышка, высотой 6 м, была построена вблизи мастерской, где велись стендовые испытания.

Первый полет состоялся 30 декабря 1930 года; Годдард запустил ракету, имевшую около 3 м в длину и весившую немногим более 15 кг. Высота, достигнутая ракетой, составила 600 м, а максимальная скорость — свыше 800 км/час.

В этот же период было положено начало разработке проблем, связанных с автоматически стабилизированным вертикальным полетом. 19 апреля 1932 года была запущена первая ракета, в которой управление рулями осуществлялось с помощью гироскопа. Стабилизация заключалась в том, что рули выдвигались в струю истекающих газов под давлением, регулируемым небольшим гироскопомю 27 сентября 1932 года на это устройство был выдан патент за № 1879187, хотя еще в мае опыты с ним были прерваны по соображениям экономического порядка.

В октябре 1934 года Годдард продолжил свою работу в Нью-Мексико. Главная трудность в экспериментальной работе этого и последующего периодов была, по-видимому, связана не с двигателем ракеты, а со стабилизирующим устройством. Вначале был испытан маятниковый стабилизатор, работавший нормально только в момент взлета, что объяснялось свойством маятника отклоняться в направлении наибольшего ускорения. Когда ускорение превышает допустимую для данного маятника норму, он перестает выполнять свои функции. Годдард понял это и решил использовать гироскоп. Первый опыт с гироскопической стабилизацией ракеты был проведен 28 марта 1935 года. Максимальная высота, достигнутая ракетой, составила 1450 м, пройденное расстояние по горизонтали — около 4000 м, а максимальная скорость — 885 км/час.

Наибольшее внимание общественности привлекли два последних испытания из этой серии опытов. Профессор Годдард сделал о них сообщение на заседании научного общества в конце 1935 года и продемонстрировал два кинофильма, снятых во время испытаний. Из-за этого все решили, что пуски ракет были только что произведены, на самом же деле испытания состоялись 31 мая (высота — 2250 м) и 14 октября 1935 года (высота—400 м). В этих фильмах была четко видна работа стабилизатора и двигателя, и если первый функционировал хорошо, то последний действовал явно неудовлетворительно. Ракеты оставляли за собой заметный хвост дыма, а иногда ниже сопла наблюдались вспышки в результате взрыва паров бензина в воздухе. Вес этих ракет составлял соответственно 26 кг и 38 кг. В этих ракетах кислород подавался в двигатель под давлением за счет наддува, создаваемого в баке, а горючее — с помощью небольшого центробежного насоса.

После трагедии Пирл-Харбора профессор Годдард предложил свои услуги военно-морскому флоту США и некоторое время работал в Аннаполисе над созданием стартовых ракет для самолетов морской авиации. Он умер внезапно 10 августа 1945 года после неудачной операции горла[26].

В 1936 году в Калифорнийском технологическом институте группой исследователей по инициативе доктора Теодора Кармана было основано нечто вроде ракетного общества. В эту группу входили Фрэнк Мэлина, Чжу-шен Цзян, А. М. Смит, Джон Парсонс, Эдвард Форман и Уэлд Арнольд. Основной задачей первого этапа исследовательских работ, финансировавшихся Арнольдом, было конструирование ракеты для исследования верхних слоев атмосферы.

Как показали дальнейшие события, эта группа проделала огромную работу, не ограничившись созданием высотной ракеты. Ею была отработана целая серия ракетных топлив, сконструирован и запущен в массовое производство первый американский стартовый ракетный ускоритель и проведено много весьма ценных исследований[27].

* - См. JBIS, vol. 6, № 2, 1946; JARS 66/67. June—Sept., 1946.

Что касается проекта создания высотной ракеты, то он получил конкретную форму в памятной записке доктора Кармана, Мэлина и Чжу-шен Цзяна управлению артиллерийско-технического снабжения армии США в ноябре 1943 года. В ответ на нее генерал-майор Дж. Барнс потребовал, чтобы группа форсировала начатые работы. Программа этих работ получила название проекта «ORDICIT»[28].

Первой системой, разработанной согласно этому проекту, была ракета «Прайвит» А, имевшая длину около 2,4 м. Она была сконструирована для полета со сверхзвуковой скоростью и поэтому имела заостренный носовой конус. В нижней части ракеты были смонтированы четыре пера стабилизатора, причем каждое иа них выступало из корпуса двигательного отсека на 30 см. Полный вес ракеты составлял более 225 кг, включая полезную нагрузку в 27 кг. Снабженная двигательной установкой фирмы «Аэроджет» на твердом топливе, ракета создавала тягу порядка 450 кг в течение более 30 секунд.

