Страница 118 из 120
Оказывается, что одноступенчатая ракета не в состоянии придать аппарату скорость, равную первой космической скорости, а тем более второй и третьей. Дело заключается в том, что для достижения первой космической скорости одноступенчатой ракетой вес горючего и окислителя должен был бы составить 93–96 % веса всей ракеты в целом. Создать такую конструкцию практически невозможно.
Поэтому приходится применять составные ракеты (многоступенчатые). На рис. 60 представлена принципиальная пакетная схема многоступенчатой (составной) ракеты. Действие составной ракеты, состоящей из нескольких ступеней, заключается в том, что отдельные ракеты (ступени) включаются в работу одна за другой, последовательно, причем после израсходования топлива одной ступени и завершения работы ее ракетного двигателя ступень отделяется. Таким образом, по мере отделения отработавших ступеней вес ракеты в целом уменьшается, а это значит, что полезный груз при том же общем запасе топлива может получить большую скорость, чем в случае одноступенчатой ракеты.
Составные ракеты, конструкция которых может быть различной, способны развивать первую, вторую и третью космические скорости.
Следует отметить, что теория составных ракет принадлежит Циолковскому.
Большинство летательных космических аппаратов (особенно с экипажем) имеют на борту источник тока (солнечную батарею, состоящую из фотоэлементов[371], или топливные элементы[372], или электрические аккумуляторы), который служит для питания ряда систем: терморегулирования, радиосвязи и радиотелеметрии, бортовой ЭВМ, ориентации, жизнеобеспечения и некоторых других.
В Советском Союзе среди организаций и отдельных ученых и конструкторов, работы которых (вслед за работами Циолковского) лежат в основе современной космонавтики, следует назвать Газодинамическую лабораторию (ГДЛ), созданную в 1921 г., в которой под руководством выдающегося советского ученого и конструктора Валентина Петровича Глушко (р. 1908) в 1929 г. были начаты разработки жидкостного и электрического ракетных двигателей, и Группу изучения реактивного движения (ГИРД), образованную в 1932 г., сыгравшую наряду с ГДЛ под руководством выдающегося советского ученого и конструктора Сергея Павловича Королева (1907–1966) основную роль в зарождении советского ракетостроения. В конце 1933 г. ГДЛ и ГИРД были объединены в Реактивный научно-исследовательский институт (РНИИ).
Если начало космической эры на Земле связывают, как уже говорилось, с запуском 4 ноября 1957 г. в СССР первого искусственного спутника Земли и, следовательно, с достижением спутником первой космической скорости, то второй важнейший этап в развитии космонавтики — день первого космического полета человека.
12 апреля 1961 г. советский гражданин Юрий Алексеевич Гагарин (1934–1968), ставший известным всему миру, совершил космический полет, облетев Землю на корабле «Восток» за 1 ч 48 мин. Это была большая победа человеческого гения, новая страница развития космонавтики.
Рис. 60. Принципиальная схема многоступенчатой составной ракеты.
1 — топливные отсеки; 2 — реактивные двигатели; 3 — полезный груз; 4 — головной обтекатель; 5 — отсек аппаратуры управления; 6 — силовые узлы связи ступеней.
Рис. 61. Схема ядерного ракетного двигателя.
1 — бак с жидким водородом; 2—насос; 3 — турбина для привода насоса; 4 — тепловыделяющие элементы ядерного реактора; 5 — сопло; в — защитный экран.
После этого последовало большое число запусков различных летательных космических аппаратов. Увеличивалось количество различных научно-технических задач, решаемых с целью дальнейшего изучения Луны, Земли, других планет Солнечной системы (Венеры, Марса). Советским космонавтом Алексеем Архиповичем Леоновым был впервые осуществлен выход в открытый космос, стали проводиться групповые полеты со стыковкой летающих космических аппаратов, намного увеличилась длительность полетов, появились автоматические межпланетные станции, стали применяться автоматические космические аппараты (например, луноходы) и многое другое.
