ПЕРВЫЙ РЕАЛЬНЫЙ СПУТНИК США

Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.astronaut.ru/bookcase/books/afanasiev3/text/11.htm
Дата изменения: Sun Jun 2 12:30:16 2013
Дата индексирования: Fri Feb 28 07:40:49 2014
Кодировка: Windows-1251

'ГУД БАЙ, АМЕРИКА...'

ПЕРВЫЙ РЕАЛЬНЫЙ СПУТНИК США

В отличие от СССР, где в начале-середине 1950-х годов межконтинентальными БР (и РН на их основе) занималось ТОЛЬКО ОКБ-1 С.П.Королева, в США ситуация складывалась иначе. Конкурирующие между собой за влияние и ресурсы виды вооруженных сил - в отсутствие внешнего соперника - продвигали СОБСТВЕННЫЕ 'космические' проекты (об успехах Советского Союза в ракетостроении было неполное и искаженное представление: с одной стороны, из-за недостатка достоверной информации, с другой, вследствие традиционного 'технического снобизма' американцев). ГЛАВНЫМ элементом каждого проекта являлся спутниковый носитель.

История распорядилась так, что ПЕРВЫМ АМЕРИКАНСКИМ ИСЗ стал Explorer 1 ('Эксплорер-1'), выведенный на орбиту 31 января 1958 г. ракетой-носителем Jupiter С (Juno I). А основой 'Юпитера-С'/ 'Юноны', в свою очередь, послужил Redstone ('Редстоун') - прямой потомок 'оружия возмездия' III Рейха V-2 ('Фау-2', А-4).

Ракета Redstone¹ являлась глубокой модернизацией А-4. В ноябре 1950 г. этому проекту был дан высший приоритет министерства обороны США². В феврале 1951 г. тактико-технические требования заказчика были изменены (возможно, под влиянием неуязвимости корейских подземных сооружений): массу боеголовки увеличили до 3100 кг (6900 фунтов) с соответствующим уменьшением дальности полета ракеты до 245 км (150 миль).

Фирма North American Aviation установила на 'Редстоун' ЖРД XLR-43 (серийное обозначение А-6), созданный путем масштабного увеличения двигателя V-2 до уровня тяги 34 тс (75 тыс фунтов) в течение 110 сек. Как и у прототипа, компоненты топлива - жидкий кислород (окислитель) и этиловый спирт (горючее) - подавались в камеру сгорания посредством ТНА на перекиси водорода.

Ракетой управляла инерциальная СУ ST-80, выдававшая команды на исполнительные органы - графитовые рули, установленные в струе истекающих из сопла газов, и воздушные рули на концах крестообразного аэродинамического стабилизатора.

Подготовка ракеты Redstone в полевых условиях
Фото из архива Редстоунского арсенала

В отличие от 'Фау-2' боеголовка 'Редстоуна' (термоядерный заряд W-39 мощностью 2,5 Мт) отделялась от ракеты и при входе в атмосферу стабилизировалась с помощью четырех собственных воздушных рулей.

Опытные изделия были построены в Редстоунском арсенале; серийное изготовление велось корпорацией Chrysler (г. Стерлинг-Хайтс, шт. Мичиган). Первый Redstone стартовал с мыса Канаверал 20 августа 1953 г. - через три года после начала работ по проекту.

В рамках ЛКИ до 1958 г. было запущено 37 ракет, из них по программе Redstone - 12 полетов. Остальные использовались для испытаний компонентов БРСД Jupiter - эти изделия обозначались Jupiter A.

Первый пуск, названный 'Тик' (Teak), был проведен 31 июля 1958 г. Боеголовка 'Редстоуна' взорвалась на высоте 77 км над атоллом Джонстон, породив огненный шар диаметром 18 км, который был различим даже с Гавайских островов (1250 км от места эксперимента). Ядерный взрыв на девять часов блокировал прохождение коротких радиоволн в районе Тихого океана. Второй пуск, названный 'Ориндж' (Orange), был осуществлен 11 августа 1958 г. Аналогичная боеголовка взорвалась на высоте 43 км, при этом потери связи не наблюдалось.

