Материал: Шевелюк, М. И. Теоретические основы проектирования жидкостных ракетных двигателей учебное пособие для высших учебных заведений

и по жидкостным ракетным снарядам. Среди ученых, посвятивших свои труды указанным проблемам, следует назвать Р. Эно-Пельтри

В Германии несколько позже, чем в СССР, появились двигатели реактивного института в Пеенемюнде (А-4 и «Вассерфаль»), фирмы БМВ, фирмы Вальтер и др.; в США—двигатели Калифорнийского

технологического института, фирм Аэроджет Инжиниринг, Риэкшн Моторе и др.

С появлением первых надежно действующих двигателей опреде­ лились возможности практического применения их для снарядов дальнего действия, различного вида зенитных снарядов, воздушных торпед и др.

Огромным достижением в области развития реактивной науки и техники является создание и успешное испытание в Советском Союзе первой в мире межконтинентальной баллистической ракеты.

гической авиации.

Величайшим достижением советской науки и техники в области ракетостроения является запуск 4 октября 1957 г. первого в мире искусственного спутника Земли.

При запуске этот спутник, имевший форму шара диаметром 58 см и вес 83,6 кг, получил от ракеты-носителя орбитральную ско­ рость 8000 м/сек и максимальное удаление от поверхности Земли

900 км\ время одного оборота его вокруг Земли оказалось равным 1 часу 35 мин.

Этот спутник совершил 1400 оборотов вокруг Земли и пролетел около 60 миллионов километров.

Этим успешным запуском спутника Земли, созданного челове­ чеством, внесен крупнейший вклад в сокровищницу мировой науки

и культуры.

3 ноября 1957 г. в Советском Союзе был запущен второй искус­ ственный спутник Земли (в соответствии с программой Междуна­ родного геофизического года).

Этот спутник Земли представлял собой последнюю ступень-

ракеты-носителя с расположенными в ней контейнерами для науч­ ной аппаратуры и подопытного животного (собаки), общим весом

508,3 кг.

10 Гл. 1. Введение

Вначале спутник имел следующие характеристики орбиты:

форма — эллиптическая, высота в апогее — 1671 км, наклон орбиты к экватору—65°17' и период обращения—103,74 мин. При запуске орбитральная скорость спутника достигла 8000 м/сек.

Этот спутник совершил около 2370 оборотов вокруг Земли, прой­ дя путь 100 миллионов километров.

Успешным запуском искусственного спутника Земли с разнооб­ разной научной аппаратурой и подопытным животным советские

ученые расширили исследование космических пространств и верхних слоев атмосферы.

15 мая 1958 г. в Советском Союзе был запущен третий самый крупный в мире спутник Земли. Вес его 1327 кг. Длина спутника 3,57 м и наибольший диаметр 1,73 м.

Вначале спутник имел следующие характеристики орбиты: фор­

1960 г. он совершил 9221 оборот.

Следующим величайшим достижением советской ракетной нау­ ки и техники является создание многоступенчатой ракеты, последняя ступень которой способна достигнуть второй космической скорости (11,2 км/сек), обеспечивающей возможность межпланетных поле­ тов. 2 января 1959 г. в СССР был осуществлен успешный запуск такой космической ракеты в сторону Луны.

Последняя ступень ракеты весом 1472 кг без топлива была обо­

рудована специальным контейнером с измерительной аппаратурой

и радиопередатчиками для проведения научных исследований.

Общий вес научной и измерительной аппаратуры с источниками питания и контейнером составлял 361,3 кг.

Эта космическая ракета через 34 часа после старта пролетела вблизи Луны (на расстоянии около 6—7 тыс. км) и на 62-м часу своего полета с момента старта, на 10 час. 5 января, удалилась от Земли на 597 тыс. км. Преодолев притяжение Земли и Луны, она

вышла на орбиту своего движения вокруг Солнца.

В течение 62 час. в соответствии с программой осуществлялась

надежная радиосвязь ракеты с Землей.

Обработка полученных данных измерений позволила устано­ вить, что космическая ракета 7—8 января 1959 г. окончательно вышла на периодическую орбиту искусственной планеты солнечной системы. Наибольший диаметр орбиты ракеты, расположенный

между орбитами Земли и Марса, оказался равным 343,6 млн. км. Период обращения ракеты вокруг Солнца составляет 15 месяцев

(450 земных суток).

Запуск космической ракеты, ставшей на вечные времена первой искусственной планетой нашей солнечной системы, открыл эру меж­ планетных полетов и продемонстрировал всему миру выдающиеся достижения советской науки и техники.

В период с 12 по 14 сентября 1959 г. успешно был осуществлен первый в истории полет второй советской многоступенчатой косми­

в исследовании и завоевании космоса человеком.

Достижение Луны советской ракетой является выдающимся успехом отечественной науки и техники и знаменует собой начало полетов с Земли на другие планеты.

4 октября 1959 г. в СССР был осуществлен успешный запуск третьей многоступенчатой космической ракеты для дальнейшего исследования космического пространства и фотографирования не­ видимой с Земли стороны Луны.

С этой целью была создана автоматически управляемая с Земли

межпланетная космическая станция, которая при помощи ракеты была выведена на заранее рассчитанную орбиту, огибающую Луну.

В соответствии с расчетом эта станция пролетела на расстоянии не­ скольких тысяч километров от Луны, 18 октября произвела фото­

графирование обратной стороны Луны и передала по команде эти изображения на Землю при помощи специальной радиотехнической системы.

Осуществление этого запуска ракеты на Луну, в результате ко­

торого были получены до сих пор неизвестные ценнейшие научные данные о космическом пространстве, включая фотографию невиди­ мой с Земли стороны Луны, потребовало от советских специалистов решения ряда весьма разнообразных и сложных проблем. Эти до­ стижения советской науки и техники потрясли весь мир и вызвали огромное восхищение у всего прогрессивного человечества.

