Первые космические ракеты: создание, запуски, конструкторы

История ракетостроения уходит корнями в глубокое прошлое. Поэтому первые космические ракеты – это результат сотен экспериментов и исследований. Что известно сегодня об аппаратах прошлого и какую роль играют орбитальные и суборбитальные полеты в жизни человечества – в материале 24СМИ.

История ракетостроения

Первым аппаратом, который взлетел в небо, стала деревянная птица. Об этом поведал потомкам древнеримский писатель Авл Геллий в сборнике «Аттические ночи». В 400 году до н. э. талантливый греческий изобретатель Архит сконструировал деревянного голубя. Птицу приводил в движение пар. Чтобы забаву не отнесло ветром, Архит крепил ее тросами к стационарной конструкции (дому, колоннам). Полет деревянной птицы обеспечивал тогда еще не известный грекам третий закон Ньютона (закон равенства действия и противодействия).

Для полета требуются двигатели. Первый прототип такого устройства тоже создали греки. Название аппарата – «эолипил», или «Геронов шар». Его создатель жил через 300 лет после Архита. Эолипил представляет собой сферу, закрепленную на оси. Внизу размещался паровой котел. От него к сфере подавался пар через полую трубку. В результате сфера приходила в движение. Современные ученые воссоздали шар Герона Александрийского по описанию и чертежам и выяснили, что древний прототип турбины вращался со скоростью 3500 оборотов в минуту.

Время появления первой ракеты неизвестно. Но истории о ракетоподобных устройствах прочно вошли в мифологию разных народов. Считается, что первые ракеты получились случайно – из-за пороха.

Порох изобрели в I веке н. э. в Китае из селитры, серы и угольной пыли. Во время религиозных праздников в костры бросали бамбуковые трубки, наполненные порохом. Большинство из них взрывались, образуя фейерверки. Но некоторые трубки не взрывались, а вылетали из костра и мчались в небо благодаря газу, образовавшемуся от сгорания «начинки». Кто-то догадался, что трубку с горящим порохом легко запустить из лука. Это открытие сделало неизвестного лучника создателем первой в мире ракеты.

Ракета стала не только игрушкой, но и грозным оружием. Впервые их использовали в качестве оружия в 1232 году в битве при Кай-Кенге. Сражение шло между китайскими и монгольскими войсками. Китайцы обстреляли позиции противника шквалом «огненных стрел». Изготавливали огненный снаряд из трубки с заглушкой на конце. Трубку крепили к палке. Внутрь насыпали порох. Когда порох воспламенялся, то ракета взлетала. Палка выполняла функцию простейшей системы наведения и задавала направление полета снаряду.

После битвы у Кай-Кенге монголы создали собственные ракеты. В дальнейшем изобретение распространилось по Европе вместе с монгольскими войсками. Ученым известно, что с ракетами экспериментировали европейские монахи в XIII–XV веках. Роджер Бэкон изобретал новые виды пороха, чтобы улучшить дальность полета ракет. Итальянец Джованни Фонтана разработал надводную торпеду с реактивным двигателем для поджога вражеских кораблей.

Но функцией оружия роль древних ракет не исчерпывается. Легенды повествуют о ракетах – транспортных средствах. Согласно китайской легенде, на рубеже XV–XVI веков жил в стране талантливый чиновник Вань Ху. Мужчина построил летающее кресло. Предмет мебели доукомплектовал 2 воздушными змеями и 47 ракетами с порохом. Летающий аппарат получится ненадежным, и пилот погиб на старте ракеты. Достоверность подобных мифов подвергают сомнению, ибо доказательств, в том числе рисунков или чертежей кресла Вань Ху, не найдено.

Во второй половине XVII века заложены основы современной ракетной техники. Английский физик Исаак Ньютон обосновал три основных научных закона. Они объясняют, почему и как летают ракеты.

В XIX веке ракеты продолжали оставаться оружием. Однако точность наведения этого оружия оставалась низкой до разработки Уильяма Хейла. Английский изобретатель разработал методику, названную стабилизацией спина. Выходящие выхлопные газы ударяют по лопастям в нижней части ракеты, заставляя ее вращаться. Этот принцип полета используют до сих пор.

Создание первой космической ракеты

В 1898 году школьный учитель Константин Циолковский предложил идею освоения космоса с помощью ракет. В отчете, опубликованном в 1903 году, Циолковский писал, что скорость и дальность полета ракеты ограничены только скоростью истечения выходящих газов. Эта и другие идеи сделали Циолковского отцом современной космонавтики.

Вторым человеком, благодаря которому наступила космическая эра, стал американец Роберт Х. Годдард в начале XX века. Ученого интересовал вопрос достижения большей высоты, чем та, на которой летали воздушные шары и дирижабли. В 1919 году Годдард опубликовал брошюру «Метод достижения экстремальных высот», где описана математическая модель ракеты для метеорологического зондирования.

Еще Годдард экспериментировал с разными видами топлива и убедился, что ракета лучше летит на жидком топливе. Однако построить такую модель сложнее, чем твердотопливную. Требуются топливный и кислородный баки, турбина и камера сгорания. Первый успешный полет ракеты Годдарда состоялся в 16 марта 1926 года. Ракета летела 2,5 секунды. Приземлилась через 56 м, поднявшись на высоту 12,5 м. С годами ракеты Годдара научились взлетать выше и лететь дольше. Для безопасного их приземления использовался парашют.

