Ну, ладно — цилиндрический канал — как-то осилили. Так ракетчики вскоре стали придумывать другие формы каналов, чтобы получать нужную динамику полета. Например, они захотели на старте получать увеличенную тягу, чтобы ракета более уверенно выходила из пусковой установки — иначе ее слишком вело в начале траектории, так что оператор не всегда мог ее удержать — скорость-то еще невелика, соответственно, рули работают еще недостаточно эффективно, а увеличивать их площадь — это увеличивать и массу, и аэродинамическое сопротивление, то есть ракета полетит на меньшее расстояние или понесет меньше полезного груза. Понятное дело, ракетчиков такое не устраивало. Соответственно, для ускорения старта надо в начале горения увеличить поверхность горения. Значит, подавай канал такой формы, чтобы в начале горения его поверхность была больше, а потом — снижалась. То есть это был уже не цилиндрический канал, а с выступами — они сгорали в начале работы двигателя, сглаживались почти до цилиндра и далее площадь горения уменьшалась до "нормальной". И попробуй еще отпрессуй эти выступы — так-то их надо бы прессовать вдоль всей длины, но тогда кинематика поверхностей прессования получится очень сложной — в вертикальном направлении — общая прессовка, а в радиальных — прессовка выступов. Поэтому игрались с составом пороха и условиями прессования — вводили еще пластификаторы, уточняли прессформу, чтобы резкие переходы между поверхностями не приводили к ослаблению выступов. Помучались много, но сделали. А ракетчикам подавай уже другую форму канала — они, видите ли, добавили ускорители, так что начальное ускорение теперь получают от них, а вот чтобы ракета летела повыше, теперь ее надо наоборот разгонять в менее плотных слоях атмосферы, чтобы уменьшить потери на сопротивление воздуха, ну и заодно за счет скорости повысить эффективность рулевых поверхностей — так их можно сделать чуть поменьше, а значит и полегче. В общем, как тогда чуть не дошло до драки между ракетчиками и технологами.
Кардинально проблема была решена, когда мы перешли на вибрационное прессование. В СССР прессование пороховых шашек до внедрения шнековых прессов происходило на гидравлических прессах Круппа, которых в нашем распоряжении не было. Поэтому мы сразу применяли механические прессы, отчего, с одной стороны, прессование шло медленнее, с другой, это позволяло более точно дозировать усилия. И вот, введение в эту схему высокочастотных колебаний дало исключительно однородную и прочную структуру пороховых шашек. Да еще дополнительно, в качестве эксперимента, мы заменили часть динитротолуола на пять процентов дигликоля, чтобы повысить калорийность. Пришлось, конечно, пересчитывать сопло, а то давление в камере сгорания стало высоковатым для старой конструкции, но зато увеличились скорость и дальность полета, а усложнение технологии из-за добавления в рецептуру нового компонента было небольшим — тщательно смешивать ингридиенты к этому времени мы уже научились. К тому же кислородный баланс дигликоля был почти в три раза выше, чем у динитротолуола, так что сгорание в камере двигателя происходило полнее, что и повысило тягу. И мы подумывали совсем заменить динитротолуол на дигликоль — тогда, по идее, эффективность пороха еще повысится — ведь применяемый нами и советскими ракетчиками нитроглицерин имел положительный кислородный баланс, а вот динитротолуол был даже хуже дигликоля, который применяли немцы, хотя те, в свою очередь, не применяли в ракетных порохах нитроглицерин, да и в артиллерийских старались его избегать — кушать им, видите ли, хотелось. Правда, в наших порохах этого динитротолуола было процентов десять-пятнадцать, тогда как у немцев дигликоля было под треть — за счет этого их пороха были хуже по калорийности.
Так что, отставая от советских технологов в производстве длинных шашек, мы опережали их в рецептурах. И в том числе — из-за моих послезнаний. Ведь для меня было естественно, что во многих пиросоставах присутствуют магний и алюминий. Поэтому уже весной сорок второго, когда мы начали применять наши пороха, мы заменили дефицитный централит — производная от мочевины — на окись магния, которая не только так же эффективно стабилизировала пороховые заряды, но и добавила энергетики, так что наши пороха стали более калорийными. СССР принюхивался к новому пороху недолго — Дорогомиловский завод, производивший централит, был эвакуирован и еще не приступил к работе, запасы централита тоже иссякали, поэтому уже с мая сорок второго и в СССР стали применять новый порох марки НМ (нитроглицерин-магний). А мы уже переходили на НМА, с добавлением алюминия, который еще повысил калорийность наших порохов. Мы еще и вазелин заменили на трансформаторное масло — и буква "В" в марках порохов заменилась на "Т" — НТМА.
