50 години от експедициите Аполо: космическата надпревара между СССР И САЩ (фотогалерия)

След подялбата на германските ракетни технологии, СССР и САЩ започват усилено създаване на военни ракети и ракети носители за извеждане на полезни товари в Космоса.

В СССР, военнокосмическите изследвания са централизирани под единно ръководство, като същевременно, до средата на 50-те години широко беше използван трудът на хиляди германски специалисти, като водещ беше Хелмут Грьотруп, дясната ръка на Вернер фон Браун (същият, с когото заедно са арестувани от Гестапо на 15 март 1944 г.).

В САЩ, гражданските и военните изследвания бяха съсредоточени в различни ведомства. Първоначално и военните ракетни проекти също бяха разделени в различните родове въоръжени сили (ВВС, ВМС и Сухопътните сили). В САЩ бяха привлечени няколко десетки германски специалисти, начело с Вернер фон Браун. Германците били държани обаче настрана и се включват активно едва след провала на военните (проектът Авангард на ВМС), когато ракетата Юпитер С извежда първия американски спътник в орбита през 1958 г.

В областта на ракетните двигатели, още в началото на 50-те години, американците тръгват по собствен път, като създават първите криогенни двигатели (RL-10) и най-мощният еднокамерен двигател на пропелант керосин и течен кислород (F-1). Същевременно, съветските конструктори до средата на 50-те години усъвършенстват V-2 в различни модификации на пропелант етилов алкохол и течен кислород. Първият оригинален двигател е създаден от Глушко през 1954-1957 г. (РД-107/108), но също на базата на V-1.

Състоянието на ракетната техника в СССР. Германската група и използването ѝ от Корольов. Оригинални съветски ракети

Р-1 Съветската балистична ракета Р-1 представлява пълно копие на V-2, произведена със съветски материали и по съветска технология (за която германските специалисти твърдят, че съответства на германската технология от началото на 30-те години на 20-и век.)

Г-1 Съветската балистична ракета Г-1, подобрена версия на ракетата V-2 с обсег от 600 км, е първата разработка на германския инженерен екип на Грьотруп, след като са били преместени в Русия. Съветска държавна комисия решава през 1948 г., че е тя е с по-добри качества от концепцията на Корольов Р-2.

Въпреки това Р-2 е пусната в производство. Корольов успява да убеди правителството да допусне в производство Р-2, а не Г-1, като твърди, че технологията за производство на Г-1 не може да бъде овладяна веднага от Съветския съюз. Няколко от концепциите на Г-1 (интегрирани резервоари за пропелент, радио-контролирано прекъсване на двигателя, предно разположен резервоар за течен кислород) обаче са използвани от групата на Корольов в техните ракети Р-2 и Р-5. Г-1 получава секретно обозначение Р-4 и явно обозначение Р-10.

Г-2 Задача на проекта Г-2 е да се създаде първата оперативна балистична ракета. Целта е да се достави полезен товар от 1000 кг в обхват от 2500 км. Ракетата ще използва три подобрени двигателя от V-2, с обща тяга от 100 тона. Г-2 получава секретно обозначение Р-6 и явно обозначение Р-12. Изпитвани са различни едностепенни и двустепенни комбинации от Г-1 и Г-2.

Г-3 е проект на базата на Г-1. Обозначение Р-8/Р-13. Балистичната ракета Г-4 е проектирана от групата на Грьотруп в конкуренция с Р-3 на Корольов. Устинов информира Грьотруп за изискването на 9 април 1949 г.: да достави 3000 кг полезен товар (всъщност се има предвид ядрена бомба) на 3000 км. Това изискване означава значително подобрение спрямо съществуващата технология V-2.

Г-4 Държавната комисия оценява Г-4 по-високо от Р-3 на Корольов на 7 декември 1949 г. Нито един от двата проекта обаче не е завършил с производство, но концепцията за проектиране на Г-4 е довела директно до МКБР Р-7 на Корольов (по същество пакет от Г-4 или R-3A и ускорител Н1).