Ускоритель старта представлял собой стальной корпус с четырьмя 114-мм артиллерийскими ракетами, запускаемыми одновременно. Снабженный отверстием в центре для прохода струи газов маршевого двигателя ракеты ускоритель создавал дополнительную тягу при взлете свыше 9700 кг. На пусковой установке были предусмотрены приспособления, препятствующие вращению как ракеты, так и ускорителя. Для предотвращения чрезмерной перегрузки, которая неизбежно могла возникнуть, если запуск ускорителя происходил после запуска маршевого двигателя, ускоритель крепился на ракете с помощью срезной шпильки.

Пусковая установка была выполнена в виде прямоугольной стальной фермы длиной 11 м с четырьмя направляющими рельсами внутри. Ферма устанавливалась на стальном основании, с которым она соединялась посредством шарниров, что обеспечивало возможность наводки в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Ферма предназначалась, во-первых, для поддержания ракеты и направления ее по траектории до тех пор, пока она не разовьет скорость, достаточную для приобретения аэродинамической устойчивости, а во-вторых, для обеспечения полного выгорания топлива ускорителя и его отсоединения от ракеты «Прайвит», прежде чем та покинет пусковую установку.

Пусковые испытания ракеты «Прайвит» А проводились с 1 по 16 декабря 1944 года в Лич-Спринге близ Барстоу (Калифорния). Всего было произведено 24 пуска. Средняя дальность составила примерно 16000 м, максимальная— 18 000 м. Весной вслед за ракетой «Прайвит» А была подготовлена к испытаниям опытная ракета «Прайвит» F. Она была построена для исследования влияния несущих поверхностей на полет управляемого снаряда и по существу мало чем отличалась от ракеты «Прайвит» А. Однако вместо четырех симметричных перьев стабилизатора в хвостовой части она несла только одно перо и две горизонтальные несущие поверхности с размахом до 1,5 м. В головной части снаряда для создания аэродинамического равновесия были установлены два тупых крыла с размахом несколько меньше 1 м.

Ускоритель старта ракеты «Прайвит» F почти целиком повторял конструкцию ускорителя старта ракеты «Прайвит» А, однако наличие крыльев и несущих поверхностей на ракете потребовало переделки пусковой установки. Новая установка имела ажурную конструкцию, выполненную из стали, с двумя рельсами снаружи вместо прежних четырех внутри. Летные испытания ракеты состоялись с 1 по 13 апреля 1945 года на полигоне Гуеко в форте Блисс (Техас). Полигон был оборудован радиолокатором наблюдения за траекторией полета ракет и кинокамерами для съемки начального участка траектории. Всего было запущено 17 ракет.

Как «Прайвит» А, так и «Прайвит» F были опытными ракетами; они предназначались только для изучения конструкции ракет. Приборы, которые на них устанавливались, должны были давать сведения о поведении ракеты в полете. Однако вскоре из управления артиллерийско-технического снабжения поступило задание определить возможность создания такой ракеты для исследования верхних слоев атмосферы, которая могла бы поднять полезный груз весом около 11 кг на высоту до 30000 м.

Эта ракета, получившая название «ВАК-Капрал», была сконструирована в расчете на жидкие топлива, однако при этом не имелись в виду ни комбинация из бензина и жидкого кислорода, которую применял Годдард, ни немецкая смесь из спирта и жидкого кислорода. На первом этапе работы калифорнийская группа провела глубокое теоретическое исследование жидких окислителей, которые могли бы заменить жидкий кислород. Они остановились на азотной кислоте (HNO₃), которая при разложении выделяет 63,5 % свободного кислорода. Вначале они работали с относительно чистой промышленной азотной кислотой, однако спустя некоторое время было установлено, что ее свойства можно улучшить путем растворения в ней двуокиси азота (NO₂), то есть путем превращения ее в так называемую дымящую азотную кислоту. Горючим по-прежнему оставался бензин. И хотя эта топливная смесь нашла тогда применение, ее свойства никого до конца не устраивали.