Третьим выдающимся человеком в деле покорения космоса стал Герман Оберт. В 1923 году немецкий инженер опубликовал книгу о космических полетах «Ракета для межпланетного пространства». Благодаря работам Обера в мире начали возникать общества, объединившие энтузиастов космических полетов. Ученый писал, что его заслуга заключается в обосновании возможности полета человека на ракете.

После Второй мировой войны и Соединенные Штаты, и Советский Союз приступают к активным исследованиям межконтинентальных баллистических ракет. Отчасти так происходит потому, что МБР могли переносить ядерные боеголовки на другой континент. А отчасти из-за стремления к лидерству в освоении космоса.

Начало космической эры связывают с днем запуска первого искусственного спутника. Произошло это в СССР – на полигоне, который позже назовут Байконуром, 4 октября 1957 года. Над созданием спутника работали основоположники советской космонавтики – главный конструктор Сергей Королев, Михаил Тихонравов, Мстислав Келдыш и другие.

Спутник представлял собой алюминиевую сферу диаметром 58 см. Оснащался 4 антеннами для передачи сигналов, которые передавали работающие на батарейках передатчики. На орбиту «Спутник-1» вывела межконтинентальная ракета-носитель. Называлась первая космическая ракета по-советски непритязательно – «Р-7». Состояла из 2 ступеней и была изготовлена на заводе «Прогресс».

Создал первую космическую ракету Сергей Павлович Королев. Через месяц СССР запускает в космос первое живое существо – собаку по кличке Лайка – на борту другого спутника.

Еще через несколько месяцев первый спутник запускают в США. «Эксплорер-1» взлетел 31 января 1958 года. Немного позже, в октябре 1958 года, в США официально объявлено о первой космической программе и создано Национальное управление по аэронавтике – NASA.

После запуска первого спутника прошло 2 года, прежде чем в космос полетели люди. Космонавтом № 1 в мире стал Юрий Гагарин. Он совершил полет на корабле «Восток-1» 12 апреля 1961 года. Полет продлился 108 минут. За это время корабль совершил 1 виток вокруг Земли.

Примерно через 3 недели после советского космонавта в космос отправился первый американский астронавт – Алан Шепард. Мужчина был одним из 7 человек, выбранных для полета на космическом корабле «Меркурий». Размеры корабля составляли 1,9 м в диаметре и 3 м в высоту. Пространства для пилота в ней было не больше, чем в кабине самолета-истребителя. За полетом следили 2 кинокамеры. В отличие от советского корабля, у американского не было иллюминатора. «Меркурий» стартовал с мыса Канаверал.

Первые модели и прототипы других стран

Следующий этап в освоении космического пространства – полет на Луну. Для этого в НАСА создали ракету-носитель «Сатурн-5». Конструктор – Вернер фон Браун. С 1969-го по 1972-й эти ракеты совершили 6 полетов. В 2021 году «Сатурн-5» продолжает оставаться крупнейшей ракетой в мире. Это касается всех характеристик: величины, массы, грузоподъемности и мощности. Ракета способна вывести на околоземную орбиту груз массой в 141 тонну.

С 1981 по 2011 год НАСА использовало в околоземном пространстве транспортные корабли типа «Шаттл». Для их вывода на орбиту использовались первые космические ракеты с твердотопливными ракетными ускорителями. Комплектовался шаттл 3 двигателями на жидком топливе и двумя ракетными ускорителями.

Значение изобретения

За 2000 лет ракеты превратились из игрушек и военного оружия в сложные машины, способные доставлять в космос людей и грузы. Теперь они стали означать то же, что и другие транспортные средства, – возможность исследовать мир за пределами Земли.

Интересно, что создать ракету не сложнее и не дороже, чем современный трансатлантический реактивный самолет. Если сравнивать, то самолет A330-200F фирмы Airbus способен нести груз весом 65 тонн, а его создание стоит $200 млн. В то же время ракета Falcon Heavy обладает грузоподъемностью 53 тонны и стоит $90 млн.

Первые аварии

Самая разрушительная катастрофа в истории космических исследований произошла 28 января 1986 года. В США запустили космический шаттл «Челленджер». Спустя несколько минут после старта начался пожар. Неисправность возникла в уплотнительном кольце ракетного ускорителя. Пожар распространился по всей ракете. Шаттл распался в воздухе. Катастрофа привела к гибели всех находившихся на борту астронавтов, включая учительницу Кристу Маколифф, участницу проекта НАСА «Учитель в космосе». В программу экипажа входило развертывание спутников и проведение исследований, связанных с кометой Галлея.

Вторая пилотируемая лунная экспедиция тоже сопровождалась неприятностями. После старта «Аполлона-12» 14 ноября 1969 года в верхнюю часть космического челнока попали две молнии. Первый удар видели даже зрители, наблюдавшие полет. Несмотря на зрелищность и испуг, серьезных повреждений молнии не нанесли. Однако при приводнении после полета корпус корабля ударило сильной волной, что стало причиной небольших травм членов экипажа.

Первые космические ракеты прошли небольшой путь развития. Но первые катастрофы уменьшили интерес общества и поддержку дальнейших космических исследований. Однако ученые считают, что космические полеты все равно будут продолжаться. А корабли будут становиться все более безопасными и надежными.