И наряду с разработкой и освоением новых рецептур, в СССР росли и объемы производства. Так, за последний квартал сорок второго наши только на одном заводе выпустили три тысячи тонн баллиститного пороха. Три. Тысячи. Тонн. За квартал. Только один завод. А это две тысячи кубометров пороха. Для нас это были какие-то умопомрачительные цифры. Мы к этому времени вышли на объемы в пятьсот тонн баллиститного пороха в квартал, или чуть больше трехсот кубов. Большая часть этого пороха шло на заряды для ствольной артиллерии, а на ракеты уходила десятая часть, то есть пятьдесят тонн в квартал. И как-то хватало. Этим порохом можно было снарядить почти пять тысяч ракет. То есть в месяц мы могли сделать полторы тысячи выстрелов по немецким самолетам — часть ракет уходило на тренировочные стрельбы. При среднем расходе три ракеты на самолет мы получали примерно полтысячи сбитых немецких самолетов в месяц — только ракетами, и только сбитыми, а еще сколько-то наверняка были повреждены, но долетели до аэродрома, если не были добиты нашими истребителями. Да, наше производство понемногу увеличивалось — каждый месяц мы добавляли примерно по двенадцать кубометров пороха — восемнадцать тонн, как раз одна новая производственная линия. Из этих дополнительных восемнадцати тонн на ракеты шла едва десятая часть, то есть в месяц мы наращивали производство на полторы сотни ракет, но это все-равно не шло ни в какое сравнение с объемами производства на советских заводах. Ну так мы и не палили реактивными снарядами по площадям за несколько километров — подобные вещи мы делали штурмовиками, а там расход боеприпасов совсем другой — он ведь может стрелять прямой наводкой. Так что хватало. Военные, правда, иногда вспоминали, что "а вот РККА лупит немцев реактивными снарядами", но после встречных вопросов "Вам в квартал пятьдесят тысяч РС или двести тысяч снарядов 85 миллиметров?" каждый раз и однозначно выбирали снаряды для ствольной артиллерии — "ничего, прямой наводкой постреляем". Да и я как-то не готов был размениваться на Катюши, пусть даже с боевой частью калибром в триста миллиметров. Ладно бы сделать Град, с его дальностью под двадцать километров — тут уж маневр огнем дает большие преимущества в купировании прорывов. А дальности в пять-восемь километров, что давала советская реактивная артиллерия, были уже не так актуальны — тут можно и техникой сманеврировать, и натравить стаю истребителей — расход боеприпасов был гораздо меньше, а эффективность — больше.
Внутренняя баллистика двигателей представляла собой отдельную проблему. Сама по себе нитроклетчатка пороха нелетуча, поэтому сгорание пороха происходит слоями. Когда очередной слой нагревается до температур сто-сто двадцать градусов, в нем начинается деполимеризация молекулярных цепей нитроклетчатки. При дальнейшем нагреве до двухсот и выше разрушаются уже эти продукты деполимеризации, и на поверхности появляется жидко-вязкий слой, который начинает испаряться — нитроклетчатка переходит в газовую фазу, которая располагается над жидким слоем пороха. И в этой фазе реакции продолжаются — сначала окислы азота отдают одну молекулу, окисляя углерод и водород, затем, на втором этапе, азот отдает вторую молекулу, полностью восстанавливаясь до молекулярного азота. Причем эти отделения молекул кислорода и их последующее присоединение к углероду и водороду и дают энергию горения — как раз по половине на каждую молекулу.
Чтобы выяснить все эти процессы, наши ученые и лаборанты работали почти год, да и сейчас, в середине сорок третьего, все еще продолжали исследования и, судя по их словам — "там еще лет на пять, если не больше". Ну да, видел я их оборудование. Они даже закатывали в пороховые шашки термопары, чтобы отлавливать температуру на каждом из этапов горения. Ну, уж о хитрых стеклянных и платиновых многосопловых трубках для отбора газов я молчу — их делали чуть ли не сотнями. Да и весь коллектив пороховиков сейчас составлял более тысячи человек. Конечно, это не только сами испытатели, что планировали и ставили опыты, а затем анализировали их результаты, это еще и помогающие им лаборанты, и конструировавшие оснастку технологи, и изготовлявшие ее слесаря и стеклодувы. И это уже не максимальное количество в две с половиной тысячи человек, что трудилось над исследованиями и разработкой технологий летом сорок второго — основная часть технологий была разработана и внедрена в производство, поэтому многих перекинули на другие области исследований, благо методы и подходы одинаковы — что в исследовании и освоении порохов, что моторных масел и прочей химии — смешивай, нагревай, фильтруй, перегоняй да измеряй. Естественно, мы работали в тесной связке с советскими учеными, да что там говорить — на начальном этапе мы только от них и получали формулы, рецепты, методики, и уже потом их апробировали и развивали, так что уже и от нас начал идти в обратную сторону небольшой поток знаний. Надеюсь, пока небольшой — раскочегарились-то наши нехило.
Так вот. Выяснив процессы горения, мы выяснили и условия их стабильного протекания. Прежде всего, для всего процесса горения было важно поддерживать давление в нужном диапазоне. При слишком низком давлении горение затухало или было нестабильным — вторая фаза горения активно проходила только при давлениях больше двадцати атмосфер, а без этого не до конца прореагировавшие продукты просто выносились из двигателя. К тому же при пониженном давлении снижалась не только теплота сгорания, но и теплопроводность газового слоя, отчего поверхность шашки нагревалась менее интенсивно, соответственно, меньше производилось продуктов распада нитроклетчатки, что еще больше снижало интенсивность горения. Но и высокие давления были вредны — порох сгорал слишком быстро. Это в артиллерийских системах были нужны давления в сотни атмосфер, чтобы успеть придать снаряду высокую скорость, а значит успеть полностью, всем зарядом сгореть еще в канале ствола, до того, как выбросит наружу — у нас были курьезные случаи, когда мы на волне первых успехов попытались заменить в гаубичных зарядах порох единообразными фракциями — что для больших, что для малых зарядов. Да, когда стрельба идет на больших зарядах, трубчатый порох вполне подходит — его соломки быстро создают очень высокое давление, при котором сгорание еще больше ускоряется. Ну и для чего, спрашивается, в малых зарядах нужен пластинчатый порох? Заменим его трубчатым, и это сэкономит нам несколько производственных линий. Нифига. Когда из ствола вслед за снарядом вылетели и догоравшие трубки пороха, мы первые три секунды смотрели друг на друга с немым удивлением. Ну, пока кто-то не крикнул "Ложись!" — снаряд, получивший совсем небольшую скорость, плюхнулся метрах в пятидесяти и на наше счастье не взорвался. Тут-то до всех сразу и дошло, зачем в малых зарядах применяли порох мелких фракций. Пустого объема-то в гильзе на таких зарядах много, и чтобы порох сразу создал большое давление, нужна большая поверхность сгорания. И трубки тут никак не подходят — пока они начнут гореть, пока создадут давление, а снаряд уже начнет двигаться, увеличивая объем камеры сгорания — вот трубкам и не хватило давления, чтобы гореть быстро. Это еще хорошо, что они все-таки смогли врезать снаряд в нарезы, протолкнуть его через ствол и выпихнуть наружу — а то тот так бы и остался внутри. Век живи — век учись.