Redstone рассматривался как БР оперативно-тактического назначения т.н. 'полевого' базирования, что совершенно не соответствует современным воззрениям на это оружие: для его перевозки, установки, проверки, заправки и запуска требовалась дюжина полуприцепов, фургонов и трейлеров. К моменту поступления на вооружение (1958 г.) система уже считалась слишком громоздкой. 'Редстоуны' были развернуты в Европе до 1964 г., затем их сменили более компактные и подвижные твердотопливные комплексы Pershing.

Следует отметить, что в начале 1950-х годов Армия и ВВС США втянулись в борьбу за право монопольной разработки и применения баллистических ракет средней дальности. Причем конкуренция возникла как между разработчиками ракет, так и между разработчиками головных частей: Армия предлагала БРСД Jupiter; ВВС - Thor; Армия считала целесообразным уносимое теплозащитное покрытие ГЧ; ВВС - теплопоглощающее покрытие из бериллия. Поскольку 'практика - основа познания', этот спор должен был разрешить эксперимент.

'Выставочный' снимок в цехе сборки БР Redstone.
На переднем плане РН Jupiter C со связками ракет Baby Sergeant и спутником Explorer;
на отдельных стендах - ЖРД первой ступени и макеты боеголовок
Фото NASA

Для отработки головных частей с абляционной теплозащитой разработали специальную модификацию ракеты Redstone со стартовой массой около 29 т. За счет замены горючего (вместо спиртового раствора воды, называемого иногда 'vodka', стали применять Hydyne - смесь 60% несимметричного диметилгидразина и 40% диэтилентриамина) тяга двигателя возросла с 34 до 37,6 тс. А удлинение топливного отсека на 2,4 м позволило увеличить продолжительность работы (при расходе топлива 190 л/с) со 121 с до 155 с. Кроме того, изделие оснастили верхними ступенями - в такой конфигурации ракета получила название Jupiter С, где 'С' означает Composite - 'составная', 'многоступенчатая' .

В ходе этих работ JPL спроектировала боевую жидкостную ракету Corporal ('Капрал') и начала разработку твердотопливной ракеты следующего поколения Sergeant ('Сержант'). Для отработки рецептур твердого топлива и конфигураций заряда, определения характеристик запуска и внутрибаллистических параметров, проверки конструкционных и теплозащитных материалов применялся т.н. 'модельный' РДТТ, изготовленный в масштабе 1:5 по отношению к полноразмерному двигателю 'Сержанта' (иногда его называют 'Бэби-Сержант').
В этот же период Лаборатория начинает проявлять интерес к исследованиям космического пространства. В 1954 г., все более проникаясь идеями фон Брауна, JPL совместно с Управлением баллистических ракет Армии (Army Ballistic Missiles Agency, АВМА) и Управлением научно-исследовательских работ ВМС (ONR) выдвинула предложение по созданию космической РН Orbiter, у которой нижняя ступень представляла собой модификацию БР Redstone, а верхние ступени - связки двигателей от ракет Loki 2A.³
Однако уточненный анализ показал: для запуска на околоземную орбиту нужен 31 двигатель Loki, что, учитывая их надежность, делало неприемлемо высокой вероятность отказов. В ходе последующих проработок фон Браун и его коллеги приняли предложение JPL по использованию РДТТ 'Бэби-Сержант' для установки на второй, третьей и четвертой ступенях. К июлю 1955 г. проект космической РН 'завязался'.

Вторая ступень представляла собой кольцевую связку из 11 'модельных' РДТТ Sergeant (каждый длиной 1,2 м, диаметром 15,2 см, развивал в течение шести секунд среднюю тягу 0,68 тс). Внутри этой связки размещались три аналогичных РДТТ третьей ступени. В варианте спутниковой РН сверху монтировалась четвертая ступень - один 'модельный' двигатель.

Отделялись верхние ступени от первой пружинными толкателями. Заданную же пространственную ориентацию обеспечивала их предварительная закрутка на специальном 'вращающемся столе', установленном на коническом переходнике с приборным оборудованием. Стабилизация вращением позволяла также компенсировать рассогласование тяги единичных РДТТ связки.

Для надежности закрутку верхних ступеней проводили непосредственно перед стартом. Во избежание резонанса с конструкцией ракеты на этапе работы первой ступени была рассчитана программа постепенного увеличения скорости вращения сборки с 550 до 750 об/мин ко второй минуте полета.

