книги из ГПНТБ / Мошкин, Е. К. Развитие отечественного ракетного двигателестроения

ного топлива. Вначале он ориентировался на поршневые насосы. Позднее писал, что насосы можно изготовить и беспоршневыми. Насосы по Ю. В. Кондратюку должны быть однотактпымн, п для каждого компонента — свой насос. Из ігасосов сжиженные газы должны поступать в основной своей массе на сгорание, н частично на наддув бакои с компонентами топлива.

Для нормальной работы двигателя Ю. В. Кондратю­ ком пведусматривалось регулирование подачи топлива. В качестве чувствительного элемента использовалось уст­ ройство, аналогичное анероиду, реагирующее на раз­ ность давления внутри и снаружи баков.

Исполнительный элемент регулирования системы над­ дува баков представлял собой дроссельную заслонку, ус­ тановленную перед входом газообразных продуктов в бак. Ю. В. Кондратюк предлагал также устанавливать перед входом в камеру сгорания регулятор качества сме­ си, хотя введение системы регулирования усложняет устройство двигателя.

Кроме того, Ю. В. Кондратюк обращал особое вни­ мание на необходимость предварительной отработки и опытной проверки элементов двигателя. Таким образом, Ю. В. Кондратюк предлагал получившие ныне практиче­ ское применение способы обеспечения требуемого режи­ ма работы двигателя путем его настройки на заданный режим и регулирования в процессе его работы.

Ю.В. Кондратюк в качестве привода насосов реко­ мендовал использовать двигатель внутреннего сгорания или турбину, работающие на основных компонентах топ­ лива; рассматривалось применение гремучего газа.

Ю.В. Кондратюк внес большой вклад в науку о ЖРД

иракетах. Ряд вопросов ракетодинамики и двигателестроения нашли у него оригинальное решение, на что выше уже указывалось. В частности, разрабатывая мето­ ды получения энергетически наивыгоднейших траекторий космических полетов, Ю. В. Кондратюк предложил осу­ ществлять полет к Луне и планетам с выходом на их ор­ биты искусственных спутников с последующим отделе­ нием взлетно-посадочного космического корабля, что реализовано .в системах «Аполлон». Им же предложено использовать гравитационные поля встречных небесных тел для разгона или торможения космического корабля

50

Фридрих

Артурович

Цандер (фото 1913 г.)

1.5.УЧЕНЫЙ И ИЗОБРЕТАТЕЛЬ

Ф.А. ЦАНДЕР

ковским в 1903 г., под заглавием «Исследование мировых прост­ ранств реактивными приборами» Г В 1907 г. Фридрих Артурович по­ ступил на механическое отделение Рижского политехничеокого института, которое окончил с отличием в 1914 г., получив звание ни- жеиера-технолога.

Ракетной техникой Фридрих Артурович начал инте­ ресоваться в студенческие годы. «В 1908 г., — писал он, —

когда мне был 21 год, завел себе особую тетрадь для рас­ чета мировых кораблей; хотя я еще мало знал, но под влиянием расчетов во мне уже сильно развилась надеж­ да на возможность полетов в мировое пространство»*2.

В 1909 г. Ф. А. Цандер выступил инициатором создания в институте «2-го Рижского студенческого общества воз­

-1 Автобиография Ф. А. Цандера. Семейный архив. 2 Там же.

51

духоплавания и техники полета» и в том же году он с товарищами построил планер.

Ф. А Цандер от идеи достижения больших высот при помощи аэроплана с пропеллерным двигателем подошел к идее о возможности совершать полеты в межпланет­ ном пространстве с помощью ракетного двигателя. Что­ бы попытаться осуществить свои планы, Ф. А. Цандер в феврале 1919 г. поступил работать на московский авиа­ ционный завод № 4 «Мотор» в качестве заведующего техническим бюро. В конце 1921 г. Ф. А. Цандер пред­ ставил Московской губернской конференции изобретате­ лей проект двигателя для межпланетного корабля-аэро­ плана. С июня 1922 по июль 1923 г. Цандер, временно оставивший завод, работал дома. При этом он постоян­ но чувствовал поддержку рабочих, которые оказывали ему значительную материальную помощь. Ф. А. Цандер ценил такое отношение к нему и отчитывался перед ра­ бочими. Так, в апреле 1923 г. в докладе на общезавод­ ском собрании рабочих завода «Мотор» он высказывал надежду на возможность передачи заводу его проекта для исполнения.