Но это в снарядах. В ракетах же было важно, чтобы порох горел подольше, малыми порциями, чтобы он подольше подталкивал ракету по направлению к цели. Да и ограничения по массе были не последним фактором — ведь шашки свободно лежали внутри корпуса, соответственно, все давление газов передавалось и на корпус. Ну, не совсем свободно — они удерживались несколькими решетками и системой проволок, чтобы не болтались внутри корпуса, пока горят, а то от ударов могли и растрескаться, отчего площадь горения, а, следовательно, и давление, повышались, отчего, в свою очередь, еще больше повышалась скорость горения. Но из-за того, что стенки корпуса свободно омывались горячими газами, их толщина в том же РС-132 была пять миллиметров. И эти пять миллиметров должны были выдержать не только высокое давление, но и температуру, которая снижала предел прочности стали. Правда, недолго — двигатель работал меньше секунды, поэтому сталь слишком ослабнуть не успевала из-за инерции прогрева. Нам же, чтобы достичь больших высот и при этом не нарваться на большие ускорения, надо было повышать длительность работы двигателя. Но это требовало изменения всей внутренней баллистики двигателя, включая сопло.
Поэтому в первой половине сорок второго мы шли по пути изменения механической конструкции ракет, стараясь кардинально не менять ни состав топлива, ни геометрию шашек. Так, еще весной сорок второго мы начали покрывать изнутри стенки теплозащитой на основе оксида магния, что позволило снизить их толщину на два миллиметра — а это почти восемь килограммов сэкономленного веса. Да еще количество взрывчатки снизили до полукилограмма, и толстый корпус снаряда заменили стеклопластиковым обтекателем, а в качестве поражающих элементов применили стальные шарики. Правда, сэкономленный на боевой части вес был съеден аппаратурой управления, но вот уменьшение веса корпуса ракетного двигателя, использование стеклопластиковых стабилизаторов вместо стальных, повысило высотность ракет с изначальных трех до четырех с половиной.
Но это было все, что мы смогли выжать из советских снарядов без изменения конструкции и рецептуры пороха. И с рецептурой пороха было сложнее.
Попытка полностью заменить динитротолуол на нитроглицерин летом сорок второго нам не удалась — горение оказалось нестабильным, возникал и пульсации и затухания. Так-то идея была отличной — калорийность нитроглицерина на сорок процентов выше, чем у ДНТ, а кислородный баланс — вообще положительный, то есть получаем более полное сгорание пороха, соответственно, повысится и температура газов, и их объем, а значит и тяга. Да и для стабильного горения такому пороху требовалось всего двадцать атмосфер, а не минимум сорок, как нашему и советскому. Англичане с американцами такой порох и применяли — в артиллерии уже и сейчас, а потом мы узнали и про ракеты. И, кстати, они тоже столкнулись с таким нестабильным горением. Попробовали мы и немецкий — дигликолевый — порох. Причем нескольких сортов, с калорийностью начиная чуть ли не от двух с половиной тысяч килоджоулей на килограмм, или примерно шестьсот килокалорий — это сравнить с нашим в три шестьсот килоджоулей, или восемьсот шестьдесят килокалорий. С ним было еще хуже — и ниже импульс, и минимальное давление требовалось чуть ли не шестьдесят атмосфер, а лучше — восемьдесят. А это снова — утолщение стенок корпуса — наши три миллиметра такое давление держали уже не всегда. Хотя, конечно же, на таком менее калорийном порохе живучесть артиллерийских стволов возрастала чуть ли не в три раза — мы это прочувствовали, когда перевели часть трофейной ПТО на наши пороха — стволы стали выгорать значительно быстрее, и лишь напыление металлов как-то замедляло износ стволов. В своих зенитных ракетах, кстати, немцы использовали все-таки нитроглицериновый — со своим у них тоже не получилось. Точнее, со своим они пробовали делать уже после того, как Гитлер сказал своим конструкторам "Сделайте точно как у русских".
Но это мы узнали уже в сорок третьем. Пока же мы проводили десятки опытов в день, пытаясь преодолеть рубеж в пять километров.
Но все-таки очередной шаг мы сделали снова благодаря советским разработкам — в июне сорок второго мы получили чертежи нового снаряда М-13 от Катюш — руководство СССР наконец-то сочло возможным передать нам эту "секретную" разработку, о которой знали даже немцы. В основе нашей первой конструкции лежал РС-132, который мы нашли на складах. Длиной 845 миллиметров, весом двадцать три килограмма, менее чем с килограммом взрывчатки и менее четырех килограммов ракетного топлива, он развивал скорость в триста пятьдесят метров в секунду. М-13 был более продвинутой конструкцией, которую приняли как раз двадцать первого июня сорок первого — да, накануне войны — специально для наземной реактивной артиллерии. Именно эти снаряды дебютировали в знаменитом обстреле железнодорожного узла Орши четырнадцатого июля сорок первого. И новый снаряд был посолиднее своего авиационного родителя — длиннее на шестьдесят сантиметров — 1415 мм, общим весом сорок два килограмма, с массой боевой части двадцать один килограмм, из которых почти пять килограмм приходилось на взрывчатку, и с массой ракетного пороха уже в семь килограмм. Дальность стрельбы по наземным целям составляла более восьми километров, а максимальная скорость оставалась той же при длительности работы двигателя семь десятых секунды.
