Книга Ошибки мировой космонавтики - Александр Геннадьевич Яровитчук

полностью вышла из строя. Чтобы ее восстановить, астронавтам пришлось удалить часть информации.

Глава 8

Топливо

Разве я позволил бы себе налить даме водки? Это чистый спирт!

М. А. Булгаков. Мастер и Маргарита

Основоположник теоретической космонавтики Константин Эдуардович Циолковский предлагал использовать химические двигатели, то есть устройства, использующие для разгона топлива химическую реакцию. Дав идею, Циолковский подробно не углублялся в изучение свойств и особенностей горения и детонаций. Его выводы были основаны на простых размышлениях. Первое – надо использовать жидкости или газы, чтобы было удобнее контролировать горение. Твердые соединения по типу пороха будут взрываться сразу, подачу топлива нельзя прекратить, увеличить или уменьшить. Однако, когда инженеры приступили к реализации замысла Циолковского, обнаружилось, что для перемещения топлива из баков в двигатель или по двигателю нужны дополнительные системы, насосы, трубопроводы и так далее.

Тогда первопроходцам космонавтики пришла идея совместить позитивные свойства твердых и жидких веществ и создать некую смесь. В жидкий бензин химики добавляли канифоль, которая делала горючее более густым. Получалось что-то вроде вязкого желе. И насосы не нужны, и вроде как топливо не твердое. Вторым веществом химической реакции горения стал жидкий охлажденный кислород. По мере нагревания в баке кислород испарялся и создавал давление, которое выталкивало жидкую составляющую в двигатель. Именно на этом топливе и была создана первая в СССР гибридная ракета «Гирд-09».

Правда, перед этим было много проб и ошибок. Так, например, у инженеров встал вопрос, как дать двигателю первую искру. Химики подсказали использовать медленногорящие вещества – стронций и хлористый калий. Пока они тлели, можно было проводить зажигание. По запросу представителям ГИРД (группа изучения реактивного движения, создатели первых советских ракет) выдали по полкилограмма и того, и другого. Первым делом инженеры смешали оба материала, добавили еще кое-что и заложили в камеру сгорания. Туда же засунули длинный бикфордов шнур. Все дело проходило в подвале обычного жилого дома на Садовой-Кудринской улице в Москве. Спрятавшись за укрытие, испытатели подожгли шнур и стали ждать. Прошла пара минут, а эффекта не было. Тогда один из инженеров со словами: «Ну, все потухло» вышел из укрытия, но не прошел даже нескольких шагов. Рвануло так, что сотрясся весь дом, выбиты были стекла и слетели со стен картины. Не зная того, инженеры соорудили самую настоящую бомбу. Долго не было реакции из-за длинного бикфордова шнура – до смеси искра дошла далеко не сразу. Если не считать легкого оглушения, никто не пострадал. Жители дома после этого забаррикадировали выход из подвала в надежде прекратить опасные эксперименты. Сергею Королёву пришлось потратить много сил, чтобы договорится с милицией и своими соседями. Другие испытания двигателей и ракет проводились уже на полигонах на открытом воздухе.

С кислородом тоже не все было гладко. Чтобы испарение происходило быстрее и чтобы давление было больше, баки нужно было делать из меди. Однако этот металл, хотя и хорошо проводит тепло, не является очень прочным. От переизбытка давления баки ракеты просто взрывались. У инженеров было два варианта: сделать более толстые стенки или взять другой материал. В целях облегчения ракеты был выбран второй вариант. Позже баки делались из авиационного дюралюминия. Это увеличило прочность, но двигатель сразу стал работать хуже, так как кислород в него поступал под меньшим давлением.

Конструкторам было непросто изучить эти особенности быстро. Все очень боялись концентрированного кислорода. Ходило много слухов о взрывоопасности этого газа при попадании в него органических материалов. Хотя слухи появились не на пустом месте, все-таки во всех этих историях фигурировал газ, а не доведенная до температуры –183 °C жидкость. Для начала химической реакции необходима была энергии или тепло, которого в случае с охлажденным кислородом не было. В какой-то момент после невыполненных экспериментов, когда еще оставался окислитель, инженеры начинали с ним «развлекаться». Например, клали цветок в эту страшно холодную жидкость, тот очень быстро замерзал и становился твердым. После этого растение можно было разбить как стеклянный бокал. Такие шутливые опыты успокоили инженеров и ускорили работу, развеяв страх. Но эта веселая расслабленность сыграла и злую шутку. В одном из испытаний для зажигания использовались электросвечи, как в автомобиле, но двигатель не запустился. Тогда инженеры перекрыли подачу кислорода и решили поджечь установку за счет своеобразного факела. Они взяли метровую палку, намотали на нее марлю, смочили в бензине и подожгли. Как только открытый огонь поднесли к двигателю, раздался мощный взрыв. В камере сгорания после предыдущего неудачного эксперимента остался жидкий кислород, который на воздухе испарялся и становился газом. Наружу он выходил медленно, так как был немного тяжелее окружающего атмосферного воздуха. Сгущенный бензин, который никуда не делся, тоже испарялся. Последовал закономерный результат – взрыв. На удивление никто не пострадал, даже тот человек, что держал в руках палку и находился фактически в эпицентре. В этот раз вся история произошла на полигоне, а не в подвале дома на Садово-Кудринской.

Тут же обнаружилась еще одна проблема. Жидкий кислород выталкивался в камеру сгорания струями, которые били в конкретную точку двигателя. Там жидкость смывала сгущенный бензин и оголяла стенки. Это место очень быстро прогорало, и двигатель разрушался.

Инженеры попробовали и жидкий бензин. Во время испытаний двигателя для ракетоплана РП-1 техники изрядно намучались с детонацией такого топлива. Бензин состоит из смеси горючих материалов. Одни лучше воспламенялись, другие хуже, и потому инженерам никак не удавалось стабилизировать работу. Давление внутри камеры сгорания скакало от 2 до 8 атмосфер. Чаще всего двигатель расходился по сварному шву или по месту, где система охлаждения имела проблемы. Например, в одном из проектов разные части оболочки охлаждались воздухом и жидким кислородом. Камера сгорания разрушилась как раз на стыке этих систем.

Еще одна проблема бензина – он достаточно легко испаряется и пузырится. Для двигателя важно, чтобы топливо из него не возвращалось в топливный бак. Для этого используются специальные клапаны. Если один из них был некачественным или установлен неплотно, то бензин мог попасть в топливопровод и закупорить его. В лучшем случае это приводило к тому, что двигатель переставал работать, а в худшем – к взрыву.

Далее работы шли по двум направлениям. Одна группа инженеров продолжила мучиться с бензином, придумывая способы упрочнения двигателя. Заранее скажем, что хоть ракеты с таким топливом и летали, но недалеко. Тем не менее наработки остались и потом использовались при создании двигателей на керосине.

Вторая группа предпочла спирт. В отличие от бензина и керосина это вещество можно получать без примесей. Спирт горел в двигателях ровно и спокойно, не провоцируя взрывов. Это был идеальный выбор. Число ракет на спирте стало быстро увеличиваться. Однако этот вид топлива был дорог и ценен с