В 1924 г. в журнале «Техника и жизнь» № 13 появи­ лась первая печатная работа Ф. А. Цандера — статья «Перелеты на другие планеты». В этой статье он и изло­ жил свою основную идею — сочетания ракеты с самоле­

Цандера», которую 8 июля 1924 г. направил в Комитет по изобретениям при ВСНХ. Опубликована эта статья в сборнике «Ракетная техника» была лишь в 1937 г. Ф. А. Цандер считал, что аэроплан с поршневым двига­ телем достигнет высоты около 28 км и скорости 350'— 450 м/с. Затем произойдет переключение с поршневого на ракетный двигатель. Ставший ненужным, аэроплан начнет отдельными частями (крылья, хвостовое опере­ ние, шасси, поршневой двигатель и т. п.) втягиваться внутрь специального устройства, расплавляться и исполь­ зоваться в качестве дополнения к жидкому горючему. В конце разгона, на высоте 85 км, останется только ра­ кета с небольшими рулями и крыльями, которые необхо­ димы для планирующего спуска.

Стремясь издать свои труды, Ф. А. Цандер часть их, в частности, «О выгодности ускорения полета ракетой в

52

моменты, когда скорость полета ракеты большая», «Пе­ релеты на другие планеты», «Расчет полета межпланет­ ного корабля в атмосфере» послал в Ученый Совет Наркомпроса РСФСР проф. В. П. Ветчиикпну. В своей рецен­ зии от 8 февраля 1927 г., направленной в научный отдел Главнауки, В. П. Ветчинкин, указав на ценность идей н работ Ф. А. Цандера, считал совершенно необходимым дать возможность Ф. А. Цандеру в кратчайший срок под­ готовить к печати и напечатать его работы, отдельные главы из которых были уже представлены в Главнауку. Действительно, из-за того, что опубликованию научных трудов не придавалось должное значение, мы в те годы теряли приоритет даже в тех случаях, когда он фактиче­ ски и бесспорно принадлежал нашей стране. Так, напри­ мер, в 1925 г. за рубежом был опубликован труд инже­ нера Гохмаиа, в котором рассматривался полет на кры­ льях и планирующий спуск. В этой работе излагались идеи, которые развивали Ю. В. Кондратюк и Ф. А. Цан­ дер.

Через несколько дней после получения отзыва от В. П. Ветчинкина Ф. А. Цандер передал научному отде­ лу Главнауки заявление, в котором просил дать ему воз­ можность работать в Центральном аэрогндродинамическом институте (ЦАГИ) или Авиатресте исключительно в области межпланетных сообщений и разрешить подго­ товить для печати книгу о межпланетных сообщениях. В июле 1927 г. из Главнауки пришло сообщение, что просьба Ф. А. Цандера не удовлетворена.

Чтобы свои служебные обязанности теснее связать с разработкой космического корабля, Ф. А. Цандер рань­ ше, еще в октябре 1926 г., перешел на работу с авиаза­ вода № 4 в центральное конструкторское бюро Авиатреста старшим инженером. Результаты своих работ по во­ просам теории реактивных двигателей Ф. А. Цандер обоб­ щил в докладе «Предварительные работы по постройке реактивного аппарата», который он сделал 30 ноября 1928 г. на XV заседании комиссии по научному воздухо­ плаванию Московской аэрологической обсерватории. В 1929—1930 гг. Ф. А. Цандер по поручению Авиатреста на основе своих исследований подготовил доклад «Про­ блемы сверхавиации и очередные задачи по подготовке к межпланетным путешествиям» для V международного конгресса воздушных сообщений, который намечался на сентябрь 1930 г. в Гааге. После ряда переработок мате­

53

риала, в основу которого был положен этот доклад, Ф. А. Цандер подготовил книгу «Проблема полета при помощи реактивных аппаратов», изданную в 1932 г.

