История

ТАК НАЧИНАЛИСЬ ЖРД И РАКЕТЫ НА ЖИДКОМ ТОПЛИВЕ

(Продолжение. Начало в № 1 - 2004)

В двадцатые-тридцатые годы прошлого столетия жидкостный реактивный двигатель предполагали использовать не только для запуска ракет, но и для осуществления полетов ракетопланов, подъемная сила у которых создавалась аэродинамическими поверхностями. Привлекательными сторонами ракетоплана являлась меньшая потребная тяга ЖРД по сравнению с "бескрылой" ракетой и, следовательно, меньший расход топлива. Вместе с тем, тогдашний ЖРД мог обеспечить высокую скорость полета, в полтора-два раза превышавшую максимально достигнутую самолетами с винтомоторными силовыми установками. К примеру, мощность ЖРД тягой 750 кгс при скорости полета 300 м/с составляет 3000 л.с., что примерно в два-три раза больше мощности типичных авиационных поршневых двигателей, разработанных в конце тридцатых годов минувшего века. Оборотной стороной медали являлась относительно небольшая продолжительность "моторного" полета крылатого летательного аппарата с ЖРД, обусловленная большим удельным расходом топлива.
Первые эксперименты, связанные с оснащением планера связкой ракетных двигателей (пока еще твердотопливных), в Германии были предприняты Фрицем Штамером еще в 1928 г. В следующем году аналогичные опыты провел фон Опель, однако они закончились воспламенением планера и аварией. Продолжительность работы подобных РДТТ составляла единицы секунд, поэтому о каких-либо серьезных результатах говорить не приходилось.
Следующим шагом стало оснащение очередного планера жидкостным реактивным двигателем, заимствованным от ракеты А-1 Вернера фон Брауна. В 1936 г. подобным ЖРД был оснащен истребитель Не 112. Авиаконструктор Эрнст Хейнкель, заинтересовавшийся возможностями реактивной техники, выделил для опытов сразу две машины. В апреле 1937 г. летчик-испытатель Эрих Варзиц поднял машину в небо. Однако из-за плохих эксплуатационных свойств двигателя, ставших причиной ряда аварий, и переключения внимания фон Брауна преимущественно на баллистические ракеты, работы по этой программе были свернуты.
Но еще раньше, в 1934 г. фирма Walter KG начала разработку, а спустя два года представила на испытания первый простейший ЖРД, обеспечивавший тягу 300 кгс в течение 30 с. Первоначально он предназначался для подвесного ускорителя, облегчавшего взлет самолетов типа He 111 в перегрузочном варианте. Летную отработку первого варианта двигателя Вальтера производили на легком самолете Не 72, первый полет которого с ЖРД состоялся осенью 1936 г.
При разложении в двигателе 85-процентной перекиси водорода в присутствии катализатора высвобождается энергия, равная приблизительно 600 ккал/кг, что обеспечивает повышение температуры продуктов распада на 900…950 К. Наиболее активным катализатором наряду с некоторыми благородными металлами (например, платиной), является перманганат калия. Реактивный двигатель, установленный на самолет Не 72, фактически представлял собой реактор, в котором размещался зернистый катализатор из пиролюзита с добавкой цемента и песка.
По более поздней схеме водные растворы катализатора впрыскивались вместе с перекисью в рабочую камеру, на выходе которой получали разогретый, насыщенный кислородом водяной пар. Фирма Walter KG разработала целый ряд двигателей такого типа. Самые маленькие имели тягу 10 кгс, а самый большой - 60 тс! Именно такими "экологически безопасными" двигателями немцы оснащали, например, реактивную планирующую бомбу Hs 293, экспериментальный самолет Нe 112 и первый специально спроектированный ракетоплан He 176.