Исследователи в Аннаполисе испытывали примерно такие же затруднения. В то время там активно работали две группы, перед которыми стояла одна и та же задача — разработать реактивный ускоритель старта для летающих лодок типа PBY. Одну группу возглавлял Годдард, другую— капитан 3 ранга Труэкс. Группа Труэкса, проводя опыты с рядом топлив, установила, что некоторые жидкости при соприкосновении с азотной кислотой воспламеняются самопроизвольно. Впервые это явление наблюдалось на скипидаре; потом оказалось, что и анилин дает такой же эффект. Приблизительно в это время в Аннаполис приехал Фрэнк Мэлина и детально ознакомился со всем, что здесь делалось. О своих наблюдениях он сообщил по телефону в Калифорнию доктору Мартину Саммерфилду. После этого ракета «ВАК-Капрал» была переконструирована для использования в качестве топлива смеси анилина с 20% фурфурилового спирта для понижения точки замерзания. Это была первая американская баллистическая ракета, в которой применялось данное топливо.

В Германии же азотная кислота была использована как окислитель еще в 1930 году Вильгельмом Зандером, который продемонстрировал тогда свой жидкостный двигатель представителям прессы и заинтересованным лицам, но, к сожалению, не назвал применяемое им топливо. Еще до окончания отработки ракеты «ВАК-Капрал» понадобилось установить экспериментальным путем несколько основных характеристик ракеты. Для этого была сделана модель (в одну пятую натуральной величины) ракеты, получившая название «Бэби-ВАК». Опытные запуски модели производились на полигоне Голдстоун с 3 по 5 июля 1945 года. Эти опыты подтвердили правильность выбора трех стабилизаторов вместо обычных четырех и обоснованность конструкции стартового ускорителя на твердом топливе. В окончательном виде ракета «ВАК-Капрал» представляла собой трубу с длинной конической носовой частью и тремя стабилизаторами; общая длина ракеты составляла 5 м, а диаметр — 30 см. Стартовый вес ракеты без ускорителя несколько превышал 300 кг, а «сухой» вес с полезной нагрузкой равнялся 130 кг. Двигатель ракет создавал на протяжении 45 секунд работы тягу порядка 680 кг.Давление для подачи компонентов топлива в камеру сгорания создавалось сжатым воздухом, а не азотом, как это делалось раньше. Такая замена позволила значительно упростить эксплуатацию ракеты в полевых условиях.Двигательная установка ракеты включалась с помощью особого инерционного клапана. Когда ускоритель сообщал ракете скорость, достаточную для отрыва от пусковой установки, клапан под действием силы инерции автоматически открывался и сжатый воздух устремлялся одновременно в топливные баки и к приводному поршню главного топливного клапана.

«ВАК-Капрал» - первая послевоенная американская ракета на жидком топливе перед отправкой на полигон Уайт-Сэндз

Вместе с метеорологическими приборами в носовой части ракеты «ВАК-Капрал» размещались парашют и автоматические устройства для сбрасывания носового конуса и раскрытия парашюта; это устройство предназначалось для сохранения в целости приборов, установленных в ракете.

Первоначально выбранный ускоритель старта оказался недостаточно эффективным, поэтому он был заменен одним из вариантов морской ракеты, известной под названием «Тайни Тим», для чего была увеличена тяга ее двигателя, а также подвергнуты изменению стабилизаторы и головная часть. В первом варианте ракета «Тайни Тим» имела двигатель, обеспечивавший тягу примерно в 13 500 кг в течение 1 секунды, но после изменения конструкции двигатель ее стал развивать тягу до 22 700 кг за время немногим больше полсекунды.

Однако расчеты показывали, что за это время ускоритель и ракета поднимутся на высоту 65 м; разумеется, построить такую пусковую вышку не представлялось возможным. Поэтому было решено сохранить прежнюю высоту вышки (30 м). Следовательно, разгон ракеты должен был продолжаться и на начальном участке траектории, вне пределов пусковой вышки.

Опыт отработки ракеты «Прайвит» А дал много ценного в вопросе связи ракеты и ускорителя во время разгона и автоматического их разъединения после окончания работы последнего. Эксперименты с ракетой «Бэби-ВАК» показали надежность конструкции разъединяющего устройства и подтвердили правильность сохранения не слишком высокой пусковой вышки.

Новая стальная пусковая вышка представляла собой прямоугольную башню высотой 30 м с тремя направляющими рельсами, установленными в вершинах равностороннего треугольника. Длина рабочей части рельсов несколько превышала 24 м. К пусковой башне были подведены трубы, через которые осуществлялась заправка ракеты топливом и сжатым воздухом.

Летные испытания ракеты «ВАК-Капрал» были проведены в период с 26 сентября по 25 октября 1945 года на испытательном полигоне в Уайт Сэндз. По данным радиолокатора ракета достигла в вертикальном полете высоты 70 км. Значительное превышение высоты по сравнению с расчетной объяснялось главным образом снижением веса за счет изменений и улучшений конструкции ракеты, введенных в ходе ее отработки, а также увеличением начального импульса в связи с использованием в качестве ускорителя старта ракеты «Тайни Тим».