Р-14 Работата по Г-4 продължава и през 1952 г. Обозначение Р-14. Д-р Албринг и неговите сътрудници предлагат проект за безпилотен бомбардировач, обозначен с Р-15 (Г-5) . Балистичната ракета Р-5 е първата оригинална разработка на групата на Корольов, която обаче използва всички идеи на германците по усъвършенстването на V-2, от Г-1 до Г-4.

Р-5 Активната фаза на проектантската работа по Р-5 е извършена през през 1952 г. Р-5 се захранва от един-единствен двигател РD-103, заимстван от А-4 и разработен в ОКБ-456 в Химки, под наименование RD-103. Той използва 92% алкохол като гориво и течен кислород като окислител, и дава тяга от 43.8 тона. Сравнен с двигателя на А-4, РД-103 включва редицa подобрения, включително по-добра охладителна система за горивната камера и въвеждане на автоматичен контрол на тягата.

Р-7 Следващото поколение балистични ракети Р-7 са напълно оригинална разработка на групата на Корольов, на база новите оригинални двигатели на Глушко РД-107 и РД-108.

В края на 1954 г. Глушко изоставя РД-105 и вместо това използва четири по-скромни камери от V-2 за RD-107 с общ турбопомпен агрегат и заменя спирта с керосин, като гориво. Тягата е 102 тона (4х25.5). Това всъщност е първата в света МКБР (междуконтинентална балистична ракета), годна да носи все още обемистите и тежки съветски ядрени бойни глави.

Първият полет е на 21 август 1957 г. Успехът – и вследствие на това надеждността на дизайна, и много голямата мощност за МКБР – позволиха да се използва Р-7 като ракета носител за космически обекти. В процеса на експлоатация на R-7 като космически носител били установени недостатъци и осъществена модернизацията му, за да се увеличи изходният полезен товар, надеждността и обхватът от задачи, които може да решава.

Това довежда до появата на цяло семейство ракети носители. Ракетите от това семейство слагат началото на космическата ера. С тях бяха извършени: изстрелване на първия изкуствен спътник в орбитата на Земята, изстрелване на първия спътник с живо същество на борда в орбита, изстрелване на първия кораб с човек на борда в околоземна орбита, извеждането на станцията Luna-9, която извършва първото меко кацане на Луната. Повечето пилотирани полети на СССР и Русия са извършени с ракети от това семейство.

Двигатели на първото поколение съветски ракети

РД-100 Двигател на Глушко, пропелант алкохол/течен кислород, за ракетата Р-1. Съветско копие на двигателя V-2 със съветски материали. Германските ракетни учени спомагат за проектирането му. Тяга 40.4 тона. Специфичен импулс на морското ниво: 203 с. Първи полет 1948 г.

РД-101 Двигател на Глушко, пропелант алкохол/течен кислород. За ракета Р-2 и V-2A. Разработен едновременно с РД-100, но без германско участие. По-компактна конструкция, повишена тяга, повишено налягане в камерата и по-висока концентрация на алкохол. Тяга 40.4 тона. Специфичен импулс на морското ниво: 210 с. Първи полет 1949 г.

РД-102 Двигател на Глушко, пропелант алкохол/течен кислород. За ракета Р-3А, експериментална ракета. Проектът е прекъснат през 1951 г. заради преминаване към разработка на РД-103.

РД-103 Двигател на Глушко, пропелант алкохол/течен кислород. За ракета Р-5. Няма производство. Окончателна екстраполация на ракетния двигател V-2 в СССР. Тяга 50 тона. Специфичен импулс на морското ниво: 216 с.

РД-105 Оригинален двигател на Глушко, пропелант керосин/течен кислород. Предназначен за ракета Р-7. Еднокамерен двигател, впоследствие се заменя с 4-те камери РД-107. Първоначален проект за МКБР. Няма производство. Оказва се, че не е възможно да се преодолеят вибрациите в определени режими при използването на една голяма камера. Еднокамерен двигател, впоследствие се заменя с четирите камери РД-107. Тяга 62.8 тона. Специфичен импулс на морското ниво: 302 с.

