Определенный прогресс был достигнут и в совершенствовании самих ракет. Для их двигателей использовали более эффективное жидкое топливо. Пионером его практического применения стал американский ученый Роберт Годдард. Опираясь на проведенные им научные эксперименты, 16 марта 1926 года он осуществил первый запуск ракеты, работавшей на жидком топливе. В этом полете ракета достигла высоты 55 м и скорости 27 м/с. Несколько позже Годдард запустил ракету, превысившую в полете скорость звука, разработал гироскопические приборы управления полетом, применил газовые рули для стабилизации ракеты на начальном участке ее полета.
В Европе первый пуск ракеты, использующей жидкое топливо, состоялся в Германии 14 марта 1931 года. Этой работой руководил немецкий ученый Винклер.
Но наибольшего размаха работы по созданию ракетной техники в те годы достигли в СССР, где в ряде государственных организаций (прежде всего в московской ГИРД и ленинградской ГДЛ) начались исследовательские и экспериментальные работы, велось непосредственное конструирование ракет и решались многочисленные вопросы по поиску и обоснованию их наиболее рациональных схем, выбору основных характеристик, исследованию различных видов топлива.
Пуск первой советской ракеты ГИРД‑9, во многом аналогичной по конструкции и по характеристикам первым ракетам Годдарда и Винклера, состоялся 17 августа 1933 года. В последующие годы в СССР создали целое семейство ракет, которые обладали хорошими для того времени характеристиками. Успехи, достигнутые советскими инженерами‑ракетчиками к середине 1930‑х годов, в значительной степени способствовали привлечению внимания к ним со стороны военного руководства и соответственно ускорению работ по созданию новых, еще более совершенных образцов ракетной техники. В их числе были и первые управляемые ракеты, специально предназначенные для борьбы с самолетами, за разработку которых взялись в московском РНИИ, созданном после слияния ГДЛ и ГИРД.
Начало этих работ оказалось в какой‑то степени случайным. В то время параллельно с работами в РНИИ над крылатыми ракетами и двигательными установками на подмосковном полигоне в Софрино проводились испытания одного из вариантов небольшой неуправляемой крылатой ракеты с твердотопливным двигателем, имевшей обозначение "объект 48". Пуски этих ракет были частью исследований, проводившихся в целях выбора оптимальной аэродинамической компоновки подобных ракетных аппаратов, которая обеспечивала бы их необходимую устойчивость и управляемость полета. Однако, прежде чем удалось заставить эти ракеты летать по требуемым траекториям, "сорок восьмые" самостоятельно совершали в полете самые разнообразные, а зачастую и самые непредсказуемые маневры, приводя в ужас работников полигона.
Для ракетчиков подобные кульбиты в воздухе также не предвещали ничего хорошего, скорее наоборот. Но приехавший однажды на эти испытания один из руководителей РНИИ С. П. Королев увидел в подобных беспорядочных маневрах возможность создания для целей противовоздушной обороны "воздушной торпеды" с ракетным двигателем. Эта торпеда легко могла бы догнать и поразить любой из существовавших тогда самолетов, какими бы маневрами он от нее не уходил. Подобная разработка, по замыслу Королева, заодно помогла бы и расширить тематику института, найти новых заказчиков ракет.
При этом Королев учел и то обстоятельство, что в середине тридцатых годов в СССР уже началась активная разработка средств радиоуправления и самонаведения, которые по своим параметрам вполне подходили для ракет. За получением заказа на эту работу дело не встало, и разработка управляемой твердотопливной ракеты, предназначавшейся для использования в качестве средства поражения воздушных целей, началась. Самое активное участие в ней принимали инженеры Е. С. Щетинков, Б. В. Раушенбах, М. П. Дрязгов, С. А. Пивоваров и другие.
Задание на подобную разработку было выдано Центральной лаборатории проводной связи по согласованию с руководством ВВС и Управления связи РККА. В основу системы были положены идеи предыдущего десятилетия – на ракету планировалось установить датчики, воспринимающие отраженный от цели луч прожектора. В институте телемеханики начали разработку соответствующей системы управления полетом ракеты по этому лучу. Таким образом, в результате этих работ должен был получиться своего рода прообраз зенитного ракетного комплекса с полуактивной системой наведения. Главным недостатком, который был изначально заложен в этом проекте, было то, что данная система оружия могла действовать только в ночное время. А с учетом недостаточной чувствительности аппаратуры того периода и зависимости ее характеристик от погодных условий задача, поставленная перед разработчиками, была и вовсе не простой.
