Интересное из истории авиации. Часть 3

Продолжение.
Часть 1 http://proza.ru/2020/10/08/371
Часть 2. http://proza.ru/2020/10/09/296

История создания ракетного самолета является частью истории развития ракет, а сам ракетный самолет может быть назван побочным продуктом ракетных исследований. Вот, например, какую версию развития этой отрасли техники предлагает известный американский историк и популяризатор ракетного дела Вилли Лей. В 1928 году немецкий изобретатель Макс Валье предлагал превратить обычный самолет в ракетный путем простой замены двигателей внутреннего сгорания ракетными. Он утверждал, что в дальнейшем, постепенно совершенствуя двигатели и сокращая площадь несущих поверхностей, можно будет создать из такого самолета пилотируемую космическую ракету.

Первые опыты Валье проводились летом 1928 года; они были составной частью экспериментов Опеля по использованию на самолетах ракетных двигателей. Самолет представлял собой планер - тогда еще нового типа "утка". 11 июня 1928 года этот самолет в первый и последний раз поднялся с горы Вассеркуппе в Западной Германии.

Ракетные двигатели для эксперимента были созданы Зандером, самолет предоставлен обществом "Рён-Росситен Гезельшафт", а финансировал все это дело сам Опель. Перед испытанием полноразмерного планера испытывались небольшие его модели. Опытами руководил А. Липпиш, а обязанности пилота этого первого ракетного планера выполнял Фридрих Штамер. Для испытаний Зандер разработал пять типов ракет, три - для моделей планеров и два - для полноразмерного планера.

Естественно, что первые испытания были проведены на моделях. Это были так называемые "бесхвостки" с размахом крыла немногим более 210 сантиметров и весом около 13 килограммов. На первой из них установили одну из мощных ракет с тягой 75 килограммов. Как и следовало ожидать, крылья и элероны модели оказались для столь мощной ракеты просто помехой; ракета мгновенно подняла модель вертикально вверх, а когда кончилось топливо, модель упала на землю.

В третьем опыте модель, снабженную небольшой ракетой на твердом топливе, запустили с деревянной пусковой направляющей с помощью автоматически сбрасываемого резинового троса. Модель оказалась достаточно устойчивой в воздухе и совершила длительный полет. Четвертое испытание во многом походило на первое. Модель с установленной на ней очень мощной ракетой покинула направляющую, по выражению Липпиша, "как снаряд", и поднялась на высоту около 100 метров. Теперь уже было совершенно ясно, что одна ракета достигла бы в десять раз большей высоты; крылья же, встречая огромное сопротивление воздуха, резко снижали эффективность. Достигнув максимальной высоты, модель перевернулась на спину, пролетела так еще несколько секунд, а затем, совершив переворот через крыло, приняла нормальное положение и долго планировала.

В пятом испытании крылья модели не выдержали. Они не были рассчитаны на перегрузки, которые возникают при разгоне до скорости 560 километров в час меньше чем за 3 секунды. Крылья сломались, и модель камнем упала на землю, когда двигатель перестал работать.

Тем не менее, эти опыты позволили сделать определенные выводы относительно возможности установки ракет на планер. Экспериментаторы отказались от ракет с тягой 360 килограммов, а остановились на двух типах ракет с тягой соответственно 12 и 15 килограммов. Поскольку пилот мог допустить ошибку, воспламенение ракет осуществлялось электрическим запалом, рассчитанным на последовательное включение ракет. Это была правильная предосторожность. Для запуска планера с земли использовался обычный резиновый трос. Пилот не должен был включать ракеты, пока планер не поднимался в воздух и не освобождался от троса.

Несмотря на все эти приготовления, первые две попытки поднять в воздух планер закончились неудачей: что-то случилось с резиновым тросом, а Штамер включил один из двигателей еще до того, как планер оказался в воздухе. Топливо выгорело, но скорость планера не увеличилась. Во второй раз Штамеру удалось подняться в воздух, но при выравнивании планера он обнаружил какую-то неисправность и сделал посадку, пролетев около 200 метров. Планер был возвращен на стартовую площадку, и второй двигатель был снят. После осмотра системы зажигания на планер установили два ракетных двигателя на твердом топливе с тягой по 20 килограммов. Расстояние, которое планер пролетел на этот раз, составило около 1,5 километров, а весь полет длился немногим более одной минуты.