РД-107 Оригинален двигател на Глушко, пропелант керосин/течен кислород. Прилаган при знаменитите Р-7 и последващи ракети. РД-107 е проектиран под ръководството на Валентин Глушко в лабораторията на OKB-456 между 1954 и 1957 г. В него се използват течен кислород и керосин като окислител и гориво. Както беше характерно за всички потомци на ракетната технология V-2, турбината на помпите се задвижва от прегрята пара, генерирана чрез каталитично разлагане на въглеродния пероксид. Обединени са четири горивни камери, всяка с конструкция близка до тази на А-4, но с пропелант керосин и течен кислород, захранвани от една турбопомпа. Използват се четири по-малки камери, за да се заобиколят проблемите с нестабилността на горенето в по-големи единични камери, както при РД-105. Освен това двигателят има две допълнителни малки горивни камери, с които се управлява посоката на вектора на тягата.

РД-108 На същата база е разработен двигателят РД-108, при когото разликата е единствено в това, че има четири допълнителни малки горивни камери, с които се управлява посоката на вектора на тягата, а също така е разчетен за по-продължително време на горене. Причината е в това, че РД-108 ще се използва като единствен двигател в ракетна степен (затова има четири допълнителни управляващи камери), докато РД-107 се използва в пакет от четен брой двигатели (обикновено четири). Тяга 102 тона (4х25.5). Специфичен импулс на морското равнище: 256 с. Първи полет 1957 г.

Състоянието на ракетната техника в САЩ. Германската група и използването ѝ от американците. Оригинални американски ракети

Redstone PGM-11 е първата голяма ракета, разработена в САЩ, използвайки немската технология V-2. Проектирана е от Американската агенция за балистични ракети на САЩ (ABMA), под ръководството на Вернер фон Браун. Тя по-късно изстрелва първия американски сателит и първия американски астронавт в космоса по суборбитален полет. Първи старт 20 август 1953 г. Последен старт: 1 декември 1965 г. Брой стартове: 53. Полезен товар: 3580 кг. Тяга: 36.6 тона.

През ноември 1944 г. американската армия финансира General Electric (GE) по проекта Hermes, за разработване на немска ракетна технология. Екипът на GE прави незначителен напредък, но с избухването на Корейската война армията изпитва спешна необходимост от балистична ракета.

Програмата е прехвърлена към немския екип на фон Браун в Ню Мексико през 1950 г., след което през 1951 г. екипът и проектът са преместени в арсенала Redstone (Редстоун) в Алабама.

Екипът на Фон Браун завършва проектирането на ракети с обхват от 400 км през 1952 г., комбинирайки доказаната технология V-2 с някои нови концепции (инерционна навигация, отделна бойна глава). Ракетата се задвижва от версия на двигателя Rocketdyne XLR43-NA-1, еволюция на силовата установка на V-2 за програмата на USAA Navaho.

Както е практиката на фон Браун, неговият екип създава прототипи на ракети, а производството се извършва от външен изпълнител. Първият тестов старт е през август 1953 г., първата произведена ракета от Крайслер излита през юли 1956 г.

Ракетите Редстоун са били използвани за тестване на технологията за ракетите Юпитер, Юпитер А и Юпитер С, които са разработени на базата на Редстоун.

Юпитер С извежда първия американски спътник в орбита през 1958 г., след като Авангард на ВМС (задвижван от двигател на GE) се проваля. Редстоун също е бил използван, за да изведе първите американци в космоса на двете суборбитални мисии Меркурий-Редстоун.

Военният Редстоун е пенсиониран през 1964 г., заменен от много по- подходящия твърдогоривен Пършинг. Пенсионираните ракети са използвани като цели за противоракетната отбрана, а също част са прехвърлени в Австралия, където извеждат първия спътник на страната в орбита. Полезен товар 2860 кг. Обхват до 320 км. Двигател А-7.

Juno-1 (Jupiter С. Juno I) Четиристепенна ракета носител на Крайслер, вариант на Юпитер С с допълнителна четвърта степен. Проектирана от Американската агенция за балистични ракети на САЩ (ABMA), под ръководството на Вернер фон Браун.