На основе достигнутых в Советском Союзе успехов по исследо­ ванию космического пространства с помощью баллистических ракет, в соответствии с планом научно-исследовательских работ, советски­

ми учеными и конструкторами ведутся работы по созданию более

мощной ракеты для запуска тяжелых спутников Земли и осущест­ вления космических полетов к планетам солнечной системы.

8 января 1960 г. ТАСС сообщило, что для отработки такой раке­ ты с высокой точностью полета в течение ближайших месяцев 1960 г. будут проведены запуски этой ракеты без последней ступени в цен­

тральную часть Тихого океана. В этом сообщении был указан район

ожидаемого падения ступени ракеты.

Вечером 20 января 1960 г. был произведен первый запуск такой

ракеты.

Предпоследняя ступень этой ракеты вместе с макетом последней

ступени, двигаясь точно по заданной траектории, развив скорость более 26 тыс. км/час и в тот же день в 20 ч. 15 мин. московского

времени достигла акватории Тихого океана заданного района, уда­

ленного от точки старта на расстояние около 12,5 тыс. км по земной поверхности.

Макет последней ступени ракеты, приспособленный для прохож­

дения через плотные слои атмосферы, достиг поверхности воды вблизи расчетной точки падения.

Специальные суда Советского флота, находившиеся в районе ожидаемого падения ракеты, произвели ценные телеметрические измерения на нисходящей ветви траектории полета.

Макет последней ступени ракеты наблюдался при полете в атмо­

сфере и был засечен при падении в воду радиолокационными, опти­ ческими и акустическими станциями, установленными на судах.

По данным проведенных измерений установлено, что отклонение точки падения ракеты от расчетной составило менее 2 км, что под­

твердило высокую точность системы управления ракетой.

Старт ракеты был произведен точно в назначенное время. Полег ракеты и действие всех ее ступеней проходили в соответствии с на­ меченной программой. Измерительные системы и средства, установ­ ленные на борту ракеты, обеспечивали на протяжении всей трассы полета передачу необходимых данных наземным и корабельным станциям.

Вечером 31 января 1960 г. с той же целью был произведен вто­ рой запуск такой ракеты.

Последняя ступень ракеты с макетом в 19 час. 58 мин. по москов­ скому времени достигла заданного района в акватории Тихого

океана.

Макет последней ступени ракеты также наблюдался при полете в атмосфере и был засечен при падении в воду радиолокационными, оптическими и акустическими станциями, установленными на судах.

Данные произведенных измерений вновь подтвердили высокую точность управления полетом ракеты.

Успешные запуски мощной Советской баллистической многосту­

пенчатой ракеты обеспечивают дальнейшее продвижение советской науки по пути освоения космического пространства и изучения сол­ нечной системы.

§ 2. Направления в развитии ЖРД

Анализ конструкций существующих ЖРД позволяет установить основные направления в развитии этой области техники.

В период второй мировой войны были разработаны и применя­ лись для снарядов и воздушных торпед и самолетов кислородные,

азотно-кислотные и перекисеводородные двигатели.

В число горючих, применяемых в настоящее время, входят тонка250 12, керосин, разбавленный водой этиловый спирт и др.; за грани­ цей находят применение анилин, газойль, фурфуриловый спирт и др.

В настоящее время большое внимание уделяется горючим: гид­ разину и горючим на его основе — метилгидразину, диметилгидразину, а также диэтиламину, горючим смесям на основе керосина и масла пиролиза и др. Представляют большой интерес окислите­ ли — жидкий фтор, фтористый кислород, а также кислород, обога­ щенный озоном, и др.

Снаряды дальнего действия на современной стадии своего раз­

вития требуют:

1)резкого увеличения абсолютной тяги двигателей до несколь­ ких сотен тонн в одном агрегате;

2)увеличения удельной тяги двигателей до многих десятков тонн в одном агрегате;

3)дальнейшего уменьшения веса двигателя на единицу созда­

ваемой тяги;

4)создания многокамерных двигателей с автоматизацией рабо­ ты всех агрегатов.

По мере развития науки в области жидкостных ракетных дви­

гателей все большее внимание сосредоточивается на таких вопро­ сах, как надежность конструкции, простота управления и др.

При разработке мощных двигателей встречаются большие труд­ ности. Необычайная напряженность процесса сгорания в камере двигателя, высокие скорости, давления и температуры газов, суще­ ственно, превышающие все значения, достигнутые в тепловых ма­ шинах до настоящего времени, огромные секундные расходы топли­ ва, требующие обслуживающих питательных установок мощностью

в несколько десятков тысяч лошадиных сил, мощность самого дви­ гателя, достигающая десятков миллионов лошадиных сил,—все это с особенной остротой ставит проблемы охлаждения камеры двига­ теля, ее взрывобезопасности, запуска и регулирования работы дви­ гателя, освоения ТНА и способов питания его турбины, разработки новых высокопроизводительных топлив, высокопрочных свариваю­ щихся сталей и ряд других сложнейших вопросов.

При создании двигателей больших тяг наиболее сложной про­ блемой является обеспечение устойчивого режима работы. Это объясняется тем, что в больших двигателях типа А-4 встречаются трудности, связанные с необходимостью выполнения внутренней оболочки камеры значительной толщины (свыше 5 мм). Во время работы в этой оболочке возникают большие температурные пере­ пады, а следовательно, и сложно распределенные по ее толщине

1 Экспресс-информация АН СССР, вып. 8, РТ-22, 1958. 2 Г. Мебус, Расчет ракетных двигателей, ИЛ, 1959.