Страница 6 из 17
Для того чтобы в этом месте не ослаблять деревянную конструкцию и одновременно уменьшить массу дна, внутреннюю поверхность дна вытачивали вогнутой, а внешнюю поверхность – выпуклой. Таким образом, не имея представления о законах аэродинамики сопла, древние создатели ракет нашли оптимальную конструкцию донной части ракеты.
Полковнику У. Конгреву достались индийские ракеты, изготовленные из бамбука.
Бамбук имеет полый стебель, от которого отходят побеги. В местах, где побеги выходят из стебля, образуются утолщения. Они называются узлами, а части ствола между узлами – междоузлиями. Высокая прочность междоузлия обеспечивается тем, что и верхнюю и нижнюю его поверхности природа сформировала в виде полусфер, направленных навстречу друг другу выпуклыми криволинейными поверхностями.
Индийскому создателю ракеты оставалось лишь просверлить по центру междоузлия отверстие и получалось вполне приличное сопло. Так благодаря простоте технологии изготовления ракет из картона с использованием дерева и ракет из бамбука, форма которого обусловлена природой самого бамбука, их сопла имели идентичные конфигурации.
Конгрев проигнорировал природную форму бамбукового сопла и пошел по технологическому пути. Дно своей железной ракеты он тоже сделал в виде полусферы. Но с целью упрощения операции присоединения дна к корпусу выпуклую часть дна он направил вовнутрь ракеты. Это была его грубая ошибка. Форма сопла бамбуковой ракеты способствует формированию ламинарного потока газообразных продуктов сгорания пороха. Поэтому увеличивается скорость истечения газов и, как следствие, увеличивается сила тяги реактивного двигателя.
Для случая металлической ракеты У. Конгрева в зоне вогнутой внутрь чашки сопла по ходу потока газов образуется зона турбулентности, то есть завихрения. В результате резко уменьшается коэффициент полезного действия двигателя и снижается его сила тяги. Поэтому, несмотря на то, что прочный железный корпус ракеты позволял загружать в ее двигатель значительно большее количества пороха, чем в бамбуковую ракету, изделия полковника У. Конгрева летали ненамного дальше, чем индийские бамбуковые ракеты [23].
В России разработкой боевых ракет в начале XIX века занимались чиновник пятого класса провиантского штата Алексей Иванович Картмазов и полковник Александр Дмитриевич Засядко. Свою деятельность в ракетной технике они начинали не с нуля.
Наследник английского престола Георг IV подарил несколько английских ракет Конгрева российскому императору Александру I, которые в 1811 году были переданы для исследования А.И. Картмазову. Тактико-технические характеристики разработанных на их основе Картмазовым и Засядко ракет несколько превышали лучшие показатели ракет Конгрева, в частности дальность полета ракет увеличилась до 3000 метров. Однако никаких принципиально новых конструкторско-технологических решений при создании этих ракет найдено не было [5].
Подводя промежуточный итог нашего анализа, можно сказать, что характерной чертой развития ракетной техники до XIX века было преобладание эмпиризма, отсутствие теоретических основ конструирования и производства ракет. Усовершенствования, вносимые в конструкцию ракет, как правило, не опирались на результаты теоретических или экспериментальных исследований. Практика опережала теорию, умели больше, чем понимали.
Процесс накопления информации всегда продолжается до тех пор, пока ее количество не станет критическим и не начнет переходить в качество. И такой переломный момент в истории ракетостроения наступил. Здесь уместно привести фразу выдающегося ученого, российского химика Д.И. Менделеева – «Наука начинается там, где начинаются измерения».
Первые измерения эксплуатационных параметров пороховых ракет осуществил Константинов Константин Иванович, генерал-лейтенант, российский учёный и изобретатель в области артиллерии и ракетной техники.
Ракеты XIX века были оружием кустарным, изготовлялись вручную, на глазок и уже поэтому не были одинаковыми. Каждая ракета хоть и немного, но отличалась от другой ракеты. К.И. Константинов писал, что необходимо создать «математическую теорию конструкции и стрельбы ракет». Теория требовала практической проверки, и Константинов стал первым в мире инженером, который понял, что качество ракеты нуждается в объективной научной оценке.
В 1847 году Константинов построил ракетный баллистический маятник, на котором установил закон изменения движущей силы ракеты во времени. При помощи этого прибора он исследовал влияние формы и конструкции ракеты на её баллистические свойства, заложив научные основы расчёта и проектирования ракет.
Примечательно то, что спустя почти сотню лет маятник К.И. Константинова использовался в 1933 году сотрудниками Ленинградской газодинамической лаборатории, при доводке первого в мире электрического ракетного двигателя конструкции В.П. Глушко.
Бывший сотрудник и соратник академика В.П. Глушко, Соколов В.С., в монографии, посвященной освоению космоса, пишет: «Особо следует отметить значение изобретенного Константиновым устройства для опытного определения скорости полета на отдельных участках траектории ракет и артиллерийских снарядов. В основе действия устройства лежали измерения дискретных интервалов времени между импульсами электрического тока, точность которых была доведена до 0,00006 с. Это было поразительным по тому времени достижением практической метрологии» [135].
В 1861 году К.И. Константинов опубликовал в Париже на французском языке книгу «О боевых ракетах». В 1864 году ее опубликовали на русском языке в России. На тот момент это была единственная в мире фундаментальная монография по данной теме. Выдающейся заслугой К.И. Константинова является то, что им впервые была сделана попытка научного подхода к вопросам конструирования ракет и заложены основы экспериментальной ракетной динамики. Наступал конец эмпирики.
Время неумолимо продолжало свой бег, заканчивался девятнадцатый век. К этому моменту в армиях большинства развитых стран на вооружение была принята нарезная артиллерия. В 1864 году немецкий инженер А. Крупп изобрел клиновой затвор для орудий, заряжаемых с казенной части.
Впоследствии орудия снабдили противооткатными устройствами, дуговыми и оптическими прицелами. Были разработаны новые сорта артиллерийского бездымного пороха. В результате к началу двадцатого века скорострельность орудий достигала до 10 выстрелов в минуту при дальности стрельбы до 8000 метров, повысилась точность стрельбы [24].
К началу двадцатого века были созданы новые дымные и бездымные пороха, производство ракет уже базировалось на научной основе, и заранее можно было рассчитать тяговую силу ракеты, её тактико-технические характеристики. Но при всем при этом ракеты того периода по всем показателям многократно уступали артиллерийским системам. Поэтому производство боевых ракет пошло на убыль, на вооружении войск остались только сигнальные и осветительные ракеты. В большом количестве продолжали выпускать ракеты только для праздничных фейерверков.
Глава 4. Ракетный бум начала двадцатого века
Мечта человечества о полётах в воздушном пространстве, возможно, впервые была реализована в Китае. В рукописях VI века нашей эры описан полёт человека, привязанного в виде наказания к бумажным змеям [62]. Реально же первый полёт на аппарате тяжелее воздуха совершил Касим Аббас ибн Фирнас – андалусский врач, инженер, изобретатель метронома и водяных часов. В 875 году он прыгнул с небольшого холма с изготовленным им аппаратом, который представлял собой каркас с крыльями из шёлка. Потоки воздуха подхватили его, полет продолжался около десяти минут. Поэтому Аббаса ибн Фирнаса можно считать первым изобретателем дельтаплана [1].
Начало двадцатого века характеризуется бурным развитием всех отраслей металлургической промышленности, химии, электроэнергетики и всего того, что со временем послужило фундаментом для создания атомной бомбы и космического корабля. Европа покрылась сетью железных дорог, соединяющих практически все крупные промышленные центры континента.