Първа степен: Редстоун, тяга 42.4 тона, специфичен импулс 235 с. Втора степен: блок от 11 ТвРД Baby Sergiant, тяга 7.5 тона, специфичен импулс 214 с. Трета степен: блок от 3 ТвРД Baby Sergiant, тяга 2 тона, специфичен импулс 214 с. Четвърта степен: 1 ТвРД Baby Sergiant, тяга 0.68 тона, специфичен импулс 214 с. Полезен товар на ниска околоземна орбита 11 кг. Първи полет: 31 януари 1958 г., изстрелва първия американски изкуствен спътник на Земята.

Юпитер С Американска орбитална тристепенна ракета. Юпитер-С е проектирана от Американската агенция за балистични ракети на САЩ (ABMA), под ръководството на Вернер фон Браун. Подобрен вариант на ракетата Редстоун. Използвани са по-обемни горивни резервоари.

Първа степен: Редстоун, тяга 42.4 тона, специфичен импулс 235 с. Втора степен: блок от 11 ТвРД Baby Sergiant, тяга 7.5 тона, специфичен импулс 214 с. Трета степен: блок от 3 ТвРД Baby Sergiant, тяга 2 тона, специфичен импулс 214 с. Първи полет: 20 септември 1956 г., последен полет: 8 август 1957 г.

И при трите изпитателни полета, на екипа на Фон Браун е било наредено от МО да натовари последната степен с баласт. Това е било мярка за предотвратяване на „непреднамерени“ извеждания в орбита на сателити, които да откраднат приоритета на официалната американска програма Vanguard.

При един от тези полети обаче третата степен се загубва, радарите не регистрират падане в океана. Допуска се, че тя би могла да е влязла в орбита. Генерал Медарис, началникът на полигона Хънтсвил, решава, с риск да бъде наказан, да прибере на склад четвъртата ракета Юпитер С. По-късно с нейната модификация, наречена Juno-1, е изведен първият американски спътник Explorer 1. Обаче задръжката на Юпитер С се оказва груба грешка на бюрократите от армията, защото Р-7 на Корольов изстрелва първия спътник на Земята на 4 октомври 1957 г., а пък Vanguard се проваля почти по същото време.

Redstone MRLV (Mercury-Redstone Launch Vehicle) Американска суборбитална ракета. Използвана е за шест суборбитални полети на Mercury в периода 1960–1961 г. Модифицирана ракета Редстоун, използвана за изстрелване на пилотирания космическия кораб Меркурий, по суборбитална траектория, на разстояние 380 км, при 220 км надморска височина и максимална скорост 6800 км/ч. Двигател А-7. Полезен товар по балистична траектория 1800 кг. Първи полет: 21 ноември 1960 г.

Полети на Redstone MRLV

 Atlas LV-3B Американска двустепенна ракета носител, производство на Convair. Извежда в орбита първите четирима американски астронавти по програмана Mercury. Полезен товар на ниска околоземна орбита 1360 кг. Първа степен: два двигателя Rocketdyne XLR-89-5 с 152 тона тяга. Втора степен: един двигател Rocketdyne XLR-105-5 с тяга 36.3 тона. Първи полет: 29 юли 1960 г.

Titan 2 GLV Двустепенна американска ракета носител на Martin, с помощта на която са изведени в орбита дванадесет космически кораба на САЩ от второ поколение – Джемини. Първа степен: два двигателя LR87-AJ-7 с 190 тона тяга. Втора степен: двигател LR91-AJ-7 с тяга 44 т. Първи полет 8 април 1964 г., последен полет 11 ноември 1966, общо 12 изстрелвания, всичките успешни, по програмата Gemini. Полезен товар на ниска околоземна орбита 3 600 кг.

Двигатели

Двигател Redstone Модификации от А-1 до А-7. Двигател на Rocketdyne. Пропелант алкохол/течен кислород. За ракета Редстоун. Разработен първоначално като XLR43-NA-1, американска версия на V-2, еднокамерен двигател, тестван през 1945 г. Тяга 41.4 тона. Специфичен импулс на морското равнище 235 с. Първи полет: 1953 г.
Двигатели А-6 и А-7.

Докато ранните полети на ракетите Редстоун използват версиите A-1 до A-4 на двигателя, ракетата влезе в последваща експлоатация с версиите A-6 и A-7. Всеки модел от серия „А“ има едни и същи основни параметри, като моделите се различават само в модификациите на различни компоненти. Всъщност и всичките седем модели са взаимозаменяеми, като се изискват само незначителни промени на възлите за свързване на двигателя към ракетата.