Первый вариант "воздушной торпеды", получивший обозначение "217/1", представлял собой небольшой самолет с прямым низкорасположенным крылом. Хвостовое оперение "217/1" состояло из стабилизатора, рулей высоты, киля и руля направления, а в ее цилиндрическом корпусе находился твердотопливный ракетный двигатель, работавший 3–4 с. Предполагалось, что при стартовой массе около 120 кг подобная ракета сможет достигать трехкилометровой высоты. Носовой отсек предназначался для размещения телемеханических приборов и боевой части. Запуск ракеты предусматривался со специального пускового станка, позволяющего выполнять грубое наведение на цель.
Однако первые же пуски "217/1" выявили определенные недостатки в выборе ее аэродинамической схемы. Избыточное аэродинамическое качество (маленький, а все же самолет!) и недостаточная поперечная устойчивость в полете привели к тому, что ракеты во время пусков значительно уходили в сторону от задаваемого стартовой балкой направления – до ста метров на каждый километр полета. В отчете об этих работах отмечалось: "Ввиду специфических условий и особенностей, заключающихся в том, что, преследуя подвижную цель, ракета должна быть весьма маневренной и быстро отклоняться от траектории установившегося движения в любую сторону, возникла мысль о схеме ракеты, симметричной в аэродинамическом отношении относительно продольной оси".
И на втором варианте "217/2" были установлены уже четыре крестообразно расположенных крыла малого удлинения с большой хордой (по существу это была реализация аэродинамической схемы "бесхвостка"). В результате этих переделок значительно улучшились маневренные свойства и устойчивость ракеты, что и подтвердили проведенные пуски.
В конце 1936 года первые результаты по пускам "217‑й" и испытаний ее моделей передали заказчикам, а дальше в действие вступило то, что принято называть нетехническими причинами…
Конечно, работы по "217‑м" ракетам носили ярко выраженный экспериментальный характер. Да и какой еще характер мог быть у этих работ? До какого‑либо значимого результата довели только разработку ракеты. В сложных условиях предвоенного времени все мероприятия, требовавшие значительных затрат и привлечения огромного количества специалистов, приостановили.
Да, именно такими были первые шаги в этой принципиально новой области техники. Будущие главные конструкторы ракет и руководители конструкторских коллективов еще работали простыми инженерами и механиками, испытателями и чертежниками. Многое делали своими руками, без помощи авторитетов сами искали ответы на возникавшие вопросы. И не их вина, что достигнутый к тому времени уровень развития техники еще не позволял создавать управляемые ракеты, сделать их эффективным оружием.
Но следующий шаг в разработке зенитных ракет не заставил себя ждать и был сделан уже через несколько лет в Германии.
* * *
Начало широкомасштабных налетов американских и английских бомбардировщиков на немецкие города заставили руководство Германии ускоренными темпами разрабатывать программу совершенствования средств противовоздушной обороны. Ее утвердили 1 сентября 1942 года, и в ней впервые нашло отражение то положение, что одним из важнейших средств ПВО должны были стать зенитные ракеты.
"Можно сразу вырваться вперед, если будут применяться дальние управляемые снаряды ПВО или ракеты ПВО", – такие слова были записаны в этом документе. Но грезившее другим "чудо‑оружием" руководство Германии не включило эти работы в разряд приоритетных, полагаясь на зенитные пушки и самолеты‑истребители. Однако шанс новому оружию дали. В конце 1942 года Армейский исследовательский центр Пенемюнде, где разрабатывалось немецкое ракетное оружие, в том числе и баллистическая ракета дальнего действия А‑4 ("Фау‑2"), получил задание начать разработку зенитного ракетного оружия. С этой целью создали специальную группу ПВО "Норд", подчинявшуюся в техническом отношении директору исследовательского центра Вернеру фон Брауну.