Эрнст Хейнкель поручил его разработку Гансу Регнеру. Осенью 1937 г. опытные немецкие авиаконструкторы отчетливо осознали гигантские преимущества, которые сулило применение ЖРД для достижения сверхвысоких скоростей полета. Создаваемый самолет Не 176 должен был стать не очередной летающей лабораторией для проверки работоспособности двигателя, а рекордной машиной, способной преодолеть фантастический по тем временам рубеж - 1000 км/ч. С учетом относительно небольшой тяги вальтеровского двигателя пришлось до предела уменьшить размеры и массу летательного аппарата. Так, его длина не превышала 5 м, размах крыла - 4 м. При взлетной массе 2000 кг (350 кг топлива) удельная нагрузка на крыло получалась невероятно высокой. Принимая во внимание высокую вероятность возникновения аварийной ситуации со столь революционным летательным аппаратом, Регнер был вынужден спроектировать специальную отделяемую кабину для спасения пилота при полете на высоких скоростях. Капсула, оснащенная мягким тормозным устройством, быстро теряла скорость, а затем летчик мог воспользоваться собственным парашютом. Правда, минимальная высота, начиная с которой жизнь пилота гарантировалась, оказалась немалой - 6000 м.
В хвостовой части Не 176 смонтировали двигатель HWK RI-201, обладавший тягой, которая могла регулироваться в пределах от 45 до 500 кгс. В отличие от предшественников в этом двигателе система топливопитания была выполнена турбонасосной (ранее Вальтер практиковал вытеснительную схему с баллонами сжатого воздуха). Внешние формы двигателя с его длинной трубой способны поставить в тупик даже специалиста. Оказывается, Вальтер был вынужден пойти на применение подобной схемы, уступая требованиям самолетчиков, которые беспокоились о центровке машины. По расчетам запаса топлива должно было хватать на 60 с "моторного" полета Не 176.
Летом 1938 г. опытную машину перевезли на остров Узедом, где Варзиц начал с пробежек, коротких подлетов и проверки эффективности органов управления. Только через год все системы были отлажены, и 30 июля 1939 г. самолет Не 176 впервые по-настоящему поднялся в воздух, сделав круг над аэродромом. Весь полет продолжался всего 50 с, но Хейнкель считал полученный результат чрезвычайно важным. Он раззвонил о своей новинке на всех уровнях, вплоть до руководства министерства авиации и рейха. 1 июля 1939 г. за полетом малютки Не 176 наблюдали посланцы Геринга - генералы Удет и Мильх. Спустя еще два дня машину перебросили на испытательный аэродром Рехлин. Здесь в "смотринах" приняли участие сам Гитлер, Геринг и Кейтель. "Кузнечик", - пренебрежительно бросил фюрер после завершения полета Не 176.
Реакция Гитлера перечеркнула все планы Хейнкеля в отношении самолетов с ЖРД. Поддерживавший конструктора Удет (они были приятелями), зная нрав фюрера, посоветовал не перечить. Приближалось 1 сентября 1939 г., планы руководителей рейха были уже однозначно связаны с началом войны, поэтому "кузнечики" никого не интересовали. К тому же, вопреки расчетам, Не 176 смог развить максимальную скорость, не превышавшую у земли 400 км/ч (по другим данным, в одном из полетов он смог разогнаться до 700 км/ч). В соответствии с указанием Гитлера после начала Второй мировой войны машину установили в Берлинском авиационном музее, где она и была уничтожена в результате налета английских бомбардировщиков в 1943 г. Первенцу среди экспериментальных сверхскоростных самолетов с ЖРД фатально не повезло: из-за запрета на фотографирование объектов в музее и гибели официальных отчетов об испытаниях самолетов фирмы Heinkel в последние месяцы войны не сохранилось ни одной его фотографии.