После того как в 1946 году были запущены еще несколько ракет «ВАК-Капрал», испытательный полигон в Уайт Сэндз должен был начать осуществление программы испытаний ракеты «Фау-2», подготовка к чему велась уже долгое время. Эта программа предусматривала систематический запуск ракет «Фау-2» в среднем по две штуки в месяц. Целями этой программы являлись: 1) приобретение опыта в обслуживании и пуске больших ракет с одновременной отработкой вопросов, связанных с наземным оборудованием; 2) проведение опытов, непосредственно касающихся принципов конструирования новых ракет; 3) создание снарядов для заводских и полигонных испытаний агрегатов и деталей будущих ракет; 4) получение баллистических данных и накопление опыта в конструировании оборудования для слежения за траекторией полета и замера скорости ракет и 5) проведение запусков ракет для исследования верхних слоев атмосферы.

Для постороннего наблюдателя программа и организация испытаний ракеты «Фау-2» выглядели несколько сложными, однако это, по-видимому, было необходимо для выполнения поставленных задач. Испытательный полигон в Уайт Сэндз находился в ведении управления артиллерийско-технического снабжения, под контролем которого и осуществлялись запуски ракет, а ответственность за создание и подготовку ракет несла фирма «Дженерал Электрик», что являлось частью ее обязанностей по крупному производственному контракту, условно названному «проектом Гермес». Различные научно-исследовательские институты, правительственные агентства и даже учебные институты имели задачу обеспечивать ракетный центр бортовыми приборами и аппаратурой для ракет. Вся эта работа координировалась и направлялась Морской исследовательской лабораторией.

К тому времени, когда начались работы в Уайт Сэндз, англичане успели запустить две ракеты «Фау-2». Однако запуск этих ракет, осуществленный из района Куксхафена немецкими специалистами пол наблюдением англичан, был простым повторением запуска этих ракет в военное время. Ракеты были запущены на максимальную дальность над Северным морем. Первый пуск состоялся 15 октября 1945 года, но одна из ракет в тот день отказала.

Американские инженеры, которым была поручена сборка ракет, столкнулись с довольно сложной проблемой, заключавшейся в том, что американские войска захватили в качестве трофеев не целиком собранные и готовые к пуску ракеты, а главным образом отдельные детали и агрегаты. Они просто «очистили» немецкие заводы и упаковали все, что могли найти. Только две ракеты были собраны из предварительно подогнанных деталей.

Примерно 50 боевых головок были в хорошем состоянии, но для научных целей они оказались почти бесполезными из-за чрезмерной тяжести и отсутствия люков для установки приборов. По специальному заказу завод морских орудий изготовил новые боевые головки, в которых можно было размещать аппаратуру, а до этого ученым и инженерам пришлось довольствоваться немецкими боевыми головками. Имелось также 115 приборных отсеков, из которых больше половины оказалось в совершенно непригодном состоянии и требовало серьезного ремонта. Было вывезено, кроме того, 127 комплектов вполне исправных топливных отсеков, около 100 рам двигателя, большая часть которых была в хорошем состоянии, и 90 комплектов хвостовой части. Далее американские инженеры и ученые получили около 180 трофейных кислородных баков и такое же количество баков для спирта, примерно 200 турбонасосных агрегатов и 215 частично неисправных ракетных двигателей. Среди двигателей имелось много устаревших образцов, а также забракованных или не проходивших испытаний; несколько штук не были закончены производством. Из дополнительного оборудования в США было вывезено около 200 баков для перекиси водорода и столько же бачков для перманганата, 200 парогазогенераторов, 100 теплообменников, 200 комплектов клапанов, 40 гироскопов, с которых в Америке было изготовлено 140 копий, 350 реле, 500 сервомеханизмов и до 600 инверторов. Кабеля могло хватить по крайней мере на 100 ракет, однако американские инженеры сочли, что лучше использовать многожильный кабель, и после первых запусков выбросили весь запас немецкого кабеля.

Каждая ракета собиралась из только что испытанных деталей непосредственно накануне пуска, так как немцы предупредили своих американских коллег, что надежность работы ракет резко ухудшалась, если полностью собранные ракеты хранились на складе в течение более или менее продолжительного времени. В дальнейшем на полигоне стало правилом не запускать ракету, собранную более чем за 72 часа до старта.