Вот это была уже серьезная конструкция, в которой много чего можно было убрать. Естественно, первой "пострадала" боевая часть. Ее вес мы уменьшили до четырех килограммов — килограмм взрывчатки, два с половиной килограмма поражающих элементов, ну и корпус со взрывателем. Также сделали тоньше корпус, на чем сэкономили еще пять килограммов. Увеличили и длину двигателя, повысив количество пороха до десяти килограммов. А между двигателем и боевой частью разместили новый блок управления.
Я, как ЭВМщик, даже не сомневался в том, что нам надо применять полностью электрическое управление ракетами. На наших первых ракетах так и было — оперение получило элероны, которые отклонялись электромагнитами. Блок управления, правда, был также размещен между боевой частью и ракетным двигателем, иначе его пришлось бы защищать от тепла, выделявшегося этим двигателем. Да и некуда было его в хвосте помещать — там сопло, стабилизаторы — и все. Так что либо размещать между стабилизаторами, херя всю аэродинамику, либо наращивать длину хвостовой части, а газы пропускать по длинной трубе, ну и опять же — херя всю аэродинамику. И так-то после наших доработок центр масс несколько сместился назад, так что устойчивость ракеты снизилась, а тут она снизилась бы просто катастрофично — блок управления весил пять килограммов, и даже без учета выгорания топлива центр масс сразу был бы за центром давления, и оператору бы пришлось постоянно вертеть рукояткой управления только чтобы удержать ракету на курсе. Так что от блока управления к электромагнитам тянулись провода, закрытые изоляцией — и электрической, и тепловой.
И в новых ракетах я тоже предполагал примерно такую же схему. Но тут ко мне пришли конструктора и стали убеждать меня, что надо переходить на другие схемы. Что более всего меня поразило, так это их полное единодушие в данном вопросе. Обычно они приходили к консенсусу после долгих обсуждений и споров, когда доски были не по одному разу исписаны формулами и исчерчены эскизами и схемами, а то приходилось ставить и натурные эксперименты. Тут же — "Хотим гидравлику" — и все тут. Почти ультиматум.
Стали разбираться. И оказалось, что да, гидравлика — не такой уж страшный зверь, как я себе его представлял, а даже совсем наоборот — очень полезная штука. Все дело в потребных усилиях на рулях и в массовой отдаче приводов разных схем — в гидравлических или пневматических она была чуть ли не в десять раз выше, чем в электрических системах. То есть в гидравлике один килограмм оборудования мог дать в десять раз больше мощности. Все дело в том, что в электрических системах крутящий момент ограничен магнитными силами, действующими между ротором и статором. То есть если мы хотим получить более-менее приличные управляющие усилия, нам потребуется более мощных электромотор, который, замечу, практически целиком состоит из медной обмотки, пластин статора и пластин ротора. Стальных. То есть тяжелых. А в той же гидравлике — сравнительно легкие трубочки, пусть и медные или стальные, золотниковые механизмы — да, чуть потяжелее, но не сравнить с массивными электромоторами, еще электромагниты — для управления этими золотниками, но они, опять же, существенно легче, так как им требуется мощность только для управления, а не для непосредственного привода рулями. Ну и сравнительно легкая жидкость. Которую можно сжимать до двух-трех десятков атмосфер. Проблема лишь в уплотнениях да насосе, но и тут конструктора уверили, что можно поджечь пороховой заряд в небольшой емкости — так и получим нужное для работы гидро- или пневмосистем давление. Ну, понятное дело, если тянуть трубки через весь корпус, то тут уже можно было бы и поспорить, но конструктора продумали и этот момент — когда они развернули очередной эскиз, уже с общей компоновкой ракеты, я сразу выдал — "Утка!". Да, на эскизе была ракета со схемой управления "утка" — за боевой частью шел блок управления, из которого торчали лопасти управления, а в хвосте — лопасти стабилизации, которые уже не занимались управлением. И вся гидросистема хорошо так и компактно размещалась между этими лопастями управления, а к хвостовым стабилизаторам не тянулось вообще ничего. Да, пожалуй, могло и сработать — расчеты показывали экономию почти в три килограмма — скорости-то подросли, соответственно, усилия на рулях тоже становились больше — вот и получалось, что электромагнитами уже не обойтись, да и муторно было с ними управляться — нужно было что-то более стабильное, что не тратило бы энергию на поддержание управляющих плоскостей в каком-то положении — так-то энергия тратилась на постоянную подпитку электромагнита, а тут — довернул передачу, ну или шток — и он зафиксировался в этом положении. Сам. Правда, менять его положение требовалось практически постоянно, но по тем же расчетам получалось, что на сдвиги гидравлических приводов будет все-равно тратиться чуть ли не в десять раз меньше электроэнергии, чем на электромагниты. Так что их по любому надо было заменять, и вопрос был только в том, на что именно — на электромоторы с передачами или на гидравлику-пневматику.
— Вот кстати и на весе механических передач можно сэкономить — приводы там, редукторы… А уж моторы — чтобы сделать их меньше, надо повышать напряжение, а там возникают проблемы со щетками, да и батарей надо больше, так что…
— Ну все, все, уговорили! А на чем остановились-то?
— Да пока склоняемся к гидравлике — там и угловые скорости в десять раз выше, и несжимаемость, а, значит, и точность позиционирования…
Судя по тому, как большинство за редким исключением закивало головами, народ уже решил в пользу гидравлики.