При следующем полете предполагалось перелететь через небольшую гору. Запуск прошел хорошо, и, когда планер поднялся в воздух, была включена первая ракета. Через 1-2 секунды она с грохотом взорвалась. Горящие куски пороха мгновенно подожгли планер, однако пилот сумел резким маневром сбить пламя и посадить планер. Сразу после посадки загорелась, но, к счастью, не взорвалась вторая ракета. Планер был почти уничтожен, и потому общество "Рён-Росситен Гезельшафт" отказалось от продолжения опытов. Его руководители, по-видимому, пришли к выводу, что ракеты для этой цели не годятся.

После этого разработкой планера с ракетным двигателем стала заниматься фирма "Рааб-Катценштейн" в Касселе. Она построила бесхвостый самолет, сходный по конструкции с "бесхвосткой" Липпиша, но рассчитанный на одного пилота и, возможно, даже на пассажира. По неизвестным причинам первые полеты закончились неудачно, и фирма также отказалась от опытов. Не сдался один только Опель, который тоже был как-то связан с этим проектом.

Планер Опеля был готов к летным испытаниям 30 сентября 1929 года. Для запуска применялась деревянная направляющая длиной около 21 метра. Здесь не было ни резинового троса, ни какого-либо другого стартового устройства: взлет осуществлялся только с помощью ракет. Первые два испытания, проведенные ранним утром 30 сентября, не были успешными. Ракетные двигатели не развили достаточной тяги, чтобы оторвать планер от земли; он сделал всего лишь несколько коротких прыжков.

После завтрака Опель сделал еще одну попытку, на этот раз удачную. Планер поднялся в воздух и совершил полет продолжительностью около 10 минут; максимальная скорость планера составила 160 километров в час. Но во время посадки загорелись крылья, в результате чего аппарат сильно пострадал и оказался совершенно непригодным для дальнейшего использования. Каким-то чудом Опелю удалось спастись из разрушившегося при посадке планера, но на том его эксперименты завершились.

Эстафету, оброненную Опелем, подхватил австрийский инженер Эйген Зенгер. Он, несомненно, был одним из первых конструкторов подобных самолетов, который решал задачи не вслепую, а на серьезной научной основе.

Зенгер начал карьеру специалиста-ракетчика с широкой серии испытаний ракетных двигателей в лабораториях Венского университета. В то время он работал главным образом с одной моделью - сферической камерой сгорания диаметром около 50 миллиметров. Сопло двигателя было необычайно длинным (25 сантиметров), причем диаметр среза сопла равнялся диаметру камеры сгорания. Камера сгорания и примыкающая к ней часть сопла были снабжены рубашкой охлаждения, в которую под большим давлением подавалось топливо. Оно выполняло две функции: охлаждало камеру сгорания и компенсировало давление, создаваемое в ней продуктами сгорания.

В качестве горючего Зенгер использовал летучие продукты нефти; впрыск производился насосами такого типа, которые применяются в дизельных двигателях. Кислород подавался непосредственно в камеру сгорания под давлением; но вместо жидкого кислорода Зенгер использовал газообразный, подаваемый непосредственно из обычного стального баллона, имевшего редукционные клапаны.

Небольшой ракетный двигатель подвешивался к каркасу из стальных труб, который мог перемещаться только в горизонтальном направлении, сжимая пружинное устройство замера тяги.

Время работы двигателей Зенгера было необычно большим. Испытание продолжительностью 15 минут являлось для него вполне нормальным. Многие двигатели работали в течение 20 минут, а один - в течение получаса. Двигатели развивали тягу порядка 25 килограммов, при этом скорость истечения составляла, как правило, 2000-3500 м/сек. Зенгер еще тогда был уверен - и дальнейшее развитие ракетной техники подтвердило правильность его взглядов, - что проблемы создания более крупных ракетных двигателей практически вполне разрешимы.

Следующим шагом исследователей была разработка технических требований, предъявляемых к конструкции ракетного самолета. Оберт, работавший в свое время над этой проблемой, указывал, что самолет с ракетным двигателем может обладать большим радиусом действия, если он будет взлетать почти вертикально, выравниваться на большой высоте, развивать максимальную скорость за счет использования всего топлива в возможно короткое время и в дальнейшем переходить на скоростное планирование. Зенгер пришел примерно к тем же выводам, но он решал проблему в основном с точки зрения конструктора самолета. Он высказался в защиту наклонного старта под углом 30°, но в остальном его метод был таким же, как у Оберта. Приняв время горения равным 20 минутам, он рассчитал, что общее полетное время ракетного самолета составит несколько более... одного часа, а средняя скорость - 2500 километров в час.

Зенгер значительно опередил время, он потряс своим проектом не только немецких, но и советских, а также американских исследователей.
Уже после войны его труд, выпущенный в 1944 году весьма ограниченным тиражом (100 экземпляров) под грифом "Совершенно секретно", в качестве военного трофея достался генералу Болховитинову и его сотрудникам. Те быстро перевели отчет и были потрясены.