В декабре 1930 г. Ф. А. Цандер начал работать в Цент­ ральном Институте авиационного моторостроения (ЦИАМ), где в 1931 г. приступил к постройке воздушного реактивного двигателя ОР-1, а затем к расчетам ЖРД ОР-2. Двигатель ОР-1 работал па сжатом воздухе (пода­ ваемом из баллонов или от компрессора) и бензине; ЖРД ОР-2 вначале (в 1933 г.) испытывался на жидком кислороде и бензине. Последовательность работ в этом направлении можно проследить по дневнику Ф. А. Цан­ дера.

15 сентября 1931 г. в своем дневнике он упоминает о работе над аэропланом с реактивным двигателем; 1 ок­ тября он беседует с ІО. А. Победоносцевым «насчет уста­ новки РД на аэроплане», а 2 октября записывает в днев­ ник «о нефтяно-кислородной ракете для аэроплана»*; 7 октября отмечает проведение 32-го испытания ОР-1, ко­ торое состоялось в присутствии С. П. Королева и других специалистов, 19 октября появляется первое упоминание о двигателе ОР-2; 18 ноября 1931 г. Ф. А. Цандер заклю­ чает с Бюро воздушной техники при Научно-исследова­ тельском секторе ЦК Осоавиахима Социалистический договор на проектирование реактивного двигателя, вклю­ чая установку его на самолете12.

Ф. А. Цандер обязался спроектировать и выпустить рабочие чер­ тежи опытного реактивного двигателя ОР-2 к реактивному самолету РП-1 в следующие сроки: камеру сгорания с соплом, бачки для топлива с предохранительным клапаном, бак для бензина — к 25 но­ ября 1931 г.; компенсатор для охлаждения сопла и подогревания кислорода — к 3 декабря 1931 г. Сроки выполнения расчетов темпе­ ратур в камере сгорания, скоростей истечения и осевого давления струи в сопле при разных давлениях в пространстве, веса детален, длительности полета реактивного самолета РП-1 при разном содер­ жании кислорода, расчета систем подогрева и охлаждения, прибли­ зительного расчета температуры стенок камеры сгорания — соответст­ вовали срокам сдачи чертежей.

Изготовление и испытание сопла и камеры сгорания намечалось к 2 декабря 1931 г.; топливных баков для жидкого кислорода и бен­ зина— к 1 января 1932 г.; установка ОР-2 на самолет РП-1 и ис­ пытание его в полете планировалось в конце 1932 г.

В примечании к договору было записано, что в случае если за­ проектированное улучшенное сопло будет с прямым и обратным ко­ нусом, то расчет и чертежи его должны быть представлены к 15 ян­ варя 1932 г. Столь сжатые сроки выполнения сложной проблемной

1Архив семьи Ф. А. Цандера.

2Архив АН СССР. Ф. 573, д. 269, л. 10.

54

темы большого объема, включающего в себя теоретическое исследо­ вание, расчеты, проектирование, изготовление н испытания, характе­ ризовали как энтузиазм и оптимизм исполнителя, так и недооценку тех трудностей, которые должны возникнуть иа пути выполнения принятых обязательств. Здесь сказывалось отсутствие опыта отра­ ботки ЖРД, не учитывалось также несоответствие между сложной техіиологиеп изготовления двигателя и относительно низкими произ­ водственными возможностями, на которые в то время можно было рассчитывать.

В 1931 г. для изучения реактивного движения ЦС Осоавиахима выделяет Ф. А. Цандеру 1000 р., 25 февраля 1932 г. еще 13 000 р. на испытание ракетных самолетов и 80 000 р. в марте того же года.

Вскоре стало ясно, что изготовить детальные рабочие чертежи, произвести полные расчеты реактивного двига­ теля со сложной схемой управления одному Ф. А. Цанде­ ру просто не под силу. Так возникла необходимость кон­ центрации усилий ученых и инженеров, работающих в области реактивной техники.

Ф. А. Цандер тоже считал, что для практического раз­ вития ракетной техники необходимо привлечь как можно больше инженерно-технических работников, особенно та­ лантливую молодежь. Подробно о создании и развитии творческого коллектива, возглавляемого Ф. А. Цандером, будет сказано ниже.

В '1932 г. отдельной книгой была издана работа Ф. А. Цандера «Проблема полета при помощи реактив­ ных аппаратов». Здесь, наряду с изложением теории по­ лета ракет и аэропланов, приводились методы выбора топлива и расчета различных реактивных двигателей.