— Только привлеките разработчиков строительной техники — они этой гидравликой уже больше полугода занимаются.
— Да мы уже…
— Ну отлично. Так и решим.
Ага, горизонтальные связи в виде межотраслевых комитетов и рассылки бюллетеней работали. Ну и отлично.
И, надо сказать, новые силовые приводы ракеты показали себя просто замечательно. Собственно, ракета управляется двумя источниками управляющих сигналов, работающими одновременно. Первый источник — оператор, который направляет ракету на цель. До того, как мы перешли на радиолокационное наведение, оператор наводил ракету с помощью телескопов разной кратности — обзорного, с увеличением в десять крат, и прицельного, с увеличением в двадцать. Обзорный позволял находить цель при первоначальном поиске и при наведении, если она выскочит из прицельного. Ну а прицельный позволял наводить более точно и более точно подавать команду на взрыватель. Сначала наведение телескопов и управление ракетой было не связано между собой — оператор следил за целью, поворачивая телескоп одной рукой, а другой — поворачивал рукоятку управления, сигналы с которой передавались на ракету. Схема была явно сложновата, поэтому уже в августе сорок второго в войска пошли системы наведения, в которых ракета управлялась непосредственно поворотами телескопа. Ну, для случаев, когда происходило какое-то рассогласование, например, когда сильный толчок нарушит ориентацию гироскопов, было оставлено и ручное управление, которым оператор мог довернуть ракету на свой маршрут и продолжить управлять ею через телескоп. Правда, при полетном времени в несколько секунд такое удавалось не каждому. И, отслеживая таким образом полет ракеты, оператор направлял ее фактически наперерез, чем снижал перегрузки при маневрировании — наши гироскопы еще не были настолько хорошими, чтобы уравновешивать большие перегрузки — точность изготовления была недостаточной, поэтому мы раскручивали их недостаточно, чтобы они не сместились при слишком резких толчках и поворотах.
Но чрезмерные перегрузки все-равно случались. И именно из-за второго канала управления — собственно стабилизации ракеты. Она ведь летела в воздухе, в котором есть возмущения, вихри, восходящие потоки, то есть она летела в неоднородной среде, которая старалась сбить ракету с пути, заданном оператором. Так помимо неоднородностей среды были и неоднородности изготовления самой ракеты — микрометровые различия в конусности сопла или окружности критического сечения, в процессе горения пороха, в минимальной неодинаковости стабилизаторов — все это также старалось развернуть ракету вокруг оси или повернуть в сторону. И, наталкиваясь собственными неровностями на неровности среды, ракета могла отклоняться очень существенно. Но особенно опасным был именно поворот вокруг оси — ведь управление рассчитано на определенное положение рулей в пространстве, и если ракета повернется, то управляющее воздействие, предполагающее поворот, например, вправо, будет на самом деле поворотом вправо и вверх — управлять таким реактивным снарядом станет очень трудно, а то и невозможно.
И если для старых скоростей хватало и управления на электромагнитах, то на новых ракетах скорости были уже чуть ли не в два раза выше — почти шестьсот метров в секунду. Соответственно, возрастали и нагрузки на рулевое управление. Поэтому новые гидравлические приводы и пришлись как нельзя кстати — их мощности хватало, чтобы преодолевать сопротивление воздуха и поворачивать лопасти на нужный угол, а их компактность и вес не перегружали ракету. Причем, если в старых ракетах с оптическим наведением еще как-то можно было обойтись и электрическими схемами, то в новых ракетах с радиолокационным наведением без гидравлики было уже никак. И все потому, что в новых ракетах мы ухудшили саму динамику полета. Старые ракеты направлялись оператором, поэтому он сам мог предсказать положение цели через некоторое время и, соответственно, он мог направить ракету в ту точку. Получалось, что ракета летела почти по прямой в точку предполагаемой встречи с целью, лишь изредка доворачивая по командам оператора, ну и постоянно борясь со своими неоднородностями и неоднородностями воздушной среды. В новых же ракетах, с радиолокационным наведением, ракета летела точно на цель. В каждый момент времени. А цель ведь сдвигается. Соответственно, и ракета постоянно доворачивает вслед за целью. Так мало того, что цель сдвигается, радиолокационный сигнал тоже непостоянен, он показывает положение цели плюс-минус какой-то градус, причем, из-за неоднородности приходящих сигналов, этот сигнал может чуть ли не скакать на несколько градусов. Мы, конечно, сразу же сделали фильтры, которые выдавали средний угол между несколькими замерами, поэтому такое скакание сглаживалось. Но все-равно ракете приходилось маневрировать не только из-за неоднородностей, но еще и из-за движения цели и "движения" сигнала. И особенно — на конечном участке, где до цели оставалось уже совсем ничего, соответственно, в каждый момент времени она сдвигалась на все больший угол и ракете приходилось все сильнее маневрировать. То есть перегрузки возрастали многократно. Все потому, что мы пока не разработали схему автоматического предсказания положения цели. Правда, осенью сорок третьего ожидалась рабочая схема ручного предсказания, когда оператор мог направлять ракету не на цель, а в точку пространства перед целью — почти как в старых ракетах с визуальным наведением, но на новой технологической базе. Но в августе сорок третьего такой аппаратуры еще не было. Так что без гидравлики было уже совсем никак.