В работе, озаглавленной "Дальний бомбардировщик с ракетным двигателем", очень обстоятельно анализировались технические возможности создания пилотируемой крылатой ракеты большого тоннажа. Авторы - Э. Зенгер и И. Бредт - убедительно показывали на основе номограмм и графиков, что с предлагаемым жидкостным ракетным двигателем тягой в 100 тонн возможен полет на высотах 50-300 километров со скоростями 20 000-30 000 километров в час и дальностью полета 20 000-40 000 километров! Были подробно исследованы физико-химические процессы сгорания топлив при высоких давлениях и температурах, энергетические свойства топлив, включая эмульсии легких металлов в углеводородах; предложена схема замкнутой прямоточной паросиловой установки в качестве системы, охлаждающей камеру сгорания и приводящей в действие турбонасосный агрегат.

Новыми для наших аэродинамиков оказались и проблемы аэродинамики самолета, имеющего скорость, в 10-20 раз превышающую скорость звука. Далее описывались системы стартовых устройств, динамики взлета и посадки. Особо тщательно, видимо, чтобы заинтересовать военных, были разработаны вопросы бомбометания с учетом огромной скорости бомбы, сбрасываемой с такого самолета до подхода к цели.

Интересно, что уже тогда, в начале 1940-х годов, Зенгер показал, что для космического самолета старт без вспомогательных средств неприемлем. Им предлагался старт при помощи катапульты с горизонтальной дорожки с доведением скорости самолета до величины, большей скорости звука.

Комментируя расчет и наглядные графики полета, Зенгер и Бредт писали: "Взлет осуществляется при помощи мощного ракетного устройства, связанного с землей и работающего в течение примерно II секунд. Разогнавшись до скорости 500 м/с, самолет отрывается от земли и на полной мощности двигателя набирает высоту от 50 до 150 километров по траектории, которая вначале наклонена к горизонту под углом 30°, а затем становится все более и более пологой...

Продолжительность подъема составляет от 4 до 8 минут. В течение этого времени, как правило, расходуется весь запас горючего... В конце восходящей ветви траектории ракетный двигатель останавливается, и самолет продолжает свой полет благодаря запасенной кинетической и потенциальной энергии путем своеобразного планирования по волнообразной траектории с затухающей амплитудой...

В заранее рассчитанный момент бомбы сбрасываются с самолета. Самолет, описывая большую дугу, возвращается на свой аэродром или на другую посадочную площадку, бомбы, летящие в первоначальном направлении, обрушиваются на цель...

Такая тактика делает нападение совершенно не зависящим от времени суток и погоды над целью и лишает неприятеля всякой возможности противодействовать нападению...

Соединение из ста ракетных бомбардировщиков способно в течение нескольких дней подвергнуть полному разрушению площади, доходящие до размеров мировых столиц с пригородами, расположенные в любом месте поверхности земного шара".

Общий взлетный вес конструкции бомбардировщика составлял 100 тонн, из них 10 тонн - вес бомб, посадочный вес принят 10 тонн. При этом за счет уменьшения дальности полета вес бомбовой нагрузки мог быть увеличен до 30 тонн.

Дальнейшие работы по воплощению в жизнь проекта ракетного бомбардировщика предлагалось подразделить на 12 стадий, в которых основное время отводилось стендовой отработке двигателя, стендовым испытаниям взаимодействия двигателя и самолета, испытаниям стартового устройства и, наконец, всем этапам летных испытаний.

Таким образом еще в разгар войны германские специалисты предлагали бомбардировщик, применение которого (да еще в сочетании с атомной бомбой) могло действительно повернуть ход истории. Но почему же на его исполнение не были брошены все силы немецкой индустрии?

Причин тому было несколько. Во-первых, нацистская верхушка оказалась неспособной воспринять революционность идеи. До Гитлера она вообще, кажется, не дошла. А если и дошла, то не была им воспринята. В ракетных же кругах проект Зенгера был воспринят весьма настороженно: его осуществление могло помешать программе создания ракеты А-4 и другим чисто ракетным программам Пенемюнде. И воспользовавшись тем, что речь тут шла все-таки о самолете, попытались спихнуть проект чинам "люфтваффе"; ракетная же техника находилась в ведении командования сухопутных войск.

Ну а там посчитали, что такой проект потребует не менее четырех-пяти лет напряженной работы до первого полета. До него ли сейчас? Да и вообще Зенгер с Бредтом были чужаками среди авиаторов...
В общем, проект потихоньку спустили на тормозах и постарались о нем забыть.