Первым испытанием на полигоне в Уайт Сэндз было огневое испытание ракеты «Фау-2», проведенное на большом стенде в крутом склоне холма. Оно состоялось 15 марта 1946 года. Ракета грохотала на стенде в течение более одной минуты, и все кончилось благополучно. Первый пуск был назначен на 16 апреля. Хотя все детали и части испытывались непосредственно перед сборкой, они все-таки были не новыми, поэтому были приняты дополнительные меры предосторожности. Инженеры сконструировали специальное устройство аварийной отсечки топлива, которое по радиокоманде с наземной станции управления прекращало доступ топлива в двигатель. Случилось так, что это устройство пригодилось в первом же опытном пуске. Спустя всего 19 секунд после взлета ракета внезапно развернулась на 90° и устремилась на восток. Прежде чем устройство аварийной отсечки топлива вступило в действие, наблюдатели заметили, что стабилизатор № 4 разрушился. Расследование показало, что соответствующий этому стабилизатору графитовый газовый руль раскрошился вскоре после взлета и триммер стабилизатора № 4, приняв на себя всю нагрузку, ослабил свой стабилизатор. Для того чтобы предотвратить подобные аварии, все графитовые газовые рули впоследствии просвечивались рентгеновскими лучами, а затем покрывались слоем картона, который быстро сгорал после пуска маршевого двигателя.

10 мая 1946 года для представителей прессы и всех, кому случилось быть на полигоне, был проведен показательный пуск ракеты «Фау-2» под № 3. Демонстрация закончилась успешно, а вслед за этим состоялись летные испытания ракет № 4, 5 и 6, также прошедшие вполне удовлетворительно. Ракета под № 7 отклонилась от заданной траектории, однако это было замечено только теми, кто обслуживал следящее устройство. Ракета № 8 повела себя явно ненормально и взорвалась через 27 секунд после старта на высоте 5500 м. Причиной взрыва явилась авария турбонасосного агрегата, один из подшипников которого, работающий на перекачке жидкого кислорода, был густо смазан маслом. Загорание этого масла и привело к взрыву ракеты. Больше таких случаев на полигоне в Уайт Сэндз не наблюдалось.

Ракета № 9 работала безотказно, достигнув несколько большей высоты, чем ракета № 5, которой до этого принадлежал рекорд высоты. При испытании ракеты № 10 снова пришлось прибегнуть к устройству аварийной отсечки топлива; через 13,5 секунд после взлета эта ракета повела себя весьма странно: по-видимому, что-то случилось с системой управления ракеты, заставившей сервопривод одного из газовых рулей отклонить его в крайнее положение. В связи с этим некоторое время остальные газовые рули работали с перегрузкой, компенсируя неправильное положение первого руля. Спустя 20 секунд после взлета, когда наземные наблюдатели убедились, что устранить неисправность невозможно, было приведено в действие устройство отсечки топлива.

Неожиданными отклонениями от заданной траектории были отмечены и испытания ракет № 11 и 14. Первая развернулась на восток спустя 4 секунды после старта и пошла над землей на высоте около 100 м по траектории с незначительным восхождением. Вторая взлетела нормально, но через 4—5 секунд на мгновение «клюнула» носом; после этого ракета выровнялась и в течение следующих 2—3 секунд продолжала набирать высоту, затем «клевок» повторился более отчетливо. Ракета в это время, по-видимому, находилась на высоте около 180 м. Прежде чем кто-либо успел сообразить, что произошло с ракетой, она развернулась носовой частью на юг и, приобретя хорошую устойчивость, с ревом прошла над нашими головами в сторону расположения военного гарнизона в общем направлении на Эль-Пасо. Оператор, управлявший ракетой, точно приземлил ее за пределами военного городка.

Интересным опытным запуском, не входившим в программу исследований верхних слоев атмосферы, но являвшимся частью «проекта Гермес», был пуск ракеты «Фау-2» с палубы авианосца «Мидуэй» ¹. Он состоялся вблизи Бермудских островов 6 сентября 1947 года. Целью этих испытаний было проверить, может ли снаряд такого размера заправляться топливом и запускаться с палубы военного корабля, может ли корабль-ракетоносец продолжать движение во время пуска ракеты и будет ли он способен выполнять свои обычные функции сразу после запуска ракеты, а если нет, то сколько времени понадобится на то, чтобы восстановить нормальные функции корабля. Испытания дали положительный ответ на все три вопроса, однако сама ракета «Фау-2» потерпела аварию. Она взлетела под острым углом и взорвалась, покрыв расстояние всего лишь около 10 км.[29]