Правда, пришлось очень много поработать над самой схемой управления. Ведь сам поворот не происходит одномоментно — раз! — и повернули. Нет, это целый переходный процесс. Ведь на момент поворота лопасти ракета летит еще в старом направлении, соответственно, чтобы повернуть, необходимо преодолеть инерцию этого движения и направить ее на новый путь. А тут еще и упругость воздуха, который сначала препятствует движению ракеты, а потом, когда ракета поменяла свое положение, это сопротивление постепенно исчезает, но при этом еще продолжает действовать инерция, да к тому же, часть корпуса и рулей находится в завихрении, в так называемой тени. А при достаточно резких поворотах начинает играть роль и инерция отдельных частей ракеты. В общем, нюансов было просто море. И все их пришлось исследовать. Так, только за второе полугодие сорок второго мы выполнили более трех тысяч продувок, снимая показания с датчиков. И еще порядка шестисот пробных запусков, чтобы выявить то, что не учли или не проявилось при продувках — для этих целей мы сделали специальные исследовательские ракеты, в которых вместо боевой части были установлены парашютная система и дополнительная передающая аппаратура, которая считывала и передавала данные со множества датчиков, установленных на ракете — давление на рулях, сопротивление рулям, давление на корпусе в нескольких точках, угловые ускорения. И на основе этой информации мы потом разбирали полет — почему пошла штопором, или почему воткнулась в землю сразу после старта, или почему вдруг завиляла после вроде бы небольшого поворота. Мы составляли математическую модель полета, чтобы затем переложить ее в коэффициенты усиления каскадов схемы управления.
И сорок второй и сорок третий мы работали только по статически устойчивым ракетам, которые, если к ним кратковременно приложить возмущающее их полет воздействие, через некоторое время возвращаются в первоначальное положение. Так-то, при достаточно мощных приводах органов управления, высоком быстродействии самих этих органов и достаточности их аэродинамических усилий, можно отправлять в полет хоть стол — просто рулевым приводам придется сильнее компенсировать постоянно возникающие опрокидывающие моменты, отчего частота колебаний приводов будет очень высокой и с довольно большими амплитудами. И как раз статически устойчивая ракета требует меньших частот колебаний приводов, чем статически неустойчивая, то есть ей требуется реже "махать" рулями — ведь она стремится вернуться в стабильное состояние, как бы сама гасит возникающие от возмущений колебания, а вторую — наоборот — надо постоянно возвращать в устойчивое состояние — и для них нужны рули с частотой колебаний — точнее — управляющих поворотов — как минимум в два-три раза выше, чем для устойчивой, то есть стабильной ракеты. Соответственно, неустойчивой ракете требуется более мощный привод, что увеличивает массу оборудования, а следовательно и ракеты. Правда, есть и обратная зависимость — статически устойчивая ракета требует больше усилий для поворотов, то есть при одинаковых приводах она менее маневренная, и чтобы повысить маневренность, ей, наоборот, потребуются более мощные приводы. Так что после некоторых значений потребных угловых скоростей поворота выгоднее применять как раз неустойчивые ракеты. Но пока, для сравнительно небольших скоростей наших целей, было разумнее применять статически устойчивые ракеты, тем более что не требовалось попадать ракетой непосредственно в самолет, а можно было подорвать ее на некотором расстоянии — поражающие элементы и ударная волна вполне способны разрушить или хотя бы повредить тонкие элементы конструкции немецких самолетов — все-таки это не баллистическая ядерная боеголовка, и даже не бронированный ударный вертолет.
Но и на этом пути нашим ракетчикам пришлось хорошенько потрудиться. Ведь, к сожалению, нельзя просто так взять и поменять, скажем, длину ракеты, или размах крыльев — от этого меняется вся аэродинамика ракеты. При ее полете аэродинамическое сопротивление приложено в центре давления и давит назад. И при маневрах аэродинамические силы прикладываются к центру давления. А вращаться под действием этих сил ракета будет вокруг центра масс всех ее частей. И в зависимости от их взаимного расположения этих центров характер вращения будет различным, а в зависимости расстояния, или плеча между этими центрами — зависит скорость этого вращения. Можно представить ракету в виде стержня, который прибит гвоздем в центре масс, а аэродинамические силы — рукой, которая толкает стержень в точке, соответствующей центру давления, причем толкает, как правило, не точно вдоль стержня, а почти всегда — под некоторым углом. Так, если центр масс находится впереди центра давления, то получается, что толкание выполняется в направлении от центра масс, то есть стержень как бы тянут. Поэтому, слегка повернувшись вокруг центра масс, ракета успокоится в новом положении, до следующего толчка — это статически устойчивая ракета. А вот если центр масс находится сзади, то аэродинамические силы, наоборот, направлены в сторону центра масс и опрокидывают ракету, поворачивая ее вокруг центра масс вверх или вниз или вправо-влево — ракета получается статически неустойчивой. Поэтому местоположение этих двух центров оказывает определяющее влияние на устойчивость ракеты в полете. Да и не только ракеты, а любого летящего тела.