Косвенной причиной отказа от доводки Не 176 можно считать также наличие у руководства люфтваффе альтернативного проекта, который был предложен Александром Липпишем, сотрудником Германского института планеризма (DFS). Еще в 1937 г. Липпиш предложил оснастить один из разработанных им планеров-бесхвосток (DFS 39) реактивным двигателем Вальтера. Из-за ограниченных производственных возможностей института изготовление фюзеляжа новой машины поручили компании Э. Хейнкеля, что было опрометчиво - ведь тот сам занимался разработкой ракетоплана. В соответствии с общим правилом фирма Ernst Heinkel AG старательно тормозила конкурента, пока взбешенный задержками Липпиш не нашел нового покровителя в лице Вилли Мессершмитта. В январе 1939 г. Липпиш вместе с двумя десятками сотрудников перебрался в Аугсбург, где по указанию Мессершмитта специально под этот проект в составе огромного КБ была сформирована отдельная (и весьма секретная) секция L. Первое время разработка ракетоплана велась под обозначением DFS 194, но затем по указанию министерства авиации наименование сменили на Me 163. Это был весьма болезненный удар по самолюбию Липпиша.
Опытная машина оснащалась двигателем RI-203, аналогичным примененному на Не 176, но обладавшим меньшей тягой (300 кгс). ЖРД работал по "холодному циклу", используя то же топливо. Летчик-испытатель Гейнц Диттмар сумел разогнать DFS 194 до скорости 500 км/ч. Затем настал черед несколько усовершенствованного Me 163V1. Весной 1941 г. начались его летные испытания на авиабазе Лехфельд, причем из-за отсутствия отработанного двигателя (Вальтер вновь изменил его конструкцию, обеспечив возможность плавного изменения тяги в диапазоне от 150 до 750 кгс) машину испытывали в безмоторном полете, как планер. Удивительно, но даже с баками, заполненными водой, и весовыми макетами агрегатов силовой установки (чем обеспечивалась нужная центровка) Ме 163V1 продемонстрировал прекрасное аэродинамическое качество, равное 20.
Летом 1941 г. опытный Ме 163V1 перебросили на аэродром Пенемюнде-Запад, где на машину установили ЖРД RII-203, работавший по "холодному циклу". Силовая установка оказалась крайне "сырой". При наземной отработке двигатель дважды взрывался. Вскоре последовал настоящий триумф: под управлением Диттмара самолет, заправленный 1200 кг топлива, побил мировой рекорд скорости и сумел разогнаться до 915 км/ч. Заветные 1000 км/ч были уже совсем близко. 2 октября 1941 г. все тот же Диттмар преодолел указанный рубеж, став первым в мире пилотом, летавшим со скоростью 1004 км/ч. Для установления рекорда Ме 163V1 был отбуксирован двухмоторным истребителем Bf 110 на высоту 3600 м. После расцепки и запуска ЖРД машина стала быстро разгоняться, и при достижении максимальной скорости летчик почувствовал быстрое нарастание усилий на ручке управления. Аэродинамических чудес не бывает - Ме 163 с относительно толстым крылом тоже затягивало в пикирование, как и Ме 262, но только при значительно больших значениях скорости. Впрочем, это не помешало руководству министерства авиации, весьма высоко оценившему результаты испытаний, заказать разработку боеспособного истребителя-перехватчика Ме 163В.
Эта машина, в отличие от экспериментально-рекордного Ме 163V1, должна была нести вооружение (две 20-мм пушки MG 151 или две 30-мм пушки МК 108), бронирование для защиты от ответного огня атакуемых бомбардировщиков, а также иметь топливные баки увеличенного объема. Заказ, выданный министерством авиации, предусматривал изготовление семидесяти Ме 163В и еще десяти планеров Ме 163А, предназначенных для обучения летчиков безмоторному полету и посадке.
Между тем Вальтер продолжал совершенствование двигателя. Очередная модификация RII-211, в отличие от предшествующих, работала по "горячему циклу", при этом перекись водорода являлась окислителем, а "вещество С" (смесь гидразингидрата, метанола и воды) - горючим. Тяга двигателя была доведена до 1500 кгс (позднее - до 1700 кгс). Запаса топлива должно было хватить на 12 минут полета, на ведение боя с высоколетящими неприятельскими бомбардировщиками у пилота истребителя оставалось всего 9 минут. Перекись водорода плескалась даже в двух емкостях, размещенных по бокам от кресла пилота!