Еще один комплекс испытаний, явившийся новой фазой работы над «проектом Гермес», был известен под названием «операция Пушовер». Эта операция заключалась в том, чтобы специально взорвать полностью заправленную ракету «Фау-2», поднятую в воздух с военного корабля. Анализируя сводку этих испытаний (См. Приложение II.), можно подумать, что она отражает процесс медленного «старения» оборудования. В первых семи запусках ракетам не удалось подняться выше 150 км, что, вероятно, частично объяснялось недостатком практического опыта у экспериментаторов. Однако по мере того, как персонал приобретал больший опыт в подгонке деталей, были достигнуты более значительные результаты. Ракета № 9 поднялась на высоту 167 км, а затем, после двух неудачных попыток, ракета № 12 набрала высоту 164 км. Две следующие ракеты показали не очень хорошие результаты, а ракета № 14 вообще отказала, но зато ракеты № 16 и 17 взлетали на высоту соответственно 167 и 177 км.[30]

После этого высота пошла на снижение. Так, если ракета № 21 набрала высоту в 160 км, то все последующие уже не превышали ее. Это постепенное снижение максимальной высоты подъема ракет объяснялось не «старением» оборудования, хотя этот факт и мог оказать какое-то влияние, а постоянной модификацией ракет, обусловленной определенными целями и задачами, которые экспериментаторы ставили перед собой на различных этапах испытаний. У 24 ракет была существенно изменена форма, и это, по-видимому, отразилось на высоте их подъема. Более того, все время увеличивался стартовый вес ракет. Если сухой вес стандартной ракеты «Фау-2», включая боевую головку весом около 1000 кг, вначале составлял 4000 кг, то уже в 1946 году ракеты имели избыточный вес 72 кг, а в 1947 году они были на целых 180 кг тяжелее стандартных ракет. В 1948 году вес ракеты был увеличен еще на 239 кг, а в 1949 году он вырос до 4460 кг.

То, что «старение» оборудования оказывало лишь незначительное влияние, было доказано пуском ракеты, не входившим в программу испытаний. Эта ракета была запущена с единственной целью — определить, какой высоты она может достичь. Ракета поднялась на высоту 206 км.

Однако я снова забежал вперед. Появление ракеты «Фау-2» в Америке означало новую главу в истории сравнительно «древней» науки, разработка которой, можно сказать, началась примерно за 300 лет до этого. Я имею в виду то время, когда француз Перье поднялся с барометром на гору для того, чтобы определить, действительно ли давление воздуха там будет пониженным. «Человек, — сказал много позднее один знаменитый естествоиспытатель, — это существо, которое обитает на дне воздушного океана». К этому правильному заявлению следует, однако, добавить, что человек, хотя у него нет и не было достаточных оснований быть недовольным окружающей его средой, всегда мечтал оторваться от этого «дна», устремиться в самый воздушный океан и, если возможно, покинуть его пределы для того, чтобы ближе познакомиться с космическим пространством. Ракета «Фау-2» впервые открывала человеку дорогу в космос, хотя при этом она сама и оставалась всего лишь посланцем людей, которые, следя за ее полетом, должны были там, на «дне» воздушного океана, полнее и точнее познать явления у природы, с которыми они могут встретиться в космосе. Для познания этих явлений человеку были нужны чувствительные приборы, действующие на расстоянии, нужен был «механический посланец», который мог бы доставить эти приборы в такие места, куда человек не мог или не хотел забираться.

Первое представление об атмосфере, совпадающее с современным, было высказано в 1730 году доктором Эдмондом Хэлли, который отверг странное представление Аристотеля о кометах как об атмосферных явлениях. Хэлли довольно просто доказал, что кометы более удалены от нас, чем Луна, и что они, следовательно, находятся далеко за пределами земной атмосферы. В связи с этим неизбежно возникал вопрос, а какова высота атмосферы? Доктор Хэлли считал, что она составляет не более 72 км над уровнем моря и что атмосфера состоит из трех независимых слоев: самый нижний—простирается на высоту до 14,5 км и характеризуется постепенным падением температуры с увеличением высоты; следующий слой лежит на высоте от 14,5 до 29 км, и его основной характеристикой является равномерная и очень низкая температура. Предполагалось, что в верхнем слое, начинающемся с высоты 29 км, температура еще ниже.