Сборка верхних ступеней Jupiter C на плакате (Редстоунский арсенал):

После вертикального запуска со стартового стола Jupiter C через 157 сек выходил на угол 40њ к горизонту. По факту выключения первой ступени срабатывали пироболты - приборный отсек и вращающаяся 'труба' верхних ступеней отделялись от бакового отсека первой ступени и разворачивались в горизонтальное положение посредством четырех сопел на сжатом воздухе, расположенных в основании приборного отсека. Когда достигалась вершина баллистического подъема (приблизительно на 247 сек после старта), радиосигнал с Земли зажигал связку РДТТ второй ступени, отделяя 'трубу' от приборного отсека. Далее последовательно включались третья и - в космической РН - четвертая ступени.

...и 'живьем' в башне обслуживания
Фото NASA

В первом же испытательном полете, 20 сентября 1956 г., Jupiter C установил рекорд, метнув макет боеголовки массой 39,2 кг (86,5 фунта) на высоту 1094 км (680 миль) и дальность 5311 км (3300 миль). 15 мая 1957 г. на несколько меньшую дальность - 1142 км (710 миль) - был запущен масштабно уменьшенный абляционный 'носовой конус' боевой ракеты Jupiter массой 138,1кг (300 фунтов). Наконец, 8 августа 1957 г. аналогичная 'боеголовка' пролетела уже 2140 км (1330 миль) и не разрушившись достигла поверхности земли.

Фото из архива Авиационного и ракетного командования
Армии США (16 октября 1957 г.):
В. фон Браун рядом с 'носовым конусом' ракеты Jupiter C

...Немедленно после запуска Первого спутника Вернер фон Браун и директор ABMA генерал Джон Медарис (John В. Medaris) убедили нового министра обороны США Нейла МакЭлроя (Neil McElroy) разрешить Армии работы по созданию РН на базе Jupiter С. Предложение, именуемое Project 416, предусматривало запуск четырех ИСЗ за 16,2 млн $.

8 ноября 1957 г. МакЭлрой поручил Армии готовить два 'космических' старта в качестве дублеров 'Авангарда'. В калейдоскопе событий того времени остался факт, что месяцем ранее генерал Медарис на свой страх и риск уже отдал приказ о подготовке Jupiter С в варианте РН...

После 'флопника' - титула, которым пресса наградила Vanguard TV-3 - Армии были даны все полномочия вывести Соединенные Штаты в космос. Фон Браун полагал, что его группа будет создавать и спутник, но Медарис солидаризовался с директором J PL доктором Уиллья-мом Пикерингом (William H. Pickering): эту работу сделают его ребята...

Признавая, что искать 'инертную' 20-дюймовую сферу в безбрежных просторах космоса исключительно с помощью оптического оборудования после триумфа советских ИСЗ, мягко говоря, несолидно, на спутник решили установить легкие приборы и маломощный передатчик типа того, что создавала NRL для проекта Vanguard.

Группа JPL, которой руководил доктор Джек Фроэлих (Jack E. Froehlich), начала спешную доработку проекта Orbiter. Чтобы не усложнять конструкцию носителя аэродинамическим обтекателем, от сферического КА по типу 'Авангарда' отказались и встроили ПГ в не-отделяющийся контейнер, приделанный спереди к четвертой ступени РН. При этом обшивку ИСЗ изготовили из нержавеющей стали, которую отполировали, а сверху нанесли продольные полосы оксида алюминия для штатной работы системы терморегулирования в космосе.

Максимальное ускорение, задаваемое последней твердотопливной ступенью РН, составляло ~70 единиц. Наконец, приборы должны были вращаться вместе со спутником и сборкой верхних ступеней с частотой до 750 об/мин.

Научная аппаратура ИСЗ была разработана и изготовлена доктором Джеймсом Ван Алленом из Университета штата Айова. Она включала блок обнаружения космических лучей, датчик внутренней температуры, три датчика внешней температуры, датчик температуры носового конуса, микрофон для регистрации ударов микрометеоров и датчик микрометеорной эрозии. Данные с этих приборов передавались на Землю передатчиком мощностью 60 мВт, работающим на частоте 108,03 МГц, и передатчиком 10 мВт на частоте 108,00 МГц. Передающие антенны - две щелевые, непосредственно на корпусе аппарата, и четыре гибких штыря длиной 55,9 см, формирующих турникетную антенну. Вращение спутника вокруг продольной оси позволяло сохранить штыри в разложенном положении⁴.