Конструкторам пришлось изрядно поломать голову над обеспечением безопасной работы двигателя на всех режимах. Все это задержало появление пригодного для полетов двигателя RII-211.
И все же к концу 1942 г. основные принципиальные трудности удалось преодолеть, а весной 1943 г. была сформирована специальная испытательная команда EK 16, задачей которой стало проведение войсковых испытаний и выработка рекомендаций по боевому применению Ме 163В. Командир ЕК 16 Вольфганг Шпаате и еще четыре опытнейших пилота в течение полугода "отлавливали" дефекты и экспериментировали с различными режимами и профилями полета. Осенью 1943 г. было окончательно определено, что радиус действия "Кометы" (такое наименование получил Me 163B в люфтваффе) не превышает 150 км. Тренировка строевых летчиков должна была начинаться с полетов на планерах с последующим переходом к пилотированию безмоторных Ме 163А, затем - частично заправленных Me 163B, и только после этого можно было подумать об освоении боевого применения в полном объеме. Далеко не каждый пилот средней (по немецким меркам) квалификации мог "приручить" "Комету". Не выдержав возникших трений с В. Мессершмиттом, покинул компанию главный конструктор А. Липпиш.
Только весной 1944 г., в условиях все более разрушительных бомбардировок авиации союзников, командование люфтваффе решило все же развернуть боеспособное строевое соединение ракетных истребителей-перехватчиков. Первая группа эскадры JG 400 в июне 1944 г. базировалась на аэродроме Брандис, что неподалеку от Лейпцига. Шпаате рекомендовал размещать базы Ме 163В цепочкой с севера на юг с тем, чтобы перекрыть все возможные траектории полета англо-американских бомбардировщиков. На счету JG 400 к концу войны числилось всего девять уничтоженных бомбардировщиков при собственных потерях 14 машин (но ни одна из "Комет" не была сбита противником).
Из эмоциональных воспоминаний летчиков, пилотировавших боевые ракетопланы, прежде всего можно выделить две главные особенности Ме 163В. С одной стороны, самолет с нормально функционирующей силовой установкой обладал прекрасными летными данными, в том числе хорошей устойчивостью и управляемостью во всем диапазоне высот. С другой стороны, он являлся "самым опасным боевым летательным аппаратом" для собственного пилота. Недаром эмблемой второго отряда JG 400 был выбран знаменитый барон Мюнхаузен, восседающий на пушечном ядре…
Все эти причины наряду с техническими проблемами и трудностью подготовки пилотов для ракетопланов ограничили их внедрение на вооружение люфтваффе. Эскадра JG 400 неполного состава являлась единственным соединением Ме 163, причем в самом лучшем случае она располагала не более чем 30-40 боеспособными машинами. Общий объем производства Ме 163 по разным оценкам составил от 237 до 300 единиц (точное количество назвать нельзя из-за утраты отчетных документов заводов-производителей при бомбардировках авиации союзников на последнем этапе войны).
Совершенствование конструкции Ме 163 продолжалось вплоть до февраля 1945 г., когда его серийное производство свернули. В 1944 г. концерн Г. Вальтера разработал новый вариант ЖРД, получивший наименование 109-509В, который отличался от предшественников наличием двух камер сгорания. Одна из них, обеспечивавшая максимальную тягу 1700 кгс, использовалась при взлете и наборе высоты, а вторая (максимальной тягой 300 кгс) - для горизонтального полета. В начале 1945 г. появился еще более мощный двухкамерный 19-509С (тяга, создаваемая камерами, - 2000 и 200 кгс, соответственно). В серию его запустить не успели.
Специально для Ме 163 группа специалистов фирмы BMW под руководством Карла-Гейнца Гедвига разработала альтернативный ЖРД типа 109-708 максимальной тягой 2500 кгс. В качестве компонентов топлива использовались азотная кислота ("вещество Sv") и так называемая "тонка" ("вещество R"). Однако довести его до серийного производства не удалось.