Все это имеет удивительно современное звучание, за исключением того, что цифры, приводимые Хэлли, меньше современных. Хэлли не имел возможности солидно обосновать свои выводы, так как располагал лишь барометром и термометром, которые в ту пору все еще были весьма малочувствительными. Естественно, что единственным путем, позволявшим получить такие показания, был подъем с этими приборами на высокие горы. Только через 50 лет, с изобретением воздушного шара, появилась возможность подниматься в атмосферу даже в тех местах, где не было никаких гор. Новое средство было использовано без промедления. Чуть ли не первый поднявшийся в воздух воздушный шар (1 декабря 1783 года) нес с собой барометр и термометр, а ровно через год состоялся первый полет воздушного шара исключительно с целью проведения метеорологических исследований. Этот полет был организован в Англии американцем доктором Джоном Джефрисом из Бостона. Он взял с собой в гондолу шесть бугылок с дистиллированной водой, которые опорожнялись и закупоривались на разных высотах; таким образом отбирались пробы воздуха для последующего анализа. В гондоле также имелись морской компас, электроскоп, термометр, барометр и вполне надежный гигрометр для измерения влажности воздуха.

В течение последующих 50 лет проводилось очень много подобных исследований, причем иногда воздушные шары поднимались на огромную высоту. Примерно в это время был изобретен способ записывания показаний приборов на бумажной ленте, что значительно облегчило работу исследователей.

В 1874 году ученые Сивель и Кроче-Спинелли осуществили полет, поднявшись на высоту 7400 м, а в следующем году они вместе с Гастоном Тиссандье поднялись на воздушном шаре «Зенит» на 8840 м, то есть примерно на высоту Эвереста. Однако когда «Зенит» приземлился, в живых нашли только одного Тиссандье. Именно этот злополучный полет заставил метеорологов пересмотреть свою методику исследований. Ведь целью этих полетов было получение сведений о состоянии верхних слоев атмосферы, а эти сведения давали сами приборы. Метеорологи же на таких высотах оказывались вообще неработоспособными. Так почему же не запустить вверх только одни приборы, автоматически записывающие все данные? Эта идея, родившаяся в 1879 году у француза Бриссоне, была горячо поддержана всеми исследователями атмосферы. Опытные ученые могли не подвергать себя опасности, связанной с подъемом на большую высоту, да и материальные расходы становились гораздо меньшими. Все известные тогда приборы весили меньше, чем один воздухоплаватель, и это позволяло поднимать воздушные шары еще выше. Во Франции новым делом заинтересовались Гюстав Эрмит и Жорж Безансон, в Германии — профессор Ассман со своими учениками. Эрмит и Безансон начали опыты с небольшими воздушными шарами, устанавливая на них приборы, предельно освобожденные от лишних деталей. После долгих неудач им удалось к зиме 1892/93 года завершить создание первого ballon sonde — шара зонда, который был запущен 21 марта 1893 года близ Парижа и достиг высоты 15000 м. Первый воздушный шар группы профессора Ассмана был готов только к 27 апреля 1894 года. Однако словно в возмещение за потерянное время, он поднялся на рекордную тогда высоту—21 800 м.

Несколько лет спустя, в 1898 году, французский метеоролог Леон Тейсерен де Бор ввел в обиход несколько терминов, с которыми мы так хорошо знакомы сейчас. Как и профессор Ассман, он отмечал, что предположение Хэлли о существовании слоя атмосферы с постоянной температурой вполне подтвердилось его опытами. На больших высотах действительно была отмечена неизменная температура порядка —55°С (—67F); по-видимому, там отсутствовали и вертикальные потоки воздуха. Слоистость верхней части атмосферы, очевидно, заставила Тейсерена де Бора назвать ее стратосферой.[31]

Слой, расположенный ниже и отличающийся постоянно меняющейся температурой и наличием восходящих и нисходящих потоков, Тейсерен де Бор, если бы он был биологом, назвал бы «пойкилотермным».[32] Однако он счел вполне подходящим для обозначения этого слоя греческое слово «тропе» — превращение, изменение. Слой же, разделяющий стратосферу и тропосферу, был назван тропопаузой.

Позднее было установлено, что высота тропопаузы зависит от географической широты. Земля, как известно, не является идеальным шаром, а тропопауза делает ее еще больше непохожей на него. Кроме того, высота тропопаузы не остается постоянной в разное время года; в среднем же она составляет 6 км над полюсами, 11 км на широте 50° и 18 км над экватором.

Примерно через 20 лет после Тейсерена де Бора было установлено существование над стратосферой очень разреженного слоя, наличие которого было предсказано еще доктором Хэлли. Вследствие того что этот слой подвержен ионизации космическими лучами, он был назван ионосферой, а слой, разделяющий стратосферу и ионосферу, стал по аналогии стратопаузой.