Насколько правы были критики проекта? Давайте рассуждать логически. После первого шока наших специалистов: как-никак в нашем РНИИ только в 1943 году получили надежный ЖРД с тягой 1,5 тонн, Исаев мечтал через год-два довести двигатель до тяги 2-3 тонны, а тут в 1944 году из Польши привезли двигатель "Фау-2" с тягой почти под 30 тонн, в 1945 году обнаружено предложение создать самолет с тягой двигателя в 100 тонн (!), пришло отрезвление.

Прилетевший в июне в Берлин из Москвы заместитель Болховитинова профессор МАИ Генрих Наумович Абрамович, познакомившись с трудом Зенгера, сказал, что такое обилие газокинетических, аэродинамических и газоплазменных проблем требуют глубокой научной проработки. И до конструкторов дело дойдет, дай бог, лет через десять: "Ракету сделать легче, чем такой самолет".

Но и он оказался чрезмерным оптимистом. Ныне мы можем сказать, что предложение Зенгера опередило время по крайней мере на 25 лет. Первый космический самолет в виде "Спейс шаттла" полетел впервые только в 1981 году. Но он стартовал вертикально, как вторая ступень ракеты. А настоящего воздушно-космического аппарата с горизонтальным стартом нет до сих пор.

В современной Германии проектируется воздушно-космическая система, названная в честь пионера этой идеи "Зенгер". В работе над этой программой участвуют крупнейшие немецкие авиационные фирмы. Космический самолет проектируется на базе перспективной, но реализуемой техники и предназначается для транспортировки различных грузов в космос при снижении стоимости, обеспечении безопасности, надежности и универсальности применения.

От проекта 1940-х годов он отличается принципиально тем, что горизонтальный разгон осуществляет не катапульта, а специальный самолет-разгонщик, на спине которого укреплен собственно космический самолет, способный вывести на околоземную орбиту высотой до 300 километров те же 10 тонн.

Конечно, Эйгену Зенгеру в 1944 году и не снились те материалы, двигатели, методы навигации и управления, над которыми работают теперь немецкие ученые, имеющие доступ к достижениям передовых космических технологий. В конце концов, видимо, он и сам понял некоторую фантастичность своей разработки. Он умер относительно недавно, примирившись с мыслью, что уже не увидит самолет, названный его именем.

Так что и в данном случае надежда на чудо-оружие не оправдалась бы, будь на ее осуществление и брошены все силы третьего рейха. Так что в Пенеменюнде правильно отдали предпочтение проекту А9. И мы еще будем говорить об этом подробно в следующей главе.

Доктор Зенгер не имел ничего общего с ракетными самолетами, построенными или проектировавшимися немцами во время Второй мировой войны, такими как "Мессершмитт" Ме-163В ("Комета"), самолет-разведчик DFS-228 или разведывательный вариант двухдвигательного бомбардировщика DFS-346, способного теоретически подняться на 30 километров и развить скорость 2700 километров в час. На всех этих самолетах были установлены ракетные двигатели, разработанные на заводе Вальтера в Киле. Как уже говорилось, впервые в Германии перекись водорода высокой концентрации была получена в промышленных масштабах в 1936 году.

В некоторых двигателях Вальтера она использовалась в качестве окислителя с определенным топливом; эти двигатели получили название "горячих". В других двигателях 80-процентная перекись водорода служила источником энергии, получаемой в результате ее каталитического разложения; эти двигатели стали называться "холодными".

Первым ракетным двигателем Вальтера для самолетов был двигатель R.I., прошедший летные испытания в 1937 году на самолете "Хейнкель", на котором был оставлен и обычный поршневой двигатель. На испытаниях двигатель создавал тягу около 350 килограммов при секундном расходе топлива порядка 3,3 килограмма.

В том же году министерство авиации Германии обратилось к Липпишу с просьбой спроектировать скоростной истребитель, при этом ему была указана только мощность двигателя, который должен был быть установлен на самолете. Проект, разработанный Липпишем, условно обозначался DFS-194 - по начальным буквам названия немецкого научно-исследовательского института безмоторного полета, где Липпиш проработал много лет.

"Строить проще и быстрее!" - таков был лозунг того времени в Германии, оказавшейся на грани военной катастрофы. Никаких дорогих материалов, ничего несбыточного. Надо учиться делать самолеты из того, что под руками.

Модель, предложенная Липпишем, - Р 12 - в точности отвечала всем требованиям. Планировалось, что новый самолет оснастят прямоточным воздушно-реактивным двигателем, несложным и дешевым, - именно таким двигателем была снабжена "летающая бомба" Fi 103. Топливо тоже было самым доступным: смесь угольного гранулята и мазута.