То есть надо так разместить центр давления, чтобы он был сзади от центра масс, причем не слишком близко, чтобы был запас устойчивости, иначе придется тратить много энергии на выравнивание ракеты. Но и слишком далеко размещать тоже не надо, иначе много энергии придется тратить уже на ее повороты. И вот, наши конструктора после каждого изменения в конструкции ракет пересчитывали положение центров давления, и если они не устраивали, то меняли габариты отдельных элементов. Собственно, ракету разбивали на отдельные элементы — носовую часть, цилиндрическую часть с блоком управления и ракетным двигателем, хвостовую часть, рулевое оперение и крылья — и для каждой рассчитывали центр давления данной части, а затем, исходя из расстояний между ними — общий центр давления всей ракеты. И затем сравнивали его с положением центра масс. Причем обе величины менялись с течением времени полета — от давления воздуха и скорости полета менялось положение центр давления, а центр масс менял свое положение по мере выгорания топлива — он сдвигался вперед, увеличивая устойчивость и уменьшая маневренность. Соответственно, конструктора разбивали возможные режимы полета на сетку значений скорость-давление воздуха — и для каждого узла рассчитывали положение центров. Для "вертикалок" было проще — они летели только вверх, поэтому у них хотя бы давление менялось только в одну сторону. У новых же ракет, что мы впервые применили в начале августа сорок третьего, полет мог происходить и по горизонтали. Соответственно, набор сочетаний давление-скорость-масса увеличивалась многократно. И без ЭВМ расчеты заняли бы очень много времени. А так, за полчаса просчитав все контрольные точки, ЭВМ распечатывала несколько страниц с цифровыми колонками, и конструктора погружались в их изучение, изредка выдавая "Ага! Я же говорил!" или "Зар-р-раза! Опять ушла в минус!". И по результатам расчетов делали перекомпоновку — удлиняли или укорачивали нос, чтобы сдвинуть центр давления назад или вперед, удлиняли или укорачивали корпус, чтобы сдвинуть центр вперед или назад, меняли размах или форму крыльев — последним пользовались чаще всего, так как корпус нельзя было делать слишком коротким, иначе не поместится топливо и аппаратура, его нельзя было делать и слишком длинным, чтобы он мог выдерживать перегрузки при маневрах — ограничений хватало. Мы поэтому-то и оставили толщину стенок в два миллиметра и дальше не снижали — иначе без стрингеров корпус получался очень нежестким и сминался даже при небольших маневрах — это мы выяснили даже без полетов, на стендах. А вот что проявилось только в полетах, так это возникновение резонанса между рулями и корпусом — при утоньшении стенок собственная частота корпуса уменьшалась, а при уменьшении устойчивости возрастала частота колебаний рулевого оперения, так как приходилось чаще подправлять начинавшую сходить с курса ракету. И в какой-то не очень прекрасный момент эти частоты стали близки. Первая ракета просто отказала и грохнулась на землю. Оказалось, в ней разрушились три лампы — аппаратура не была разбита вдребезги только потому, что парашютная система управлялась в том числе и набегающим потоком, механически — прекратился поток — выпускай парашют. Но причина этого была непонятна. И пришлось сделать более сотни запусков, прежде чем нашли виновника — ведь частоты совпадали далеко не всегда — в какие-то дни воздух был, например, спокоен, и требовалось меньше подруливаний — ракета идет нормально. В какие-то дни, наоборот, возмущений воздуха слишком много, и требуются постоянные подруливания, но, видимо, рулевое управление быстро проскакивало резонансные частоты — и ракета снова летела нормально! На этом резонансе мы потеряли полтора месяца — как раз октябрь сорок второго и половину ноября.
Много промучались, но сделали кучу стендов, так что все больше испытаний проводилось на земле. Так, в январе сорок третьего мы сделали только семнадцать пробных запусков уже практически готовых изделий, тогда как еще в июле сорок второго пробных запусков было больше сотни — с появлением каких-никаких математических моделей полета мы смогли точнее предсказывать поведение всей конструкции и отдельных узлов, и на основании этих предположений ставить опыты для проверки — протрясти на вибростендах с нужными ускорениями, продуть ракету в сверхзвуковых потоках при заданной последовательности маневров, чтобы уточнить перегрузки — одних сверхзвуковых труб у нас было уже пятнадцать штук. И, надо заметить, даже для дозвуковых труб это был не просто мощный мотор с вентилятором — ведь ракета летит в более-менее однородном воздушный потоке, а вентилятор дает очень возмущенный поток, соответственно, его надо успокоить — пропустить через длинную трубу с поворотами, да еще через несколько коробчатых конструкций с множеством длинных и узких "коробов", чтобы они запараллелили потоки. А для сверхзвуковых труб недо еще добавить и сопло Лаваля, чтобы из дозвукового потока получить сверхзвуковой.
Ну, по сверхзвуковым потокам во второй половине сорок второго у нас было уже много специалистов. И появились они в процессе разработки оборудования для напыления металлов. Получив первые работающие схемы еще осенью сорок первого, разработчики не стали останавливаться на достигнутом, а наоборот, стали наращивать свои усилия — как количеством оборудования для исследований так и самими исследователями. И помимо исследований свойств самих напыляемых материалов, важной частью стали исследования истечения горячих газов через сопла — ведь там надо сжигать топливо — керосин, бензин, метан или что-то другое, подавать продукты сгорания в патрубок, где они будут подхватывать распыляемый металл, расплавлять его и затем переносить к поверхности напыления. Так вот на всем этом пути требовалось поддерживать и нужную температуру, и скорость потока, и его постоянство. А это — практически газодинамика в неприкрытом виде. Быстро поняв, что чем выше скорость потока, а, значит, и частиц напыляемого металла, тем плотнее и надежнее получаются напыляемые слои, исследователи начали работать со сверхзвуковыми потоками, благо сопло Лаваля было известно уже не одно десятилетие. Но с режимами, методами регулирования, составами горючей смеси наши работали еще полгода, зато к осени сорок второго, практически через год после начала работ вообще по напыляемым металлам, мы уже использовали аппараты со сверхзвуковым напылением. Помимо более прочных покрытий, мы получили наборы аппаратуры для исследований в термодинамике, а также более двухсот более-менее опытных исследователей. И вот, покорив очередную высоту, эта беспокойная команда стала озираться вокруг — где бы еще приложить свои силы. Ведь идти на фронт мы им запретили — повоевали каждый по паре-тройке месяцев — и хватит. Пусть отдают долги Родине в цехах и лабораториях. И на фронт-то отпускали не сразу всех, а по очереди. А не отпустить было нельзя — ситуация была близка к бунту — "Все воюют, а мы тут в теплых местечках сидим!". Ну, хорошо — повоевали, получили ордена и медали, некоторые даже пролили кровь, а теперь — за работу! Некоторых из этих ученых-милитаристов мы отвлекали на ракетную тематику и ранее, когда надо было разбираться с соплами — как с изучением советских конструкций, так и с разработкой собственных. Поэтому тема лежала фактически на поверхности и, так как проблема создания собственных конструкций встала уже в полный рост, мы, что называется, нашли друг друга. Временно оставив на разработках новых аппаратов напыления лишь небольшую часть, остальные исследователи дружно навалились на ракеты — в управлении скоростными газовыми потоками они съели уже не одну собаку.