Большой проблемой того времени являлось создание совершенных приборов. Из года в год точность и надежность приборов неуклонно возрастали: они становились более чувствительными и портативными. Усовершенствовались и аэростаты, которые поднимались все выше и выше, сначала на 10000 м, потом на 15000—20000 м и выше.[33] Большим недостатком аэростатов, однако, была трудность их отыскания после приземления. Вероятность отыскания приборов аэростата, запущенного на большую высоту, и сейчас еще составляет не более 50%. Единственным выходом из этого положения является передача показаний приборов по радио. Этот способ сейчас называют телеметрией, и он получил широкое применение не только в шарах зондах, но и в исследовательских высотных ракетах.

* - Рекорд высоты для небольшого аэростата с резиновой оболочкой без экипажа был установлен 8 ноября 1930 года в Германии (35900 м). Большие аэростаты с мягкой оболочкой, используемые в США с 1947 года. достигают высоты 30 500 м, а в отдельных случаях—38 000 м. (Прим. авт.)

Принцип телеметрии был изобретен еще в 1877 году голландским механиком Олландом из Утрехта. Естественно, радио тогда еще не было, но Олланд использовал вместо него электрические провода. Для того чтобы понять этот способ, представьте себе обыкновенные часы с тремя стрелками: часовой, минутной и секундной. Допустим, мы решили телеметрировать береговую станцию, которая регистрирует направление ветра и высоту прилива. Соединяем часовую стрелку с флюгером и добиваемся того, чтобы цифра «12» точно соответствовала северу, цифра «6» — югу и т. д. Минутную стрелку мы связываем с поплавком с целью получения данных о высоте приливов и отливов, а секундную оставляем , свободной с тем, чтобы она совершала один оборот по циферблату в минуту. Проходя мимо цифры «12», секундная стрелка всякий раз будет замыкаться с нею, посылая кратковременный электрический импульс по проводам. Когда секундная стрелка пройдет мимо часовой стрелки, указывающей направление ветра, она даст электрический импульс несколько иной длительности. То же самое произойдет, когда она законтактируется с минутной стрелкой, сигнализирующей о приливах и отливах. Следовательно, на другом конце проводов мы получим короткие импульсы через определенные промежутки времени, когда секундная стрелка замыкается с цифрой «12». Это так называемый масштабный импульс, или импульс масштаба времени. Импульсы другой продолжительности дают фактические отсчеты по измеряемым параметрам. Остается только измерить промежуток времени, отделяющий их от масштабного импульса. Если провода заменить передатчиком, то мы получим то, что называется радиотелеметрией.

Впервые принципы радиотелеметрии были использованы в приборах, поднятых на аэростате, примерно в 1925 году , русским профессором П. А. Молчановым . Талантливый ученый создал так называемый гребенчатый радиозонд, в котором регистрирующие перья приборов скользят по особым зубчатым металлическим гребенкам, являющимся электрическими контактами. Эта система была первой в своем роде, и усовершенствовать ее не удалось никому.Были испробованы и другие методы, также давшие положительные результаты. Финский ученый — доктор Вильхо Вайсаала передавал по радио показания приборов путем изменения длины несущей волны. Американская система, разработанная сотрудниками Бюро стандартов Даймондом, Хинмэном и Дансмором, основана на принципе модулирования несущей частоты. В одном из современных американских радиозондов используются пластинка с концентрическими канавками и чувствительные приборы с рычагами, которые контактируются с соответствующими канавками через определенные промежутки времени. На каждой канавке с помощью азбуки Морзе записаны сигналы, которые передаются с паузами в следующем порядке: давление, температура, влажность.

Случилось так, что пути развития таких, казалось, далеко отстоящих друг от друга отраслей техники, как производство телеметрических электронных приборов и ракетостроение, сошлись вместе. Когда появились большие ракеты-носители, телеметрические приборы и системы уже существовали. Нужно было только правильно соединить их в одном комплексе. В ходе различных испытаний ракеты «Фау-2» телеметрировались не только показания приборов, относящиеся к полезной нагрузке ракеты, но и ряд параметров самой ракеты. Так, например, на ракете имелся манометр, оборудованный телеметрической системой, передававшей информацию о давлении в камере сгорания двигателя; второй такой же манометр отмечал давление в кислородном баке. Кроме того, на ракете были установлены тахометр, телеметрировавший скорость вращения турбонасосного агрегата, и группа приборов, дававших сведения о положении графитовых рулей.

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.