Между тем, в августе 1944 г. обстановка в воздухе становилась все более безнадежной для люфтваффе и рейха в целом. Многочисленные американские соединения "Летающих крепостей" и "Либерейторов" осуществляли дневные налеты на германские промышленные центры, а ночью по районам не успевших утихнуть пожаров работали английские бомбовозы. Гитлер был в ярости, обвиняя Геринга чуть ли не в предательстве. В таких условиях министерство авиации было готово рассматривать любые проекты летательных аппаратов, обещавших стать непреодолимой преградой на пути неприятельских воздушных армад.
Пробил час самолетов так называемых "нетрадиционных схем". В их числе был и ракетный истребитель, предложенный инженером Эрихом Бахэмом, бывшим техническим директором фирмы Fieseler. Разработчик полагал, что главными достоинствами такой машины должны были стать низкая стоимость, простота производства и нетребовательность к качеству подготовки пилота в совокупности с большой скоростью полета и высокой огневой мощью. Очевидно, что добиться такого сочетания в одной машине нелегко. Бахэм предложил решение в виде одноразового самолета, стартующего вертикально с помощью ЖРД типа 109-509A-2 и твердотопливных ускорителей и набирающего рабочую высоту с использованием радиоуправления.
В октябре 1944 г. изготовили 15 планеров, один из которых был опробован летчиком Цубертом в полете на буксире за He 111. Конструкция машины была весьма примитивной; на крыльях даже отсутствовали элероны, а управление по крену осуществлялось с помощью дифференциально отклоняемых рулей высоты. В носовой части за обтекателем скрывались трубчатые направляющие для 24 неуправляемых ракет калибра 73 мм. В декабре 1944 г. Бахэм произвел 11 пусков беспилотных самолетов Ba 349. Отладив в какой-то степени старт, конструкторы приняли решение перейти к полномасштабным пилотируемым полетам. В один из последних февральских дней 1945 г. "Гадюка" взлетела в небо с летчиком-испытателем Лотаром Зибертом в кабине. Еще до перехода на ручное управление, на высоте примерно 150 м разрушилось остекление кабины, а затем по каким-то причинам сдвинулся бронезаголовник сиденья пилота. Зиберт, по-видимому, был ранен и потерял сознание. Неуправляемая машина набрала почти полуторакилометровую высоту, постепенно валясь "на спину", а затем перешла в пикирование…
Производство планеров продолжалось (Бахэм имел заказ на 200 предсерийных машин), но было решено до возобновления пилотируемых полетов внимательно изучить поведение Ва 349 в аэродинамической трубе. В марте 1945 г. машину продули, выявив необходимость увеличения поверхностей хвостового оперения. Заодно решили немного ее перекомпоновать, установив двигатель 109-509С максимальной тягой 2000 кгс.
Дни рейха были уже сочтены. В марте-апреле 1945 г. в руки трофейных команд стран антигитлеровской коалиции попали образцы немецкой ракетной техники, включая истребители-перехватчики "Комета" и "Гадюка". К концу 1945 г. в СССР имелось десять Ме-163 (из них семь двухместных учебно-тренировочных, а в пригодном для полетов состоянии - всего один), несколько вальтеровских двигателей 109-509 и опытных ЖРД фирмы BMW. Надо признать, что гораздо больший интерес у советских специалистов вызвали немецкие баллистические ракеты "Фау-2" (А-4) и реактивный истребитель Ме 262 с двумя ТРД Jumo 004. До испытаний двухместного Ме 163S, и то только в варианте планера (в СССР в то время отсутствовало производство компонентов топлива - концентрированной перекиси водорода и гидразингидрата), руки дошли позднее. Летал на "мессере" известный советский летчик-испытатель Марк Галлай, который, к сожалению, в своих воспоминаниях какого-то определенного отношения к машине не высказал, хоть имел при полетах на ней два неприятных случая, не связанных, впрочем, с особенностями самолета.

Двигатель RI-203, работавший по "холодному циклу"
Двигатель RII-211, работавший по "горячему циклу"
Me 163B "Комета"
Ba 349 "Наттер"

(Продолжение в следующем номере).