История ракет-носителей

Идеи космических полётов будоражили умы многих писателей-фантастов задолго до первого полёта человека в космос. Жюль Верн, Герберт Уэллс и другие предлагали различные, часто, фантастические способы полётов на Луну, межпланетные экспедиции. Их идеи толкали многих учёных на научные изыскания, двигали технический прогресс.

Из всех предлагаемых вариантов преодоления земного притяжения самым реальным стала космическая ракета. Поскольку за пределами атмосферы Земли перемещаться с помощью крыльев и пропеллеров невозможно, то реактивный способ движения стал единственным из возможных.

Ракета – летательный аппарат, двигающийся благодаря реактивной тяге, возникающей только при отбросе части собственной массы аппарата (как правило, сгорающего топлива).

Ракеты известны человечеству очень давно. По разным версиям в период со II по X век в Китае изобрели порох, а, примерно в XIII веке, стали использовать его в первых ракетах - фейерверках, и, немного позднее, как оружие.

Изобретения китайцев попали и в Европу. Жил в XVI веке в Священной Римской Империи потомственный пиротехник Конрад Хаас. Во время своей службы в армии он увлечённо вёл научные изыскания в области применения ракет, как для войны - по долгу службы, так и для мира - в качестве носителя фейерверка. Он разработал стабилизаторы полёта (подобие оперения стрелы), сопла ракет в виде колокола, а также концепцию многоступенчатости ракет (рисунок 1). А ещё в Рукописи Сибиу, дожившей до наших дней, встречаются рисунки ракет, несущих в головной части некую «башенку» с дверью и окнами (рисунок 2). Что это, если не идея пилотируемых полётов?

Вернёмся к концепции многоступенчатости ракет. Для достижения большей скорости Хаас догадался соединять несколько ракет в одну, разделяющуюся в полёте. Так как масса полезной нагрузки даже в самых современных ракетах-носителях (РН) не превышает 2% общей массы ракеты, а остальное это корпус, двигатели и топливо, получается, что выгоднее отстреливать ступени, выработавшие свой запас топлива. Таким образом, общая масса ракеты уменьшается, и следующая ступень, включившаяся в работу, несёт меньшую массу, а, соответственно, тратит меньше топлива.

Но многоступенчатая ракета на твёрдом топливе не достигнет космических высот, так как порох далеко не самое мощное горючее вещество. Для этого требуется совершенно иной вид топлива, и он был найден одним из основоположников космонавтики, великим русским учёным Константином Эдуардовичем Циолковским. В 1903 году он предложил конструкцию ракеты на жидком двухкомпонентном топливе (рисунок 3). Однако рабочего прототипа в тот момент построено не было.

Первый рабочий прототип многоступенчатой ракеты на жидком топливе предложил американский учёный Роберт Х. Годдард в 1914 году. Построена и запущена ракета Годдарда была в 1926 году.

В XX веке научные изыскания в области ракетостроения шли практически одновременно во многих странах. Часто учёные общались между собой, вели переписку. Советский учёный Юрий Васильевич Кондратюк (настоящее имя - Александр Игнатьевич Шаргей) в 1919 году в своей книге «Тем, кто будет читать, чтобы строить» предложил принципиальную схему четырёхступенчатой ракеты на кислородно-водородном топливе и даже рассчитал траекторию полёта к Луне, которую потом использовали в NASA для лунной программы «Apollo». Её так и назвали «трассой Кондратюка» (рисунок 4). Талантливый немецкий учёный Герман Оберт, также как и К.Э. Циолковский, вдохновлённый романами Жюля Верна, с юного возраста проводил исследования в части создания ракет, способных преодолеть земное притяжение. Опередив всех, в 1917 году он сконструировал 25-метровую ракету, работающую на спирте и жидком кислороде, с гироскопом для стабилизации. Военные узнали о нём, но финансировать строительство в тот момент отказались.

В 1914 году случилась Первая мировая война, по завершению которой проигравшая Германия подписала Версальский договор, запрещающий ей иметь военную авиацию, подводный флот и бронетехнику. Чтобы обойти указанные ограничения Германия стала развивать ракетостроение.

В 1934 году секретную программу исследований в области ракетостроения Управления вооружений Третьего рейха, несмотря на юный возраст, возглавил немецкий учёный, будущий «отец» американской космической программы Вернер фон Браун. Вернер с детства был очарован идеей космических полётов, а Герман Оберт оказал большое влияние на его профессиональную ориентацию своей книгой «Ракета для межпланетного пространства». Сам Оберт в дальнейшем трудился под началом фон Брауна. 

В 1942 году, в разгар Второй мировой войны, фон Брауном были проведены успешные испытания первой в мире баллистической ракеты дальнего действия «Фау-2» (другое название А-4) (рисунок 5). Ракета была одноступенчатой, имела жидкостный ракетный двигатель, работающий на этиловом спирте и жидком кислороде. Она была «оружием возмездия» Адольфа Гитлера, унесшим тысячи человеческих жизней, но в дальнейшем положила начало космической эре. 

В мае 1945 года Вернер фон Браун добровольно сдался в плен американцам. Также США завладели примерно сотней готовых образцов ракет А-4. Советскому Союзу по итогам войны достались лишь документация по проекту и некоторые отдельные конструктивные элементы. 

В период Холодной войны в СССР и США началось бурное развитие различных ракетных проектов, к счастью, не только военных, но и мирных. В Советском союзе под руководством выдающегося советского учёного-конструктора на основании полученных документов проекта «Фау-2» создавалась легендарная двухступенчатая межконтинентальная баллистическая ракета Р-7, породившая целую плеяду ракет-носителей, включая ракету-носитель «Спутник», выведшую на орбиту Земли первый искусственный спутник 4 октября 1957 года и первое живое существо, собаку Лайку 3 ноября 1957 года. Трёхступенчатая ракета-носитель «Восток», которая 12 апреля 1961 года вывела на орбиту одноимённый корабль Юрия Алексеевича Гагарина, тоже разработана на базе ракеты Р-7. В США на ракетах-носителях семейства «Redstone», потомках «Фау-2», совершили суборбитальные полёты шимпанзе Хэм 31 января 1961 года и астронавт Алан Шепард 5 мая 1961 года. Ракета-носитель другого американского проекта «Atlas» доставила в космос корабль американского астронавта Джона Глена – третьего человека в космосе, после Ю.А. Гагарина и Г.С. Титова (6 августа 1961).