Путешествия в космос

Развивая свою идею, Варваров считает, что переход с одного типа двигателя на другой в дальнейшем можно будет осуществлять, не сбрасывая двигатели, а меняя корабли. Космический корабль для взлета с Земли превращается в целую серию аэропланов, предназначенных для полета на разных высотах и с разными скоростями. Сыграв свою роль, эти самолеты, ведомые собственными экипажами, опускаются на Землю.
Идея Н. А. Варварова — сменять на различных этапах взлета тип двигателя — бесспорно содержит рациональное зерно. В настоящее время имеются уже довольно детально разработанные проекты высотных ракет, в которых использована эта мысль. Так, в иностранной печати имеются сообщения о проекте составной ракеты для запуска искусственного спутника, первая ступень которого состоит из турбореактивных двигателей, подобных тем, что устанавливаются на современных реактивных самолетах. Это позволяет хотя бы на первом этапе пути использовать кислород не из баллонов, а из окружающего воздуха и тем самым несколько снизить взлетный вес составной ракеты.
 
 Так представляют себе некоторые ученые старт космического корабля. Целый ряд двигателей сменит он на пути в небо. Первоначальную скорость ему придает, сбросив его с наклонной эстакады, электрическая платформа. Турбореактивные двигатели, подвешенные под крыльями, пронесут корабль со все возрастающей скоростью сквозь плотные слои атмосферы. Затем включаются прямоточные воздушно-реактивные двигатели, а сменит их жидкостный реактивный двигатель, и только вторая ступень жидкостной ракеты отправится в космический рейс. Отработавшие двигатели и части космического корабля будут сбрасываться. 
 
  
ЖИДКОСТНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
 
 
 Вот он, жидкостный реактивный двигатель современной высотной ракеты. Такие же двигатели унесут в космическое пространство и первый межпланетный корабль. 
 
Но все же основным двигателем космического корабля ближайшего будущего станет жидкостный ракетный двигатель. Его идею выдвинул К. Э. Циолковский в 1903 году. Через 40 лет после этого жидкостный ракетный двигатель поднял ракету уже на высоту около 200 километров. Сегодня эта высота больше чем удвоена.
Устройство жидкостного ракетного двигателя просто. Никаких принципиальных изменений не смогли внести в него конструкторы и через 50 лет после рождения идеи.
И окислитель и горючее несет жидкостная ракета в своем корпусе. Они, конечно, разделены там, содержатся в разных баках. Наиболее часто в качестве горючего применяются спирты — метиловый и этиловый, реже бензин. В качестве окислителя обычно используют кислород.
Рассмотрим в качестве примера устройство жидкостной ракеты «Фау-2».
Два бака — со спиртом и с кислородом — заполняют основную часть корпуса ракеты.
 
 Проект грузовой ракеты-парома для двусторонней связи Земли с искусственным спутником. Три ее ступени имеют ряд аналогичных частей и устройств. К их числу относятся жидкостные ракетные двигатели 1, турбонасосы для подачи топлива 2, баки с перекисью водорода 3 для работы этих насосов, баки для горючего 4 и окислителя 5. Первая и вторая ступень снабжены парашютами для спуска 6. Первая ступень имеет хвостовое оперение для управления в атмосфере 7, третья ступень — несущие плоскости с рулями управления 8 для посадки на Землю при возвращении. Рубка управления 9 находится рядом с пассажирскими каютами и помещениями для багажа 10. Полезный груз этой ракеты составляет 25 тонн. 
 
Из этих баков трубопроводы ведут в камеру сгорания. В эти трубопроводы включены мощные насосы. Ведь свыше 125 килограммов топлива должны подать эти насосы в камеру сгорания за каждую секунду работы мотора. Приводятся они в движение от своего собственного двигателя — газовой турбины, работающей на перекиси водорода.
Перекись водорода для работы турбины насосов заключена в специальном баллоне. Из него перекись водорода поступает в небольшую собственную камеру сгорания, где под действием перманганата натрия она быстро разлагается на пар и газ. Эта паро-газовая смесь, имеющая сравнительно высокую температуру и давление, и вращает газовую турбину насосов. Жидкий кислород насосы подают сразу в камеру сгорания. Спирт сначала прокачивается сквозь специальные полости, окружающие сопло и камеру сгорания, и охлаждает их. Если бы не это охлаждающее действие горючего, стенки камеры сгорания и сопла расплавились бы. Ведь температура газов в камере сгорания поднимается почти до 3000°, а температура стенок при этом не превосходит 1000°.
Обеспечив охлаждение наиболее накаленных частей двигателя, спирт поступает в камеру сгорания через форсунки, находящиеся в ее задней части. Крохотные форсунки с топливом окружают большую форсунку, через которую поступает кислород.
Ежесекундно в камере сгорания вступают в реакцию свыше 125 килограммов топлива — спирта и кислорода. Раскаленные газы горения устремляются через расширяющееся сопло наружу. Скорость истечения газов горения у современных жидкостных ракетных двигателей превосходит 2000 метров в секунду. Такой двигатель развивает тягу в несколько десятков тысяч килограммов. Проработав несколько десятков секунд, двигатель поднимает ракету на высоту 150–200 километров.
В верхнем отделении обтекаемого с заостренным носом корпуса ракеты размещается полезный груз. В послевоенные годы им обычно бывают приборы для исследования верхних слоев атмосферы.
Как видим, жидкостный ракетный двигатель устроен почти так же просто, как и прямоточный воздушнореактивный двигатель. В нем также нет движущихся частей, если не считать насосов для подачи топлива и турбинки, приводящей их в движение.
Жидкостный ракетный двигатель в настоящее время является единственным двигателем, с помощью которого человек поднимает свои приборы в самые верхние слои атмосферы. Этот двигатель будет, вероятно, первым двигателем, который унесет сначала приборы, а затем и людей в первые космические полеты. Может быть, освоение Луны и первые разведочные полеты вокруг ближайших планет можно будет осуществить с помощью этого двигателя.
Над жидкостным реактивным двигателем еще много будут работать ученые и инженеры, совершенствуя его, стараясь выжать из него все его возможности. Это и понятно: на него возлагаются не малые надежды, и нет сомнения, что он их не обманет. Но более отдаленное будущее космических сообщений принадлежит не ему. Оно принадлежит атомной ракете.
 
 Несколько цистерн с топливом — заряд современной крупной высотной ракеты. 
 
  
АТОМНАЯ РАКЕТА
 
Всю жизнь искал К. Э. Циолковский наиболее энергоемкие топлива для космического корабля, которые бы, занимая мало места, содержали большое количество энергии. Лучшими из известных ему топлив были водород в качестве горючего и кислород в качестве окислителя. Именно на этом топливе и испытывались самые первые образцы жидкостных ракет.
Последователь К. Э. Циолковского Ю. В. Кондратюк предложил заменить обычный кислород трехатомным — так называемым озоном. По сравнению с кислородом озон может обеспечить большую энергоемкость. Кондратюк же предложил добавлять к жидким горючим твердые, сжигать в камере реактивного двигателя металлы. Но все эти горючие не обеспечивали окончательного решения задачи.
Теперь топливо, которое сможет обеспечить взлет ракеты с Земли, ее посадку на соседней планете и возвращение на Землю без заправок в пути и не особенно перегружая космический корабль, есть. Это — атомное горючее.