Электропитание обеспечивали никель-кадмиевые химические батареи, которые составляли примерно 40% массы полезного груза. От них передатчик 'большой' мощности должен был работать в течение 31 дня, а передатчик 'малой' мощности - в течение 105 дней. Один передатчик 'слушала' система MINITRACK, разработанная ВМС по программе Vanguard, другой - система MICROLOCK, созданная JPL.

Монтаж четвертой ступени со спутником Explorer 1
Фото NASA

20 декабря 1957 г. самолетом С-124 Globemaster ракету Jupiter C доставили на мыс Канаверал. Почти месяц с ней работали в ангаре Восточного испытательного полигона. С 17 января 1958 г. РН стояла на стартовой площадке LC-26A, где проводился монтаж и балансировка 'вращающегося стола' и каждой верхней ступени в отдельности.

Три последних дня января были 'зарезервированы' Управлением АВМА как стартовое окно: для обеспечения пуска РН Vanguard и Jupiter C, стартовые площадки которых разделяло не более километра, использовались общие наземные агрегаты и системы. Заметим: при неудачном запуске 'армейцы' могли повторить попытку только в марте.

Предпусковые операции начались 31 января 1958 г. в 13 ч 30 мин по местному времени. Через два часа специалисты приступили к заправке ракеты. За 12 сек до старта были запущены электромоторы закрутки верхних ступеней. В 22 ч 40 мин включился двигатель, и ракета Jupiter C, 'задним числом' переименованная в Juno I, стала набирать высоту.

Схема ракеты-носителя Jupiter С (Juno I):
1 - спутник Explorer 1; 2 - РДТТ четвертой ступени; 3 - связки РДТТ второй и третьей ступеней;
4 - механизм вращения верхних ступеней; 5 - отсек системы управления;
6 - баллон со сжатым воздухом системы управления ориентацией; 7 - бак горючего; 8 - бак окислителя;
9 - трубопровод подачи горючего в двигатель; 10-ЖРДА-7; 11 - аэродинамические стабилизаторы;
12 - аэродинамические рули; 13 - графитовые газовые рули

Поскольку бортовое оборудование РН не позволяло автоматически определять ее траекторные параметры, их рассчитывали специалисты наземных служб. На вычисления ушло не более четырех минут (!), и в момент Т+404 сек с Земли последовала радиокоманда на запуск второй ступени.

У.Пикеринг, Дж.Ван Ален и В.фон Браун с макетом 'Эксплорера-1'.
Америка в космосе!
Фото из архива Редстоунского арсенала

Никто не мог со 100%-ной уверенностью заявить, что спутник на орбите. Лишь через 117 минут 'агонизирующего ожидания' станция в Калифорнии приняла радиосигнал ИСЗ, подтвердив, что первый виток вокруг Земли замкнут. Чудо свершилось! Первый американский спутник вышел на орбиту с параметрами:

- перигей - 360 км (224 мили);

- апогей - 2534 км (1575 миль);

- наклонение - 33,3њ;

- период обращения 114,9 мин.

В JPL спутник в рабочем порядке именовали RTV-7 или Deal 1, но он стал известен миру как Explorer 1⁵. Любопытно, что 'официальное' название спутника родилось уже после запуска. Оно было предложено Ричардом Хиршем (Richard Hirsch) из Комиссии по космосу при Совете национальной безопасности.).

Общая масса ИСЗ составила 13,9 кг (30,66 фунта), из которых 8,32 кг (18,35 фунта) приходилось на приборы.

Запуск первого американского спутника вызвал небывалый подъем национального настроения. В Вашингтоне ликующий В. фон Браун объявил: 'Мы создали собственный плацдарм в космосе. Никогда больше мы не сдадимся!'

Старт РН Jupiter C (Juno I) со спутником Explorer 1
Фото NASA

'Мощный' передатчик функционировал около двух недель, прием данных с другого прекратился 23 мая 1958 г. Несмотря на непродолжительный срок активного существования, Explorer 1 позволил получить ряд важных данных о космическом пространстве - в частности, было выявлено наличие у Земли радиационных поясов.

Спутник оставался на орбите до 31 марта 1970 г.