В 1932 г. Ф. А. Цандер приступил к созданию своего первого ЖРД, названного ОР-2. Первоначально двига­ тель испытывался в 1933 г. на жидком кислороде и бензи­ не. Впоследствии, уже в РНИИ, для обеспечения работо­ способности конструкцию двигателя значительно измени­ ли, и в варианте 02 он отрабатывался на жидком кислороде и высококонцентрированном этиловом спирте.

Жидкий кислород (так же, как жидкий фтор, жидкий водород) относится к категории криогенных компонентов ракетного топлива. Он представляет собой сжиженный газ, охлажденный до низкой (криогенной) температуры. Криогенное топливо следует применять в тех случаях, когда это оправдывается повышенным значением обес­ печиваемого им удельного импульса, например, в ракетах-иосителях космических аппаратов или кораблей. Криогенное топливо непригод­ но для длительного хранения из-за потерь на испарение.

ВГИРДе, с первых же дней организации этой группы

иформирования первой бригады, Фридрих Артурович ра­ ботал и над другими вопросами. Он много уделял внима­

ния постройке ракеты, названной впоследствии «ГИРД-Х».

55

Начало работ над этой ракетой относится к январю 1933 г., а запуск ее состоялся 25 ноября того же года, но уже без Цандера. Созданию ракеты «ГИРД-Х» предшест­ вовали многие расчеты, эскизные проекты и опыты, вы­ полненные и проведенные Фридрихом Артуровичем.

Ф. А. Цандер большую часть своего дня проводил за расчетами, уделяя должное время и производству, помогая механикам, испыты­ вающим немалые трудности при изготовлении и отладке новых для того времени агрегатов. Инженеры и конструкторы вместе со своим начальником — Ф. А. Цандером размещались в небольшой комнате. Работали днем, вечером и иочыо, когда было нужно, сколько хвата­ ло сил.

Кроме выполнения плановых заданий, Ф. А. Цандер рассчитывал и обдумывал устройство отдельных агрега­ тов ракеты, которую он называл «Космический корабль».

«Вперед, на Марс!». «Скорей, на Марс» — вот слова, символизирующие цель его жизни. Он часто делился с сотрудниками первой бригады своими мыслями, набра­ сывал эскизы отдельных частей космического корабля. Постепенно возникал образ будущей ракеты, которая должна, по замыслу Цандера, совершить полет к сосед­ ней планете.

Последние месяцы своей жизни Фридрих Артурович работал осо­ бенно напряженно. В результате переутомления, систематического недосыпания, плохого и нерегулярного питания Ф. А. Цандер стал заметно терять паботоспособность. По настоянию товарищей по ра­ боте Фридрих Артурович поехал на лечение в г. Кисловодск. По дороге он заболел тифом и скончался 28 марта 1933 г.

В 1947 г. был издан сборник трудов Ф. А. Цандера «Проблема полета при помощи ракетных аппаратов», пе­ реизданный в 1961 г. с включением большого числа впер­ вые публикуемых его работ.

Архивные материалы содержат еще много неопубликованных трудов ученого. Большинство сохранившихся рукописей требуют кропотливой, долгой работы по переводу стенографических записей

торую он сам несколько видоизменил, писал о специфических вопро­ сах теории двигателей и ракет на немецком языке. Таким образом, для работы с рукописями Ф. А. Цандера требовались специалисты, знакомые с принятой им системой записи, хорошо владеющие не­ мецким языком и являющиеся специалистами ракетной техники.

Впервые расшифровка трудов Ф. А. Цандера производилась в РНИИ. В 1934 г. группа стенографисток под руководством Е. К. Мошкина расшифровала несколько тетрадей с записями, сде­ ланными Ф. А. Цандером в ранний период его деятельности. До 1960 г. изучение наследия Ф. А. Цандера проводилось без строгого плана, не систематически. Появлением в печати ранее неопублико­ ванных статей Ф. А. Цандера, организацией ряда встреч, юбилеев, конференций, посвященных памяти Ф. А. Цандера, мы в значнтель-

56

ной степени обязаны усилиям дочери ученого Астре Фридриховне

представляют интерес во многих отношениях. Здесь, в частности, отмечается, что проектировать двигатель ОР-І Цандер начал в 1928 г. Приводится методика расчетов «водородно-кислородных ра­ кет» (апрель 1927 г.), в которой последовательно излагался термо­ динамический расчет ЖРД.