XLR89-5 Двигател на Rocketdyne Пропелант керосин/течен кислород. За ракета Atlas D. Тяга 76 тона. Специфичен импулс на морското равнище 248 с. Оригинален двигател на Rocketdyne. Първи полет: 1958 г.

XLR105-5, MA-3 част от LR105 Двигател на Rocketdyne. Пропелант керосин/N2O4. За ракета Atlas D. Тяга 36.3 тона. Специфичен импулс на морското равнище 215 с. Оригинален двигател на Rocketdyne. Първи полет: 1958 г.

LR87-AJ-7 вариант на LR87 Двигател на Aerojet. Пропелант Aerozine-50/течен кислород. За ракета Gemini Titan 2 GLV. Тяга 94.7 тона. Специфичен импулс на морското равнище 258 с. Оригинален двигател на Aerojet. Първи полет: 1962 г.

LR91 -AJ-7 вариант на LR91 Двигател на Aerojet. Пропелант Aerozine-50/ течен кислород. За ракета Gemini Titan 2 GLV. Тяга 44 тона. Специфичен импулс на морското равнище 316 с. Оригинален двигател на Aerojet. Първи полет: 1962 г.

RL10 Това е първият ракетен двигател с окислител течен водород в света, като разработката му започва през 50-те години на миналия век в Центъра за космически полети на Маршал и Pratt & Whitney. RL10 е тестван за първи път на земята през 1959 г. в Центъра за изследвания и развитие на Pratt & Whitney в Уест Палм Бийч, Флорида.

Първият успешен полет се осъществява на 27 ноември 1963 г. Тогава два двигателя RL10A-3 задвижват горната степен Кентавър на ракета-носител Atlas. Пропелант течен кислород/течен водород. Тяга (вакуум) 11 тона. Специфичен импулс (вакуум) 465.5 секунди. Този пропелант се явява най-доброто съотношение гориво/окислител, тъй като осигурява най-високия възможен специфичен импулс (теоретично по-добър е само течен флуор/течен водород, който обаче е изключително опасен и отровен). Конструкцията е толкова сполучлива, че се използва и досега (RL10C-1-1 на ракетата Centaur V и RL10C-2-1 за втора степен на ракетата Delta Cryogenic).

F-1 Двигателят F-1 е най-мощният еднокамерен ракетен двигател с течно гориво в света. Компанията Rocketdyne през 1955 г., по задание на ВВС на САЩ, разработи много големите ракетни двигатели F-1 и E-1. E-1, макар и успешно тестван статично, беше определен като технологична задънена улица и беше изоставен заради по-мощния F-1. В крайна сметка ВВС спряха разработването на F-1 поради липса на необходимост от такъв голям двигател. Въпреки това, наскоро създадената Национална администрация по аеронавтика и астронавтика (НАСА) оцени двигателя и договори с Rocketdyne да завърши разработката му.

Тестовите изпитания на компонентите на F-1 са извършени още през 1957 г. Първото статично изпитание на F-1 е извършено през март 1959 г. Първият F-1 е доставен на NASA през октомври 1963 г. През декември 1964 г. F-1 завършва тестовете за полети. Тестванията продължават поне до 1965 г. Първи полет през 1967 (Аполо 4). Пропелант RP-1 (ракетен керосин) като гориво и течен кислород (LOX) като окислител. Всяка секунда F-1 изгаря по 2.5 тона пропелант и развива мощност от около 40 000 000 конски сили, при тяга 696 тона. Специфичен импулс (вакуум) 304 секунди.

През 60-те години на миналия век Rocketdyne предприема подобрения в конструкцията на F-1, което води до нова модификация на двигателя F-1A. Макар външно да е много подобен на F-1, F-1A произвежда около 20% по-голяма тяга, 800 тона при тестове, и щеше да бъде използван на бъдещи ракети носители след Аполо. Производствената линия на Сатурн V обаче беше затворена преди края на проекта Аполо и двигателите F-1A никога не полетяха.

За повече информация и илюстрации, вижте тук (pdf).