Ошибки мировой космонавтики - Александр Геннадьевич Яровитчук

Глава 8

Топливо

Разве я позволил бы себе налить даме водки? Это чистый спирт!

Основоположник теоретической космонавтики Константин Эдуардович Циолковский предлагал использовать химические двигатели, то есть устройства, использующие для разгона топлива химическую реакцию. Дав идею, Циолковский подробно не углублялся в изучение свойств и особенностей горения и детонаций. Его выводы были основаны на простых размышлениях. Первое – надо использовать жидкости или газы, чтобы было удобнее контролировать горение. Твердые соединения по типу пороха будут взрываться сразу, подачу топлива нельзя прекратить, увеличить или уменьшить. Однако, когда инженеры приступили к реализации замысла Циолковского, обнаружилось, что для перемещения топлива из баков в двигатель или по двигателю нужны дополнительные системы, насосы, трубопроводы и так далее.

Тогда первопроходцам космонавтики пришла идея совместить позитивные свойства твердых и жидких веществ и создать некую смесь. В жидкий бензин химики добавляли канифоль, которая делала горючее более густым. Получалось что-то вроде вязкого желе. И насосы не нужны, и вроде как топливо не твердое. Вторым веществом химической реакции горения стал жидкий охлажденный кислород. По мере нагревания в баке кислород испарялся и создавал давление, которое выталкивало жидкую составляющую в двигатель. Именно на этом топливе и была создана первая в СССР гибридная ракета «Гирд-09».

Правда, перед этим было много проб и ошибок. Так, например, у инженеров встал вопрос, как дать двигателю первую искру. Химики подсказали использовать медленногорящие вещества – стронций и хлористый калий. Пока они тлели, можно было проводить зажигание. По запросу представителям ГИРД (группа изучения реактивного движения, создатели первых советских ракет) выдали по полкилограмма и того, и другого. Первым делом инженеры смешали оба материала, добавили еще кое-что и заложили в камеру сгорания. Туда же засунули длинный бикфордов шнур. Все дело проходило в подвале обычного жилого дома на Садовой-Кудринской улице в Москве. Спрятавшись за укрытие, испытатели подожгли шнур и стали ждать. Прошла пара минут, а эффекта не было. Тогда один из инженеров со словами: «Ну, все потухло» вышел из укрытия, но не прошел даже нескольких шагов. Рвануло так, что сотрясся весь дом, выбиты были стекла и слетели со стен картины. Не зная того, инженеры соорудили самую настоящую бомбу. Долго не было реакции из-за длинного бикфордова шнура – до смеси искра дошла далеко не сразу. Если не считать легкого оглушения, никто не пострадал. Жители дома после этого забаррикадировали выход из подвала в надежде прекратить опасные эксперименты. Сергею Королёву пришлось потратить много сил, чтобы договорится с милицией и своими соседями. Другие испытания двигателей и ракет проводились уже на полигонах на открытом воздухе.

С кислородом тоже не все было гладко. Чтобы испарение происходило быстрее и чтобы давление было больше, баки нужно было делать из меди. Однако этот металл, хотя и хорошо проводит тепло, не является очень прочным. От переизбытка давления баки ракеты просто взрывались. У инженеров было два варианта: сделать более толстые стенки или взять другой материал. В целях облегчения ракеты был выбран второй вариант. Позже баки делались из авиационного дюралюминия. Это увеличило прочность, но двигатель сразу стал работать хуже, так как кислород в него поступал под меньшим давлением.

Конструкторам было непросто изучить эти особенности быстро. Все очень боялись концентрированного кислорода. Ходило много слухов о взрывоопасности этого газа при попадании в него органических материалов. Хотя слухи появились не на пустом месте, все-таки во всех этих историях фигурировал газ, а не доведенная до температуры –183 °C жидкость. Для начала химической реакции необходима была энергии или тепло, которого в случае с охлажденным кислородом не было. В какой-то момент после невыполненных экспериментов, когда еще оставался окислитель, инженеры начинали с ним «развлекаться». Например, клали цветок в эту страшно холодную жидкость, тот очень быстро замерзал и становился твердым. После этого растение можно было разбить как стеклянный бокал. Такие шутливые опыты успокоили инженеров и ускорили работу, развеяв страх. Но эта веселая расслабленность сыграла и злую шутку. В одном из испытаний для зажигания использовались электросвечи, как в автомобиле, но двигатель не запустился. Тогда инженеры перекрыли подачу кислорода и решили поджечь установку за счет своеобразного факела. Они взяли метровую палку, намотали на нее марлю, смочили в бензине и подожгли. Как только открытый огонь поднесли к двигателю, раздался мощный взрыв. В камере сгорания после предыдущего неудачного эксперимента остался жидкий кислород, который на воздухе испарялся и становился газом. Наружу он выходил медленно, так как был немного тяжелее окружающего атмосферного воздуха. Сгущенный бензин, который никуда не делся, тоже испарялся. Последовал закономерный результат – взрыв. На удивление никто не пострадал, даже тот человек, что держал в руках палку и находился фактически в эпицентре. В этот раз вся история произошла на полигоне, а не в подвале дома на Садово-Кудринской.

Тут же обнаружилась еще одна проблема. Жидкий кислород выталкивался в камеру сгорания струями, которые били в конкретную точку двигателя. Там жидкость смывала сгущенный бензин и оголяла стенки. Это место очень быстро прогорало, и двигатель разрушался.

Инженеры попробовали и жидкий бензин. Во время испытаний двигателя для ракетоплана РП-1 техники изрядно намучались с детонацией такого топлива. Бензин состоит из смеси горючих материалов. Одни лучше воспламенялись, другие хуже, и потому инженерам никак не удавалось стабилизировать работу. Давление внутри камеры сгорания скакало от 2 до 8 атмосфер. Чаще всего двигатель расходился по сварному шву или по месту, где система охлаждения имела проблемы. Например, в одном из проектов разные части оболочки охлаждались воздухом и жидким кислородом. Камера сгорания разрушилась как раз на стыке этих систем.

Еще одна проблема бензина – он достаточно легко испаряется и пузырится. Для двигателя важно, чтобы топливо из него не возвращалось в топливный бак. Для этого используются специальные клапаны. Если один из них был некачественным или установлен неплотно, то бензин мог попасть в топливопровод и закупорить его. В лучшем случае это приводило к тому, что двигатель переставал работать, а в худшем – к взрыву.

Далее работы шли по двум направлениям. Одна группа инженеров продолжила мучиться с бензином, придумывая способы упрочнения двигателя. Заранее скажем, что хоть ракеты с таким топливом и летали, но недалеко. Тем не менее наработки остались и потом использовались при создании двигателей на керосине.

Вторая группа предпочла спирт. В отличие от бензина и керосина это вещество можно получать без примесей. Спирт горел в двигателях ровно и спокойно, не провоцируя взрывов. Это был идеальный выбор. Число ракет на спирте стало быстро увеличиваться. Однако этот вид топлива был дорог и ценен с