Ошибки мировой космонавтики
Шрифт:
Немецко-американский ученый Вернер фон Браун проектировал ракеты на спирте, но когда в СССР запустили Первый спутник, попросил химиков разработать более эффективное топливо. Чтобы его ракета-носитель «Редстоун» могла запустить полезный груз на орбиту, требовалось повысить ее эффективность на 8 %.
Новое топливо получило название Hydyne. Это была смесь 60 % несимметричного диметилгидразина и 40 % диэтилентриамина. На нем летала ракета-носитель «Юпитер-С». Хотя с ее помощью США удалось запустить свой первый спутник, от нового горючего инженеры быстро отказались. В первую очередь несимметричный диметилгидразин крайне токсичный. Любая авария ракеты-носителя приводила к заражению местности, вызывая проблемы с экологией. Для пилотируемых ракет-носителей это топливо вообще недопустимо. Американские
В СССР несимметричный диметилгидразин обрел популярность даже раньше. Конструктор ракетных двигателей Валентин Петрович Глушко все время искал более эффективное топливо. Сергей Павлович Королёв как главный конструктор отвергал все попытки внедрения этого опасного горючего в ракеты-носители и называл его «чертовой отравой». Академик Михаил Кузьмич Янгель в своих баллистических ракетах, напротив, реализовывал идеи Глушко. Но его ракеты никогда не были пилотируемыми и в основном использовались в военных целях. Двигатели на гептиле – именно так со времен СССР было принято называть несимметричный диметилгидразин – заинтересовали и конструктора Владимира Николаевича Челомея. В ходе гонки вооружений как по ракетам, так и по топливу эти конструкторы продемонстрировали разнообразные достижения. Но это привело к проблемам. Достаточно быстро встал вопрос, куда ядовитое соединение девать. Хотя гептил хранится долго, но определенный срок годности имеет. Руководством СССР был объявлен конкурс на разработку способов утилизации этого вещества. Химик Иварс Калвиньш придумал метод, который не только деактивировал гептил, но и позволял делать из него лекарство под названием мельдоний. Как оказалось, мельдоний укрепляет сердечную мышцу и помогает ей сокращаться в условиях кислородного голодания. Космонавтике это открытие принесло пользу, хотя и решить проблему гептила в промышленном масштабе не помогло. Зато спортсмены долгие годы использовали это вещество как стимулятор во время соревнований. А когда мельдоний признали допингом, многие из них попались на его использовании для повышения результатов.
В советской космонавтике с гептилом было много проблем. Пока это топливо не прогорело, оно очень опасно. Если его использовать с тетраоксидом азота в качестве окислителя, то после химической реакции получается азот, вода и углекислый газ – вроде бы ничего страшного. На сегодняшний день это токсичное топливо используют грузовые ракеты «Протон», которые являются прямым продолжением разработок Владимира Челомея.
Но в случае аварийного старта ракеты-носителя «Протон» или неудачного испытания баллистических ракет, которые тоже используют гептил, могут возникнуть проблемы.
Пожалуй, самой большой ущерб принесла авария 2007 года. Тогда при попытке запуска спутников ГЛОНАСС ракета-носитель «Протон-М» упала в 40 км от казахстанского города Жезказган, залив его окрестности высокотоксичным топливом. После этого Казахстан потребовал от России компенсационную выплату в размере 60,7 млн долларов на устранение экологической катастрофы.
В 1988 году проблемы возникли еще до прибытия топлива на космодром. Близ Ярославля в 300 метрах от моста через Волгу опрокинулась железнодорожная цистерна, перевозившая гептил. Несколько тонн вещества вылилось на землю. По счастливой случайности ничего не попало в реку. Дело было зимой, грунт промерз и не дал несимметричному диметилгидразину распространиться. Тем не менее пострадало двенадцать человек, которые вывозили ракетное топливо вместе с грунтом на захоронение.
С твердым топливом тоже проводилось много экспериментов. Особенно продвигал подобные идеи один из пионеров космонавтики Фридрих Цандер. Одним из его проектов был ракетоплан, который имел несколько крыльев, поршневой двигатель с винтом и реактивный двигатель. Пионер космонавтики считал, что такой аппарат, пока он находится в атмосфере, будет лететь как самолет, опираясь крылом на воздушный поток. Затем ракетоплан должен был перейти на ракетный двигатель и выйти на орбиту, где воздуха почти нет. В этот момент крылья складывались за ненадобностью и сами использовались в качестве топлива.
