Городомля: Немецкие исследователи ракет в России

Запуск большой ракеты, такой как А4, происходит с разрывающим уши адским грохотом. При этом огромная масса сжигаемого газа выбрасывается со сверхзвуковой скоростью — 125 кг в секунду. Через 68 секунд полета бак пустой, за это время сжигается 8500 кг топлива. Сила реактивной струи составляет 250 тысяч Ньютонов. При старте масса — 10000 кг. Ускорение при старте, то есть прирост скорости в секунду, можно просто вычислить из этих двух чисел, пользуясь основным законом динамики Исаака Ньютона: сила равна массе, умноженной на ускорение. Поделив силу на массу, получаем величину ускорения равную 25. Это ускорение уменьшается за счет силы притяжения Земли, которое равно примерно 10, значит, для ускорения ракеты остается 15, это означает, что скорость возрастает на 15 м/с или 54 км/час. Если незадолго до полного использования топлива масса составляет только 1500 кг, тогда деление дает ускорение 166,7 и при условии, что ракета летит вверх перпендикулярно, нужно опять вычесть 10, как противодействие силы притяжения Земли. Значит, в этот момент скорость возрастает уже на 156,7 м/с или 564 км/час. Таким образом, остающаяся той же самой приводная сила ускоряет уменьшенную массу ракеты значительно сильнее, чем непосредственно в момент старта. Для ракеты, которая выстреливается вверх не вертикально, а по наклонной траектории, для расчета мгновенного ускорения нужно вычитать не полную величину ускорения свободного падения, а только его часть в соответствии с направлением полета. Читатель из этого расчета сразу видит, что скорость полета в конце тем больше, чем меньше масса ракеты. Также очевидно, что чем меньше отношение конечной массы к стартовой, тем выше значения конечной скорости и дальности полета. Разумеется, для наглядности расчет сильно упрощен: на самом деле приводная сила не остается постоянной, а при воспламенении привод молниеносно полной силы не достигает. Приводная сила, то есть тяга, возрастает с набором высоты, так как падает атмосферное давление, однако при этом сопротивление воздуха оказывает тормозящее действие. От меня как раз и требовалось рассчитать, какова будет величина подъемной силы и динамических моментов, если ось ракеты отклоняется на небольшой угол от направления траектории полета. У меня хотели узнать, как изменятся подъемная сила и моменты, если перемещается руль управления. При этом особенно важно было учесть сопротивление воздуха, которое преодолевает ракета от начала полета до достижения наибольшей скорости, которая в пять раз больше скорости звука.

Обычно, получив от коллег такое пожелание, аэродинамик отвечает: «Для этого мне нужны результаты модельного эксперимента в различных аэродинамических трубах. А именно — один эксперимент в трубе с низкими скоростями, второй с высокой дозвуковой скоростью и третий — когда модель ракеты обтекается воздухом со сверхзвуковой скоростью.»

Я знал, что аэродинамические трубы имелись в Берлине в немецком экспериментальном институте аэронавтики, на некоторых авиационных заводах, оказавшихся ныне в советской зоне оккупации, а также в Пенемюнде. Однако мне сразу дали понять, что никаких аэродинамических труб в моем распоряжении не будет. Все они или были разрушены во время войны, или вывезены. Оставалась возможность заказать такие измерения в аэродинамической трубе в Московском Центральном аэродинамическом институте. Но Греттруп и Вольф, которые уже столкнулись с этой проблемой, объяснили мне, что этот путь для нас закрыт. Мы должны были работать автономно. Это мнение подтвердили и все советские инженеры и офицеры, к которым я обращался с просьбой о поддержке. Я спросил себя:

«Можем ли мы построить для себя аэродинамические трубы?» Для этого, во-первых, нужен целый коллектив сотрудников — проектировщики, конструкторы, механики, которых у меня не было, а во-вторых даже при самых благоприятных обстоятельствах на это ушло бы не менее года. Между тем нетерпеливо ожидающие коллеги требовали результатов незамедлительно. Баллистику, например, были срочно необходимы аэродинамические характеристики ракеты: без данных аэродинамики невозможно рассчитать ни восходящую ветвь траектории полета, ни свободный полет после отключения ракетного двигателя. Хох и Магнус осаждали меня, требуя информации об аэродинамических моментах, без которой не рассчитать автоматическую систему управления ракеты. Сюда же присоединился статик, инженер Ульрих Бранке: он спрашивал о силах и давлениях, которые нагружают корпус ракеты. Все смотрели на меня ожидающе и нетерпеливо.