Разработка нового вида оружия в Германии развернулась в двух направлениях. Первое из них – создание неуправляемых зенитных ракетных снарядов для залповой стрельбы по группам тяжелых бомбардировщиков, летящих на высоте 10–12 км. Второе – создание управляемых ракет для стрельбы по летящим на таких же высотах одиночным самолетам.
Первая из разработанных в те годы немецких ракет, представляла собой неуправляемую ракету калибром 76,2 мм с боевым зарядом в виде специальной мины. Схема ее действия выглядела очень просто. В верхней точке траектории полета открывался размещенный в ракете парашют, который извлекал мину и медленно опускал ее на тросе. При соприкосновении с тросом пролетавший самолет должен был поражаться подрывавшейся миной.
Однако каких‑либо значимых результатов от этой ракеты‑мины добиться не удалось.
Тем временем к 20 апреля 1943 года, к очередному дню рождения Гитлера, немецкими специалистами был подготовлен четырехтомный эскизный проект дальней ракеты ПВО "Вассерфаль" ("Водопад").
"Вассерфаль" представляла собой несколько уменьшенную копию баллистической "Фау‑2" – одноступенчатую, вертикально стартующую, управляемую по радио ракету. Она была оснащена жидкостным ракетным двигателем, развивавшим тягу около 8 тс при удельном импульсе около 190 с. При этом, в отличие от "Фау‑2" с ее жидким кислородом и спиртом, на ракете "Вассерфаль" в качестве компонентов топлива использовались азотная кислота и специально созданное немецкими химиками горючее "тонка". Основным достоинством этих крайне неприятных в обращении жидкостей была возможность храниться в баках ракеты в течение длительного времени, не накладывая каких‑либо ограничений на момент старта ракеты.
Характеристики "Вассерфаля" выглядели для того времени просто фантастическими: максимальная высота ее боевого применения должна была составлять 18 км (а в соответствии с расчетами в самом ближайшем будущем она могла быть доведена до 24 км). До таких высот авиация смогла добраться только через десять лет. Под стать максимальной высоте была и дальность ее действия – до 26 км (а в соответствии с теми же расчетами могла со временем достичь 50 км). Поражение настигнутой "Вассерфалем" цели должно было осуществляться с помощью боевой части, подрываемой по радиокоманде с земли.
Со временем разработчики ракеты планировали создать для нее неконтактный инфракрасный взрыватель и аппаратуру самонаведения, предназначавшуюся как для управления движением ракеты на конечном участке полета, так и для подачи команды на подрыв ее боевой части в наиболее выгодной точке траектории.
В процессе отработки "Вассерфаля" немецкими специалистами был широко использован опыт работ с "Фау‑2", а в марте 1944 года специально произвели вертикальный пуск "Фау‑2", оснащенной системой радиоуправления, предназначенной для ракеты "Вассерфаль".
Сразу же после окончания войны изучением "Вассерфаля" занялась группа советских инженеров. Был среди них и Виктор Васильевич Казанский, в дальнейшем один из ведущих работников НИИ‑88:
""Вассерфаль" была самой крупной из немецких зенитных ракет – примерно вдвое меньшей А‑4 и выгодно от нее отличавшейся рядом конструктивных решений, – вспоминал В. В. Казанский. – Правда, и разрабатывалась она существенно позже, да и боевое применение налагало на ее схему и конструкцию ряд совершенно новых требований, например постоянная "нулевая" готовность к пуску, а следовательно, необходимость хранения ее на боевой позиции в полностью снаряженном состоянии. Поэтому впервые были применены высококипящие компоненты топлива. Топливо подавалось в камеру сгорания двигателя не турбонасосным агрегатом, а с помощью воздушного аккумулятора давления (ВАДа); чтобы иметь на борту ракеты воздух давлением 350 атмосфер, немцы изготовили путем штамповки и сварки из двух половин стальной шар диаметром около 800 миллиметров, прочность которого значительно повысили навивкой на него стальной проволоки в несколько слоев в горячем состоянии (подобно клубку ниток). Таким образом, предполагалось, что полностью заправленные компонентами ракеты с накачанными до 350 атмосфер ВАДами смогут находиться на пусковых столах в постоянной боевой готовности в течение длительного времени.