На том, впрочем, конструктор не успокоился. После многочисленных переделок на его чертежной доске возник Р 13а: проект "бесхвостого" самолета, который состоял фактически из двигателя и крыла...

В общем, Липпиш предложил сверхзвуковой истребитель, отличительной особенностью которого стало свободнонесущее треугольное крыло: стреловидность по его передней кромке равнялась 60 градусам, а толщина профиля достигала 15 процентов. Посредине крыла был размещен прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД); топливом служил уголь, а регулировать в широком диапазоне выхлопных газов помогали клапаны.

Кроме того, конструктор предлагал оснастить самолет Р 13а еще и ракетным двигателем, чтобы разогнать машину до скорости 150 километров в час, когда включится ПВРД.

Вертикальное оперение, по идее Липпиша, выглядело так: треугольный киль, частично остекленный и установленный по линии симметрии крыла, то есть посредине его. Стреловидность киля тоже равнялась 60 градусам. Внутри него и помещался пилот. Толщина профиля составила 17,5 процентов; все кромки крыла и носовая часть руля были скруглены. Дизайн не предусматривал никаких шасси. Вместо этого имелись полозья - они располагались по центру крыла и выдвигались перед посадкой.

Чтобы проверить летные особенности этой необычной модели, в мае 1944 года на горе Шпитцерберг под Веной начались летные испытания модели Р 13 уменьшенных размеров. В августе 1944 года поведение модели стали изучать в Геттингене, в сверхзвуковой аэродинамической трубе, принадлежавшей Аэродинамическому испытательному обществу (AVA). Наконец, решено было опробовать на практике пилотируемую модель, выполненную один к одному, с точным соблюдением размеров - но из дерева и без двигателя.

Заказ на строительство этого самолета получила летно-техническая группа (FFG), действовавшая при Дармштадтском политехническом институте. Однако в ночь с 11-го на 12-е сентября 1944 года были разбомблены помещения и цеха, принадлежавшие летно-технической группе. Все, что удалось спасти, вывезли в другие города.

Тогда Липпишу помог Лео Шмидт. Он представлял Немецкий экспериментальный аэронавигационный институт и курировал работу летно-технической группы. Благодаря его стараниям недостроенную модель D 33 доставили на аэродром в местечке Прин, что на озере Химзе. Там располагался ангар мюнхенской летно-технической группы, там - при участии ее сотрудников - можно было достроить самолет. Теперь его назвали DM 1 (буква D означала Дармштадт, М - Мюнхен).

Планировалось, что буксир выведет ракетоплан, прикрепленный к нему с помощью трехточечной сцепки, на определенную высоту. Здесь их разъединят, и летательный аппарат будет скользить по наклонной траектории. Пороховые ракеты помогут разогнать его до 800 километров в час. Такова была схема испытания.

В начале 1945 года в распоряжении испытателей были два новеньких аппарата "Siebel 204 A". Они предназначались для буксировки. За аэромеханику и летные характеристики машины, а также за предстоявший полет отвечал Ханс Цахер. Он был сотрудником Немецкого научно-исследовательского института планеризма. По всей вероятности, он стал бы и первым пилотом DM-1, но война уже подходила к концу и опробовать новый самолет на практике так и не пришлось.

Третьего мая 1945 года американские войска заняли аэродром в Прине и обнаружили там наполовину достроенную модель DM 1. Американцы тотчас взяли под строгую охрану эту уникальную "небесную птицу", рассчитывая достроить и испытать ее.

Поначалу американцы планировали провести летные испытания модели DM 1 прямо на месте, в Германии. В их распоряжении имелся такой надежный буксир, как Douglas C-47. Однако вскоре было решено, что ракетоплан лучше будет тщательно опробовать в США. Итак, солдаты ВВС США упаковали самолет в подходящий по размерам ящик и закрепили его так, чтобы он не пострадал от морской качки. Американцы не забыли даже "рассчитаться" с немцами за этот трофей. Они выдали местным властям квитанцию, указав, что изъяли самолет в счет репарационных платежей.

Однако после цикла испытаний инженеры из Лэнгли остались недовольны подъемной силой и условиями обтекания. Липпиш объяснил это влиянием так называемого числа Рейнольдса (оно характеризует слишком ранний срыв потока). Тогда попробовали пристроить к носовой части крыла "острую кромку". Показатели улучшились. В рамках экспериментов модель DM 1 много раз перестраивали - часто до неузнаваемости. Результаты работ были обобщены в отчете НАСА. На том все, собственно, и кончилось. Еще одна надежда на чудо-птицу не оправдалась.

Продолжение следует.