Ведь истечение газов не менее важно, чем горение пороха, так как сначала мы контролировали скорость горения только давлением — чем выше давление, тем выше скорость горения. Это объясняется тем, что, во-первых, давление приближает область горения к поверхности шашки, точнее, горение начинается раньше, во-вторых, чем выше давление, тем выше теплообмен, соответственно, тем больше шашка получает тепла и тем интенсивнее ее состав разлагается и испаряется, в свою очередь поддерживая горение.
В замкнутом пространстве, каковым является гильза патрона или снаряда, этот процесс нарастает лавинообразно, и порох сгорает очень быстро, а при некоторых значениях может и сдетонировать. В ракетных же двигателях присутствует сопло, которое выпускает часть газов наружу, за счет чего и создается реактивное движение. Так вот совместной задачей пороховиков и сопловиков и было поддерживать нужное давление в двигателе при нужном расходе газов в реактивной струе. То есть пороховики обеспечивали скорость горения, достаточную для генерации газов, а сопловики обеспечивали расход газов, формируя и реактивную струю, и ограничивая давление в камере. И баланс прихода и расхода газа надо было соблюсти так, чтобы давление не нарастало постоянно, все увеличивая тем самым скорость горения, но и не падало бы, тем самым уменьшая эту скорость.
Так, при давлении в двадцать атмосфер скорость горения — четыре миллиметра в секунду, при ста атмосферах — уже сантиметр, при двухста — полтора. Но это для одной марки пороха. Для другого пороха картина будет выглядеть иначе — при двадцати атмосферах он вообще не будет гореть, а при сорока горит со скоростью сантиметр в секунду, но при двухста его скорость всего четырнадцать миллиметров. То есть марки пороха различались не только калорийностью, но и реакцией на повышение давления — одни повышали скорость резче, другие — мягче. Более резкие хороши для стартовых ракет, а вот для маршевых двигателей надо бы помягче, ведь давление в камере двигателя непостоянно из-за непостоянства характеристик шашек — недостаточно тщательное смешивание или прессовка оставляют в шашке неоднородности, и при достижении их огонь движется то быстрее, то медленнее. Соответственно, давление то растет, то падает. В некоторых пределах, конечно, но все-таки. Соответственно, более резкий порох при том же повышении давления начнет гореть более быстро, чем более мягкий, и полет получится более рваным, это если ракету вообще не разорвет большим давлением.
Но скорость горения в общем-то зависит не столько от давления, сколько от температуры у поверхности шашки, а уж как она поддерживается — другой вопрос. Так, при пятиста градусах горения практически нет, при тысяче оно идет со скоростью три миллиметра в секунду, при тысяче двухста — уже восемь, а при полутора — уже почти два сантиметра. Причем температуру можно поддержать не только давлением, но и введением компонентов, которые будут гореть жарко. С моей подачи в порох начали вводить порошок алюминия, что позволило снизить давление в камере на пять атмосфер, и заодно повысить стабильность горения — нужная температура-то теперь была практически всегда. Но порошок отнимал кислород у клетчатки, поэтому наши стали сыпать в порох еще и селитру. Ну, в принципе она является окислителем в черном порохе, поэтому это было логично. Но в моей памяти всплыло, что в ракетах использовали перхлорат аммония, и я закинул и эту мысль. Оказалось, что он еще лучший окислитель — в его молекуле было на один атом кислорода больше — четыре атома вместо трех, как в калийной селитре. И разлагался он начиная уже со ста пятидесяти градусов, а не с четырехсот, как селитра, то есть стабильность зажигания и горения смеси с участием перхлората была выше. К тому же он при разложении давал только газообразные вещества, в то время как селитра со своим калием давала твердые частицы — то есть повышался еще и выход газа, а ведь именно газ давал реактивную струю. Так мы немного приблизились к смесевому топливу, о котором я либо забыл, либо вообще не знал, а у местных так и вообще без вариантов. Но впервые идея была реализована осенью сорок второго, когда мне продемонстрировали яркое горение обычной смолы с гудроном — наши просто смешали все это с алюминиевым порошком и тем же перхлоратом аммония:
— Смотрите, нам уже и пороха не надо!
— Молодцы. Когда можно будет запустить в производство?
— Есть проблемы с эксплуатацией — смола ведь может размягчиться и потечь… Может — в артиллерийских снарядах такое пригодится?
— Может… А каучук не пробовали? — в голове снова всплыл небольшой фактик про современные мне ракеты.
— Хм… в принципе, в нем тоже есть углерод и водород… надо попробовать…
— Попробуйте. — в принципе, натуральный каучук у нас тоже был — мы восстановили в местных колхозах и совхозах довоенный объем посадок каучуконосов — гваюлы, коксагыза и таусагыза — до войны эти растения Средней Азии выращивались в том числе и в БССР, и адаптировал их к условиями Европейской части СССР никто иной, как академик Лысенко. Вот мы и подхватили это дело, заодно восстановив и переработку каучука на Бобруйском химзаводе — местный каучук перерабатывали здесь начиная с тридцать седьмого года.