От ВАДа после понижающего редуктора воздушный трубопровод раздваивался и шел к бакам горючего и окислителя, входные и выходные фланцы которых были заглушены алюминиевыми мембранами со звездообразной комбинированной насечкой, что позволяло им разрываться одновременно и однообразно. Так как (в отличие от Фау‑2) "Вассерфаль" должна была маневрировать в полете, то заборное устройство в топливных баках было выполнено свободно (как маятник) качающихся труб, укрепленных на гибких сильфонах. По выходе из баков топливо поступало в главный блок управляемых дроссельных клапанов, в задачу которого входило обеспечение безударного выхода двигателя на режим.
На боковой поверхности ракеты (примерно в центре тяжести) находились четыре небольших крестообразных трапециевидных крыла и мощные сбалансированные аэродинамические рули. Имелись и газовые графитовые рули, которые отстреливались пироболтами при достижении ракетой достаточной скорости.
В качестве боевой траектории была принята так называемая "собачья кривая", при которой ракета должна была удерживаться оператором на прямой – оптический визир – ракета – самолет противника. Система управления была достаточно сложной, учитывая необходимость удержания ракеты на этой кривой и возможные маневры цели".
Как впоследствии стало очевидным, принятый закон наведения приводил к чрезмерно высоким перегрузкам при приближении к цели и не обеспечивал, даже теоретически, прямого попадания.
Одновременно с ракетой "Вассерфаль" проектировалось еще несколько зенитных управляемых ракет: HS‑117 "Шметтерлинк" ("Бабочка") завода "Хеншель", "Рейнтохтер" ("Дочь Рейна") фирмы "Рейнметалл‑Борзиг", "Энциан" ("Горечавка") Обербауэрнского испытательного учреждения в Обераммергау, а также небольшая неуправляемая зенитная ракета "Тайфун".
Ракета "Тайфун", разработанная в 1944 году, предназначалась для борьбы с американскими "летающими крепостями". Существовало несколько вариантов этой ракеты, различавшихся тягой маршевого двигателя и временем его работы. Переданный в серийное производство в начале 1945 года вариант "Тайфуна" был оснащен жидкостным ракетным двигателем, работавшим на азотной кислоте и смеси бутилового эфира с анилином.
Пусковая установка для "Тайфунов", состоявшая из 60 стволов, обеспечивала запуск ракет с различным темпом. При необходимости все 60 ракет можно было запустить всего за полторы секунды. Благодаря достижению стабильной и устойчивой работы двигателя, а также эффективной стабилизации ракеты с помощью вращения в процессе испытаний в окружность диаметром 250 м на десятикилометровой высоте попадали все 60 ракет.
Другая немецкая зенитная управляемая ракета – "Шметтерлинк" – была разработана в 1944 году специалистами фирмы "Хеншель". Ее двигательная установка состояла из маршевого ЖРД и двух стартовых твердотопливных ускорителей. Запуск этой ракеты осуществлялся уже не вертикально со стартового стола (как у ракеты "Вассерфаль"), а со специальной поворотной пусковой платформы с регулируемым углом возвышения. Эффективная дальность действия ракеты "Шметтерлинк" должна была составлять 16 км, а высота – до 9 км. Боевая часть ракеты подрывалась при подлете к цели по команде неконтактного взрывателя.
Как вспоминал В. В. Казанский, интересной особенностью ракеты "Шметтерлинк" была ее система управления:
"Управлялась "Шметтерлинк" не с помощью воздушных рулей и элеронов, а небольшими пластинками (интерцепторами), которые находились в колебательном движении. При отсутствии маневра эти колебания совершались относительно некоторой средней линии и не выходили за профиль крыльев или стабилизаторов. При необходимости совершения ракетой маневра эти колебания смещались в ту или иную сторону и создаваемое сопротивление разворачивало ракету в требуемом направлении".
В 1944 году спроектировали и управляемую по радио зенитную ракету "Энциан", предназначенную для отражения налетов групп тяжелых бомбардировщиков. Для этого на ракете установили очень мощную по тем временам боевую часть массой почти полтонны. В состав двигательной установки ракеты входили маршевый ЖРД и четыре твердотопливных ускорителя. Запуск "Энциана" предполагался с наклонной пусковой установки. Дальность полета этой ракеты, по оценкам немецких специалистов, должна была составлять 26 км, а высота полета – 14,5 км.