В
Двигатель ОР-1 сначала работал на бензине, а затем инженеры подключили подачу магния. Двигатель заглох тут же. Оказывается, крупинки металла начали спекаться друг с другом еще до попадания в камеру сгорания двигателя. Инженеры пытались реализовать несколько идей, чтобы решить проблему: подбирали размеры трубок подачи, делали изоляцию от высоких температур и т. д., но все попытки оказались безуспешными.
Еще один вариант топлива стоил водителю Гудкову, который отвозил инженеров на площадку, новых штанов. Он не имел инженерного образования, но двигателями интересовался. А что может быть необычнее реактивного двигателя, особенно в 30-е годы ХХ века? Однако любознательному водителю никто ничего не рассказывал. Все инженеры были заняты. Однажды Гудков уселся на скамейку на полигоне и почувствовал жжение. Он резко встал и обнаружил, что его штаны в нескольких местах дырявые и дымятся. Первая его реакция – ладонями бить по пятой точке, стараясь остановить тление одежды. Дело было в крошках фосфора. На открытом воздухе это вещество самовоспламеняется. Его закладывали в ракету, предварительно заливая лаком. При пуске двигателя ракет специальный металлический ежик сдирал защитную пленку, и фосфор начинал гореть. Такой механизм использовали в первом прямоточном реактивном двигателе в СССР. Как раз на крошки, которые остались после заправки, и сел наш герой. Последствий для здоровья водителя не было, пострадали только штаны. Сергей Павлович пообещал: «Компенсируем твою производственную потерю».
В итоге еще на ранних этапах ракетостроения по заветам Циолковского Советский Союз не возлагал больших надежд на твердое топливо. Хотя в стране и велись разработки, в том числе твердотопливных боевых ракетных комплексов, они всегда сопровождались проблемами и кучей ошибок. Так, например, у ракеты РТ-1 был только один успешный пуск. Твердотопливные элементы (их называют шашками) сильно подвержены любому внешнему воздействию. Любое растрескивание, попадание пыли или влаги, нерасчетное давление может вызвать аварию. Кроме того, в ракете использовалось несколько плотно уложенных небольших шашек. Если бы между ними появился зазор, то и это привело бы к нестабильному горению и взрыву. Ракета РТ-2 оказалась более надежной, ее даже поставили на боевое дежурство. Правда, даже когда в сети электропитания были незначительные скачки напряжения, с дежурства РТ-2 на всякий случай снимали.
В США к твердому топливу относились куда более благосклонно. Самая массовая ракета заокеанских военных «Минитмен» использует в качестве горючего алюминий, а в качестве окислителя – перхлорат аммония. В камере сгорания вместо нескольких шашек размещается одна большая, а в ней – одно просверленное в виде звезды отверстие. Таким образом решалось сразу несколько проблем: во-первых, со стабильностью горения, а во-вторых – с контролем работы. Это было достижением британских химиков, которые смогли разработать материал, позволивший связывать взрывоопасные вещества и лепить из них большие шашки.
Хотя новая технология была на две головы выше предыдущих, все равно при использовании твердого топлива требовался особый контроль. Несоблюдение определенных мер при работе с твердым топливом послужило причиной катастрофы шаттла «Челленджер» в 1986 году. В назначенный день старта специалисты, отвечающие за боковые ускорители, отказались подписать допуск изделия на старт. Дело в том, что температура на улице была неестественно низкой для южного штата Флорида, а именно –6 °C. Химики не могли дать гарантий, что твердое топливо и системы ускорителя будут безопасны. Минимальная допустимая температура должна быть не ниже +11 °C. Перед этим событием запуск «Челленджера» несколько раз откладывался. Дальше переносить было уже очень дорого, да и сроки поджимали. Под нажимом специалисты по ускорителю сдались и дали добро на старт при температуре выше 0 °C, чтобы хотя бы лед и иней растаяли. Ближе к середине дня воздух прогрелся до +2 °C и была дана команда к старту.