Большим достижением, можно сказать, третьим историческим событием, в развитии космонавтики была лунная экспедиция, происходившая 16–24 июля 1969 г., в которой участвовали три американских космонавта (или, как говорят в США, астронавта) — Н. Армстронг, Э. Олдрин и М. Коллинз, — двое из которых (Н. Армстронг и Э. Олдрин) высаживались на поверхность Луны и пробыли на ней 21 ч 36 мин.
Каких же новых больших событий, новых исторических страниц можно ожидать в развитии космонавтики? Конечно, дать сколько-нибудь развернутый ответ очень трудно. Послушаем высказывания ученых.
Уже упоминавшийся выше один из крупнейших специалистов в области космонавтики, В. П. Глушко, пишет: «Начало 2-й половины XX в. ознаменовалось выходом человека в космос… Наша Родина открыла дорогу в космос^ Советский Союз первый осуществил полеты искусственных спутников Земли, Солнца, Луны, автоматических станций к Луне, Венере и Марсу, пилотируемых одноместных и многоместных кораблей, выход космонавта из корабля в открытый космос. Советские станции впервые достигли поверхности Луны и Венеры, сфотографировали обратную сторону Луны, осуществили мягкую посадку на Луну и передали на Землю изображение лунной панорамы. Первые мужчина и женщина, совершившие одиночные и групповые полеты в космосе, — граждане СССР»[373].
И немного дальше В. II. Глушко пишет: «В эти дни[374] во многих странах происходил переход от теоретических исследований, основоположником которых был К. Э. Циолковский, к лабораторным. Начали работать первые жидкостные ракетные двигатели, полетели первые жидкостные ракеты. Потребовалось около 30 лет упорного труда для создания первоосновы ракетной техники — мощных жидкостных ракетных двигателей с достаточно высокими показателями эффективности и надежности. Рождение этих двигателей открыло путь для разработки ракет различного назначения, решающих задачи освоения космоса»[375].
И далее В. П. Глушко пишет: «Однако ограничение возможности жидкостных ракет для решения задач дальних полетов в космос заставляют форсировать работы ведущиеся в различных странах по созданию ядерных и электрических ракетных двигателей. Эффективное сочетание на ракете жидкостных и электрических ракетных двигателей расширит энергетические возможности, и долгое время такая ракета будет являться основным средством для полетов в пределах нашей Солнечной системы».
Ясная точка зрения. К сказанному необходимо добавить, что ядерный ракетный двигатель, схема которого |(с твердофазной активной зоной) показана на рис. 61, представляет собой ракетный двигатель, рабочим телом которого является какое-либо вещество (например, водород), а теплом для нагревания рабочего тела служит энерговыделение активной зоны ядерного реактора. Из приведенной схемы видно, что жидкий водород из бака I поступает в насос 2, приводом которому служит газовая турбина 3. Жидкий водород омывает снаружи ядерный. реактор и сопло, при этом нагревается и испаряется. Основная масса теперь уже газообразного водорода протекает через реактор, омывая его тепловыделяющие элементы 4 и за счет этого нагревается еще более. Нагретый газообразный водород поступает в сопло 5, в котором он расширяется и вытекает с большой скоростью наружу, создавая необходимую тягу.
Рис. 62. Схема электротермического ракетного двигателя.
1 — подвод рабочего тела; 2 — камера нагрева и сопло; 3 — нагревающие элемент; 4 — опора нагревающего элемента.
371
Высокая стоимость фотоэлементов в данном случае значения не имеет, так как их мощность и «тираж» относительно невелики.
372
Топливный электрохимический генератор, в котором происходит прямое преобразование химической энергии в электрическую; в настоящее время находят применение практически только так называемые кислородно-водородные топливные элементы, требующие для функционирования непрерывной раздельной подачи водорода и кислорода, что, конечно, дорого, поэтому они пока иногда применяются лишь в космических аппаратах.
373
Глушко В. П. Предисловие к первому изданию, — В кн.: Космонавтика: Маленькая энциклопедия. 2-е изд., доп. М., 1970, с. 5.
374
В. П. Глушко имеет в виду период приблизительно 1928–1932 гг.
375
Там же, с. 6.