С 1965 г. расшифровка и изучение трудов Ф. А. Цандера вклю­ чены в план Института истории естествознания и техники Академии наук СССР.

В мае 1970 г. в г. Риге состоялись первые «Чтения», посвящен­ ные изучению и реализации научного наследия Ф. А. Цандера, на которых принято решение «Цандеровские чтения» проводить систе­ матически. Вторые «Чтения» состоялись в мае 1972 г. в г. Ленин­ граде.

Именем Цандера назван кратер на обратной стороне Луны.

Работы Ф. А. Цандера по ракетным двигателям

Ф. А. Цандер, будучи крупным ученым в области раз­ работки широкого круга проблем по теории космических полетов, значительную часть своей научно-технической деятельности посвятил теоретическим исследованиям возможности постройки высокоэффективных реактивных летательных аппаратов, а также теоретическим и практи­ ческим работам по освоению жидкостных ракетных дви­ гателей в период начального их развития в СССР.

Многочисленные теоретические и экспериментальные разработки Ф. А. Цандера направлены на отыскание пу­ тей осуществления его основной идеи, согласно которой сжигание совместно с жидким топливом металлических частей ракеты после того как надобность в них отпала не только давало увеличение скорости истечения продуктов сгорания, но и повышало отношение массы топлива, сго­ ревшего в процессе полета, к конечной массе ракеты.

Эта идея увлекла Ф. А. Цандера уже в двадцатых го­ дах нашего столетия, но наиболее полно была изложена им в работе «Проблема полета при помощи реактивных аппаратов». В ней приводится описание двух летательных аппаратов: аэроплана с ракетным двигателем, причем крылья аэроплана и некоторые другие детали после втя­ гивания и расплавления используются в качестве горю­ чего, и ракеты, окруженной множеством емкостей с ком­ понентами топлива, которые после израсходования топ-

57

Проект межпланетного корабля системы

58

лива из них втягиваются в центральную ракету и после расплавления используются в качестве горючего.

Ф. А. Цандер считал, что только предложенные им конструкции дают несомненную гарантию достижения межпланетных скоростей.

Полная уверенность в правильности выбранного им научно-технического направления и определила харак­ тер его теоретических и практических разработок. Он уде­ лил основное внимание теоретическим исследованиям возможных путей повышения удельного импульса двига­ тельной установки и к. п. д. ее отдельных агрегатов; тео­ ретическому и экспериментальному изучению возможно­ стей применения металлов в качестве добавки к жидкому горючему; теоретическому изучению и эксперименталь­ ной отработке ЖРД.

В начале тридцатых годов уровень техники и имею­ щиеся конструкционные материалы не позволяли изго­ товить ракету с большим отношением стартовой массы к конечной (например, в первой советской ракете с ЖРД «ГИРД-Х» это отношение было равно примерно 1,4), по­ этому идея Ф. А. Цандера была заманчивой, но оказа­ лась практически неосуществимой.

В лучших современных ракетах благодаря примене­ нию новейших конструкционных материалов, выполнению всех агрегатов ракеты по оптимальным схемам и работе их в наивыгоднейших режимах удалось получить очень высокое отношение стартовой массы ракеты к конечной.

Исследования топлив

Ф. А. Цандер был сторонником применения топлива с инзкокипящими окислителями. Он исходил из того, что такое топливо обладает исключительно большими воз­ можностями в отношении дальнейшего повышения удель­ ного импульса. В качестве окислителя он считал целесо­ образным применять жидкий кислород, а в качестве горючего—жидкий водород, бензин, спирт. Бензин, в част­ ности, привлекал внимание Ф. А. Цандера не только вы­ сокой калорийностью, но и возможностью его использо­ вания в авиационных и ракетных двигателях проектиро­ вавшихся им межпланетных летательных аппаратов.

Как было сказано, Ф. А. Цандер проводил исследова­ ния, посвященные изучению возможности и целесообраз­ ности применения металлов в качестве добавок к жидко­ му горючему. Известно, что при сгорании некоторых ме­

5,9