5 марта 1958 г. 'армейцы' предприняли неудачную попытку вывести на орбиту Explorer 2 массой 14,22 кг - не включилась четвертая ступень РН.
26 марта на орбиту вышел ИСЗ Explorer 3 массой 14,06 кг, а 26 июля - Explorer4 массой 16,86 кг.
24 августа предпринята попытка запуска спутника Explorer 5 массой 16,86 кг. Авария: первая ступень столкнулась со второй после разделения, нарушив необходимый угол запуска верхней сборки.
Последний оставшийся экземпляр РН Jupiter С предназначался для ИСЗ, который можно было бы наблюдать невооруженным глазом - до этого все американские спутники являлись 'невидимками'. 'Зеркальный' надувной Beacon ('Маяк') диаметром 3,66 м (12 футов) первоначально определили на РН Vanguard. Но эта ракета терпела одну аварию за другой, и в апреле 1958 г. было решено 'пересесть' на Jupiter C. К несчастью, при запуске 23 октября нештатно отделилась вторая ступень РН...

На этом карьера Jupiter C (Juno I) закончилась. Но сей 'потомок' V-2 еще послужил космонавтике.

Верхние ступени с РДТТ были использованы в новой РН, где первая ступень (с ЖРД) была заимствована от БРСД Jupiter (вместо ракеты Redstone). В 1958- 1961 гг. ракета Juno II совершила 10 космических стартов, из которых 'успешными' считаются 3 орбитальных и 'частично успешными' 2 пуска к Луне. В данной программе корпус РДТТ четвертой ступени впервые был изготовлен из титанового сплава.

Основные модификации ракеты Redstone:
вариант для летных испытаний, тактическая ракета Redstone Block II, РН боеголовок Jupiter С, спутниковая РН Juno I,
PH Mercuty-Redstone, РН SPARTA

Модифицированная ракета Redstone применялась в 1961 г. для суборбитальных 'подскоков' американских пилотируемых кораблей перед выполнением первых орбитальных полетов. 'Подскоки' позволили оценить надежность корабля Mercury, возможности астронавтов, а также подготовить наземный персонал и службы спасения.

После проведения с ноября 1966 г. по октябрь 1967 г. девяти пусков 'Редстоунов'⁶ в рамках совместного американо- британо-австралийского проекта SPARTA (SPecial Anti-missile Research Tests, Australia - Специальные летно-конструкторские испытания по противоракетной программе в Австралии) австралийское правительство получило разрешение использовать последнюю (резервную) ракету в качестве спутникового носителя.

160-фунтовый (72,6 кг) спутник WRESAT был оперативно изготовлен и испытан 'Учреждением по исследованию оружия' WRE (Weapons Research Establishment).

WRESAT нес научные приборы, подобные тем, что летали на зондирующих ракетах (преимущественно, датчики для исследования верхних слоев атмосферы). Он был запущен 29 ноября 1967 г. с полигона Вумера и вышел на орбиту с параметрами:

- перигей - 198 км;

- апогей - 1252 км;

- наклонение - 83,3њ;

- период обращения - 99,3 мин.

Первый австралийский ИСЗ совершил 642 оборота вокруг Земли и передал научные данные с 73 витков. Он вошел в атмосферу 10 октября 1968 г.

Энтузиасты космонавтики отыскали первую ступень РН Redstone-WRESAT в пустыне Симпсона в апреле 1990 г. Разбитая, но на удивление хорошо сохранившаяся, она демонстрируется ныне в ракетном парке напротив 'Центра наследия Вумера' (Woomera Heritage Centre).

WRESAT стал последним запуском ракеты Redstone. Заслужив прозвище 'надежный старина' (Old Reliable), ракета, составившая основу первой американской РН, заняла свое место в галерее истории...

Получила свое название 8 апреля 1952 г. в честь арсенала, 'приютившего' головных разработчиков.

Напомним, 25 июня 1950 г. началась война в Корее. 25 октября того же года в войну на стороне КНДР вступили 'китайские народные добровольцы', которые 25 ноября - 18 декабря контратаковали войска ООН.

Неуправляемая боевая ракета диаметром 70 мм класса 'земля-воздух', разработанная в JPL.

По образному выражению одного из очевидцев тех событий, эти четыре антенны на ИСЗ 'торчали как мышиные усы'.

'Исследователь', 'проводник' (англ.)

Серийные ракеты, снятые с боевого дежурства в Европе. Восстановлены фирмами Chrysler и TRWu оснащены новыми РДТТ второй и третьей ступеней, изготовленными фирмой LTV.